荊當(dāng)盆地煤炭能源聚煤規(guī)律的分析

李衛(wèi)軍　李文林　胡進(jìn)軍

（湖北煤炭地質(zhì)勘查院湖北宜昌443003）

荊當(dāng)盆地煤炭能源聚煤規(guī)律的分析

李衛(wèi)軍李文林胡進(jìn)軍

（湖北煤炭地質(zhì)勘查院湖北宜昌443003）

荊當(dāng)盆地中生代的構(gòu)造變動(dòng)以斷裂和地殼的升降運(yùn)動(dòng)為主，形成了繼承性的坳陷盆地，沉積了巨厚的近海型陸相碎屑巖建造。聚煤作用形成于晚三疊世九里崗期、曉坪期及早侏羅世香溪期。文中分析了盆地在不同時(shí)期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和沉積作用的差異性，認(rèn)為地殼震蕩運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是決定本區(qū)含煤性特征的主要因素，成煤作用的強(qiáng)弱也與古地理環(huán)境密切相關(guān)，因而古地貌帶的展布形式?jīng)Q定了煤層空間分布的格局。

盆地；煤炭；能源

1　區(qū)域構(gòu)造背景

荊當(dāng)盆地區(qū)域上位于揚(yáng)子地塊中段北緣，其北以襄樊-廣濟(jì)斷裂帶為界與秦嶺-大別造山帶相接，南以江南斷裂為界與華南褶皺相連，東緣以郯廬斷裂帶為限而與下?lián)P子地塊接壤，西以黃陵隆起與上揚(yáng)子地塊分隔，詳見(jiàn)圖1。

圖1　區(qū)域構(gòu)造地塊分隔

揚(yáng)子地塊基底形成于前震旦紀(jì),晉寧運(yùn)動(dòng)以后即進(jìn)入地臺(tái)演化階段,形成海相蓋層,晚三疊世時(shí)轉(zhuǎn)入后地臺(tái)發(fā)展階段,形成陸相蓋層。蓋層的發(fā)展經(jīng)歷了五個(gè)階段,共有六個(gè)蓋層。其中對(duì)荊當(dāng)盆地聚煤影響直接的是晚三疊世—侏羅紀(jì),為內(nèi)陸坳陷盆地發(fā)展階段,形成陸盆型含煤建造。

2　聚煤盆地的形成和演化

2.1聚煤盆地的形成

晚三疊世印支構(gòu)造事件在中國(guó)大陸發(fā)生大規(guī)模碰撞和拼合，秦嶺洋自東而西的關(guān)閉使揚(yáng)子地塊相對(duì)華北地塊發(fā)生了順時(shí)針旋轉(zhuǎn)并發(fā)生碰撞，海水逐漸從東向西方向退去，其所代表的沉積演變過(guò)程即是從古生代到中三疊世一統(tǒng)天下的碳酸鹽臺(tái)地的消亡和揚(yáng)子前陸盆地陸相沉積歷史的開始，在中揚(yáng)子北緣形成周緣前陸盆地，從而完成了中揚(yáng)子在晚三疊世從海相到陸相的沉積格局大轉(zhuǎn)變，為聚煤盆地的形成奠定了基礎(chǔ)。

2.2盆地的演化特征

荊當(dāng)盆地的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程正好處于整個(gè)燕山運(yùn)動(dòng)旋迴間，九里崗組沉積時(shí)期，印支運(yùn)動(dòng)對(duì)本區(qū)的影響不很顯著，并沒(méi)有發(fā)生褶皺運(yùn)動(dòng)，也沒(méi)有沉積超復(fù)現(xiàn)象，只是微弱而緩慢的上升，海水暫時(shí)的退出，形成廣闊的濱海平原，保持著相對(duì)穩(wěn)定的成煤環(huán)境，形成了較好的煤層。曉坪組沉積時(shí)期，本區(qū)處于濱海沖積平原，地殼差異升降運(yùn)動(dòng)漸趨強(qiáng)烈，隆起區(qū)剝蝕作用加劇，來(lái)自西北方的河流攜帶大量的碎屑物質(zhì)注入盆地形成漫流，沉積了巨厚的三角洲沉積，因地殼活動(dòng)頻繁，成煤前湖泊相閉流盆地相沉積發(fā)育不甚穩(wěn)定，泥炭沼澤范圍小，而且很快被瀉湖海灣相所覆蓋，至觀音段和香溪組盆地向南收縮，地史進(jìn)入大陸階段，地殼活動(dòng)更趨頻繁，沉積環(huán)境往返遞變，沉積中心多次遷移，成煤多薄而分散。香溪組沉積以后氣候逐漸轉(zhuǎn)向干旱炎熱，聚煤作用停止。

