羊草溝盆地龍家堡礦區營城組沉積環境與聚煤特征

2013-01-25 05:41:06楊忠習劉文華

吉林地質 2013年2期

楊忠習，劉文華，孫野

吉林省煤田地質物探公司，吉林長春 130033

龍家堡煤礦是近年來吉林省新發現的大型煤產地，礦區位于吉林省長春市所轄的九臺市（縣級）境內，盆地的東北部，礦區南西距長春市18 km（圖1），大地構造位置處于吉黑褶皺系，松遼盆地東南隆起區，九臺—長春凸起間的一個小型內陸山間斷陷盆地。主要含煤地層為白堊系營城組上段（K1y3），主要可采煤層為該段的Ⅱ煤組。

營城組（K1y）巖性組合大致可分為三個巖性段：

下段（K1y1）：該段主要由中性火山巖組成，頂部為深灰—灰黑色泥巖，質較純，偶夾不可采薄煤層；中、下部為灰綠色礫巖，紫褐色安山巖，細礫巖，安山玄武巖。厚度50～430 m。

中段（K1y2）：該段主要巖性為灰白色砂巖及深灰黑色粉砂巖、泥巖，夾數層煤線。可見數層灰綠色凝灰巖、凝灰質砂巖。厚度103～125 m。

上段：（K1y3）下部主要為灰—淺灰白色砂礫巖、礫巖、凝灰質砂巖夾炭質泥巖，泥質砂巖；中部由一套扇三角洲相、泥炭沼澤相地層組成，賦存較厚的工業煤層。主要巖性為泥巖、礫巖及少量凝灰質砂巖；上部以深湖相泥巖、粉砂巖及凝灰巖沉積為主，水平層里發育。泥巖中含豐富植物化石。此段巖層厚度為100～230 m （表1）。

1 羊草溝盆地形成、沉積及演化過程

圖1 羊草溝盆地龍家堡礦區交通位置圖Fig.1 Traffic position of Longjiapu mining area ,Yangcaogou Basin

表1 區域地層簡表Table 1 Regional stratigraphic table

羊草溝盆地為天山—興安地槽褶皺區的吉黑褶皺系（Ⅰ）松遼中斷陷（Ⅱ）東南隆起區（Ⅲ）九臺—長春凸起（Ⅳ）的中生代斷陷盆地。

松遼盆地是一個沉降幅度較大的沉陷區，盆地內中生代地層多為假整合及輕微的角度不整合接觸。盆地兩側則是隆起區，其中東部山區比西部山區上升幅度要大些，松遼盆地的吉林省東部相對上升，西部相對下降[6]。

羊草溝盆地形成之前歷經了印支運動、燕山運動早期的地殼運動，古生界地層被強烈擠壓褶皺，大面積上隆并被剝蝕，同時伴有大規模的花崗巖侵入，構成了盆地的中、新生代地層的沉積基底。

早白堊世早期，吉林省東北部山區在侏羅世已形成的斷陷盆地上又不斷地發生斷陷，使侏羅世已存在的盆地發展擴大。西部松遼平原受多種構造因素作用又發生了斷裂，將基底切割成凸凹不平的棋盤格子狀，此時沿北東向斷裂尚有火山活動，形成了松遼平原邊緣的羊草溝盆地、營城子盆地、石碑嶺盆地。

受印支運動的影響，松遼盆地的東南緣缺失中生界三疊系地層，隨之的燕山運動，使吉林省東部發生強弱不均的構造運動，伴有花崗巖侵入及火山噴發，其火山噴發的間歇期成為盆地的生成發展期，此時羊草溝盆地的雛形已基本形成。即進入盆地的充填階段，當時的水動力較弱，基底不平火山噴發頻繁，使盆地內沉積了以火山噴發及火山碎屑為主的火石嶺組及沙河子組。

白堊系早期，受燕山運動的影響，地殼緩慢下降，沉積趨于平穩，氣候溫暖植物生長茂盛，泥炭沼澤化環境較好，沉積了營城組煤系地層。煤系的下部主要為灰—淺灰白色砂礫巖、礫巖、凝灰質砂巖夾炭質泥巖，泥質砂巖；中部由一套扇三角洲相、泥炭沼澤相地層組成，賦存較厚的工業煤層。主要巖性為泥巖、礫巖及少量凝灰質砂巖；上部以深湖相泥巖、粉砂巖及凝灰巖沉積為主，水平層里發育。泥巖中含豐富植物化石[1]。

