晚三叠世含煤盆地聚煤沉积环境

如题所述

印支期是统一的中国古大陆形成时期,亦是大陆地球动力机制转化时期,在沉积建造与构造变形方面均具过渡性特征。中国大陆发育的三叠纪含煤盆地集中于晚三叠世,具有承前启后的过渡性质。晚三叠世含煤盆地均发育在石炭、二叠纪含煤盆地所在的较稳定的陆块(或地块)之上,呈现出明显的继承性。印支期是中国古大陆主体会聚的完成期,亦是中生代大陆活化的过渡期,发育在较稳定陆块上的三叠纪含煤盆地的构造型式具有一定的继承性,位于北方大陆的华北、塔中、走廊过渡带三叠纪含煤盆地均以拗陷型为主要特征,继承了古生代大型沉积坳陷的基本特征,但在盆地边缘受逆冲推覆带的推覆,形成前陆拗陷型盆地。南方大陆发育的三叠纪含煤盆地,由于陆表海的退缩主要发育在陆块的边缘,形成前陆型沉积坳陷,早期的海相沉积范围狭窄,晚期的陆相沉积范围广阔。分布在较为活动的南华活动带上的含煤盆地具有别样,早期为山间陆盆,晚期海侵形成统一的海相、海陆交替相沉积盆地。发育在稳定陆块为基底的华北石炭、二叠纪含煤盆地,在开阔的陆表海盆地环境中形成海相、海陆交替相、陆相沉积序列,北方的晚三叠世含煤盆地继承性的发育了陆相碎屑岩含煤岩系,南方的晚三叠世含煤盆地仍继承了前期盆地海相沉积特征,在陆表海退缩的滨海、海湾环境下形成海相、海陆交替相、陆相含煤沉积序列。

中国大陆北方的三叠纪含煤盆地,主要分布在华北陆块、塔里木陆块和走廊过渡带。位于华北陆块的华北盆地(原型),晚二叠世晚期结束了海相、海陆交替相沉积,聚煤作用中断。早、中三叠世盆地仍处于北高南低平缓南倾整体沉降状态,发育了陆内河湖相碎屑岩沉积。印支晚期受区域应力场影响,盆地构造格局发生了变化,盆地东北部隆升掀斜处于剥蚀状态,缺失晚三叠世沉积,与其相对应的盆地西南部沉降幅度较大,沉降中心移至铜川—济阳一带,沉积厚度达2300 m。晚三叠世随着古气候转为半潮湿温暖环境,形成繁茂的植被,延长晚期(瓦窑堡期),形成陆内河湖相含煤碎屑岩沉积。位于塔里木陆块的塔中三叠纪含煤盆地,亦继承了二叠纪陆内沉积坳陷特征,早、中三叠世盆地西缘隆升,沉积盆地主要分布在塔里木陆块的中部(包括库车坳陷),形成一套陆内河湖相砂泥岩沉积,晚三叠世中、晚期形成塔里奇克组含煤碎屑岩沉积。在昆仑—秦岭活动带(北带)柴达木地块、中祁连地块的南北及走廊过渡带石炭二叠纪含煤盆地基础上,均发育有晚三叠世含煤岩系,走廊过渡带的南营儿群为陆内河湖相含煤碎屑岩沉积。大陆北方三叠纪含煤盆地继承了晚古生代克拉通盆地特征,以开阔的拗陷型为主,由于克拉通盆地在晚二叠世结束陆表海海相、海陆交替相沉积,三叠纪含煤盆地均为陆内河流、湖泊相含煤碎屑岩沉积。由于古气候、古植被和聚煤期短暂等原因,三叠纪含煤盆地一般聚煤作用较弱,含煤性较差。