3　聚煤規(guī)律

3.1影響聚煤作用的因素

荊當(dāng)盆地為中生代含煤盆地，沉積了巨厚的近海型陸相碎屑巖建造，分析研究認(rèn)為影響聚煤作用的主要控制因素是古構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、古地理環(huán)境及古氣候條件。

3.1.1古構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響

古構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)聚煤作用的影響是多方面的：（1）沉積盆地所處的構(gòu)造部位不同，直接影響到盆地的古地理環(huán)境和內(nèi)部沉積環(huán)境的空間配置，影響到沉積物的來(lái)源是否充分。（2）沉降運(yùn)動(dòng)的速率和頻率，直接影響到沉積物特別是有機(jī)物的保存。形成煤層的厚薄與該區(qū)的地殼下降速度及植物遺骸堆積的多少有關(guān)。

在荊當(dāng)盆地含煤沉積的過(guò)程中，伴隨著頻繁和強(qiáng)烈的地殼運(yùn)動(dòng)，而且由下而上越來(lái)越強(qiáng)烈，頻率越來(lái)越高，這種震蕩運(yùn)動(dòng)造成了含煤地層的基本韻律構(gòu)造，故九里崗組的古地理環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，煤層比較集中。至?xí)云航M、香溪組則成煤旋回越來(lái)越多，煤層層次多，而分布廣度則越來(lái)越小，厚度越來(lái)越薄。因而在荊當(dāng)盆地的整個(gè)成煤構(gòu)造旋回中，含煤性最好的層位處于九里崗組下段，而頂部香溪組的含煤性最差。

3.1.2古地理的影響

荊當(dāng)盆地的繼承性特點(diǎn)在各組地層的沉積特征中明顯的表現(xiàn)出來(lái)。一是沉積的北西方向性，這個(gè)方向性在曉坪組水井灣段以前表現(xiàn)特別明顯，至?xí)云航M晚期觀音段沉積時(shí)似乎有些向東偏移（香溪組也是如此）。一方面是由于沉積期后南北向斷裂構(gòu)造的改造，另一方面可能是反映盆地向南收縮的緣故。這一特點(diǎn)控制了各個(gè)時(shí)期煤層的展布形式，控制了各組段沉積的成煤區(qū)的分布，即煤層相對(duì)發(fā)育地區(qū)隨時(shí)間而由北向南轉(zhuǎn)移。

3.1.3古氣候的影響

古氣候條件對(duì)盆地沉積建造的影響是間接的，古氣候主要影響沉積物的風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)方式、物源特點(diǎn)、湖平面變化等方面。晚三疊世整個(gè)華南地區(qū)氣候潮濕，適宜植物生長(zhǎng)，故煤層發(fā)育。從晚三疊世至中侏羅世，該區(qū)古氣候背景經(jīng)歷了從潮濕向干旱過(guò)渡，香溪組沉積以后氣候逐漸轉(zhuǎn)向干旱炎熱，聚煤作用停止。

3.2含煤性

3.2.1九里崗組含煤性

九里崗組地層厚度大，煤層層次多，根據(jù)以往勘探資料，含煤系數(shù)為0.1～2.3，一般為0.6～0.8，上段為0～1.7，平均0.48，下段為0～3.8，平均0.8。主要煤層和工業(yè)煤體大多產(chǎn)出在下段。煤層產(chǎn)出最多的剖面有16個(gè)小層次，可合并為11個(gè)含煤層位，可采者2～3層，煤層最大厚度可達(dá)2.65m。從工業(yè)煤層的含煤性變化特征來(lái)看，九里崗組煤層可以分出兩種基本不同類型，以其代表性地點(diǎn)命名為鐵爐灣型和胡家咀型。對(duì)比起來(lái)，以鐵爐灣型的含煤性為好，但他們沒(méi)有層位上差異，而主要是空間上的不同，鐵爐灣型分布在向斜外側(cè)，而胡家咀型則相對(duì)位于內(nèi)側(cè)，就是說(shuō)后者更為臨近湖盆的中心。結(jié)合煤質(zhì)特征來(lái)看很可能是沉積環(huán)境的不同所致。

