上河湾-营城-羊草沟火山沉积盆地 天然地质景观

松辽盆地东缘，从北东方向上河湾的六台孙家沟—营城—龙家堡—羊草沟—石碑岭（编号25），是串珠状分布的断陷盆地，全长约110千米。白垩纪本区受北东，南西向张扭力作用，伴以火山喷发溢流，断裂西盘向南推进，东盘向东北推移。造成盆地北东向雁行状排列。盆地之间曾有大河相连。在白垩纪良好气候条件下，河两岸林木葱茏，植被丰茂，造就了一系列隐伏煤田。经勘察，列入统计的小矿区有30个，进入储量计算表的总煤炭资源量5.5亿吨，其中较著名的是营城—九台煤矿和羊草沟煤矿。

1.营城煤矿

白垩纪初期（134—130Ma），在九台营城子—长春郊区，火山活动多以爆发相开始，火山间歇改造时间较长，在一定区域范围内，除成煤外还形成了膨润土、珍珠岩、沸岩等非金属矿床。岩层序列自下而上是：

①下段，上二叠系马达屯组：这是煤矿的底板，出露在上家山咀一带，为紫红色角闪安山岩、角砾凝灰岩、凝灰质砾岩。分布面积6.3平方千米。

②一段，火石岭组：安山岩、凝灰岩，暗绿色紫色。厚度28.5—193米，这是倒数第一层，它和松辽盆地厚层流纹岩及火山碎屑岩沉积同步，偶夹沉积岩，酸性火山岩的同位素年龄130—120Ma。

③二段，营城组：在本区普遍发育，是主要含煤层系，厚度92—640米。下段中基性火山岩夹沉积碎屑岩（年龄134—130Ma）。中段是火山间隔期，大量蕨类、侧羽叶、坚叶杉植物构成丰茂的森林草原遗存，盆地均衡沉降是聚煤作用的主控因素。与下伏地层呈角度不整合接触。顶部为流纹质凝灰岩。

④三段：由珍珠岩及煤层组成，厚26—224米，煤层顶部为流纹质凝灰岩、中性酸性火山岩互层，在营城子一带出露面积9.6平方千米，与下组角度不整合接触。三段基性火山岩及顶部酸性火山岩的年龄115—110Ma。

⑤四段：分布广，紫红色巨砾岩、砾岩及砂岩，厚度大于65米，是煤层顶板。代表地形起伏高差大产物。它与松辽盆地发展史不一样，营城煤矿至此已无煤。

图114　营城盆地聚煤构造模式平剖面图（据沈萍）

1.盆缘断裂；2.后期张扭断裂；3.同生隆起；4.同生拗陷；5.石灰二叠系；6.煤层；7.含煤段等厚线圈；8.富煤带；9.重力等值线；10.湖泊；11.冲积扇；12.扇三角洲；13.湖滨三角洲；14.火石岭组凝灰岩；15.沙河子组1，2段

上图展现了断裂构造控制的九台—营城成煤盆地。富煤带分布于上家—九台东西向背斜两翼，以竖密线表示。剖面线近南北，表示了安山岩、凝灰岩与煤沉积层的关系。

碎屑岩夹凝灰岩中含煤，有六个可采煤层，厚度为0.6—2.8米，倾角15°—18°，煤种为长焰煤。顶底板为砂岩、页岩及砂质页岩。受新生代和中生代两期构造运动的影响，断层发育。至营城东官地煤矿，于泥岩粉砂岩中，还有1—2号两层可采煤。

值得注意的是营城除了膨润土矿、珍珠岩矿与煤炭资源外，还有锗矿。

膨润土矿：营城银矿山膨润土矿是大型矿，矿体属营城组第二火山岩段，是火山岩喷出于碱性水域环境下形成的。4层矿体，分布稳定，长600—1600米、宽400—1600米、厚35—398米。矿石工业类型为钠基膨润土和钙基膨润土，现储量1350万吨。与其共生的有沸石矿和珍珠岩矿。

全国各地的石油钻井所使用的泥浆，主要成分是膨润土，平均每打一口井，大约使用膨润土8吨。据统计大庆地面共有5万多口井，当大庆有百台钻井齐上陈时，想想需用多少膨润土？5万口钻孔所需要的膨润土，得用5万台解放牌卡车运送。

此外，吉林省公主岭市刘房子也有膨润土矿。6层矿体，主矿4层，矿体长730—3100米，宽400—1200米，厚37.96米，矿体呈层状，矿石工业类型为钠基膨润土。公主岭煤系中，膨润土矿通常还共生有沸石矿和珍珠岩矿。长春近郊羊草沟煤矿，就是为了要找膨润土而设计钻孔，结果不期而遇，打出了和膨润土同一时代的煤！

