中国主要的成煤时代及其成煤环境演化

1浅论中国主要的成煤时代及其成煤环境演化宋佳益新公司地质勘察部摘要：煤是分布十分广泛的沉积矿床，控制其分布的有各种因素，如植物演化，海陆分布，海水进退，地壳运动，构造发展，古气候的分布和变化等。中国主要成煤时期为石炭-二叠纪,侏罗纪,白垩纪和第三纪,本文介绍了中国主要成煤时期的地质构造总体演化历程，以煤层所含化石为直接证据,论述了中国主要的成煤时代演化及主要含煤地层，分析了中国各个主要含煤地区环境的演化，并简要介绍了含煤地区的地质构造与各主要成煤时期的古气候特征。关键词：成煤时代；成煤环境；煤盆地；聚煤期；1、中国主要的聚煤期及含煤地层从早古生代腐泥煤类的石煤至第四纪泥炭，共有14个聚煤期，其中最重要的聚煤期是：华北石炭－二叠纪，华南二叠纪，晚三叠纪，西北早，中侏罗世，东北晚侏罗－早白垩世，以及东北，西南及沿海第三纪，共7个主要的聚煤期。早，中侏罗世聚煤期煤炭资源量占全国总量的60%，华北石炭-二叠纪聚煤期资源量占全国资源总量的26%。1.1古生代主要聚煤期我国早古生代聚煤主要是浅海，滨海藻菌类形成的腐泥无烟煤，以下寒武统煤层的煤层的煤质较好，广泛分布于华南地区。真正的腐泥植煤是从晚古生代植物登陆成林才形成的。泥盆纪原始陆生植物形成的煤层零星分布于新疆、广东、广西和云南等地。其中，广东封开煤厚1m左右，具有一定的开采价值。石炭纪是地球上最重要的聚煤期之一。早石炭世晚期以鳞木、古芦木和种子蕨类为主的植物群形成大面积的沼泽森林，华南早石炭世大圹阶自下而上可分为：旧司组、上司组和摆左组，贵州、云南的旧司组及其相当的地层中含有煤层。湖南测水组大致相当于旧司组的上段，以湘中地区煤层发育最好。浙江叶家圹组为陆生相含煤地层，依据植物化石，自下而上可分为A，B，C，D四段。其中，A段为主要含煤层段，可与韦宪阶对比：B段已相当于纳缪尔阶。由此可见，早石炭世含煤地层自西面向东北显示层位抬高的时迁现象。晚石炭世地球上出现了明显的植物地理分区，我国主要属于华夏植物地理区，称大羽羊齿植物群，由石松纲、楔叶纲、真蕨纲和裸子纲等组成茂密的沼泽森林。华北地区及西北东部聚煤作用强盛，形成极为重要的含煤地层。华北石炭纪含煤地层包括中石炭世本溪组和晚石炭世太原组。其中，本溪组以辽宁本溪组发肓较全;华北聚煤盆地绝大部分属于晚石炭世太原组。太原组以山西地层2剖面为代表，一般以东大窖灰岩的顶界面作为太原组与山西组的分界，太原组含重要可采煤层。太原组是一个海进沉积序列，由北而南灰岩层数增多，层位偏高，在盆地范围内最高灰岩层位并不代表时面，这就给区域地层对比和划分带来了困难。西北地区东部，在相当于西欧韦宪阶的臭牛沟组之上划分出靖远组，以与西欧的纳缪尔阶相对比，靖远组含有薄煤层。二叠纪的植物群落与晚石炭世相似，但银杏、苏铁、本内苏铁、松柏类等相继出现，由于其适应能力强，植被扩展到丘陵地带和内陆干燥地区。早二叠世我国仍以华夏植物群作用强盛，适应热带、亚热带雨林气候的真蕨纲、种子蕨纲特别繁茂。华北广大地区早期聚煤作用强盛，以山西组含煤地层为代表；晚期聚煤作用仅限于华北地区南部，以石盒子组含煤地层为代表。华南地区的聚煤作用东南沿海发生早，西南地区发生晚，显示由东南向西北推移扩展的趋势。晚二叠世是华夏植物群的鼎盛时期，尤以种子蕨最为繁盛，树干高大的生产科达、鳞木和皮厚且具有附生根的辉木也很发育，形成华南地区最重要的含煤地层；其晚期随着广泛的海侵，聚煤作用迁移到滇东、黔西一带。我国境内代表温带气候的安加拉植物区的代表冷温按气候的冈瓦那植物区均无重要煤层形成。1.2中生代主要聚煤期中生代植物界发生了新的演替，石松纲、楔叶纲、种子蕨纲和科达纲显著衰退或绝灭，代之而起的是裸子植物门的苏铁、本内苏铁、银杏和松柏纲，并成为主要造煤植物。晚三叠世我国南方属于叉羽羊齿植物区系，四川、云南、江西和湖南一带形成重要的含煤地层，分别以须家河组和安源组为代表；北方则属于丁菲羊齿植物区系，以陕西延长组为代表，仅含有薄煤层。