中国大陆南方三叠纪含煤盆地主要分布在华南板块的扬子陆块、南华活动带,羌北—昌都—思茅(微)陆块和藏滇板块的羌中南—唐古拉—保山陆块。华南板块古生代克拉通盆地发育时期较长,延续至中三叠世末才结束陆表海沉积。晚二叠世长兴期广泛的海侵,几乎遍及整个南方大陆,在华南板块东部除北界的华北陆块南缘古陆,西界的康滇古陆和东界的华夏古陆外,古陆围限的陆表海域内江南、云开古陆均被海水浸没为孤岛。印支期,华南板块受多向应力作用,构造变形较为复杂,但在扬子陆块和南华活动带仍表现为区域性波状隆升和沉降,三叠纪早、中期周缘古陆变迁和海域进退,中三叠世末强烈的印支运动使中、西部表现为区域性隆升和大型低缓褶皱(泸州—开江古隆起),东部表现为较强烈的褶皱,至晚三叠世江南、云开古陆扩展形成中部隆起区,东、西部形成坳陷区,构成两坳一隆的古构造、古地理格局。统一的扬子古生代克拉通盆地在印支期分解为四川(广义)和南华(包括下扬子)两个晚三叠世含煤盆地(原型)。位于华南板块西缘羌北—昌都—思茅(微)陆块和藏滇板块东北缘的羌中南—唐古拉—保山陆块的三叠纪含煤盆地亦具有一定的继承性,主要发育在以昌都、唐古拉地块为基底形成的石炭、二叠纪含煤盆地之上。晚三叠世含煤盆地为浅海沉积环境,土门格拉组(那曲)自下而上由浅海相黑色沉积,海相及海陆交替相含煤碎屑岩沉积,陆相砂泥质沉积组成;巴贡组(昌都)为海相沉积、海陆交替相含煤碎屑岩沉积、陆相碎屑岩沉积。两组含煤沉积序列均由海相、海陆交替相、陆相组成海退相序,含煤沉积均发育在海陆交替相序,大部被浅海水域覆盖,在短暂的海退期于滨海相带形成泥炭沼泽成煤环境,一般煤层厚度小,含硫高。

四川晚三叠世含煤盆地(广义)包括四川(狭义)、西昌、滇中等盆地,华南板块中三叠世末印支运动,使康滇古陆、摩天岭古陆及上扬子地块隆升为陆,晚三叠世早期仅保留成都海湾与西部的广海相通,到小塘子期海水已漫布整个四川盆地西部,直到早、晚须家河期坳陷向东、南扩展,南部与西昌、滇中连成一片,形成统一的四川沉积盆地(川黔滇)(原型),发育有海相、海陆交替相、陆相沉积。

四川盆地早、中三叠世,继承了晚二叠世海相沉积特征,陆表海域不断扩大,马尔康古陆向北退缩,西部仍为康滇古陆,形成闭塞型碳酸盐岩台地沉积,膏盐层发育,中三叠世晚期发生海退,盆地整体隆升为陆,同时发生轻微的褶皱变形,形成北东向的泸州—开江隆起带,经风化剥蚀,隆起核部为下三叠统嘉陵江组,两翼为中三叠统雷口坡组,与晚三叠世含煤岩系呈微角度不整合接触。早期稳定的克拉通盆地基底是晚三叠世含煤盆地形成的古构造条件。

晚三叠世早期,由于受侧向挤压,盆地西北侧龙门山前缘形成前陆坳陷,同时盆地西部的特提斯海海域不断扩大,海水通过狭窄的通道侵进前陆坳陷,形成成都海湾,沉积了垮洪洞组滨浅海碎屑岩和碳酸盐岩。晚三叠世中期,盆地构造稳定,保持了早期古地理格局,盆地东部被剥蚀夷平,海岸线东移至华蓥山一带,沉积了小塘子组海陆交替相含煤岩系。晚三叠世晚期,龙门山迅速隆升,盆地整体隆升为陆,海水从盆地退出,被龙门山、米仓山、大巴山、江南古陆围限的四川盆地,已与云、贵、鄂连为一体,沉积了广布的须家河组河流—湖泊相含煤岩系。晚三叠世末,印支运动使龙门山褶皱成山,结束了盆地海相沉积史。

