赋煤区地质构造与构造控煤作用探析

2016-04-14薛冰赵振张春辉张义函石志衍

地球 2016年5期

关键词：煤系煤田盆地

■薛冰赵振张春辉张义函石志衍

（1河南理工大学河南焦作454000；2河南省煤炭地质勘察研究总院河南郑州450052）

赋煤区地质构造与构造控煤作用探析

■薛冰1，2赵振2张春辉2张义函1，2石志衍1，2

（1河南理工大学河南焦作454000；2河南省煤炭地质勘察研究总院河南郑州450052）

我国大力开展煤炭资源评价工作，在赋煤区地质构造方面的研究取得了明显的进展，对地质构造控煤研究也取得了一定的成绩。笔者在阅读了大量关于赋煤区地质构造文献的基础上，总结了我国各大赋煤区地层特征，分析了构造控煤作用。

赋煤区煤田构造构造控煤作用

研究证明，地质构造对煤层沉积、厚度变化及赋存特征等方面有较大影响，掌握构造控煤作用对我国的地质研究和煤炭开采具有十分重要的意义。深入了解各大赋煤区地质构造特征，结合国内外对地质构造的相关研究，分析研究构造控煤作用。

1 赋煤区主要煤田构造

赋煤区进行分类的主要依据就是赋煤构造单元，不同的赋煤区有不同的赋煤构造单元。根据赋煤构造单元的不同，我国一共可以分为5个赋煤区，分别为西北、华北、华南、东北、滇藏，以下将介绍每个赋煤区的主要构造。

1.1 东北赋煤区煤田构造

东北赋煤区主要分布在天山、大小兴安岭、内蒙古边缘和华北地区的交界处，东北地区内的盆地中[1]。

这一赋煤区地质构造的基底是兴蒙造山系和其中的山间地块，印支运动发生之后，该区域分割在太平洋大陆活动的边缘地带，在燕山地区发生运动的早期和中期，该区域在压力巨大的挤压下形成了东北走向的挤压性构造。在中生时代后期我国的东部地区的构造发生变化，成为东亚大陆发生裂解区域的一部分。这一时期的煤田主要是通过控煤构造断裂产生的，样式也是多种多样。东北赋煤区的整体结构从北东向西南方向分布，煤系改造的强度也逐渐增强。

东北赋煤区可以划分为3个主要的区域：东部、西部、东部。东部赋煤区的构造呈现沿三江地区、穆棱河盆地向西北方向扩展的样式，从松辽地区东部、缘伊通——依兰断裂带和密山——敦化断裂带分布的盆地也开始正反转。西部赋煤区至今还保存着该地区形成盆地时的伸展格局。中部赋煤区的主体是东辽盆地，其煤田主要分布在东辽盆地的边缘部位，在中生代晚期该区域被分解成断块式的格局。

1.2 华北赋煤区煤田构造

华北赋煤区的煤田主要分布在华北路块，它周围环绕着活跃的构造带，赋煤区内的煤层赋特征存在着比较大的差异，根据煤厚的变形情况，可以发现该区域内呈从外沿向中心逐渐减小的趋势。华北赋煤区的构造可以分为5个区域，分别为北缘地区赋煤区、鄂尔多斯盆地赋煤区、山西地区赋煤区和东部地区赋煤区。

北缘地区赋煤区的构造受到板块边缘构造的作用，沿着燕山、阴山、辽东区域有一个早期的中生代断裂构造[2]，后来华北赋煤区在晚期中生代时期被卷入该结构内，从而使该赋煤区的北部发生挤压变形。鄂尔多斯盆地赋煤区主要包括盆地西部边缘的褶皱带、盆地东部边缘的褶皱带、盆地北部地区隆起、盆地南部地区断隆等构造比较完整的赋煤单元。该赋煤区煤系的变形地区主要位于鄂尔多斯盆地的边缘，盆体的主要结构变形轻微，主要呈现出向西倾斜的趋势，该区域的断层较少并且结构相对来说比较简单，是世界上为数不多的特大型赋煤区盆地。山西地区赋煤区位于华北地区赋煤区的中部，这一赋煤区的煤系变形情况比较严重，并且主要以宽缓的波状褶皱作为主要的变形形式。东部地区赋煤区煤田构造的主要表现形式是挤压，构造的主要格局为平行于大陆板块比较宽缓的褶皱或者隆起，还包括和板块相配套的挤压性断裂和剪切性断裂格局。该赋煤区煤系的新生代变形伸展情况比较明显，这就使中期的中代挤压变形被掩盖或者改变。