我国北方早，中侏罗世植物群的成分以银杏、松柏、真蕨植物为主，尤以大量银杏发育为特征，称之为凤尾银杏-锥叶蕨植物群。聚煤作用由西北向华北地区扩展，以新疆水西沟群和山西大同群为代表，在新疆、陕北等地常形成巨厚煤层，是我国最强盛的聚煤期。晚侏罗-早白垩世植物群以松柏、银杏、苏铁植物为主，可以拟金粉蕨-高腾刺蕨植物群为代表。随着潮湿气候带的北移，晚侏罗-早白垩世聚煤盆地集中分布于东北和内蒙古东部地区，形成巨厚煤层。1．3新生代聚煤期我国新生代早、晚第三纪均有重要含煤地层形成。早第三纪含煤地层主要发育于北方，造煤植物主要为被子植物，抚顺煤盆地始新世—渐新世含煤地层如山西繁峙组、华北平原沙河街组和东海盆地花港组，含煤性较差。早第三纪华南大部分为红层沉积，仅沿海和云南西部一带有煤盆地零星分布，如广西百色、广东茂名等煤盆地。晚第三纪中新世含煤地层主要分布于云南及台湾省，以云南小龙潭组为代表，含有巨厚煤层。上新世聚煤作用集中于西南地区，以滇东北的昭通组为典型，亦有巨厚煤层发育。晚第三纪的聚煤作用可延续至第四纪，云南昆明盆地含有褐煤沉积岩主要为更新世堆积。32、我国成煤环境演化2．1聚煤古地理环境的演变特征聚煤作用是在一定的古地理环境条件下发生的。我国地史时期随着海陆变迁、海面变化和古植物演化，聚煤作用由浅海、滨海向邻海和内陆逐步扩展和迁移，聚煤古地理景观构成一个时空演化系列。早古生代煤形成于滨海—浅海环境，为菌藻类转化而成的腐泥煤；晚古生代以海滨环境为主；中、新生代则从邻海环境逐步过渡为内陆盆地环境为主聚煤作用范围逐步扩大，聚煤古地理环境渐趋多样化。早古生代末，华北、塔里木、上扬子等陆块隆起剥蚀华南东部的古华夏海槽和西北的祁连海槽亦褶皱隆起，陆地范围显著扩大。晚古生代海侵沿袭了古华夏海槽和祁连—秦岭槽地的方向，早石炭世晚期海水曾达滇东、苏北和皖南一带。在短暂的海退期，沿陆缘滨海地带形成小型三角洲平原、障壁潟湖和滨岸潮坪成煤环境，主要分布于上扬子—江南古陆东南缘和河西走廊一带，是在海域不断扩大的总趋势下形成的，并显示向陆地方向的穿时和迁移现象。晚石炭世海域范围进一步扩大，华南、西南的大部分地区沦为浅海碳酸盐盆地。海侵范围波及长期隆起的华北地块，中石炭世海水由东、西两侧进侵，晚石炭世中晚期达到最大规模。华北聚煤盆地的古地理环境为陆表海、潟湖潮坪—障壁体系和三角洲平原的区域配置和交换。主要煤层赋存于海进沉积序列，在盆地北缘形成东西向展布的厚煤带。早二叠节伴随蒙古—大兴安岭海槽的封闭过程，大量陆缘碎屑注入盆地，海侵范围向南退缩，以浅水三角洲为主体的聚煤环境自北向南推移，呈现出山前冲积平原、滨海三角洲平原和潟湖海湾沉积环境的有序配置，赋煤层位逐步抬高，组成海退沉积序列。早二叠世早期形成盆地范围的重要厚煤层，早二叠世晚期晚二叠世聚煤作用则退缩于盆地的南缘地带。早二叠世华北，西北地区广泛海退的同时，华南地区的海域范围则继续扩展，海水向西北侧上扬子古陆区快速侵漫，沿古陆边缘的潟湖潮坪环境发育早期含煤沉积，并迅速被广海碳酸盐沉积代替。早二叠世晚期，由于东吴运动的影响，华南广大地区隆起陆，海水退居东南隅，在海西期造山带的前缘堆积了滨海碎屑含煤岩系。晚二叠世早期，海水由西南方向再度进侵，但其强度已明显减弱。不海域不断扩大的趋势下，华南地区呈现比较复杂的岛海古地理景观，岸线曲折，海陆穿插，沉积类型多样。东南沿海为陆相、过渡相碎屑含煤沉积，盆地中部为滨海、浅海相碳酸盐含煤沉积，黔西、滇东地区则持续发育大型三角洲复合体，为煤层最富集地区。随海域不断扩展，聚煤带向古陆方向迁移。晚二叠世晚期，华南地区再次被广海淹没，以碳酸盐和硅质沉积为主，含煤沉积则局限于川滇古陆东侧的滇东、黔西和川西一带。古生代末至中生代初期是我国海陆变迁的转折期，晚三叠世秦岭以北及我国东部广大地区隆起为陆，海区退缩于华南东南隅及西南地区，聚煤盆地主要分布于海陆交接的邻海地区，聚煤古地理景具有“过渡型”特色。海水内侵受到限制，以富含半咸水动物化石为特征。