四川盆地晚三叠世沉积地层充填序列由四个岩性组合组成,即马鞍塘组(垮洪洞组)、小塘子组、须家河组下亚组和须家河组上亚组。马鞍塘组为海湾充填层序,分布于龙门山前缘的前陆坳陷带,由浅海相泥质岩和碳酸盐岩组成,富含海相动物化石。小塘子组由障壁—三角洲充填层序构成,障壁海岸层序位于盆地西北部,三角洲层序在盆地东南部,煤层发育于各层序向上变细的部位。须家河下亚组由河流、湖泊—湖滨三角洲充填层序构成,河流层序位于盆地北部的边缘地带,湖泊—湖滨三角洲层序位于盆地中部,陆相含煤碎屑是其特征。须家河上亚组由冲积扇—河流和湖泊—湖滨三角洲充填层序构成,其分布特征同于下亚组,冲积扇充填层序出现于龙门山和大巴山前缘。盆地中部的湖泊充填层序已发展为内陆盆地含煤碎屑充填。上述充填序列反映了盆地沉积演化,盆地基底的缓慢沉降,海水逐渐向西退出,陆内沉积作用不断增强,盆地沉积范围逐渐扩大,由早期的海湾盆地转变为中期的近海盆地至晚期的内陆盆地,形成晚三叠世海退超覆地层序列。

四川晚三叠世含煤盆地沉积组合包括冲积扇—河流沉积组合、湖泊—湖滨三角洲沉积组合和障壁三角洲沉积组合。冲积扇—河流沉积组合分布于盆地近缘地带,发育于须家河组,厚度十至数百米。由厚度较大的扇砾岩和冲积河道体组成砂体格架,扇砾岩向湖区急剧变薄或尖灭,冲积河道砂体向湖区变为分流河道砂体,但向横向延伸较远。湖泊—湖滨三角洲沉积组合分布于盆地中部和西部的须家河组。湖泊沉积为粉砂岩、泥岩,水平层理发育,含淡水动物化石,偶见植物化石。在盆地中部湖泊沉积较薄,常与湖滨三角洲沉积共生。盆地西南部湖泊相多为厚层泥岩、粉砂岩层,夹滨浅湖相薄层中细砂岩。湖滨三角洲沉积由底积层,前积层和顶积层三层结构组成。

晚三叠世在龙门山推覆带东侧形成的前陆盆地具有明显的不对称性,盆地西部是深陷带,盆地东侧川鄂湘黔形成隆起带为剥蚀区,盆地内龙泉山、华蓥山两条隐伏断裂对盆地的沉积演化亦起着控制作用。龙泉山断裂以西前陆坳陷地带沉降幅度较大,含煤岩系厚度巨大,达2000~3000 m,为海岸—三角洲沉积和残留半咸水深湖相细碎屑岩沉积,含煤层较多,单层厚度小。华蓥山断裂以东沉积幅度小,含煤岩系厚度小于500 m,以冲积相砂岩为主,煤层不发育。两条断裂中部地区,沉降幅度适中,含煤岩系厚500~700 m,为湖泊—三角洲沉积,含煤性较好,煤层少,单层厚度较大。四川盆地晚三叠世聚煤期古地理环境主要为滨海平原、滨海—湖泊三角洲、滨海冲积平原,其中滨海—湖泊三角洲平原型含煤性最好,滨海平原型为次,滨海冲积平原型含煤最差。不同聚煤古地理环境有不同的聚煤成因单元,湖滨三角洲平原含煤性最好,坝后平原为次,河流冲积平原含煤性最差。