珍珠岩：九台营城煤矿区珍珠岩类型多样、种类繁多，是一种火山喷发酸性熔岩直接进入水中，发生塑状玻璃的水化作用冷凝固结产物。大量水蒸气未能从岩浆中逸散而存于玻璃质内，形成珍珠岩。其蚀变过程是在碱性水介质参与下完成的。由于岩浆骤冷而有很大黏度，现今对其再焙烧，因突然受热达到软化程度，玻璃质中的结合水汽化，产出很大压力，体积迅速膨胀。在玻璃质冷却至软化温度以下时，便凝成空腔结构，形成多孔的膨胀珍珠岩。因此玻璃质是引起矿石膨胀的基础条件，水是引起矿石膨胀的内在原因，因其具有珍珠裂隙结构而得名。

目前中国膨胀珍珠岩60%应用在建筑工程上。长春九台区楼层顶盖的隔热层热管道保温、装饰材料大部分用营城的珍珠岩。

锗矿：营城煤形成前后都有火山喷发，火山喷发物中含有锗，经后期地表风化，异地搬运顺水流入湖沼，最后在稳定的沼泽中，在偏碱性静水还原环境中被有机质吸收，在营城组上下层煤中或泥页岩中聚集。

锗，高科技金属，它太分散了，在大自然中，没有锗矿。当年富锗的营城5井、9井及10井的煤，煤层里有千分之十六的氧化锗，在烟道灰中却含有千分之一，甚至百分之一的……不曾着意提取，至今已经烟消云散了。当时锗市场价10500元/千克，而煤300元/吨，为何我们不用近代科技武装头脑，为什么采煤干部连这点科普知识都不具备？

经化验，现在营城官地煤矿层中7815号钻孔，锗：0.00044%；巷道中18号煤样0.0004%；巷20煤样0.0002%，都低于工业指标0.001%—0.1%。

☆二氧化碳突出事故

二氧化碳是矿产，江苏省黄桥地下有一个51平方千米的地层拱隆，CO2顺地壳深大断裂从地下涌上来，因上覆层圈闭较好，背斜顶部存储6400000立方米（640万立方米）的二氧化碳气。现在有五口钻井进行开采，制成各种产品销售。营城煤矿也有丰富的二氧化碳。

营城煤系地层CO2含量93.96%。

远在营城东北方的松辽盆地内长岭拗陷，5个钻井见营城组CO2含量70%—99.45%；从乾安的白垩系泉4段、青3段六个钻孔中测得CO2含量为70.4%—95.73%；万金塔4个钻孔中于泉3段见57.79%—99.6%的CO2。这些二氧化碳气主要赋存在营城组火山岩中，万金塔则集中在泉头组4段和3段的砂岩中，其上的泉4段、青1段厚层泥岩为其封闭的盖层，乾安在气藏下见60米玄武岩，万金塔气藏下部见937米火山岩。都说明东北地区地下二氧化碳气为地下岩浆成因。

二氧化碳的来源有的是火山气体的侵入；有的是在成煤期间就已赋存于松软砂岩、煤层、地质构造带内。如果开矿前早期探明，是可以先行抽取，地面压缩冷藏处理，当作工业品出售。

营城煤矿的煤层与火山活动前后相伴进行。成煤后煤层为断层切断包围，且断层带为致密的断层泥封闭，导水性弱，五井十号下斜坑道CO2突出区域位于F2大断层与边界大断层之间，F2大断层直达火山岩区，各断层相互连通，或开放或封闭，偏偏有一部分二氧化碳被引导运移至五井十号下山区，聚集越来越多形成高压突出源。

当掘进巷道逼近，爆破剥离面破坏原来的平衡，前方的岩体阻挡不住后方高压二氧化碳的压力时，CO2要向抵抗力薄弱方寻求出路，涌向自由面，将工作面前方封闭的煤体瞬间抛出，从而形成煤与二氧化碳倾出事故。

营城煤矿在采掘中，出现过几次二氧化碳突出事故，为引起注意，这里记述三起：

①1975年6月13日营城煤矿二氧化碳突出。

突出地点是五井十号下山的长420米岩石大巷。位于二、三煤层间的砂岩中，该处离地表439米。计划再掘进20米，即可见第三层煤。在6月13日晚班放炮后，随即听到轰、轰、轰三声巨响，二氧化碳突爆。于掘进工作面的左上方，爆出一个直径4.5—5米，高约16米的空间，孔洞垂直，巷道如同一个小立井。突出和冒落的砂岩1005吨，充满了46.8米巷道。

4小时内共喷出二氧化碳14000立方米，二氧化碳逆风流向进风方向蔓延420多米，清理巷道时底板的水坑中仍然涌出大量CO2的气泡。这是一次大型CO2和岩石突出，是营城矿开采一百多年来的第一次。(www.xing528.com)