1.3 华南赋煤区煤田构造

华南赋煤区位于环太平洋区域和特堤斯区域交界的地方，占据华南地区山系和扬子路板地区，因为构造的影响，该赋煤区被分为东南赋煤区和扬子赋煤区。

东南赋煤区以浅变质岩石作为基底，该赋煤区的活性比扬子赋煤区的大，自晚生代开始就一直处于挤压状态和张拉状态相互交替的过程中，因此该赋煤区的煤系变形情况十分复杂。扬子赋煤区的煤系变形形状和同心圆类似，四川盆地是扬子赋煤区的核心，盆地中赋煤结构的主要形态为宽缓的隆起和褶皱。华南赋煤区在整体上的变形情况和岩浆活性都从板块内部向板块边缘逐渐变强，该赋煤区的煤田受局部隆起和挤压的影响较多。

1.4 西北赋煤区煤田构造

西北赋煤区的煤田主要处在天山、塔里木地区，随着特堤斯动力学系统和古亚洲动力学系统的发展而变化。在早期的侏罗纪时代，聚煤构造依照造山期后期动力学的发展而变形，形成了湖盆环境。因为湖盆区域周围密集分布着沼泽，煤层越来越稳定，湖盆地区内部逐渐形成颜色较深的烃源岩，最终使该赋煤区成为煤、油共存的盆地。

西北赋煤区随着成煤后期煤系构造的变动和中生代后期板块之间的碰撞等距离较远的效应而不断发生着程度不同的反转反应，最终形成再生型盆地。该区域赋煤构造单元的变化规律主要呈现为：盆地边缘地区向盆地中间推覆，煤系地层不断提升，最后形成和盆地平行的赋煤构造单元。

1.5 滇藏赋煤区煤田构造

滇藏赋煤区主要分滇西和藏北两个主要的赋煤构造区域。滇藏赋煤区隶属于特堤斯的范围，它的主题区域为三江——西藏造山系。该赋煤区的地质构造比较复杂，由亚欧大陆、瓦岗那大陆内的众多路块和缝隙组成。赋煤区主要分布在青藏高原和滇西，因为强烈的构造运动，该区内的断裂、褶皱和隆起碎裂性强[3]，所以该含煤区相对较小。

2 构造控煤作用

2.1 聚煤作用

通过研究煤的形成可以发现，必须具备3个条件：充足的造煤材料、因为沉积作用而能长久维持的泥炭化反应、合适的煤层构造沉降环境。这一结论是在剖析聚煤盆地的结构、环境的基础上进行放大的结果。经过实践证明，该结论能够在全球范围内适用，而且这3个条件的本质是相同的构造作用。

研究证明古气候对煤炭的形成和结层具有十分重要的作用。因为陆地上各种植物的生长繁衍都离不开有利的气候条件，而恰恰是陆地上的植物能够随着环境的变化而发生泥炭化反应，最终经过煤化作用变成煤炭。在以往的研究中研究人员经常会发现，某个区域内的煤层沉积不是完全随着时间来的，还有很多是在空间上变化的。我们不能确定历史的演化过程中是否会发生局部地域的气候迁移现象才导致这种情况的发生，但是以全球的气候变化为原型进行研究可以发现，发生这种情况的几率很小。唯一一个原因就是随着构造作用的变化而引起地表发生变形这一变化的时间较长。越来越多的地质学家开始接受这一说法，若地理上的维度长时间内保持稳定，那么由于大陆块的分裂、漂移而导致的气候甚至是聚煤带的变化就能说得通了。因此就目前地球上所谓的气候环境变化其实就是构造变化。