四川盆地晚三叠世形成三个富煤带,盆地西部与海岸线平行呈北东走向的大邑—雅安富煤带,盆地中部呈北东走向的达县—自贡—峨眉富煤带,盆地北缘广元富煤带。富煤带可采煤层厚均在1 m以上,东部仅1~2 m,西部为1~5 m,中部一般为1~3 m,局部可达5~10 m。西部前陆坳陷带由于沉降幅度大,海水进退频繁,不利形成稳定的泥炭沼泽环境,可在坝后平原形成多层横向分布的薄煤层,大邑—雅安一带由多层薄煤层形成富煤带,由于地势低,泥炭沼泽多为覆水较稳定的低位沼泽,形成中灰—富灰、特低硫半亮煤。两条断裂间中部地区,沉降速度与沉积速率近于平衡,大面积平坦的三角洲平原形成大面积稳定的可采煤层,富煤带煤层较少,但单层厚度较大。由于泥炭沼泽多为覆水较稳定的中、低位沼泽,以中灰、低硫半亮煤为主。华蓥山断裂以东及盆地北缘带,沉降速度较慢,河流作用较强,不利于形成大面积稳定的泥炭沼泽环境,煤层少,厚度薄,煤质差,不稳定。由于泥炭沼泽覆水不稳定,镜煤化和丝炭化作用常交替进行,碎屑物渗入泥炭堆积,聚煤中断,多为中富灰、低硫的半亮、半暗煤,煤层结构复杂。

西昌盆地位于康滇古陆东侧,晚三叠世早期形成断陷盆地为非煤沉积,中、晚期(大荞地期)白果湾组为湖泊相砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层。会理盆地(宝鼎、红坭)属康滇构造带西侧的冕宁—永仁断陷,堆积厚达3000 m的含煤碎屑岩沉积。下部大荞地组为主要含煤层位,属辫状河沉积,其沉积层序表明沉积期间盆地处于超补偿状态,盆地边缘相不断向盆地中心进积。上部宝鼎组为河流相演变的湖泊相沉积,煤层薄,含煤性差。西昌、会理盆地属山间盆地,发育了近源冲积扇、河流、湖泊沉积,在主聚煤期因与外部海域沟通有海相夹层沉积。在基底断陷作用强烈时期,会理盆地有充足的碎屑供应,发育了冲积扇—辫状河沉积,冲积扇体系不易发生侧向迁移而以垂向加积为主,在基底裂陷作用较和缓阶段,冲积扇裙前缘和扇间洼地的山前地下水泄出带,或于河流岸后地势低平的漫滩沼泽,有利于泥炭坪的形成。西昌盆地因碎屑供应不足而出现湖泊环境,在湖盆被淤积填平的湖沼地带,可持续出现有利于聚煤的泥炭沼泽环境。由于沉积环境周期性交替,形成巨厚煤层或多煤层,并形成良好的覆盖保存条件。

楚雄(滇中)盆地位于康滇古陆西侧,以构造带西侧断裂为东界,哀牢山断隆带为西南界,北东为川滇高地,西南邻为滇西浅海,为一北西走向的滨海盆地。晚三叠世早期,盆地东部为隆起剥蚀区,盆地西部为滨海—浅海相碳酸盐夹泥岩、粉砂岩和煤线,厚1800 m。中期(诺利期),盆地东部由小盆地连片沉积了山间盆地河流相粗碎屑岩,上部发育有可采煤层;盆地西部罗家大山组为火山碎屑岩、细碎屑岩夹煤层,含海相、半咸水双壳类化石,在后期海退阶段,滨海潮坪环境形成含煤沉积。晚期,盆地西部海水已退出,白土田组为河流相粗碎屑岩沉积,含煤性变差;盆地东部干海子组、舍资组为滨海山间湖盆沉积,厚达2000 m余,沉积范围扩大,盆缘发育冲积扇,有海相夹层可能与外部海域相沟通。楚雄盆地在晚三叠世中、晚期形成多层不稳定煤层。盆地西部含煤多达27~40层,最大厚度达52~54 m。盆地东部含煤13~27层,最大厚度18~56 m。东部一平浪含煤最佳,可采煤2 m,为滨湖三角洲环境。楚雄盆地东部含煤岩系形成于山间盆地环境,以近源内陆沉积为主,海相和过渡相沉积不发育,与会理盆地沉积类型相似,属滨海山间平原型。楚雄盆地西部含煤岩系形成于滨海潮坪环境,煤层形成于海退期,沉积特征与四川前陆坳陷相似,属滨海平原型。楚雄盆地晚三叠世聚煤作用与四川盆地和西昌盆地相比明显减弱。

