华北盆地石炭二叠太原组聚煤规律分析.docx

华北盆地石炭一二叠太原组聚煤规律分析摘要：通过对各种地质资料的收集、整理，分析太原组的沉积特征，特别对太原组进行了沉积体系及其成因相的划分，并通过对太原组的煤层特征、沉积演化及控煤因素的分析，总结太原组的聚煤规律关键词：太原组、聚煤规律、石炭二叠系煤系是指在一定地质时期连续沉积形成的一套含有煤层并具有成因联系的沉积岩系，通常又称为含煤岩系、含煤建造、含煤地层等熟悉煤系的岩层组合特征，特别是掌握标志层特征，是掘进工程中的层位确定、煤层对比以及判断断层性质和断距、寻找断失煤层的基础因此，对煤系了解得越清楚，煤矿建设和生产工作进行得就越顺利华北石炭一二叠纪聚煤区是我国最大的聚煤区，储量约占全国煤炭总储量的1/2,且勘查、开发程度高华北石炭二叠纪煤系主要含煤层位在时间上和空间上有明显的迁移现象，即在北部（带）主要煤层位于煤系下部的太原组；在中部（带）主要煤层位于煤系中部的山西组，在南部（带）主要煤层位于煤系上部的下石盒子组太原组是在下伏本溪组沉积的基础上发育起来的，其分布范围广泛稳定与本溪组相比，太原组厚度变化更趋稳定，华北大部分地区普遍为70一140m,厚度变化的总趋势是盆地中部厚，南北两缘薄，在东西方向上呈厚薄相间的变化。

太原组沉积时，华北盆地基底由早期向东倾斜逐渐转换为向南偏东倾斜盆地北缘的相对抬升和西部车道一阿色浪断裂的继承性活动，导致了太原组沉积具有明显的东西分异、南北分带之特点一、沉积环境演化太原组含煤地层是华北聚煤盆地充填沉积的组成部分，在华北晚古生代早期为一大型内陆表海聚煤盆地，其基底极缓的古坡度（＜0.001）难以形成侵蚀成因的角度不整合，沉积地层为一套海陆交替型含煤沉积在中奥陶世以后形成的风化面上，华北地区自晚石炭世初期开始陆续接受沉积，盆地的南、北两侧分别为近东西走向的秦岭一阴山隆起剥蚀区所挟持，华北为一大型内陆表海型聚煤盆地，海水进退呈高频率变化，总趋势为由强到弱，其间有几次大的海侵早二叠世中晚期华北结束了内陆表海海陆交替型含煤沉积，沉积盆地转换为大型陆相盆地而进入了陆相沉积期石炭一二叠纪总体属于一个高级别的海平面变化周期太原组沉积初期基本上继承了本溪组的古地理面貌,豫西大部分地区尚未接受沉积，其余地区基本上以海滩、障壁岛、泻湖、海湾和潮坪沉积为主但早期华北北缘高地的逐步抬升己使近缘地带河流作用活跃起来并愈来愈强，河流携带大量碎屑物质注入受水盆地并不断向南推进太原组沉积中、晚期，华北总体表现为海侵期，三角洲沉积明显表现为退覆，浅海相碳酸盐岩广布。

早期十分宽广的三角洲沉积相带（南达晋中、冀中、鲁西）主体部分逐渐退缩到晋北、冀北、辽西较窄的地域华北整体呈现出海进式古理景观，海域比太原早期大为扩张1.1中石炭世早期陆表海聚煤盆地的形成陆表海聚煤盆地形成前华北是我国形成较早的古隆起区，经过长期的隆升，遭受风化剥蚀之后，于中石炭世早期沿郊庐断裂带首先发生坳陷，沿坳陷区发生海侵，从此拉开了华北地块晚古生代沉积演化历史的序幕（图1.1）,该阶段盆地范围极其有限，主要限于郊庐断裂带及其两例地区，南部的徐州一临沂一复州湾等地发育台地体系，北部唐山一本溪一浑江等地发育障壁岛岛体系，碎屑沉积物来自北侧的阴山古陆华北晚占生代陆表海盆地初期阶段沉积模式（据陈世悦等，2000.有修改）1.2中石炭世晚期陆表海聚煤盆地的稳定发展阶段（本溪组）随着华北地块的进一步沉降，海水沿本溪一唐山一太原一线侵入华北地块腹部，盆地范围迅速扩大至乌兰格尔隆起以东的地块中北部地区（图1.2）,盆地北缘受固阳一集宁一隆化断裂带的控制，南缘抵达乡宁一晋城一焦作一商丘一滕县一新汉一线，构成典型的受限陆表海（葫芦形）盆地内的水动力条件以潮汐作用及地区性风暴作用为主，河流作用仅限于北缘地区。

