依兰矿区老第三纪聚煤环境与聚煤模式探讨.pdf

勘测技术 依兰矿区老第三纪聚煤环境与聚煤模式探讨 姜剑虹,王文化 黑龙江省煤田地质局,黑龙江 哈尔滨150001 摘 要通过对依兰矿区地质背景和老第三纪含煤地层沉积特征的综合分析,认为该区含煤段古地理类型主要为 冲积扇 扇三角洲平原一滨浅湖环境。洪水期多河道泄水,由于洪泛河道不稳定、 快速游荡,沉积了蔗状砂质复合 体及与其伴生的河道滞流粗碎屑沉积复合体,局部地段形成小型浅水湖泊。在广阔低平的洪泛平原上沼泽化,为 泥炭的聚积提供了良好的场所,形成具有工业价值的煤炭资源,煤层厚度大、 面积广而且稳定。 关键词依兰煤田;老第三纪;聚煤环境;聚煤模式 中图分类号P571 文献标识码B 文章编号1008 - 8725200502 - 0090 - 02 0 前言 依兰煤田位于黑龙江省松花江与牡丹江汇合处,跨依 兰、 方正、 通河三县。西起兴龙村 兴旺 F 9 , 东至大古洞河 ～达连河镇 F 6 , 北起依伊断裂带F1断裂,南至大罗密镇～ 沙河子 F 2 , 东西长25～30 km ,南北宽15～20 km ,面积365 km2。整个煤田呈北东向展布,可分为北部坳陷区、 中部隆起 区和南部坳陷区,中间皆由较大断裂控制。其地理坐标为东 经12900′ ～12930′,北纬4600′ ～4620′ 。 依兰矿区位于南部坳陷区的东北部,矿区范围17.5 km2,其 中露天与精查区4 km2,普详查区13.5 km2。深部预测区,北起矿 区深部勘探区边界,南至依兰煤田北东向边界F2断裂,西至松 花江边所构成的三角形地区,面积39.16 km2。 1 地层 依兰矿区为一走向近东西的断陷型含煤盆地。盆地内沉 积有白垩系、 下第三系、 上第三系和第四系地层。盆地形成以 来,经历喜山晚期的构造运动,致使原始煤盆地北侧抬升剥 蚀,煤系地层直接露地表,南侧沉降、 含煤地层被深埋,形成现 今向南倾斜的半掩盖式单斜构造形态。老第三纪达连河组为 盆地的主要含煤地层。本区地层由老到新简述如下 下元古界 Pt 主要由片岩和大理岩等变质岩系组成。 下白垩统淘淇河组K it 由黄色砂岩、 泥岩互层及底部 含砾砂岩等组成。厚度 200 m。 下白垩统东山组 K 1d 下段由安山玢岩、 凝灰熔岩、 凝 灰岩和安山玄武岩等组成上段为流纹斑岩、 凝灰岩、 角砾凝 灰岩和砾岩等组成。 下第三系达连河组 E 2d 为该区含煤地层,一般厚度 200～800 m。岩组可分为三段,即 ① 下部含煤段为本区煤层 集中的岩段,由油页岩、 炭质泥岩夹粉砂岩和三个煤层群组 成。底部为花岗质砂岩,一般厚度10～30 m ,最大厚度约63 m。② 中部油页岩段下部为灰褐色间夹黑褐色油页岩,上部 为灰褐色粉砂岩、 薄层油页岩及炭质泥岩,一般厚度70～140 m。③ 上部砂岩段为灰褐、 灰绿色细砂岩、 粉砂岩、 砂质泥岩 和砂岩互层、 夹薄煤层,底部为含砾粗砂岩,厚度55 m。在煤 田西部隐伏区沉积有宝泉岭组。 上第三系道台桥组 N 1d 由灰绿色粉砂岩和弱胶结细 砂、 砂砾石组成,厚度0～35 m ,向西部增厚。 第四系 Q 由粘土、 亚粘土夹细砂、 砾石等组成。厚5 ～30 m。 2 充填序列 达连河组以河流、 湖泊相为主的陆相含煤、 油页岩、 碎屑 岩沉积建造。最小厚度几十米,最大厚度上千米,一般厚约 200～800 m。含煤层位有两个,而具有工业价值的煤层层位 主要有一个,且集中分布于煤系底部。 根据岩性特征,达连河组分自下而上划分为三段 Ⅰ 下部含煤段 E 2d 1 充填序列。