羊草溝盆地龍家堡礦區(qū)營城組沉積環(huán)境與聚煤特征

楊忠習(xí)，劉文華，孫 野

吉林省煤田地質(zhì)物探公司，吉林 長春 130033

龍家堡煤礦是近年來吉林省新發(fā)現(xiàn)的大型煤產(chǎn)地，礦區(qū)位于吉林省長春市所轄的九臺市（縣級）境內(nèi)，盆地的東北部，礦區(qū)南西距長春市18 km（圖1），大地構(gòu)造位置處于吉黑褶皺系，松遼盆地東南隆起區(qū)，九臺—長春凸起間的一個小型內(nèi)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(zhì)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(xì)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(shù)層煤線?？梢姅?shù)層灰綠色凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)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(zhì)砂巖夾炭質(zhì)泥巖，泥質(zhì)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(yè)煤層。主要巖性為泥巖、礫巖及少量凝灰質(zhì)砂巖；上部以深湖相泥巖、粉砂巖及凝灰?guī)r沉積為主，水平層里發(fā)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(qū)交通位置圖Fig.1 Traffic position of Longjiapu mining area ,Yangcaogou Basin

表1 區(qū)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(qū)的吉黑褶皺系（Ⅰ）松遼中斷陷（Ⅱ）東南隆起區(qū)（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(qū)，盆地內(nèi)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(cè)則是隆起區(qū)，其中東部山區(qū)比西部山區(qū)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(jīng)了印支運(yùn)動、燕山運(yùn)動早期的地殼運(yùn)動，古生界地層被強(qiáng)烈擠壓褶皺，大面積上隆并被剝蝕，同時伴有大規(guī)模的花崗巖侵入 ，構(gòu)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(qū)在侏羅世已形成的斷陷盆地上又不斷地發(fā)生斷陷，使侏羅世已存在的盆地發(fā)展擴(kuò)大。西部松遼平原受多種構(gòu)造因素作用又發(fā)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(yùn)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(yùn)動，使吉林省東部發(fā)生強(qiáng)弱不均的構(gòu)造運(yùn)動，伴有花崗巖侵入及火山噴發(fā)，其火山噴發(fā)的間歇期成為盆地的生成發(fā)展期，此時羊草溝盆地的雛形已基本形成。即進(jìn)入盆地的充填階段，當(dāng)時的水動力較弱，基底不平火山噴發(fā)頻繁，使盆地內(nèi)沉積了以火山噴發(fā)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(yùn)動的影響，地殼緩慢下降，沉積趨于平穩(wěn)，氣候溫暖植物生長茂盛，泥炭沼澤化環(huán)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(zhì)砂巖夾炭質(zhì)泥巖，泥質(zhì)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(yè)煤層。主要巖性為泥巖、礫巖及少量凝灰質(zhì)砂巖；上部以深湖相泥巖、粉砂巖及凝灰?guī)r沉積為主，水平層里發(fā)育。泥巖中含豐富植物化石[1]。

2 沉積環(huán)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(jīng)過燕山運(yùn)動中期的填平補(bǔ)齊之后，盆地內(nèi)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(zhì)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(zhì)巖、花崗巖。盆地邊緣礫度較大，呈棱角—次棱角狀，泥砂質(zhì)及凝灰質(zhì)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(zhì)、凝灰質(zhì)充填，表明此時水動力比前期增強(qiáng)（圖2）。

2.2 淺湖沉積

受燕山運(yùn)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(fā)育，盆地內(nèi)覆水相對加深，粗碎屑沉積在盆地邊緣，呈環(huán)狀分布，向盆地中心則沉積了細(xì)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(qū)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(qū)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(xiàn)第一次淺湖環(huán)境，沉積了一套泥巖、粉砂巖為主的夾少量粗粒級砂巖的細(xì)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(yùn)動的晚期，沉積覆度趨于穩(wěn)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(huán)境下發(fā)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(huán)境分析，盆地四周的三角洲不斷向盆地中心推進(jìn)，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(huán)境較差，持續(xù)時間比盆地中心短，所以出現(xiàn)了由盆地中心向盆地邊緣發(fā)展煤層沉積逐漸變薄，以至分叉尖滅的分布特點(diǎn)（圖4）。

