7聚煤盆地及煤聚积规律讲解

第七章聚煤盆地及煤聚积规律聚煤盆地的形成条件聚煤盆地的分类聚煤盆地的发展与演化含煤沉积古地理煤聚积规律第一节聚煤盆地的形成条件一、基本概念1.聚煤盆地：是地史期聚煤作用广泛发育的沉积盆地。地貌上：盆地积水洼地，适合于植物的繁殖、堆积、形成泥岩层，并最终形成煤层。它是原始含煤沉积盆地。聚煤盆地可以保持其原始沉积盆地的基本面貌，但大多数由于后期构造变动和剥蚀作用而被分割为一系列后期构造盆地2.煤盆地：是国际上较为通用的术语，其含义比较广泛，可以指聚煤盆地，也可以指后期构造盆地。3.煤田：一般是指在同一地质发展过程中形成的含煤岩系分布的广大地区，虽经后期构造和侵蚀作用的分割，但基本上仍连成一片或可以追踪，常常形成大型煤炭生产基地.4.煤产地：指煤田内由构造分隔的赋煤构造单元，通常可对应于矿井或矿区范围。煤产地这个词已经不经常使用了。第一节聚煤盆地的形成条件二、聚煤盆地的形成条件古气候、古植物、古地理和古构造等地质因素综合作用的结果。1.植物遗体的大量堆积是聚煤作用发生的物质基础。地史期植物的演化表现为突变和渐变两种形式:突变期，在较短的地史时期中有大量新旧属种的更替，是植物进化的飞跃阶段；渐变期，植物属种比较单一，但扩展迅速，茂密成林，往往是强盛的聚煤期。地史期的聚煤作用呈波浪式向前推进。第一节聚煤盆地的形成条件2.古气候是植物繁衍、植物残体泥炭化和保存的前提条件。（1）湿度：地史期的聚煤作用主要发生于温暖潮湿气候带，而湿度是主导的因素。（2）气候分带和海陆分布：纬度和大气环流形成全球性的气候分带，使聚煤带沿着一定的纬度展布。海陆分布、地貌等可形成区域性气候区，叠加在全球性气候带的背景上，形成不同规模的聚煤区。（3）聚煤盆地的发育随潮湿气候带的迁移而迁移：聚煤盆地形成在潮湿气候带覆盖的地区，随着潮湿气候带的迁移，聚煤带和聚煤盆地也相应地发生迁移。第一节聚煤盆地的形成条件第七章§1聚煤盆地特征3.适宜的沉积古地理环境为沼泽发育、植物繁殖和泥炭聚积提供了天然场所。(1)聚煤作用主要发生的古地理单元:泥炭沼泽往往分布于剥蚀区至沉积区的过渡地带。(2)影响因素:既受到剥蚀区位置、范围、性质、抬升速率和物源供应的影响，又受到沉积区位置、范围、沉降速率、稳定水体及其水动力条件的影响。因此，聚煤古地理环境是一个非常敏感的动态环境。第七章§1聚煤盆地特征4.古构造是作用于聚煤盆地诸因素中的主导因素。（1）从构造观点出发，可以把聚煤盆地看作一种特殊的构造形迹，即是说聚煤盆地在大地构造格架中占据一定部位，具有一定的几何形态和构造样式，与周围的其它各种构造形迹有着成生联系，可以归入某种构造体系。聚煤盆地是特定的区域构造应力场的产物，具有一定的地球动力背景。（2）地壳的沉降范围、幅度、时期和速度，决定了聚煤盆地的范围、岩系厚度、沉积补偿及沉积相的组成和分布。因此可以说，聚煤盆地的形成与地壳的活动性有关，是地壳运动过程的产物。四个因素的辨证关系：古气候、古植物、古地理和古构造等因素，在一定地区或一定条件下都可能成为聚煤作用的决定性因素。一般来说，古气候、古植物条件提供了聚煤作用的物质基础，常作为聚煤盆地形成的区域背景来考虑；而古地理和古构造则是具体聚煤盆地形成、演化的主要控制因素。沉积盆地是沉积物搬运和沉积的活动舞台，形成各种各样的沉积环境和沉积体系。第一节聚煤盆地的形成条件按聚煤盆地的动力学条件分：拗陷型、断陷型和构造－侵蚀型等三种基本类型聚煤盆地。（一）拗陷型聚煤盆地（亦称波状拗陷盆地）盆地的基底特征：基本上为一连续界面，聚煤期地壳运动以宽缓开阔的波状隆起和拗陷为主，含煤岩系就形成于波状拗陷内。1、成因：波状拗陷可能是①地壳薄化引起的区域沉降；②壳下物质活动引起的热沉降；③或区域构造应力场造成的地壳波状变形。第二节聚煤盆地的分类2、盆地基底界面特征：聚煤盆地的基底界面可以是①连续沉积界面，也可以是②遭受长期风化剥蚀的间断面。在盆地形成演化过程中，基底脆性断裂变形不明显。