盆地内主要发育台地体系和障壁岛体系，盆地北缘发育河流体系、扇三角洲体系及三角洲体系该阶段盆地基底沉降缓慢，北部陆源区构造活动微弱,碎屑物质供应不足，沉积速率小，碎屑物质主要是成分成熟度和结构成熟度均高的中细粒石英砂岩这一阶段最终以海水由地块东部退出盆地而结束华北晚古生代陆表海盆地发展阶段沉积模式（据陈世悦等,2000,有修改）1.3晚石炭世陆表海聚煤盆地的鼎盛发展阶段（太原组）晚石炭世末华北地块发生了北升南降运动，致使从晚石炭世开始海水改由地块南东部的两淮一确山一线向地块腹地侵入，盆地范围迅速扩大，北抵大同一张家口一兴隆一平泉一朝阳一线，向西超过乌兰格尔隆起，构成统一的华北陆表海，使华北陆表海达到其发展的鼎盛时期（图1.3）盆地的水动力条件以潮汐作用及地区性风暴作用为主，总的岩相古地理特征表现为：南部为地区台地体系，中北部地区为障壁岛体系，河流体系、扇三角洲体系及三角洲体系仅发育于北部边缘地区大部分碎屑物质来自北部的阴山古陆，主要从朝阳一南票、兴隆一京西、大同等地输入盆地，南部的伏牛古陆也开始向盆地提供部分碎屑物质这一阶段盆地基底沉降仍然缓慢，南北两侧陆源区构造活动较弱,碎屑物质供应不足，沉积速率较小，碎屑沉积物的成分成熟度和结构成熟度较高。

该阶段最终以海水从地块南东部退出而告结束华北晚古生代陆表海盆地鼎盛阶段沉积模式（据陈世悦等,2000,有修改）1.4早二业世陆表海聚煤盆地的萎缩阶段（山西组）本阶段海侵仍来自地块南东部，但海域范围较前一阶段大为缩小，即缩至郑州一徐州一线以南地区，并逐步向南退却，最终退出华北地块（图1.4）该阶段盆地基底沉降幅度加大，形成厚度巨大的硅质碎屑沉积，在两淮至徐州地区地层厚度近千米盆地南北部陆源区的构造活动性加剧，向盆地内提供了大量的碎屑物质，且碎屑物质的成分成熟度和结构成熟度大为降低盆地内以发育河流体系和三角洲体系为主，障壁岛岛体系仅在地块南东部发育盆地内水动力条件以河流作用和潮汐作用为主，沉积作用以碎屑物质向盆地进积为主随着盆地萎缩阶段的结束，华北陆表海最终完全退出地块范围华北晚占生代陆表海盆地萎缩阶段沉积模式（据陈世悦等，2000,有修改）自中石炭世到晚石炭世，华北经历了一个漫长的海进海退过程，最大海侵期是晚石炭世晚期在中石炭世至晚石世中期的海进过程中，初期中石炭世海侵主要来自东方；其次来自西方；晚石炭世海侵方向来自东南方向和西方最大海侵海水侵漫到华北的北部自晚石炭世晚期至早二叠世为海退过程，海水又渐次向东南方向退出。

在最大海侵期前形成了晚石炭世的主要煤层，其聚煤中心位于华北的北带；其后，聚煤中心随着海水逐渐向南退出而南移，早二叠世早期的主要聚煤带位于华北的北带和中带二、控煤因素分析地质历史上聚煤盆地的形成、演化和结束，受控于古构造、古地理、古气候、古植物等多种因素的综合作用古构造是作用于聚煤盆地诸因素中的主导因素；适宜的沉积古地理环境为沼泽发育、植物繁殖和泥炭聚积提供了天然场所；古气候是植物繁衍、植物残体泥炭化和保存的前提条件；植物遗体的大量堆积是聚煤作用发生的物质基础聚煤盆地中不同沉积阶段、不同沉积地区聚煤作用的强弱，所形成的煤层层数、厚度、形态都会发生程度不同的变化，这种变化主要受古构造和古地理环境的控制，滕北矿区的煤田亦是这样大原组煤层多，厚度变化大，形态多样，煤层在时间上空间上的迁移有一定规律可寻，这种规律性反映了古构造和古环境对聚煤作用的控制作用2.1古构造古构造是作用于聚煤盆地诸因素中的主导因素从构造观点出发，可以把聚煤盆地看作一种特殊的构造形迹，即是说聚煤盆地在大地构造格架中占据一定部位，具有一定的几何形态和构造样式，与周围的其它各种构造形迹有着成生联系，可以归入某种构造体系聚煤盆地是特定的区域构造应力场的产物，具有一定的地球动力背景。

