羊草沟盆地龙家堡矿区营城组沉积环境与聚煤特征

2013-01-25杨忠习刘文华

吉林地质 2013年2期

杨忠习，刘文华，孙野

吉林省煤田地质物探公司，吉林长春 130033

龙家堡煤矿是近年来吉林省新发现的大型煤产地，矿区位于吉林省长春市所辖的九台市（县级）境内，盆地的东北部，矿区南西距长春市18 km（图1），大地构造位置处于吉黑褶皱系，松辽盆地东南隆起区，九台—长春凸起间的一个小型内陆山间断陷盆地。主要含煤地层为白垩系营城组上段（K1y3），主要可采煤层为该段的Ⅱ煤组。

营城组（K1y）岩性组合大致可分为三个岩性段：

下段（K1y1）：该段主要由中性火山岩组成，顶部为深灰—灰黑色泥岩，质较纯，偶夹不可采薄煤层；中、下部为灰绿色砾岩，紫褐色安山岩，细砾岩，安山玄武岩。厚度50～430 m。

中段（K1y2）：该段主要岩性为灰白色砂岩及深灰黑色粉砂岩、泥岩，夹数层煤线。可见数层灰绿色凝灰岩、凝灰质砂岩。厚度103～125 m。

上段：（K1y3）下部主要为灰—浅灰白色砂砾岩、砾岩、凝灰质砂岩夹炭质泥岩，泥质砂岩；中部由一套扇三角洲相、泥炭沼泽相地层组成，赋存较厚的工业煤层。主要岩性为泥岩、砾岩及少量凝灰质砂岩；上部以深湖相泥岩、粉砂岩及凝灰岩沉积为主，水平层里发育。泥岩中含丰富植物化石。此段岩层厚度为100～230 m （表1）。

1 羊草沟盆地形成、沉积及演化过程

图1 羊草沟盆地龙家堡矿区交通位置图Fig.1 Traffic position of Longjiapu mining area ,Yangcaogou Basin

表1 区域地层简表Table 1 Regional stratigraphic table

羊草沟盆地为天山—兴安地槽褶皱区的吉黑褶皱系（Ⅰ）松辽中断陷（Ⅱ）东南隆起区（Ⅲ）九台—长春凸起（Ⅳ）的中生代断陷盆地。

松辽盆地是一个沉降幅度较大的沉陷区，盆地内中生代地层多为假整合及轻微的角度不整合接触。盆地两侧则是隆起区，其中东部山区比西部山区上升幅度要大些，松辽盆地的吉林省东部相对上升，西部相对下降[6]。

羊草沟盆地形成之前历经了印支运动、燕山运动早期的地壳运动，古生界地层被强烈挤压褶皱，大面积上隆并被剥蚀，同时伴有大规模的花岗岩侵入，构成了盆地的中、新生代地层的沉积基底。

早白垩世早期，吉林省东北部山区在侏罗世已形成的断陷盆地上又不断地发生断陷，使侏罗世已存在的盆地发展扩大。西部松辽平原受多种构造因素作用又发生了断裂，将基底切割成凸凹不平的棋盘格子状，此时沿北东向断裂尚有火山活动，形成了松辽平原边缘的羊草沟盆地、营城子盆地、石碑岭盆地。

受印支运动的影响，松辽盆地的东南缘缺失中生界三叠系地层，随之的燕山运动，使吉林省东部发生强弱不均的构造运动，伴有花岗岩侵入及火山喷发，其火山喷发的间歇期成为盆地的生成发展期，此时羊草沟盆地的雏形已基本形成。即进入盆地的充填阶段，当时的水动力较弱，基底不平火山喷发频繁，使盆地内沉积了以火山喷发及火山碎屑为主的火石岭组及沙河子组。

白垩系早期，受燕山运动的影响，地壳缓慢下降，沉积趋于平稳，气候温暖植物生长茂盛，泥炭沼泽化环境较好，沉积了营城组煤系地层。煤系的下部主要为灰—浅灰白色砂砾岩、砾岩、凝灰质砂岩夹炭质泥岩，泥质砂岩；中部由一套扇三角洲相、泥炭沼泽相地层组成，赋存较厚的工业煤层。主要岩性为泥岩、砾岩及少量凝灰质砂岩；上部以深湖相泥岩、粉砂岩及凝灰岩沉积为主，水平层里发育。泥岩中含丰富植物化石[1]。