3、盆地形态特点：①拗陷型盆地的几何形态多呈圆形、椭圆形或湾口形，②其横剖面有些是对称的，有些则不对称。③盆地的规模可大可小，大者可达数十万平方公里。第二节聚煤盆地的分类4、沉积充填及成煤特征：①沉陷中心一般位于盆地的中部；②盆地中部距陆源区较远，往往出现欠补偿环境；③盆地的沉积中心与沉降中心可能不一致；④拗陷型聚煤盆地含煤岩系的岩性岩相和含煤性比较稳定；⑤沉积物成熟度高；⑥旋回结构清晰；⑦煤层发育比较广泛、稳定，易于对比；⑧陆源区和含煤沉积区相对高差不大；⑨大型拗陷聚煤盆地内部常常发育次一级隆起和拗陷。第二节聚煤盆地的分类我国华北石炭—二叠纪聚煤盆地是一个比较典型的波状拗陷型聚煤盆地、也是一个克拉通内沉积盆地。盆地南、北侧分别以秦岭－大别和阴山活动构造带为界，总体为一个由西北向东南缓倾的箕状盆地。盆地基底为中奥陶统侵蚀界面，盆缘局部地段为寒武系或震旦系。华北石炭—二叠纪煤系由一个完整的海侵－海退旋回组成。在海域不断扩张的总趋势下形成以泻湖、潮坪－障壁体系为主的早期聚煤环境，以稳定的薄－中厚煤层和浅水碳酸盐岩层的广泛发育为特征，旋回结构清晰，煤层易于对比。晚石炭世中晚期，海域范围最大，在盆地北缘山前地带发育厚煤层，大约自晚石炭世晚期，由于内蒙－大兴安岭海槽渐趋封闭，盆缘隆起带多河系携带的大量陆源碎屑注入盆地，开始了盆地范围的海退期。第二节聚煤盆地的分类沈阳北京呼和浩特太原石家庄济南郑州徐州淮南合肥南京上海西安平凉中卫延安银川天津50501001505010012050501001207010015015010020010050701002002007010050701009108761234580080160km105°110°115°120°125°130°40°35°第二节聚煤盆地的分类在海退的总趋势下，形成以浅水进积三角洲为主体的晚期聚煤环境。中-厚煤层广泛发育，煤层稳定性较差，常见沉积间断和河流冲蚀现象。整个聚煤盆地内含煤岩系的岩性岩相和富煤层段、聚煤带呈现规律性变化，大体呈“东西向成带，南北向迁移”的总格局。∈--OSPt1N80m80km0∈—OO2C3C2O2P11234567图6-1华北石炭二叠纪煤盆地沉积—构造剖面示意图1—泻湖—滨海铁铝质沉积；2—泻湖—障壁含煤沉积；3—海湾、潮坪含煤沉积；4—浅水三角洲含煤沉积；5—沉积扇—河流含煤沉积；6—煤层；7—断陷盆地华北石炭-二叠纪煤盆地沉积-构造剖面示意图1-泻湖-滨海铁铝质沉积；2-泻湖-障壁含煤沉积；3-海湾-潮坪含煤沉积；4-浅水三角洲含煤沉积；5-冲积扇-河流含煤沉积；6-煤层；7-断陷盆地第二节聚煤盆地的分类（二）断陷型聚煤盆地断陷型聚煤盆地的基底为不连续界面，成盆期地壳运动以块状断裂运动为主。1、成因：断陷盆地可以是由地幔隆起诱发的表层引张作用而产生的地堑型盆地，也可以是由伸展作用所产生的正断层系而形成的半地堑型盆地，或者是由走向滑动断层所派生的垂向分量而形成的拉分盆地。2、盆地的基底界面一般为不整合构造-剥蚀面，并被先成断裂系所切割。第二节聚煤盆地的分类3、形态特征：①盆地一般呈狭长几何形态，其延伸方向与控制性断裂的展布方向相一致；②盆地的横剖面一般不对称，沉降中心靠近主盆缘断裂一侧。③单个盆地的范围有限，但常常按一定方位和组合型式成群成带出现，构成盆地群，且具有相当可观的规模和煤炭储量。④含煤岩系的形成，主要受断裂作用及基底断块旋转、沉陷的控制。4、盆地的超覆扩张和退缩分化：断陷型聚煤盆地在演化过程中，常常发生超覆扩张和退缩分化。通常，表现为由盆缘断裂一侧向盆地单斜基底一侧超覆。第二节聚煤盆地的分类5、盆地沉积充填和成煤特征：①由于主干断裂的间歇性活动和基底断块的差异沉陷，形成极其复杂的构造—岩相样式；②含煤岩系向盆缘断裂一侧倾斜和增厚；③盆地的充填序列一般为双层结构，划分为下、上含煤组，分别代表断陷聚煤盆地的不同演化阶段；④靠近盆缘断裂的内侧发育粗碎屑冲积扇；⑤煤层和煤层组沿走向形成富煤带，沿倾向与盆缘冲积扇带呈犬牙交错；⑥断陷型聚煤盆地中常形成巨厚煤层；⑦含煤岩系的岩性岩相变化剧烈，对比困难；第二节聚煤盆地的分类我国内蒙古霍林河煤盆地是一个半地堑聚煤盆地，盆地沿北东向延伸。