(一)太原组、山西组聚煤作用的控制因素
1.古构造的控制作用
古构造的控制作用主要表现在3个方面:一是区域性的构造控制;二是盆地内局部的同沉积构造的控制作用;三是次级小型同沉积断裂等的影响作用。前者影响着总体的盆地演化阶段,而后两者则引起地层厚度和沉积相在盆地内和局部的分布差异。
(1)区域构造背景的控制作用
晚石炭世早期由于构造背景以碰撞裂谷作用为主,沉降速度快,小盆地经常受沉积补偿,即使出现碎屑体系变浅、废弃和沼泽化,但持续很短时间就被水体淹没,使土坡组普遍含煤性极差。晚石炭世晚期沉积盆地已由裂陷型转化为宽广的坳陷型,沉积作用明显减弱,碎屑体系的不断充填和迁移建造了稳定而又开阔的浅水平台,因而有利于泥炭沼泽的持续发育。二叠纪开始,盆地逐渐向隆起转化,早二叠世早期早时正是处于转化的过渡阶段,构造背景更趋稳定,早期充填的碎屑体系出现大面积废弃,形成了宽广的利于沼泽发育和泥炭堆积的平原,因而在山西组下段形成了厚而稳定的工业煤层;晚时隆起明显,河流作用同时急剧加强,气候条件也由湿润向干旱转化,逐渐进入了大陆沉积发展阶段,聚煤作用逐渐减弱以致消失。
从平面上看,构造的活动性差异明显地控制着含煤性的分区,主要表现如下。
A.形成于前加里东期并长期活动的青铜峡—固原深断裂控制着东部地台区和西部地槽区含煤性差异。即在西部的香山煤田,早期的快速沉降和晚期的迅速隆起,以及强烈的变形等都不利于泥炭沼泽的发育和煤层的保存,晚石炭世晚期仅于黑山—线驮石一带形成具工业价值的煤层,早二叠世早期只有线驮石一带含工业价值的煤层。位于断层东侧的华北地台区普遍含煤性较好。
B.就地台区含煤性变化来看,桌子山区和东侧边缘台地上构造条件稳定,含煤性较好,而介于上述两者之间的贺兰山北段,沉降作用比东侧大,但又比西南部稳定,为最有利的成煤地带。
C.桌子山东侧大断裂的继承性活动导致了鄂尔多斯西缘坳陷带煤系厚度及含煤性明显的比东部的华北地台本部要好得多。
(2)同沉积构造的影响作用
从晚石炭世早期及晚石炭世晚期沉积厚度、沉积特征的区域性差异可以看出,鄂尔多斯西缘聚煤沉积盆地的内部仍存在着次级的相对坳陷和隆起。如在贺兰山北段的沙巴台,晚石炭统土坡组厚仅百余米,但往西侧的石炭井、呼鲁斯太,东侧的雀儿沟就有总厚500~1000m的土坡组。重要的是晚石炭世晚期继承了早期同沉积的坳陷和隆起,虽然其活动性明显减弱,但对聚煤作用及沉积环境分带仍起着明显的控制作用。
太原组厚度等值线反映出,在贺兰山北段,从沙巴台到马莲滩一带为一近南北向的相对隆起,太原组厚度在80m左右,含煤层数少,一般10层左右,煤层累计厚度10余米,含煤性相对较差。此隆起分隔出东、西两个相对坳陷带:西部坳陷以乌达为中心,向南延伸到呼鲁斯太、石炭井至苏峪口往南渐升起,沉积厚度200~400m,含煤21层,总厚25m,为一富煤中心;东侧从石嘴山矿区到伊3井为一南北向坳陷,沉积厚度150~300m,含煤性亦较好。
在宁东煤田以韦州为坳陷中心,最大沉积厚度达600余米,略呈南北向,以含煤层数多(25层左右),单层煤厚较小且垂向分布间距较均匀为特征。这可能是由于沉降速度快,虽然聚煤沼泽出现频率大,但每一次都不能持续很久而被碎屑沉积取代所致。
上述同沉积隆起和坳陷均在晚石炭世晚期尤其是早时表现明显,随时间推移逐渐减弱,至早二叠世早期山西组沉积时基本趋于稳定。
由地层厚度变化反映出的太原组和山西组沉积时的隆、坳差异是受着晚石炭世早期及以前基底规模较大的同沉积断裂的控制。
2.古地理的控制作用