2 沉积环境分析

2.1 坡积、洪积等山麓相粗碎屑沉积

早白垩世底部，经过燕山运动中期的填平补齐之后，盆地内沉积的砾岩不整合于侏罗系火山碎屑沉积物之上，盆地边缘则超覆于古生界变质岩及花岗岩之上。从岩性上看多为灰白色—灰色，砾石成分以火山碎屑为主，少量为古生界变质岩、花岗岩。盆地边缘砾度较大，呈棱角—次棱角状，泥砂质及凝灰质充填，向盆地中心，分选及磨圆逐渐变好，同时砾度变小，多以泥质、凝灰质充填，表明此时水动力比前期增强（图2）。

2.2 浅湖沉积

受燕山运动的影响，沉降幅度加大，盆地周围的河流、河漫滩、山前平原广泛发育，盆地内覆水相对加深，粗碎屑沉积在盆地边缘，呈环状分布，向盆地中心则沉积了细粒级砂岩、泥岩，局部具河床相砾岩，可见斜层理，斜波状层理。

图2 龙家堡矿区营城组A—A沉积断面图Fig.2 A-A sedimentation fault plane of the Yingchen Formation, Longjiapu mining area

图3 龙家堡矿区营城组B—B沉积断面图Fig.3 B-B sedimentation fault plane of the Yingchen Formation, Longjiapu mining area

随着水面不断上侵，盆地中心出现第一次浅湖环境，沉积了一套泥岩、粉砂岩为主的夹少量粗粒级砂岩的细碎屑岩，向外则沉积了一套以河漫滩相、山前平原相、河床相砂岩为主的沉积物，夹薄层泥岩、砾岩。盆地边缘则仍以山麓相的粗碎屑沉积为主。此时已接近燕山运动的晚期，沉积覆度趋于稳定（图3）。

2.3 扇三角洲、泥炭沼泽、滨湖及浅湖沉积

盆地聚煤作用是在上述环境下发育的，此时气候温暖植物生长茂盛，沉降与沉积基本平衡，从古地理环境分析，盆地四周的三角洲不断向盆地中心推进，水面变浅，中心湖填塞，冲积平原、湖泊大面积沼泽化，水动力较弱，盆地中心泥炭沼泽化较好，沉积的煤层较厚，沉积中心与聚煤中心重合。向盆地边缘由于受洪水作用的影响，沼泽化环境较差，持续时间比盆地中心短，所以出现了由盆地中心向盆地边缘发展煤层沉积逐渐变薄，以至分叉尖灭的分布特点（图4）。

成煤作用之后，地壳沉积速度加快，整个盆地呈欠补偿沉积状态，进入湖相沉积，岩性主要为灰黑色、黑色泥岩、粉砂岩，局部夹灰色砂岩，水平层理发育，含丰富的植物化石，此时火山运动频繁，整个盆地在湖相泥岩的上部沉积了一层灰白色—灰绿色凝灰岩、凝灰质粉砂岩、玄武岩等（图5）。

从K1y1到K1y3整个盆地的沉积相序呈由粗—细的正序列沉积。整个成煤作用是在火山活动减弱开始，到火山活动频繁结束，因此羊草沟煤田成煤环境是在火山活动间歇期形成的[2]。

3 聚煤特征

羊草沟盆地为一典型的独立内陆盆地，营城组地层为盆地内主要含煤地层，整个盆地并不是完全由湖相转化为泥炭沼泽相成煤，而是盆地中心由湖相转化为泥炭沼泽相成煤，该部分煤层发育稳定、煤层结构较简单、厚度大，向盆地边缘则由扇三角洲相转化为泥炭沼泽相的成煤，该部分成煤条件差，煤层结构较复杂，煤层较薄，煤质较差。

图4 龙家堡矿区Ⅱ煤组聚积期古环境图Fig.4 Ancient environment map ofⅡcoal-accumulating period , Longjiapu mining area

图5 龙家堡矿区营城组沉积体系垂直层序图Fig.5 Vertical sequence of sedimentation system ,Yingchen Formation of Longjiapu mining area

综上分析，羊草沟盆地含煤地层的充填序列为：坡积相、山麓相－河床相、河漫滩相、山前平原相、扇三角洲相－泥炭沼泽相－浅湖相。沉积环境为：盆地中心（M7、M10、M14、XK55、XK54、XK44、XK45、XK17、XK3）为湖相转化为泥炭沼泽相成煤，向盆地边缘则由扇三角洲相转化为泥炭沼泽相的成煤，区内2～3 倾向剖面线处的古沉积环境为一小型的局部隆起，所以该处的煤层沉积较薄，XK19、XK20 及XK42、XK43 号钻孔处于大型的冲积、洪积扇顶端，致使无煤区向盆地中心呈弧形凸入（图6、图7）。

煤层分布特点：由盆地中心向盆地边缘依次为：厚煤带－分叉变薄带－无煤带。沉积中心与聚煤中心重合[3]。