蒙古國主要成煤時期地質(zhì)背景及巖相學(xué)特征

吉宏泰 梁 璐 劉顯正 馮文麗 李洪亮

(1.內(nèi)蒙古煤炭地質(zhì)調(diào)查院；2.上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院)

蒙古國主要成煤時期地質(zhì)背景及巖相學(xué)特征

吉宏泰1梁 璐2劉顯正1馮文麗1李洪亮1

(1.內(nèi)蒙古煤炭地質(zhì)調(diào)查院；2.上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院)

通過搜集蒙古國內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的200多座煤礦以及其中70座已開采煤礦的部分地質(zhì)資料，按照成煤時期由早到晚的順序，分析了該國各個地質(zhì)時期含煤盆地的分布、地質(zhì)和構(gòu)造背景，并總結(jié)分析了該國石炭、二疊、侏羅、白堊系含煤盆地形成的地質(zhì)、構(gòu)造因素以及煤炭的巖相學(xué)特征，為相關(guān)研究提供參考。

成煤時期 巖相學(xué)特征 含煤盆地

蒙古國煤炭資源豐富，自1912年至今，已發(fā)現(xiàn)煤礦(點)200多處，該國煤礦總體由西向東分為2個煤炭省，12個聚煤盆地和3個成煤區(qū)，含煤地層序列是控制煤化程度的主要因素[1]。蒙古西部煤炭省多數(shù)為晚石炭系煤層，煤化程度較高的煙煤；東部煤炭省主要為白堊系褐煤；南部盆地和中蒙古西部盆地為二疊系地層煤化程度低的煙煤；北部和中部盆地主要為侏羅系次級煙煤。

1 含煤盆地地質(zhì)背景和構(gòu)造特征

1.1 石炭系含煤盆地

石炭系含煤盆地即賓夕法尼亞亞系(石炭系中—早統(tǒng))分布于蒙古西部地區(qū)，蒙古境內(nèi)阿爾泰山脈一帶[2]。該地區(qū)石炭系盆地屬島弧型沉積型，發(fā)育于寒武系和早奧陶系時期。巖性主要由志留系、泥盆系和石炭系密西西比亞系(石炭系下統(tǒng))沉積巖和一些火山巖以及奧陶紀(jì)和泥盆紀(jì)深層巖組成。石炭紀(jì)時期島弧系統(tǒng)閉合，蒙古阿爾泰山盆地抬升，因此形成了陸地前沿構(gòu)造，具有磨拉石建造特點。在陸地前沿構(gòu)造沉積中的厚煤層有復(fù)雜的層間裂隙，推測為走滑構(gòu)造環(huán)境影響了煤層富集的連續(xù)性。一些煤層中構(gòu)造現(xiàn)象幾乎是統(tǒng)一的類似地塹形式。煤層傾角在該類構(gòu)造中相對較小。很多含煤序列暴露在外被侵蝕，被晚新生界構(gòu)造活動破壞[2]。煤炭含硫量低，反應(yīng)出煤層的形成時期與海水接觸不充分，為非海相沉積環(huán)境。該區(qū)域南部石炭系中統(tǒng)地層由碎屑巖和火山巖組成，石炭系上統(tǒng)地層主要為淺海相碎屑巖和碳酸鹽巖沉積，碎屑巖粒度較細(xì)，均不具有磨拉石建造特點[3]。

1.2 二疊系含煤盆地

二疊系含煤盆地主要分布于蒙古南戈壁省和前杭愛省南部地區(qū)，盆地多以碰撞構(gòu)造為主。泥盆、石炭紀(jì)是蒙古南部所有活火山島弧系統(tǒng)的一個增長時期，在該時期發(fā)生了以碰撞為主的構(gòu)造運動，形成了以大陸前緣為背景的沉積環(huán)境。二疊紀(jì)時期，古亞洲洋蒙古南部與中國北部陸殼閉合[4]，為泥炭富集在大陸前緣溝谷帶提供了良好的條件。在碰撞運動和煤炭堆積的共同作用下形成了蒙古南部地區(qū)含煤盆地。蒙古南部含煤盆地的沉積形式有島弧沉積和弧前、弧后盆地沉積。南戈壁含煤地層為二疊系上統(tǒng)塔溫陶勒蓋組沉積地層，包含了幾個子盆地、褶皺、北向斷層和逆沖斷層。