南华晚三叠世含煤盆地(原型)位于华南板块东部,盆地基底为华夏古陆及下扬子陆块的一部分,含煤岩系主要发育在下扬子、赣湘粤和浙闽粤三个坳陷带内。中三叠世末,印支运动在华南板块东部十分强烈,不仅表现为华夏古陆再次大面积隆升并与云开古陆相连,还表现为强烈的褶皱,使晚三叠世含煤岩系与下伏褶皱岩层呈不整合接触,覆盖于不同时代地层之上,因而聚煤期前古地理面貌比较复杂,在未被夷平的基底上形成一系列北东向狭长坳陷。因此聚煤盆地早期范围小,分隔性强。后期填平补齐,连通扩展超覆。沉积类型以海陆交替相为主,大部为海湾—潟湖沉积与陆相沉积相交互。

南华盆地晚三叠世含煤岩系可分为海陆交替相和陆相两种沉积类型。海陆交替相包括:萍乡安源中部海相层,漳平大坑上部海相层,邵武焦坑陆相为主夹海相层。陆相沉积类型包括:义乌乌灶湖相细碎屑岩,灵山檀圩河流相粗碎屑岩,根据含煤岩系沉积层序及岩石成因标志划分出冲积扇相、辫状河相、曲流河相、湖泊相、河口湾相、潟湖—潮坪相及沼泽—泥炭沼泽相。冲积扇相分布于古陆边缘,由厚层状砾岩,砂砾岩、含砾砂岩夹薄层砂岩、泥岩组成,以泥石流或冲积扇面的山前辫状河沉积为主,次为冲积扇前漫流及湖沼沉积。辫状河相常与冲积扇相共生,以中、粗砂岩,含砾砂岩沉积为主。曲流河相各层序下部为河道及边滩中厚层砂岩,上部为天然堤和泛滥平原细碎屑沉积。湖泊相以泥岩、粉砂岩为主,为水平层理和缓波状层理。河口湾相以中、细砂岩、粉砂岩、泥岩组成频繁韵律层为特征。潟湖—潮坪相的岩性组合特征与湖泊相类似,但含咸水、半咸水海相双壳类化石,夹灰岩、泥灰岩薄层,潮汐层理,沼泽—泥炭沼泽相以黑色炭质泥岩、含炭质泥岩为主,夹少量粉砂岩,含大量植物化石,并夹煤层或煤线,常见黄铁矿结核或夹层,沉积厚度不大,分布范围广。

南华盆地晚三叠世含煤岩系的形成与海水进退密切相关,早中期形成海进序列,中晚期形成海退序列。晚三叠世早期地形分异显著,在规模较小互不连通的洼地发育了含煤沉积。由山麓相堆积,冲积相砂砾岩沉积,扩大为湖泊、沼泽形成细碎屑含煤沉积。晚三叠世中期发生一次较大规模海侵,来自古太平洋的海水连通了大部分沉积盆地。一支从华夏古陆以西自闽西南侵入闽北,分布在闽北、粤东狭长坳陷带内;另一支经粤东至粤北达湘东、赣西的浏阳、萍乡及萍乐坳陷带内。晚三叠世中期形成一套含煤性较差的泥质岩为主的含煤岩系,此期在海水不达的内陆或山间盆地形成河流—湖泊相沉积。晚三叠世晚期发生海退,河流相沉积广泛发育,形成煤层多而薄的陆相含煤岩系。从南华盆地聚煤环境分析,海湾盆地基底缓慢沉降,与碎屑物质供给效率相平衡的条件下聚煤作用最好。反之,基底沉降过快,碎屑物质供应不充足,海湾盆地覆水较深的部位,成煤条件较差。滨海—海湾聚煤古地理环境含煤性最佳,可采煤层大面积连片分布,厚2~5 m,最厚达10 m以上,湘东南至赣西萍乡一带聚煤作用最强。其次为潟湖—河口湾聚煤古地理环境,可采煤层有较大面积分布,厚1~3 m。山间湖盆与山间盆地型含煤性差。

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