协尔苏盆地聚煤环境与构造格架分析

2013-01-25刘文华杨忠习

吉林地质 2013年3期

刘文华，杨忠习，孙野

吉林省煤田地质物探公司，吉林长春 130033

松辽盆地南缘分布一系列晚中生代聚煤盆地（图1）。其中三台子盆地（4）、四平盆地（5）、昌图盆地（6）、协尔苏盆地（7）等为聚煤盆地。协尔苏盆地位于内蒙科左后旗境内。大地构造位置为松辽坳陷南缘。盆地内充填晚侏罗世火山岩组（J3a）安山岩，协尔苏组煤系（J3x），早白垩世沙力好来组（K1sh）绿色岩系、泉头组（K1q）赤紫色岩系。

本文选择协尔苏盆地进行分析，研究盆地聚煤作用的古地理、古构造环境，盆地演化与区域构造背景，探讨松辽坳陷构造发展史。

1 盆地垂向沉积层序

盆地垂向沉积序列自下而上为火山岩组（A）；协尔苏组冲、洪积相粗碎屑岩沉积（B），深湖相泥岩、粉砂岩及煤层沉积（C），浅湖相中、细粒碎屑岩沉积（D）；早白垩世沙力好来组灰绿色—绿色岩系（E），泉头组赤紫色岩系（F）（图2）。

（A）晚侏罗世火山岩组，为盆地底部沿断裂堆积的安山岩体。厚度变化较大，厚度零至数百米。

（B）晚侏罗世协尔苏组下部冲、洪积物沉积的扇带砾岩、砂砾岩，纵横向变化较大。厚度9.30～267.0 m。

（C）深湖相泥岩、粉砂岩、及炭质页岩、煤层沉积。厚度125～180 m。（D）浅湖相泥岩、粉砂岩沉积，夹中、细粒砂岩。厚度0～177 m。

（E）早白垩世沙力好来组砂砾岩、砾岩沉积，局部出现泥岩、粉砂岩沉积。厚度为0～85.0 m。

（F）早白垩世泉头组赤紫色泥岩、粉砂岩沉积。厚度421～653 m。

盆地垂向沉积序列与盆地构造演化阶段相一致。从晚侏罗世盆地沉降接受充填，到早白垩世绿色岩系连续沉积，形成晚侏罗世—早白垩世聚煤盆地。

2 沉积相与相的空间配置

盆地沉积相有冲（洪）积扇、扇三角洲、河流、湖泊、沼泽、泥炭沼泽相等。

图1 松辽坳陷南部构造体系及晚侏罗世—早白垩世次级盆地分布图Fig.1 Tectonic system of south part of Songliao depression and secondary basin distribution of Late Jurassic-Early Cretaceous

2.1 协尔苏组沉积相与空间配置

（1）底部冲、洪积扇沉积，沿盆缘内侧分布。主要由暂时性洪水流形成的山麓堆积物。由于盆地狭窄，两侧的扇体相连，盆地全部被充填。沉积物为巨厚砂砾岩、砾岩。砾石为巨大的角砾，分选磨圆极差，块状。盆缘出现泥石流沉积砾岩与泥岩成层交互出现，为扇顶沉积。盆地中心相变为泥岩、粉砂岩沉积，为扇尾沉积。表现了由盆缘向盆地中心由粗变细的前积式沉积的冲积扇沉积模式。

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（2）深湖相泥岩沉积，巨厚层，致密块状。含大量蜉蝣、叶肢介化石，并含油。

（3）湖滨相细砂岩、粉砂岩沉积，夹中砂岩、泥岩薄层。水平或微波状层理。主要发育在盆地东侧。

（4）湖滨三角洲沉积，冲积扇长期发育，扇带砂体楔入湖相泥岩中，粒度变细，形成三角洲沉积。具有三层结构：底积层、前积层和顶积层。平面上呈扇状或朵叶状，分布在盆地南缘和西缘。