古地理面貌实际上受着区域地质构造作用的控制,主要表现在其受盆地的不同发展阶段(裂陷、坳陷、隆起)及区域性的海水进退作用等的影响,这些因素无不制约着沉积体系的形成、相带的空间展布以及碎屑体系的迁移、废弃。因此,如果说古构造背景总体控制着聚煤盆地的形成、发展和煤系地层的区域分布的话,那么,由它所制约着的古地理环境则直接控制着煤层的形成、分布、富煤带或优质煤带的空间展布等。
晚石炭世晚期至早二叠世早期的聚煤作用主要发生于三角洲沉积体系和障壁—潮坪—潟湖沉积体系之中,并以三角洲平原环境中聚煤作用最强,障壁—潮坪—潟湖环境次之,而在河流环境中聚煤作用明显变差。
从沉积环境分析来看,本区太原组的主要煤层形成于障壁—潮坪—潟湖环境之中,煤层的聚集受海水进退的影响较大,与三角洲环境的聚煤作用比较相对较弱,但从本身聚煤作用的强弱来看,主要因素取决于海水进退的规模大小和海退持续时间的长短。海退范围广、持续时间长、有利于在已废弃的潮坪沉积之上和潟湖淤浅部位形成大面积的滨岸平原沼泽环境。在合适的气候条件下,出现面积广、持续时间久的泥炭沼泽沉积,形成具有工业价值的煤体。如在本区贺兰山北段广泛发育的一1至一3号煤层。相反,小规模频繁的海进海退不利于泥炭层的广泛持久发育,一般只形成不稳定的薄煤层。在障壁—潮坪—潟湖环境中形成的煤层,常为低灰—中灰,硫含量普遍较高,可达中硫至高硫。障壁—潮坪—潟湖环境的聚煤作用主要发生在已废弃的潮坪沉积之上和潟湖淤浅部位。因此,残留的潮坪和淤浅潟湖地形、差异压实地形、距海岸线的远近、新的海侵到来的早晚等因素是控制煤层厚度和分布的决定性因素。
三角洲环境在本区的聚煤作用最强,但在三角洲沉积体系内部不同的相组合中聚煤作用存在明显的差异。在三角洲环境中成煤最有利的地带是上、下三角洲平原之间的过渡地带。在下三角洲平原,由于分流间湾宽而深,泥炭沼泽仅能发育在分流河道两侧狭窄而发育不好的堤岸处,形成的煤层常较薄,煤层顶板多为海相灰岩或泥灰岩,煤层中硫分含量一般较高,煤层沿沉积走向常不连续,被宽而深的分流间湾所分隔,还有因决口扇而造成无煤带或使煤层分叉。如贺兰山北段太原组的二1、二2煤层,该煤层厚度一般很小,多数不可采,煤层顶板多为海相灰岩,煤中黄铁矿结核较多,煤层结构一般为简单型。在上三角洲平原沉积环境比较稳定,沼泽条件可以较持续存在,且淡水条件占优势,在河道两侧及分流河道间可形成较厚的煤层,但在侧向上煤层厚度变化很大,在平行河道延伸方向上煤层连续性较好,但可因受河道决口而造成无煤带和分叉尖灭带。上三角洲平原上形成的煤具灰分高、硫分较低的特点。区内形成于上三角洲平原的煤层主要是山西组下段的一1煤层。在上、下三角洲平原的过渡地带,由于分流间湾水浅而易被沉积物充填,这就为聚煤提供了宽阔的平台,利于泥炭沼泽大面积持续发育,所以可形成在侧向上比较广布的厚煤层。分布于山西组下段的一2主煤层就是形成于过渡性三角洲平原的煤层。
河流环境中的聚煤作用很差,除其本身的条件外,后期的快速隆起作用也是导致泥炭沼泽不发育的主要原因。
在冲积平原、三角洲平原区溢岸洪泛沉积作用、决口沉积作用、河道迁移或改道的冲蚀作用,在障壁岛—潮坪—潟湖沉积环境中的潮汐作用,尤其是潮道或入潮口水道的冲蚀作用等,这些突发性或经常性的地质作用无不影响着岸后的或是河间的、废弃的潮坪或是淤浅的潟湖及滨岸沼泽中的泥炭堆积,通常是溢岸洪泛所携带悬浮物质或是与泥炭相混杂,造成煤中灰分含量增高,煤质变差;或是在泥炭层中形成大量薄的泥岩夹层,造成极复杂的煤层结构。如石炭井矿区的一1和一2煤,决口作用不仅会造成煤层结构复杂,还经常会中止泥炭堆积,造成煤层分叉或尖灭。河道或潮道的冲蚀作用常会使已形成的泥炭层被冲蚀掉而造成局部的无煤带。潮汐作用常会使海水不时地注入泥炭沼泽中,造成煤中的含硫量增高等。因此,局部的环境变异不仅可以造成煤层厚度、煤层结构、煤岩煤质的变化,甚至还会导致煤层的分叉、尖灭以至形成局部无煤地段。(www.xing528.com)