②岩石和二氧化碳突出现象又在垂深达700米处发生。

1985年11月29日6时10分，九井在西南大巷配风巷掘进中，当放三排炮后，突然喷出二氧化碳39630立方米。在100米巷道内，帮顶和底板浮有3厘米厚的灰黑色煤岩粉尘。岩石750吨，堵塞43米巷道，U型金属支架被冲击变形扭曲。躲避在防爆室的人员呼吸困难，相继倒地。突出的二氧化碳逆风流蔓延千米以上。在波及范围内造成多人窒息性伤亡。

③2014年2月24日0时，掘进施工到两个大断层之间的地垒块段，它像一个楔子一样，夹持于两侧断层之间。放炮震动引起煤体冒落，导致构造带内封闭的高压二氧化碳气体涌出，造成4人死亡，1人受伤，直接经济损失286.7万元。

岩石和二氧化碳突出是有预兆的：片钠铝石是二氧化碳的示踪矿物，它记录了地质历史中CO2的聚集。如果在这一区段的砂岩中频繁出现片钠铝石矿；巷道中有明显的地压活动，巷道顶板片状脱落、煤岩倾出；底鼓岩石变软，拉底时如同挖砂堆一样省力。你就要警惕了，巷道内这么明显的压力活动，绝不是好兆头。

在营城煤矿CO2突出前两天，一次放炮后，工作面前方出现一个上斜空洞，宽1.4米、高2米、深3米。突出前几天巷道裂缝中经常发生二氧化碳涌出的吱吱声，巷道风流中二氧化碳浓度增大，底板积水中冒气泡，放炮后，在巷道底板0.5米以下的风流中，有雾状气体突出。当天早班巷道发生底鼓包约0.4米高。

当钻眼与炮眼喷雾；工作面空气温度降低，有凉、冷之感，嗅到碳酸气味；人员感觉发闷、头晕……切记，此时生死线正在向你逼近，请不要拔出钻孔中的钻杆，发出警报，招呼同伴，选距离地面最近的通风口，顺上山巷道，迅速逃离，稍一迟疑死神便会掐住你的脖子。

我们无意揭伤痛讲事故，而是用常识来唤醒人。本来是资源，就因为开拓者不知利用气体矿产，不事先探明抽取，脑子里只有黑煤的一根弦，致酿成大祸。用无知的人指挥生产是可悲的。

2.九台立井

1976年7月6日，年产能力55万吨的九台立井开工，九台立井在营城老矿之西，银矿山之南，新矿井建在九台东郊，这是地质工作者新发现的营城煤田西延部分。是后起之秀，不再属于营城区域。

矿区地表标高170.2—251.5米。地下运输大巷开拓水平为-610米，开拓方式为两立井两斜井，煤炭和矿渣集中运输巷道后，统一由主、副立井采用摩擦轮提升。巍然屹立的颇为现代化洁白的体面建筑，就是为这里地下蕴藏有长4.8千米、宽1千米的几层煤而来。

煤系地层构造格架为一中间隆起的开阔背斜，轴向北东50°，两翼分别倾向东南及北西。经工程验证有五条较大的正断层，F5、F4、F6、F7、F8。断层多，在矿田走向6千米的范围内，落差20米以上的就有20条，平均每300米一个。至于落差较小但影响回采的断层就更多，几乎每一条巷道都穿过若干条断层。煤层顶底板由泥岩、砂质泥岩、砂岩组成。各矿井均采用斜井集中开拓，以断层为界自然地块布置采区，采区一律为绞车道提升。

含煤地层为白垩系沙河子组，有煤五层，由上至下分别为1、2、3、4和5号煤层，其中1、2、3煤层为可采煤层，4、5煤层为局部发育的不可采煤层。1、5煤层的顶板比较破碎，巷道压力较大，回采时顶板容易冒落。

1号煤层

是本区正在开采的煤层。可采部分走向长度4865米，倾向平均宽度1060米，赋存标高-379—1020米，煤层平均可采厚度1.86米，背斜南东翼产状126°∠0°—40°，北西翼产状306°∠0°—22°，含泥岩、粉砂岩夹矸1—5层，夹矸厚度0.05—1.29米。煤层顶板多为泥岩、粉砂岩。底板多为粗砂岩、细砂岩。虽然煤层中间断条，煤层被剥蚀，但总体看煤层连续性好，可采面积为5.1553平方千米，是全区绝大部分可采的稳定煤层。与2号煤层的平均间距为13.42米。

2号煤层

是本区的次要可采煤层，可采部分走向长度4225米，倾向平均宽度718米，赋存标高-386—-818米，煤层平均可采厚度1.77米，背斜南东翼产状126°∠5°—20°，北西翼产状306°∠7°—20°，结构复杂，含泥岩、粉砂岩夹矸1-4层，夹矸厚度0.03—1.35米。煤层顶板多为粉砂岩、细砂岩。底板多为细、粗砂岩。煤层厚度变化大，连续性较好，可采面积3.0346平方千米，是局部可采的较稳定煤层。与3号煤层的平均间距为32.85米。