该段以扇三角洲泥炭 沼泽的主要煤层群和炭质泥岩与湖相之油页岩及局部含油 砂岩等组成,厚度平均27.24 m。底部由洪积、 冲积相之花岗 质长石砂岩、 泥岩、 油页岩及粘土岩组成。一般厚20～50 m 见图 1 。 图1 依兰矿区垂向充填序列图 Ⅱ 中部油页岩段 E 2d 2 充填序列。该段由巨厚的浅～ 半深湖泊相厚层油页岩和薄层粉细砂岩组成。一般厚70～ 140 m。 Ⅲ 上部砂泥岩段 E 2d 3充填序列。该段可进一步划分 收稿日期2004 - 07 - 16;修订日期2004 - 08 - 10 作者简介姜剑虹,男,现在黑龙江省煤田地质局从事技术工作。 第24卷第2期 2005年2月 煤 炭 技 术 Coal Technology Vol124 ,No102 Feb ,2005 为上下两亚段。Ⅲ1下亚段,由冲积扇相含砾粗砂岩、 粗砂岩 和粉细砂岩互层组成。Ⅲ2上亚段,下部沼泽相炭质泥岩与 河漫相粉细砂岩等组成,为第二含煤层位,但该矿区未发现 可采煤层,其西部区漂河、 清河等地可能有经济价值煤层,有 待探明。上部以河床～河漫相砂砾岩,粉细砂岩为主组成。 该段厚度 500 m见图 1 。 3 沉积环境与岩相古地理 达连河组由多种沉积类型组成,主要有扇三角洲沉积、 浅水湖泊沉积、 深水湖泊沉积、 扇前洪泛平原沉积和河流沉 积等。这些沉积类型在垂向上有规律的交替、 构成一定的配 置关系。 3.1 冲积扇沉积 该区冲积扇较发育,在煤田北东向边界F2断裂边缘有 冲积扇沉积带,扇扇相接,形成冲积扇裙。 3.2 扇三角洲沉积 三角洲为冲积扇进积到湖泊之中所形成的部分露出水 面,部分淹没在水下的粗碎屑沉积复合体,其水下部分遭受 波浪作用的改造而不同于冲积扇。扇三角洲在总体向上变 粗,具有三段式结构的垂向层序,都和普通三角洲有相似之 处。它们不同于一般三角洲之处,在于碎屑粒级偏粗,向陆 源方向直接过渡为冲积扇沉积,而不是河流沉积。扇三角洲 可进一步划分为扇三角洲平原、 扇三角洲前缘、 扇前三角洲 三个亚环境。 1扇三角洲平原沉积。扇三角洲平原沉积为三角洲露 出水面部分,是广阔的低平地区,它由活动的和废弃的河道 及河道两侧的天然堤、 冲口扇和洪泛盆地等亚环境组成。该 区主要是扇端辫状河,流到扇端前的漫流沉积所组成,在分 流河道沉积了中粗粒砂岩和溢岸沉积的细粉砂岩和薄层泥 岩互层组成,一般均为向上变细的正粒序,底部具有冲刷面。 在三角洲平原上广布沼泽和泥炭沼泽,与扇间区连成一片, 成为该区主要的聚煤环境。达连河组下含煤段均在这种环 境下形成具有工业价值的煤炭资源。 2扇三角洲前缘沉积。漫流河道和洪水期溢岸流携带 大量碎屑陆源物质注入浅湖中,由于密度差异和能量减弱, 大量碎屑物质便在入口处堆积下来,形成河口坝沉积,其岩 性主要为中细砂岩、 夹粉砂岩。 3扇前三角洲沉积。扇前三角洲沉积,主要以灰色、 灰 黑色泥质粉砂岩、 粉砂岩为主,夹细砂岩薄层,在剖面上形成 粉细砂岩与泥岩互层。 该区主要为浅水湖泊或较深的复水沼泽,由于周缘河流 和漫流的进积,淤浅后既为沼泽,成为聚煤作用的良好场所。 3.3 河流沉积 该区河流沉积可分为河道滞留沉积、 沙坝沉积和溢岸沉 积。 1河道沉积,主要为中粗砂岩、 含砾砂岩,具有韵律层 理,底部具有冲刷面。 2沙坝沉积,以中细砂岩为主,夹有粉砂岩薄层。 3溢岸沉积,主要为粉细砂岩,夹薄层粉砂质泥岩。在 剖面上形成互层状,形成正粒序的旋回结构,分布面广,构成 洪泛平原,为煤的聚积提供良好场所。 3.4 浅水湖泊沉积 浅水湖泊沉积在该区分布较广,包括大面积浅水湖泊和 洪泛平原上的小型湖泊。沉积物以粉砂质泥岩、 粉砂岩为 主,夹有细砂岩薄层,具有水平层理和泥岩与粉砂岩相间呈 条带状的层理,植物碎片罕见。 