综上所述,晚古生代聚煤作用是受多方面因素控制的,概括起来,主要有以下几点。
(1)古构造作用是控煤的主导因素,即在古构造背景处于缓慢下沉阶段(晚古生代晚期时及早二叠世早期早时)是最有利的聚煤时期;晚石炭世早期快速沉降的古构造背景及早二叠世早期晚时及以后迅速隆起的构造作用对聚煤都是不利的。
(2)受基底断裂活动影响的同沉积坳陷内(如呼鲁斯太—石炭井、石嘴山等地)煤层层数多、累计厚度大,而相对隆起地带含煤性差,煤层总厚一般与地层厚度及含砂率成正相关关系。
(3)古构造控制古地理、古地理控制单一煤层或煤层组的厚度分带。区内以三角洲环境(尤其是上、下三角洲平原的过渡地带)聚煤作用最强;障壁岛—潮坪—潟湖环境(主要是已废弃的潮坪沉积之上和潟湖淤浅部位)的聚煤作用次之;河流环境中聚煤作用则明显变差。
(4)就大地构造部位而言,台缘坳陷带是最有利的聚煤地带。
(二)延安组聚煤作用的控制因素
1.古构造的控煤作用
古构造是本区中侏罗世控煤作用的主导因素,表现为对地层格架和古地理格局的控制。从中三叠世开始,全区已由近海陆相盆地进入新的完全与海分隔的陆相盆地沉积时期;三叠纪末的印支运动,全区抬升,发生沉积间断后,到中侏罗世早期晚三叠世的沉积盆地(鄂尔多斯盆地和汝箕沟盆地)重新发生下陷,接受延安组沉积。从总体上看,中侏罗世延安期的聚煤盆地是在三叠纪的基础上发展起来的继承性断陷盆地,这为进一步探讨中侏罗世的古构造控煤作用直接提供了区域地质背景依据。
(1)区域构造作用
基底古构造控制了地层格架形态:中侏罗世时,虽然晚三叠世的沉积盆地再度下陷,但坳陷中心东移,且没有造成像晚三叠世那样大幅度沉降的大面积坳陷。西部的汝箕沟仅形成小盆地,东部的鄂尔多斯盆地西缘继承了聚煤期前基底古构造为南北向坡状坳陷的特点,含煤地层厚度分带呈南北向延伸,西厚东薄。
区域构造运动引起的水进水退控制了聚煤盆地的古地理格局:中侏罗世鄂尔多斯盆地在总体的坳陷过程中,各构造阶段的发展还存在一定的差异,这种差异表现在各阶段水进水退作用的广泛发生,从而导致的含煤岩系的旋回性变化。古地理格局则受区域水进水退的影响,在平面上沉积相带的展布随之发生迁移,而在垂向上盆地西缘延安组三段式的充填演化过程更详尽地反映了这一特点。三段式充填系指延安组一段的冲积平原充填、二段—四段的三角洲充填和五段的冲积平原充填,在三角洲充填阶段中可划分出3个周期,在各充填阶段和周期中可进一步划分出1~2个沉积旋回,而每个旋回均在其水退时期发生较强的聚煤作用,主要煤层均位于旋回的顶部。
(2)同沉积构造的影响作用
鄂尔多斯盆地西缘在三叠纪盆地较强烈活动阶段于汝箕沟—甜水堡一线形成近南北向的巨大规模同沉积断陷。燕山运动初期,鄂尔多斯盆地西缘在经过一段抬升剥蚀时期后重又下降接受沉积,进入盆地较稳定时期形成含煤岩系的发展阶段,该阶段由于盆地西缘边界青铜峡—固原深断裂的持续活动的影响,在石沟驿—马儿庄一线,沉积厚度较大,形成近南北向的同沉积断陷,与三叠纪形成的巨大同沉积断陷比较,幅度明显变小且位置略显东移。这种同沉积断陷对中侏罗世盆地西缘的聚煤作用产生了一定的影响。在同沉积断陷中心石沟驿—马儿庄一线沉积速率较大,沉积厚度超过400m,聚煤条件较差,煤层薄而层数多,可采层少,总厚一般小于10m;其东部的碎石井—大水坑一带,沉积厚度约300m,聚煤条件较好,可采层数多,煤层厚度大,总厚一般大于20m,局部近40m。再往盆地中心方向则聚煤条件又逐渐变差,整个延安组沉积厚度也减少至250m左右。