3号煤层

是本区的主要正在开采煤层，可采部分走向长度5725米，倾向平均宽度1371米，赋存标高-429—-1020米，煤层可采厚度0.90—11.72米，平均可采厚度6.09米，背斜南东翼产状126°∠2°—19°，北西翼产状306°∠3°—18°，结构复杂，含泥岩、粉砂岩夹矸2—14层，夹矸厚度0.01～0.73米。煤层顶板多为泥岩、粉砂岩。底板多为泥岩、粉砂岩。虽然局部有不可采区，但总体看煤层连续性好，可采面积为7.8475平方千米，是全区可采的稳定煤层。

九台煤矿煤质好，低硫低磷，属中高灰分、高挥发分、高油煤。煤质多为光亮型半光亮型，工业牌号为长焰煤，适于民用燃料。矿井瓦斯含量高。

沿着断裂西南行，龙嘉堡也是本串状煤盆地中的一珠。位于羊草沟东北，地质历史二者近似。煤矿一经发现后即行投入开采。

3.羊草沟煤矿

1982年地质人员发现，原来九台营城断拗向长春方向延伸过来，在白垩纪火山岩多次活动间隔期，在低洼的羊草沟河套湖泊沼泽，积存了煤炭。矿区位于长春市东北21千米，坐落在九台市放牛沟镇境内，矿区油碴公路与吉长公路和市区公路相连，交通十分方便，是靠近中心城市，条件十分优越，不可多得的天然大煤仓。矿区煤田埋藏浅，煤层厚，煤质好，除了优质长焰煤还伴生膨润土、沸石等矿产。

羊草沟煤低硫低磷，属中高灰分、高挥发分、高油煤，矿井瓦斯含量高。煤质多为光亮型半光亮型。煤层厚4—14米，灰分低15%左右，发热量高4200—5900大卡/公斤，是动力和民用的好燃料，全区现已探明的储量为2.6亿吨。很快，当地质报告提交之后便设计动工开采。

矿区出露地层自下而上有：下二叠统范家屯组；下白垩系火石岭组、沙河子组、营城组、大羊草沟组、泉头组；第四系。煤系顶部盖层是泉头组+红层。未见登楼库组，下部安山岩夹正常沉积岩，上为酸性火山碎屑岩及熔岩及山麓粗碎屑沉积，下图展示的树枝状花纹是河流冲积扇无煤，煤层聚存在草莓状花纹区。

图115　羊草沟煤矿岩相古地理图（据赵东甫）

羊草沟煤矿的基底杂色砂砾岩、泥灰岩是距今2.8亿年前形成的。倒数第一层叫火石岭组，是在地壳初次裂陷，溢流出的安山岩和块状的玄武质安山岩。这两组中虽然有薄煤层沉积，但均不可采。

第5组沙河子组凝灰质砂岩，虽然和火山源有关系，但它和砂岩、砂砾岩一样，是正常沉积岩，地下涌出的安山岩只是短期现象，作为夹层出现其间。在比较长期的和风细雨、润热潮湿环境中，生成可采煤三五层，由于成煤期沼泽范围扩大，所以有的煤盆底板是晚古生代的花岗岩。

第4组营城组，记录这个盆地始终是不安静的，断裂复活，地下涌上来的安山岩和玄武岩岩流和喷发物，进入碱性很高的水盆地，生成膨润土、沸石、珍珠岩等资源。

第3组，盆地扩张。玄武岩喷发是几个月的事，而热带雨林植株残体堆积却是经年累日的，于是河湾成沼，正常的沉积岩和煤层越积越厚，成为大羊草沟煤系地层。

羊草沟组，是将营城组含煤地层单独划分出来的地层组。含煤层在平面上与古湖盆形状一致，像个哑铃。盆地中心煤系地层318米，边缘厚约100—230米。煤层由东向西尖灭。尔后盆地进一步扩张，第2组期间还有微弱的玄武岩、安山岩喷发，到1组泉头组时盆地抬升，湖泊收缩，沉积间断，最终被泉头组中部蒸发岩（122.2Ma）掩覆。红色盖层显示当时气候干燥炎热。

上白垩统青山组、姚家组、嫩江组，在羊草沟煤矿是缺失的。因为距今114Ma的泉头早期之后，羊草沟不像松辽大湖那样有湖水，而是低洼陆地。

由羊草沟往南西行，到长春石碑岭—陶家屯，还有一个20平方千米的小煤盆，是营城煤矿、羊草沟煤矿南西向串珠状的延长部。