1.3 侏羅系含煤盆地

蒙古侏羅紀(jì)時期的含煤建造形成于2個階段，發(fā)育于不同的盆地內(nèi)，如蒙古西部的格瑞特河盆地、蒙古中部的圖拉河盆地、蒙古北部的埃格—色楞格河盆地，以及在蒙古東部煤化程度較低的沉積地層。蒙古西部的含煤地層為侏羅系中統(tǒng)下部熱爾嘎蘭特組，在格瑞特湖盆地區(qū)，不整合于前寒武紀(jì)文德期地層[5]，該地層組上部含煤，代表巖性有礫巖、砂巖夾層，粉砂巖和泥巖。蒙古中部、S—SE的河谷區(qū)，早—中侏羅紀(jì)煤層在裂谷地塹處沉積，被上白堊紀(jì)和新生界陸相沉積物覆蓋。

三疊和侏羅紀(jì)時期在中國西北、華北板塊和南蒙古板塊出現(xiàn)了SN向的大陸收縮變形。蒙古北部地區(qū)基底由前寒武紀(jì)復(fù)雜變質(zhì)雜巖組成，上覆地層為古生界含海相古生物沉積地層和主動大陸邊緣深成火山巖。在該類區(qū)域內(nèi)，很多小型地塹被中—上侏羅紀(jì)的含煤沉積層覆蓋。

1.4 白堊紀(jì)含煤盆地

在蒙古—鄂霍茨克洋(通古斯洋)閉合后，蒙古主要以陸相沉積為主。在侏羅紀(jì)晚期，蒙古東部和中部構(gòu)造活動性質(zhì)發(fā)生改變，由擠壓型變?yōu)槔煨?。蒙古東部斷裂構(gòu)造發(fā)生時間從1.26億a到1.55億a[6]。該類拉伸運動表現(xiàn)為古太平洋板塊俯沖作用形成的弧后拉伸和陸殼增厚部位的塌陷。朱溫巴音群在裂谷中相對大的湖相沉積富集了厚泥炭和油頁巖[6]。隨著沉降速度的減慢，水位的下降，古環(huán)境條件變得更加有利于泥炭的沉積。淺湖地區(qū)主要被呼和廷格含煤地層和斑若巴彥砂礫巖組覆蓋。石炭紀(jì)(蒙古的阿爾泰盆地)、二疊紀(jì)(南戈壁和前杭愛南部區(qū)盆地)、侏羅系含煤盆地(蒙古西部的河谷盆地)在擠壓構(gòu)造條件下在大陸前緣盆地富集成煤。白堊紀(jì)含煤盆地(蒙古東部地區(qū))和中—上侏羅紀(jì)含煤盆地(蒙古北部地區(qū))在拉伸構(gòu)造作用下的裂谷中富集成煤。

2 巖相學(xué)特征

2.1 侏羅、白堊紀(jì)

蒙古中部、北部均分布有侏羅紀(jì)煤層、翁吉河盆地、鄂爾渾—色楞格區(qū)域，侏羅紀(jì)煤層與其他時期煤層的顯微組分含量不一致。查干敖包煤礦區(qū)化驗結(jié)果顯示，侏羅紀(jì)煤層鏡質(zhì)組分和殼質(zhì)組分含量高，鏡質(zhì)組分含量一般為87.3～96.6 vol%，殼質(zhì)組分含量一般為11.7 vol%。白堊紀(jì)時期不同于侏羅紀(jì)，蒙古由西向東變?yōu)楦稍餁夂?，白堊紀(jì)煤層又是在裂谷發(fā)育的后期階段，沉積變緩慢。下部泥炭富集循環(huán)的速率超過了沉積速度，因此泥炭部分裸露，被氧化和改造，影響了煤炭的顯微組分、惰質(zhì)組分含量的增加。

蒙古東部省的一些煤礦，如(阿拉騰格爾)Alagtogoo煤礦，煤的鏡質(zhì)組分含量為90 vol%，主要受古氣候條件環(huán)境影響。蒙古南東部為季風(fēng)性氣候，整個蒙古在侏羅紀(jì)時期的古氣候條件變化較小。Keller 和 Hendrix認(rèn)為中亞地球廣泛分布的三疊紀(jì)河湖相沉積巖，在侏羅紀(jì)時期反映出高徑流條件的季風(fēng)型氣候，該類氣候的變化，在泥炭富集時，基本水位上升，泥炭未曾裸漏，從而形成了高鏡質(zhì)組分含量的煤質(zhì)特征。

2.2 二疊、石炭紀(jì)