综上所述,总的显示同沉积构造与聚煤之关系是:盆地西缘西部同沉积断陷中心部位石沟驿—马儿庄一线聚煤条件最差,同沉积断陷斜坡部位碎石井—大小坑一带聚煤条件最好,其东同沉积断陷相对隆起部位的聚煤条件介于两者之间,再继续往东盆地中心方向又不断变差。
2.古地理的控制作用
中侏罗世为区内的主要聚煤期,在古构造、古地理、古气候和古植物诸多方面的控制因素中,古地理的控煤作用较为明显。不同的古环境类型与各类沉积构成及其含煤性具有内在的有机联系。
鄂尔多斯盆地西缘延安期的聚煤作用发生于三角洲平原和冲积平原两大聚煤成因单元之中,并以三角洲平原聚煤为主,形成低灰、低硫煤,而冲积平原聚煤单元所形成的煤灰分较高。此外,在盆地西缘宁南王洼—银洞沟一带,可能处于冲积河道部位,其聚煤作用弱于上述两种主要聚煤成因单元。但也可以形成有一定分布面积的厚煤层,所形成的煤层在煤质上与三角洲平原形成的煤层相似,但具有高镜质组分和高含油率的特点。
延安期初时,是冲积平原聚煤单元发育的主要时期,宁东煤田发育近南北向展布的低弯度冲积河道,由于充填淤平作用,在后期已总体形成略显西高东低的广阔的冲积平原。在主干河道两侧漫滩沼泽随着地形逐渐淤平而大面积扩张,呈近南北向展布的富煤中心就位于主干河道西侧,反映了古河道对聚煤作用的控制。同时由于古地形西高东低,造成东部靠近盆地中心方向冲积平原地下水位较高,泥炭沼泽的发育程度弱于西部的特点。形成于冲积平原环境的一煤组和五煤组上部煤层。总体属低灰—中灰,硫分属特低硫。一煤组自下而上煤层灰分、硫分含量降低;五煤组上部则与此相反。
延安期早—晚时,进入三角洲平原聚煤单元多期次广泛发育时期。各时期三角洲平原的发育过程大致可分为建设期和废弃期2个阶段,三角洲平原建设阶段的聚煤作用较弱,只在分流河道间洼地小范围的泥炭沼泽形成一些煤线或薄的煤层,煤层稳定性较差;在三角洲平原的废弃阶段,主要以粉砂、泥质沉积为主,在此基础上发生较强烈的聚煤作用,形成分布广泛的稳定的中厚—厚煤层。在宁东煤田延安组中,这种主要煤层形成于三角洲平原废弃相的特点是浅湖三角洲体系聚煤的一大特色,三角洲平原上分流河道、决口扇和决口三角洲的砂质沉积在形成后期平坦的古地貌方面起到一种骨架作用。因此,决口扇和决口三角洲的广泛发育是导致三角洲平原上大面积沼泽化和形成稳定持续的聚煤场所的主要原因之一。形成于三角洲平原环境的二、三、四煤组和五煤组下部煤层,总体属特低灰—低灰、特低硫—低硫煤,与冲积平原环境形成的煤组比较,煤层灰分、硫分含量相对较低。各煤组煤层灰分、硫分的变化特点,相应地可划分出7个自下而上煤层灰分、硫分含量不断降低的煤质旋回。煤层一般沿倾向上具有灰分向分流河道方向、硫分向物源方向增加的变化趋势。
延安期末时,下部层序发育时期,在三角洲平原废弃相基础上发生延安组最大一次聚煤作用,形成宁东煤田最主要煤层五2煤。上部层序发育时期古环境转变为冲积平原环境,随着冲积河道的广泛发育,泥炭沼泽发育程度明显变差,仅于河道边缘发育泥炭沼泽,局部形成薄—中厚煤层,聚煤程度明显减弱。
综上所述,在延安组含煤岩系的形成过程中,古构造是控制煤层聚集的主要因素,表现为对地层格架和古地理格局的控制。盆地西缘发育的近南北向展布的幅度较小的同沉积断陷是造成煤层厚度分带的原因之一,厚煤带主要发育于同沉积断陷的断块倾斜部位。古地理是直接的控煤因素,冲积平原和三角洲平原均可形成分布广泛的厚煤层,而大多数主要煤层均形成于废弃的三角洲平原,决口扇和决口三角洲的广泛发育是导致三角洲平原大面积形成主要煤层的重要原因。
免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。