成煤作用之后，地殼沉積速度加快，整個盆地呈欠補(bǔ)償沉積狀態(tài)，進(jìn)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(fā)育，含豐富的植物化石，此時火山運(yùn)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?guī)r、凝灰質(zhì)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(xì)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(jié)束，因此羊草溝煤田成煤環(huán)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(dú)立內(nèi)陸盆地，營城組地層為盆地內(nèi)主要含煤地層，整個盆地并不是完全由湖相轉(zhuǎn)化為泥炭沼澤相成煤，而是盆地中心由湖相轉(zhuǎn)化為泥炭沼澤相成煤，該部分煤層發(fā)育穩(wěn)定、煤層結(jié)構(gòu)較簡單、厚度大，向盆地邊緣則由扇三角洲相轉(zhuǎn)化為泥炭沼澤相的成煤，該部分成煤條件差，煤層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，煤層較薄，煤質(zhì)較差。

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

圖5 龍家堡礦區(qū)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(huán)境為：盆地中心（M7、M10、M14、XK55、XK54、XK44、XK45、XK17、XK3）為湖相轉(zhuǎn)化為泥炭沼澤相成煤，向盆地邊緣則由扇三角洲相轉(zhuǎn)化為泥炭沼澤相的成煤，區(qū)內(nèi)2～3 傾向剖面線處的古沉積環(huán)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(qū)向盆地中心呈弧形凸入（圖6、圖7）。

煤層分布特點(diǎn)：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]。

4 砂體厚度與煤層厚度的關(guān)系

由圖6、圖7 可以看出，盆地內(nèi)（M7、M10、M14、XK55、XK54、XK44、XK45、XK17、XK3號鉆孔圈定的范圍內(nèi)）煤層厚度大的地方，砂體厚度小，反之，煤層厚度小的地方，砂體厚度則大。從而揭示了古水流大小、古地理?xiàng)l件等古環(huán)境對聚煤作用的影響[4]。

5 結(jié)論

⑴羊草溝煤田成煤環(huán)境是在火山活動間歇期形成的；

圖6 龍家堡礦區(qū)Ⅱ煤組煤厚等值線圖Fig.6 TheⅡcoal seam thickness isoline of longjiapu mining area

圖7 龍家堡礦區(qū)Ⅱ煤組底部砂體厚度等值線圖Fig.7 Thickness isoline of Ⅱ coal group sand body of bottom , Longjiapu mining area

⑵盆地中心為湖相轉(zhuǎn)化為泥炭沼澤相成煤，向盆地邊緣則由扇三角洲相轉(zhuǎn)化為泥炭沼澤相成煤；

⑶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；

⑷煤層厚度大的地方，砂體厚度則小，反之，煤層厚度小的地方，砂體厚度則大[5]。

[1] 王洪力,魏喜文,刑儒瑞,等.吉林省九臺市羊草溝煤田龍家堡礦區(qū)勘探報告[R].吉林省煤田地質(zhì)局203勘探公司,2007.

[2] 陳鐘惠.煤和含煤巖系的沉積環(huán)境[M].湖北:中國地質(zhì)大學(xué)出版社,1988.

[3] 李思田.斷陷盆地分析與煤聚積規(guī)律[M].北京:地質(zhì)出版社,1988.

[4] 尹國勛.含煤巖系沉積環(huán)境與聚煤特點(diǎn)分析方法[R].焦作礦業(yè)學(xué)院地質(zhì)系,1984.

[5] 楊忠習(xí),唐立晶,王 舉,等.和龍盆地長財組沉積與聚煤特征[J].吉林地質(zhì),2006, 25(1):17-19.

[6] 吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局. 吉林省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京:地質(zhì)出版社,1988.