二疊紀(jì)塔溫陶勒蓋組煤炭的惰質(zhì)組分含量為43.6～21 vol%。下部含煤地層組惰質(zhì)組分含量最高，上部煤炭惰質(zhì)組分含量逐漸降低[7]。煤炭的鏡質(zhì)組分含量從煤層底部(55.4 vol%)增加到煤層頂部(72 vol%)，二疊紀(jì)坦桑尼亞煤礦的煤巖特征具有相似特征[8]，推測該地層組煤炭中惰質(zhì)組分含量高的原因可能是由于成煤環(huán)境變化引起，從開闊沼澤環(huán)境變成干燥的森林沼澤環(huán)境，影響了煤炭中顯微組分含量的變化。煤炭中惰質(zhì)組分含量從底部向上開始增加，惰質(zhì)組分含量的增加，鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組分含量減少，可能是泥炭沼澤隨著時間沉積變慢，與當(dāng)時基本水平面降低的情形相對應(yīng)?？傮w上說，塔溫陶勒蓋下部的煤層形成受基本水位下降條件的影響。隨著沉積增加，水平面的升高，上部煤層是富含鏡質(zhì)組，發(fā)育為更為厭氧的沉積條件[9]。該地層組煤炭的灰分含量由底部到頂部增加，說明一些在盆地內(nèi)的分支河流的流水量隨時間而增大。與蒙古其他地區(qū)的煤炭進(jìn)行對比，石炭紀(jì)煤炭尤其是在Kharkhiraa盆地的煤炭惰質(zhì)組分含量最高(48.3～53.3 vol%)，鏡質(zhì)組為含量為44.9～47.7 vol%，說明在石炭紀(jì)時期，該盆地水平面降低，為有氧沉積環(huán)境。

3 結(jié) 論

(1)蒙古煤炭由西向東成煤時期變晚，煤化程度降低。蒙古西部地區(qū)主要為石炭紀(jì)煤層，蒙古南部和中部地區(qū)主要為二疊紀(jì)煤層。侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)煤炭主要分布于蒙古的東部和北部、中部地區(qū)。由于含煤沉積時期影響成煤等級，石炭紀(jì)煤炭多為高級煙煤(部分達(dá)到半無煙煤)，二疊煤是低級煙煤，侏羅和白堊紀(jì)煤層是次級煙煤和褐煤。

(2)蒙古位于中亞造山帶，由幾個構(gòu)造板塊的多次碰撞產(chǎn)生了該造山帶，該類碰撞對蒙古的含煤沉積盆地有著深遠(yuǎn)的影響，使蒙古盆地具有以下構(gòu)造特點：①石炭—侏羅紀(jì)盆地是陸地前沿盆地在擠壓構(gòu)造條件下形成的；②白堊紀(jì)煤層主要在拉伸作用下的裂谷中富集。

(3)蒙古的煤炭是腐殖型，非海相影響沉積形成。從巖相學(xué)角度分析，侏羅紀(jì)煤炭有別于其他時期的煤，特點是鏡質(zhì)組分含量(87.3～96.6 vol%)和殼質(zhì)組分含量(11.7 vol%)最高，這是由于古代季風(fēng)氣候高徑流條件下，水位變化影響了成煤環(huán)境所致。

[1] BadarchG，Cunningham,WD，WindleyBF．AnewterrainsubdivisionforMongolia：implicationsforthephanerozoiccrustalgrowthofCentralAsia[J]．JournalofAsianEarthSciences，2002(21):87-110.

[2] Bayasgalan，A,Jackson，J,Ritz，J F，et al. Forebergs'，flower structures and the development of large intra-continental strike-slip faults：the Gurvan Bogd Fault System in Mongolia[J]．Journal of Structural Geology，1999(2):1285-1302.

[3] 王廷印，劉金坤，王士政，等．阿拉善北部中蒙邊界地區(qū)晚古生代拉伸作用及構(gòu)造巖漿演化[J]．中國區(qū)域地質(zhì)，1993(4)：317-227.

[4] Lamb M A,Badarch G.Paleozoic sedimentary basins and volcanic-arc systems of Southern Mongolia：new strati-graphic and sedimentologic constraints[J]．International Geology Review,1997(3):542-576.

[5] Bat-Erdene D,Jargal L,Erdenetsogt B．Synthesis on Mongolian fossil fuel research and its results[J]．Mongolian University of Sciences and Technology,2001(2):334-344.

[6] Graham S A,Hendrix M S,Johnson C L R.Sedimentary record and tectonic implications of Mesozoic Rifting in Southeast Mongolia[J]．Geological Society of America Bulletin,2001(3):1560-1579.

[7] Semkiwa, Kalkreuth P, Utting J．The geology,petrology,palynology and geochemistry of Permian coal basins in Tanzania[J]．International Journal of Coal Geology,2003(5):157-186.

[8] Holland M J,Cadle A B,Pinheiro R. Depositional environments and coal petrography of the Permian Karoo Sequence：Witbank Coalfield,South Africa[J]．International Journal of Coal Geology,1989(11):143-169.

[9] Lamb M A,Badarch G．Paleozoic sedimentary basins and volcanic arc systems of Southern Mongolia: newgeochemical and petrographic constraints[J]．Geological Society of America Memoir,2001(4):117-150.

2015-01-26)

吉宏泰(1984—)，男，工程師，碩士，010040 內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市新城區(qū)展覽館東路25號。