（5）河流相沉积，为盆地西侧注入盆地的瓣状河沉积砂体。为含砾砂岩沉积，粒度下粗上细（正粒序），断面上呈透镜状，底部具有明显的冲刷面。

（6）沼泽、泥炭沼泽相沉积，为炭质页岩、煤层沉积。煤层底部为炭页，底板为胡相泥岩。

（7）浅湖相沉积，灰色薄层粉砂岩、泥岩夹细砂岩沉积。水平层理，层面富含植物化石碎片。岩性岩相纵横变化不大，沉积厚度稳定。

图2 协尔苏盆地垂向沉积序列图Fig.2 Vertical sedimentary sequence of Xie’ersu Basin

2.2 早白垩世沉积相与相的空间配置

（1）沙力好来组灰绿色—绿色岩系，为冲、洪积相砾岩、砂砾岩沉积，分选磨圆差。由盆缘向盆地中心相变为粉砂岩、泥岩。

（2）泉头组赤紫色湖相泥岩、粉砂岩沉积。盆地与周围剥蚀区均有沉积。为稳定的深水湖泊体系沉积。

3 构造格架

盆缘断裂控制了协尔苏组、沙力好来组地层沉积。

⑴ 盆地底部火山岩组安山岩体沿断裂分布，为盆缘断裂形成时的或准同期岩浆活动。

⑵ 协尔苏组下部砂砾岩段，为盆缘断裂成因的冲击扇沉积模式。扇尾在盆地中心，扇顶在盆缘断裂内侧。

⑶ 协尔苏组惟一可采煤层由西向东、由南向北分叉、变薄、尖灭。

⑷ 从盆地基底等深线图、协尔苏组煤系等厚线图、白垩系沙力好来组等厚线图、泉头组等厚线图综合分析得知：盆地沉降轴心与沉积中心均显示南北向展布。从盆地开始形成并接受协尔苏组、沙力好来组、泉头组沉积中心保持不变的继承性，说明了盆缘断裂持续沉降，不断有物质充填的沉积过程，盆缘断裂性质为张性同沉积断裂。

从基底深度、协尔苏组含煤段厚度、泉头组厚度来看，均为南北向延伸的向斜形态；南部为协尔苏盆地，北部为双辽盆地。

图3 协尔苏盆地构造格架图Fig.3 Tectonic framework of Xie’ersu Basin

4 聚煤作用

煤层沉积取决于泥炭层的沉积环境与沉积时的古构造环境。

4.1 古构造环境

从含煤段煤层等厚线图可以看出，沉积走向为南北向。含煤段厚度由南向北递增，煤层厚度则由南向北递减。

含煤段厚度与煤层厚度负相关关系。显示了聚煤带为南北向，聚煤作用南强北弱。但富煤中心不连续，协尔苏盆地内有南北两个；双辽盆地则无富煤带，聚煤作用微弱。说明了东西向与南北向断裂联合控制煤系。

4.2 沉积环境

从协尔苏组沉积断面图看出，煤层底部普遍发育一层炭质页岩（深水沼泽环境），底板为巨厚层深湖相泥岩，表现了湖泊淤浅沼泽化成煤（煤厚0.1～6.0 m）。

从含煤段含砂率图显示，盆地西缘、南缘出现扇、扇三角洲沉积。富煤带出现在扇三角洲前缘或扇间平原环境。

5 盆地演化

协尔苏盆地为燕山运动影响形成的断陷盆地。同期岩浆活动（安山岩）沿断裂带分布。伴随盆缘断裂的持续活动，形成典型的冲积扇—扇带沉积。由于盆地狭长，东西两侧盆缘断裂（F1、F2）形成的扇体相连，扇前无过渡带，无聚煤作用发生，并直接转化为深湖相泥岩沉积，淤浅后沼泽化成煤。构成协尔苏组含煤段沉积。含煤段沉积之后，盆缘断裂活动明显减弱，形成浅湖相砂泥岩段沉积，煤层被掩埋保存下来，形成明显的三层沉积结构的聚煤盆地。

白垩纪早期松辽坳陷东南缘断裂与火山活动强烈。协尔苏盆地断裂发育，主要有北东向、北西向两组断裂。煤系、煤层局部抬起剥蚀。其断陷区域沙力好来组灰绿色岩系沉积，盆地沉积结束。

早白垩世泉头组时期，松辽坳陷大幅度下降，巨厚层赤紫色岩系充填。协尔苏盆地等晚侏罗世断陷型聚煤盆地全部被掩盖。至此，松辽盆地从断陷盆地群转化为坳陷型盆地。