3.5 深水湖泊沉积 深水湖泊大部分为浅水湖泊部分地段复水较深而成,其 沉积物以厚层泥岩油页岩、 粉砂质泥岩为特征。 分析盆地古地理环境是研究盆地演化史和聚煤作用的 主要途径。根据达连河组下含煤段特征,古地理类型主要为 冲积扇一扇三角洲平原一滨浅湖古地理环境见图 2 。 在煤田北东向边界F2断裂边缘沉积了冲积扇沉积带, 发育其上的辫状河及其漫流流经扇中、 扇端区,并与扇间区 地下水溢流一道向盆地中央流去,与来自盆地其它方向的河 道和漫流汇集盆地中央区,构成交织的河道网络,总体形成 冲积扇一扇三角洲平原一滨浅湖的古地理景观。洪水期多 河道泄水,由于洪泛性河道不稳定,快速游荡沉积了蔗状砂 质复合体及与其伴生的河道滞流粗碎屑沉积复合体,局部地 段形成小型浅水湖泊。在广阔低平的洪泛平原上沼泽化,为 泥炭的聚积提供了良好的场所,形成具有工业价值的煤炭资 源,在这种环境形成的煤层厚度大、 面积广而且稳定。 图2 依兰煤田扇三角洲聚煤模式图 4 沉积演化 依兰矿区达连河组在沉积过程中,开始陆源风化物从北 东向被洪水迅速搬运到盆地低处进行填平补齐式的沉积,所 以在东部边缘堆积山麓相带棱角、 分选性极差的角砾岩,含 砾砂岩,向西南低处其颗粒变细之棱角状花岗质砂岩。后期 地形高差减小成河湖相泥岩、 凝灰岩薄层到湖沼相下煤层沉 积。 下煤层沉积也是从最低处开始,在隆起高处则无沉积, 在盆地东部边缘处,仍然是洪积～冲积砾岩、 泥砂岩相带,同 沉积层位稍高于盆地内,即底部粗相沉积物由厚变薄。所 以,下煤层向隆起高处及边缘早期沉积物超复关系,对同期 洪积～冲积层则是交错相,在洪积扇后缘呈大片无煤区。 煤层底部的不含煤段厚度随地势而变化,在隆起高处无 沉积或沉积物薄且颗粒粗向四周围低处去逐渐增厚,颗粒变 细。煤层向边缘和隆起高处超复时离基底很近,甚至直接沉 积在基底之上如79 - 110 ,79 - 12 等孔处 , 最高处缺失如 79 - 9 孔等。向四周则变厚,最低处最厚,向深部分叉、 变 薄以至尖灭。 中煤层沉积时,地形基本上平齐,地壳沉降速度特别缓 慢,水面漫过所有隆起,使整个盆地均呈泥炭沼泽化,沉积了 盆地内分布最广,厚度最大,煤质最好的煤层。在东部边缘 也超复其泥砂洪积～冲积层上而变薄。向西南小部分分叉、 变薄以至尖灭。 在中煤层沉积之后,环境动荡加频,形成劣质煤、 炭质泥 岩与油页岩、 粉细砂岩薄互层,向南西部泥砂质增多,煤层分 叉变薄以至尖灭,向东北部更是很快被泥砂替代而使煤层范 围缩小于中煤层期。 随后盆地内大部复水较深之静水湖泊保持较长时期,所 以形成中段巨厚层的油页岩而结束成煤。它在盆地内厚度 也是继承古地形的特征,向西南增厚,向东部边缘变薄尖灭, 与泥砂质呈交错形成。 在较长时间稳定环境之后,地壳强烈活动后进入河流冲 积砂岩相为主的上段碎屑岩沉积,到老第三纪晚期形成上千 米的陆相碎屑岩建造。新第三纪经后期构造变动和基性玄 武岩喷发影响而奠定了现今构造与地貌格局。 参考文献 [1] 杨起,韩德馨.中国煤田地质学上册 [M].北京煤炭工业出版 社,1979. [2] 冯增昭.沉积岩石学,第二版上册[M].北京石油工业出版社, 1993. [3] 刘宝君,曾允浮.岩相古地理基础和工作方法[M].北京地质出 版社,1985. [4] 陈钟惠.含煤岩系沉积环境分析[M].武汉武汉地质学院出版 社,1984. [5] 荆惠林.东北晚中生代聚煤盆地与成矿规律[J ].中国煤田地 质,1995 ,71 1 - 5. 第2期 姜剑虹,等依兰矿区老第三纪聚煤环境与聚煤模式探讨 91