2.2 控制煤炭变质

煤质分为后生和原生两种，过去人们对原生煤质研究的比较多，研究的主要依据是煤炭沉积条件和沉积环境。传统观点认为影响煤炭变质的因素和岩石一样，都包括压力、温度、时间。笔者也认同该说法，不同的是笔者的观点将温度作为煤炭变质的内部原因，时间和压力都是外部原因，因为热力的来源不同才使煤炭变质的表现形式出现分化。根据构造观点，地球的内部物质发生运动产生地热，地热的含义非常广泛，它是使煤质发生变质反应的主要原因，地热的产生、运动、汇集就是一个完整的构造作用的过程[4]。

古地热场的变化是引起煤炭变质的一个重要因素。承受过古地热场的影响而发生变质反应的岩石是研究古地热场变化的主要依据，变质程度不同的煤炭是研究其变化历程的最好标本。所以目前对古地热场的研究是通过煤炭的变质情况来实现，将原生煤炭产生的基础条件排除外，可以提高恢复古地热场的准确性。

以现代的地热场作为研究依据可以发现，地热升高的地方都与构造部位重合，例如地幔的隆起部位前端、地壳的断裂层、构造活跃的区域等。由于煤层的顶底板多数是泥岩，该岩系以结构层次较多为特点，所以煤层能够有效抑制热量的散失。尽管目前对地球内部的热反应研究还不够透彻，没有弄清楚其发热的全部机理，但是从地球的热力演化情况来看，该热反应具有一定的间歇性和周期性，而且这种变化和构造活动相联系。

过去的研究将注意力都放在了外来因素对地球热量的影响，而忽视了地球内部产生的热量。在较大的冰期结束时是开始聚煤的关键时期，此时被寒冷紧固的水被大量的释放出来，使全球的气候变得湿润，地下和地表水十分充沛，地球上的植物快速繁衍生长，而且此时地球上的温度还没有达到使植物发生快速氧化分解反应的地步，因此这一环境十分有利于煤层的形成。

总而言之，地球上地热的演化和分布情况与构造的作用联系十分密切，而煤炭的变质过程就和地热的变化呈平行状态。

2.3 改造煤系、煤层

当煤系和煤层产生之后，会因为构造上的原因而产生较大的变化，在构造过程中会使地壳也发生变化，对应这一变化而发生的就是含煤岩系甚至是含煤的岩层在形态和产状上发生巨大变化。

研究证明，能对煤炭的赋存情况产生较大影响的直接因素就是构造运动中产生的垂向效应[5]。从整体上说，聚煤反应结束后发生的沉降有利于煤炭持久保存，但是该沉降反应必须控制在一定限度内，不能超出目前人类开采技术的上限，否则就会使煤炭的经济性大打折扣。而且如果在煤层保存的过程中发生过度沉降作用，也会使煤炭本身的性能发生变异，此时要对局部煤层进行相对的抬升以降低过度沉降对煤层的破坏。一般情况，沉降不是整体上平行进行的，许多区域的沉降都以波浪的形式展现，在总体呈上升趋势的时候也可能在某个局部发生下降，在总体呈下降趋势的时候可能某个局部正发生上升。

垂向作用对煤系和煤层的影响最为直接，这也就造成了垂向的构造变形对赋存煤炭的影响，通常我们会把垂向作用分为正向作用和负向作用，相应的就是正向构造和负向构造。因为正负是两个相对的概念，所以正向作用和负向作用也是相对的，所以正向构造和负向构造的存在形式总是相互比肩的。

因为变化的时期不同，所以构造变形的主要影响也不同，不同时期的影响主要赋存在各自时期层之中，并且构造的分布情况是具有一定规律性的，都大致按照构造变形和构造作用的发生规律进行

[6]，煤层的赋存特征和构造有关。