华南东部以海湾型沉积环境为主，4主要含煤层段赋存于盆地早期冲积扇粗碎育的充填序列，各盆地充填差异显著；中期各盆地与海域连通，形成际形复杂的海湾；晚期随着海退过程再次出现聚煤作用，可延续至早侏罗世，但一般含煤性变差。西南地区以潟湖型沉积环境为主，由于河流注入而导致潟湖淡化，并逐步扩张超覆，向邻海湖盆地演化，主要含煤层段形成于滨湖三角洲平原环境。侏罗世早期西南和华南的海域进一步退缩，伴随潮湿气候带的北移，早、中侏罗世聚煤盆地主要分布于昆仑—秦岭构造带以北地区，内陆盆地占据主导地位。大型内陆盆地主要分布于西部地区，以湖盆为中心构成内流水系，呈现冲积扇、冲积平原—三角洲平原—湖泊沉积环境的有序配置，冲积平原和滨湖三角洲平原是主要聚煤环境。随着盆地的演化，盆地充填序列经历了冲积—湖泊—冲积充填序列的更替，形成上下两个含煤组，一般以湖泊充填淤浅基础上形成的上煤组含煤性较好。中、小型山间盆地和谷地主要分布于东部地区，常由于盆地充填淤浅而沼泽化，形成厚煤层。中生代晚期海域退缩于藏南和东北三江平原局部地区，并有滨海型号含煤沉积分布。东北、内蒙古东部地区则发育内陆断陷煤盆地，构成高地和湖盆星罗棋布的古地理景观。盆缘断裂活动和近源物质供应是控制盆地形成和演化的主导因素，沿盆缘断裂分布的冲积扇的进积和退缩控制了盆地沉积环境的空间配置，聚煤环境出现于盆地演化的一定阶段和盆地的特定部位，在湖泊淤浅的基础上形成上部含煤段，常发育巨厚煤层。新生代第三纪聚煤盆地主要分布于东北和西南地区，多为内陆断陷或构造—侵蚀盆地濒太平洋地区尚有滨海型和海湾潟湖型含煤沉积，与第三纪伸向陆地的指状海连通。内陆聚煤盆地常常赋存巨厚煤层，煤层一般出现于填充盆地向湖盆演化的过渡阶段，煤层上覆为湖相泥岩或泥灰岩。我国主要聚煤期的气候聚煤期的古气候是影响沉积盆地充填和聚煤作用的重要因素之一，适宜的古气候条件对植物的发育和泥炭聚积起了重要作用，分析各聚煤期的古气候状况有助于了解聚煤盆地的时空分布和充填物特征。3．1晚古生代聚煤期古气候早石炭世的古气候比较单一，植物界刚刚扩展到陆地，只能在温暖潮湿的气候条件下生存。早石炭世发育的拟鳞木植物群不具年轮，植物化石分布于南、北半球，甚至现在的北极地区，绝大部分地区相当热带、亚热带气候。我国绝大部分地区属于拟鳞木植物群分布区，仅蒙、东北北部局部地区见有安加拉植物群分子，说明局部气候略为温凉。晚石炭世植物地理分区已经形成，可区分为四个植物类型，即：安加拉植物群，冈瓦那植物群，欧美植物群和华夏植物群。其中，前二者属于温带气候，后二者属于热带、亚热带气候。我国除东北、新疆北部属安加拉植物群，藏南属于冈瓦那植物群以外，绝大部分地区为华夏植物群。鳞木非常繁盛，茎上气孔构造发育，为热带、亚热带湿润气候带的产物。此外，中亚一条北西向的干燥带东延至我国西北5地区。二叠纪植物演化更加明显，植物地球分区清楚。天山以北、内蒙北部和东北北部为安加拉植物群分布区，属于温带半潮湿气候。冈瓦那植物群主要分布于藏南地区，以舌羊齿为主，代表温带或冷温带半潮湿气候。我国大部分地区为华夏植物群分布范围，贵州西部峨嵋山玄武岩纵组、龙潭组和长兴组中发现的丰富的辉木，反映了热带雨林气候条件下的生态特征。华北地区辉木不发育，大羽羊齿类形体较小，属于亚热带半潮湿气候。晚二叠世华北地区南部仍持续温暖潮湿气候，有煤层和紫斑泥岩发育，但从整个沉积物类型和植物化石组全判断，我国西北、华北广大地区的气候已渐趋干燥，干燥带由西向东扩展，聚煤作用终止。3．2中生代聚煤气候早、中三叠世我国大部分地区处于干燥带，中三叠世末华南地区转为热带、亚热带潮湿气候多雨气候，发育叉羽羊齿植物群，其中苏铁植物占据优势。华北、西北地区则以木贼、类丹蕨、束脉蕨等旱生耐凉植物为主，代表温带半潮湿气候。早、中侏罗世我国南方苏铁、真蕨植物特别繁茂，代表热带、亚热带气候，北方则以真蕨、松柏类和银杏类为主体，代表了一种针叶、阔叶混交林植被景观，总体上这一植物群是亚热带—暧温带气候的反映。中侏罗世中晚期紫色沉积增多，矿物成