晚中生代含煤岩系与下伏火山岩系为假整合接触，基底为石炭—二叠纪浅变质岩系，盆地西北缘为盆缘主断裂。盆地自下而上可划分为六个岩段，由冲积扇粗碎屑岩—深湖泥质岩—冲积、湖泊含煤岩组构成一个大型沉积旋回。含煤岩系总厚1600m，由东南向西北增厚，粗碎屑岩主要分布于西北翼盆缘断裂内侧。煤层最大厚度位于盆地中部；向西北翼煤层层间距加大，分岔、变薄和尖灭，与粗碎屑岩楔形交错，向东南翼煤层有合并现象，煤层层间距减小，层数减少。富煤带与岩相带一致，平行盆地长轴方向延展。01km图6-2内蒙霍林河下含煤段沉积断面图（据李思田等，1988）35NW0100200300400500600m21336155147734973763148SEF1K1h3J3k1K1h2K1h1内蒙霍林河含煤段沉积断面图第二节聚煤盆地的分类（三）构造-侵蚀型聚煤盆地地质外营力(如河流、冰川、风等)的侵蚀和溶蚀作用形成的地形洼地，称为侵蚀盆地。在适宜的气候、水文条件下，洼地可以沼泽化而堆积泥炭。堆积作用主要是将侵蚀或溶蚀洼地填平补齐，含煤沉积厚度仅数米至数十米。沉积于沉积间断和剥蚀面上的含煤岩系，其底部层段和煤层常常具有这种填积特征。侵蚀盆地内含煤岩系的不断堆积必须以区域性沉陷为构造背景。流水侵蚀和溶蚀是盆地形成和扩展的直接动力，提供了聚煤作用的场所，且流水体系是盆地覆水程度和泥炭沼泽发育的重要控制因素。第二节聚煤盆地的分类我国云南东部的宜良、沾益等地的早石炭世含煤岩系直接超覆于泥盆系侵蚀面上，煤系厚度很薄，一般为数米至数十米。煤层赋存于剖面下部，含煤1~3层，层厚0.3~1.0m，局部可达10m。煤层发育明显地受古地形的影响，煤体呈透镜状，延伸不远便变薄、尖灭。12345100m50m0云南沾益天生坝煤矿含煤沉积剖面1—石英砂岩；2—泥岩；3—煤层；4—泥灰岩；5—白云岩（D2）（据《中国煤田地质学》，韩德馨等，1980）第二节聚煤盆地的分类过渡类型：除上述三种聚煤盆地基本类型是一个连续系列外，还常见各种过渡类型，特别是拗陷型和断陷型的过渡类型，称断拗型聚煤盆地。随着近代深层地震探测技术的应用和发展，证实基底断裂和地壳、岩石圈断裂是很多沉积盆地形成的控制性构造，这是在探讨聚煤盆地类型时值得注意的动向。第二节聚煤盆地的分类聚煤盆地从形成到结束是一个动态过程，由于古植物、古气候、古地理和古构造等多种因素的影响，盆地不断地发生时－空演化。一、盆地的层次结构随着区域构造和盆地基底构造的演变，盆地充填盖层也卷入了地壳的形变过程，形成具有一定特征的沉积－构造层次。不同的沉积－构造层次组成整个盆地的层次结构。第三节聚煤盆地的发展与演化断陷聚煤盆地往往具有明显的层次结构：（1）盆地发育早期表现出显著的裂陷性质，下落断块组成一系列半地堑或地堑盆地系，各个亚盆地相互分隔，各自具有盆缘断裂和冲积扇带，构成底部沉积－构造层次。（2）随着裂陷作用的持续，各个亚盆地被上覆沉积广泛覆盖，形成统一的沉积盆地，下伏基底断块的显著差异性沉降，引起盖层岩性岩相和厚度的变化，某些基底断裂可能延伸至上覆盖层，也可能产生重力滑脱断层系，构成沉积－构造类型比较复杂的过渡层次。（3）盆地发育的后期，发生了构造型式的转化，由早期的裂陷作用为主，转化为晚期的荷载调整性沉降或热沉降。第三节聚煤盆地的发展与演化NWTrK22K21K13K14K15K21K11JC-PSW海拔/m0-1000-2000-3000-4000-5000-6000-7000松辽盆地沉积-构造剖面图（据《中国煤田地质学》，韩德馨等，1980）东北松辽盆地，晚侏罗－早白垩世火山岩系和含煤碎屑岩系填积在北东向基底断裂构成的半地堑盆地内，组成底部亚盆地系。早白垩世沉积范围扩大，超覆不整合于石炭—二叠系变质岩系或海西期花岗岩基底之上，早白