地壳的沉降范围、幅度、时期和速度，决定了聚煤盆地的范围、岩系厚度沉积补偿及沉积相的组成和分布华北石炭一二叠纪含煤建造是在华北地区由于受加里东运动的影响，全区经长期剥蚀、夷平和准平原化之后形成的从中石炭世起，华北地区整个开始下降，在北部阴山和南部秦岭两个东西向巨型构造带之间形成了稳定的大型波状聚煤坳陷，开始接受沉积，在大面积范围内形成了海陆交替相含煤建造在滕北矿区，印支期、燕山期、喜山期三次构造运动对原有的聚煤盆地进行了改造，形成不同的赋煤构造这些赋煤构造叠加在原始聚煤盆地的基础上，直接反映了含煤建造保存形式及展布方向，它与原始聚煤盆地的范围和分布方向不一致决定赋煤构造大小、范围和形态的主要因素是剥蚀作用和构造作用1、太原组煤系基底的构造太古代以来，在华北板块巨型坳陷基础上，晚元古代地层在南北向挤压下，发生东西向纵张，形成的沂沐海峡，首先接受了土门群滨海相沉积随之，海水自南而北浸漫，沉积了以碳酸盐占绝对优势的巨厚寒武、奥陶系，奠定了石炭一二叠纪煤系基底至华力西期，内蒙地轴升起，促使华北板块自北向南抬升，并向南扩张直至海水向南完全撤出，这一系列构造运动的结果，首先是整个华北板块内上奥陶一下石炭统缺失。

2、含煤盆地的后期改造聚煤盆地的后期改造，决定着原始聚煤盆地的现实经济价值，主要表现为燕山期以来断裂构造、剥蚀作用和岩浆活动等l) 断裂构造鲁西南为一典型的断陷区，煤系保留程度较鲁中隆起区好，煤田规模较大，分布连续，如己探明的充州、济宁、滕县、巨野及汉上一宁阳煤田，是区域断裂控制煤田分布的典型地区断裂构造的多期继承性活动，对煤田的保存关系更大在本区的坳陷区由地堑叠加而成时，由于同时发育南北向和近东西向两组断裂，煤系保存程度较好，但埋藏较深2) 剥蚀作用山东地区的石炭一二叠纪地层沉积之后，主要经历了四个大的构造运动期，即华力西期、印支期、燕山期和喜山期，同时经受五个剥蚀一沉积旋回3) 岩浆活动的影响燕山期以来，剧烈的构造活化运动，致使控制煤田的一系列断裂产生，这些断裂或断层不仅构成了煤田或井田的边界，而且从多个方向切割煤层同时，还伴随有不同程度的岩浆活动，其对煤系煤层的后期改造影响不容忽视岩浆岩是在煤系地层沉积之后的构造活动期，沿构造断裂带上升，遇到煤层及其它软弱地层时顺层侵入，在断裂两侧呈枕状及串珠状，远离断裂则呈层状，距断裂越近越厚，反之则薄2.2古地理加里东构造运动之后，华北地台已形成南海北陆，西隆东倾，基底相对平坦的箕状盆地，为晚古生代含煤岩系的沉积与聚煤作用创造了极为有利的条件。

石炭纪末期开始，由于华北板块下沉，海水由东向西，逐渐侵入盆地，最先在东部的古郊庐断裂低谷地带，接受了沉积，很快海水向西侵入华北晚古生代聚煤盆地的腹部早二叠世时期，华北地台己成为规模可观的陆表海在这一总的海进过程中，由于地壳的振荡运动，又造成海水频繁进退，每次海退都为泥炭聚集提供有利的古地理环境，同时，随之而来的海进，又为煤层的覆盖保存创造了条件，因此，太原组的诸多煤层，就是在这一有利的构造古地理背景下形成的总之，古构造运动塑造了华北大型聚煤盆地，并控制了太原组的沉积和煤层聚集，形成了海陆交替相的沉积体系，成为华北(包括滕北矿区在内)最主要的成煤时期2.3古气候聚煤作用事实上是大陆板块的构造演化对沉积盆地的制约，并借助古气候、古植物因素实现的但是，沉积盆地并不是聚煤盆地，即使在同一盆地内，含煤层段也只是囿于某一特定的地质时段，这就表明，古气候是聚煤作用的一个重要条件已有的研究成果表明，晚古生代自泥盆纪至早石炭世，全球气候温暖，绝大部分地区相当于热带和亚热带气候，有利于聚煤但在我国北方天山一兴安区的早石炭世含煤岩系中发现有安格拉植物群分子，表明当时属温凉半潮湿气候广大华北地区当时为古陆，缺失早石炭世地层。

晚石炭世开始，北方的古气候出现明显的分带性华北和祁连一走廊区，动物以蜓、腕足类为主晚石炭世植物属早期华夏植物群（卵脉羊齿一椭圆楔叶一朝鲜丽羊齿）组合，反映出当时气候炎热潮湿，对聚煤十分有利中奥陶世以后，华北地区经受了长期剥蚀，到中石炭世又遭海侵，晚石炭世仍处于海侵阶段并逐渐进入高潮，形成了广阔的滨浅海域。