2 沉積環境分析

2.1 坡積、洪積等山麓相粗碎屑沉積

早白堊世底部，經過燕山運動中期的填平補齊之后，盆地內沉積的礫巖不整合于侏羅系火山碎屑沉積物之上，盆地邊緣則超覆于古生界變質巖及花崗巖之上。從巖性上看多為灰白色—灰色，礫石成分以火山碎屑為主，少量為古生界變質巖、花崗巖。盆地邊緣礫度較大，呈棱角—次棱角狀，泥砂質及凝灰質充填，向盆地中心，分選及磨圓逐漸變好，同時礫度變小，多以泥質、凝灰質充填，表明此時水動力比前期增強（圖2）。

2.2 淺湖沉積

受燕山運動的影響，沉降幅度加大，盆地周圍的河流、河漫灘、山前平原廣泛發育，盆地內覆水相對加深，粗碎屑沉積在盆地邊緣，呈環狀分布，向盆地中心則沉積了細粒級砂巖、泥巖，局部具河床相礫巖，可見斜層理，斜波狀層理。

圖2 龍家堡礦區營城組A—A沉積斷面圖Fig.2 A-A sedimentation fault plane of the Yingchen Formation, Longjiapu mining area

圖3 龍家堡礦區營城組B—B沉積斷面圖Fig.3 B-B sedimentation fault plane of the Yingchen Formation, Longjiapu mining area

隨著水面不斷上侵，盆地中心出現第一次淺湖環境，沉積了一套泥巖、粉砂巖為主的夾少量粗粒級砂巖的細碎屑巖，向外則沉積了一套以河漫灘相、山前平原相、河床相砂巖為主的沉積物，夾薄層泥巖、礫巖。盆地邊緣則仍以山麓相的粗碎屑沉積為主。此時已接近燕山運動的晚期，沉積覆度趨于穩定（圖3）。

2.3 扇三角洲、泥炭沼澤、濱湖及淺湖沉積

盆地聚煤作用是在上述環境下發育的，此時氣候溫暖植物生長茂盛，沉降與沉積基本平衡，從古地理環境分析，盆地四周的三角洲不斷向盆地中心推進，水面變淺，中心湖填塞，沖積平原、湖泊大面積沼澤化，水動力較弱，盆地中心泥炭沼澤化較好，沉積的煤層較厚，沉積中心與聚煤中心重合。向盆地邊緣由于受洪水作用的影響，沼澤化環境較差，持續時間比盆地中心短，所以出現了由盆地中心向盆地邊緣發展煤層沉積逐漸變薄，以至分叉尖滅的分布特點（圖4）。

成煤作用之后，地殼沉積速度加快，整個盆地呈欠補償沉積狀態，進入湖相沉積，巖性主要為灰黑色、黑色泥巖、粉砂巖，局部夾灰色砂巖，水平層理發育，含豐富的植物化石，此時火山運動頻繁，整個盆地在湖相泥巖的上部沉積了一層灰白色—灰綠色凝灰巖、凝灰質粉砂巖、玄武巖等（圖5）。

從K1y1到K1y3整個盆地的沉積相序呈由粗—細的正序列沉積。整個成煤作用是在火山活動減弱開始，到火山活動頻繁結束，因此羊草溝煤田成煤環境是在火山活動間歇期形成的[2]。

3 聚煤特征

羊草溝盆地為一典型的獨立內陸盆地，營城組地層為盆地內主要含煤地層，整個盆地并不是完全由湖相轉化為泥炭沼澤相成煤，而是盆地中心由湖相轉化為泥炭沼澤相成煤，該部分煤層發育穩定、煤層結構較簡單、厚度大，向盆地邊緣則由扇三角洲相轉化為泥炭沼澤相的成煤，該部分成煤條件差，煤層結構較復雜，煤層較薄，煤質較差。

圖4 龍家堡礦區Ⅱ煤組聚積期古環境圖Fig.4 Ancient environment map ofⅡcoal-accumulating period , Longjiapu mining area

圖5 龍家堡礦區營城組沉積體系垂直層序圖Fig.5 Vertical sequence of sedimentation system ,Yingchen Formation of Longjiapu mining area

綜上分析，羊草溝盆地含煤地層的充填序列為：坡積相、山麓相－河床相、河漫灘相、山前平原相、扇三角洲相－泥炭沼澤相－淺湖相。沉積環境為：盆地中心（M7、M10、M14、XK55、XK54、XK44、XK45、XK17、XK3）為湖相轉化為泥炭沼澤相成煤，向盆地邊緣則由扇三角洲相轉化為泥炭沼澤相的成煤，區內2～3 傾向剖面線處的古沉積環境為一小型的局部隆起，所以該處的煤層沉積較薄，XK19、XK20 及XK42、XK43 號鉆孔處于大型的沖積、洪積扇頂端，致使無煤區向盆地中心呈弧形凸入（圖6、圖7）。

煤層分布特點：由盆地中心向盆地邊緣依次為：厚煤帶－分叉變薄帶－無煤帶。沉積中心與聚煤中心重合[3]。