3.2.2曉坪組含煤性

曉坪組的煤層薄而不穩(wěn)定，均系復(fù)雜結(jié)構(gòu)，可采層規(guī)模和經(jīng)濟(jì)意義不及九里崗組。各個(gè)含煤段的含煤性差別很大，以觀音段最好，水井灣段和方家棚段次之。本組共含煤21層，一般厚度都在0.2m以下，局部可采厚度大多在0.4m～0.6m左右，個(gè)別點(diǎn)的最大厚度為1.39m?？偟膩?lái)看，曉坪組各個(gè)含煤亞段含煤性相對(duì)發(fā)育區(qū)是由北向南發(fā)展的，如周家山段和水井灣段的煤層主要發(fā)育在煤田北部，方家棚段煤層則富集于方家口一帶，而觀音段則南移至觀音、鍋底坑地區(qū)。

3.2.3香溪組含煤性

香溪組煤層主要分布在南部九指山、觀音、鍋底坑和尹家山一帶。與九里崗組和曉坪組相比，其含煤性最差。本組含煤共6層，多數(shù)礦區(qū)沒(méi)有0.3m～0.5m的煤層，煤層呈透鏡狀—雞窩狀分布。

3.3煤層分布的幾點(diǎn)規(guī)律

3.3.1九里崗組

（1）含煤性變化的分聚規(guī)律。含煤層位具有明顯的分聚規(guī)律：在煤層相對(duì)發(fā)育的剖面上，B旋迴的煤層幾乎聚合在一起而構(gòu)成煤層密集帶，例如鐵爐灣礦區(qū)，那里煤層都孕育在不大于40m厚的剖面中，而當(dāng)B旋迴煤層出現(xiàn)衰退時(shí)，整個(gè)旋迴的沉積厚度加大到80m，例如東翼的南峪溝、胡家嘴等地，剖面上含煤層位逐漸分散，相距可達(dá)10m～20m，往往出現(xiàn)較厚的湖泊相夾層。（2）煤層的帶狀分布規(guī)律。煤層發(fā)育在湖泊沼澤帶而消失于湖相帶，平面上的分布受相帶的控制。在九里崗組沉積過(guò)程中，有個(gè)長(zhǎng)期穩(wěn)定的古地貌帶，一是向斜南段的湖相帶，二是其兩側(cè)的濱湖相帶，這就是區(qū)域性煤層帶狀分布的基礎(chǔ)，主要可采煤層分布與之相對(duì)應(yīng)。

3.3.2曉坪組

（1）煤層垂直分布規(guī)律：該組有三種基本成煤巖相旋廻結(jié)構(gòu)由下而上的分布，上部海灣相成份顯著增加，說(shuō)明本段煤層都是海浸過(guò)程的產(chǎn)物，煤層具“疊瓦式構(gòu)造”分布特征。（2）煤層平面分布規(guī)律：曉坪組各個(gè)含煤亞段含煤性相對(duì)發(fā)育區(qū)是由北向南發(fā)展的，如周家山段和水井灣段的煤層主要發(fā)育在煤田北部，而觀音段則南移至觀音、鍋底坑地區(qū)；這與前述沉降中心的遷移方向和位置是大體一致的。

3.3.3香溪組

煤層垂直分布規(guī)律：香溪組為內(nèi)陸沖積—湖泊含煤沉積，與九里崗組和曉坪組相比，剖面上部和下部巖性和巖相分異不夠明顯，同時(shí)基本成煤旋迴很多，碎屑摻和強(qiáng)烈且相對(duì)均勻，形成的煤層較差，相對(duì)發(fā)育較好的煤層較少且一般位于剖面的中部及中上部。

4　結(jié)語(yǔ)

4.1地殼震蕩運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是決定本區(qū)含煤性的主要因素，九里崗組沉積時(shí)期，地殼震蕩運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是幅度小，速度慢而頻率低，因而煤層在剖面上比較集中，但由于補(bǔ)償不足，沒(méi)有形成厚煤層。至?xí)云航M和香溪組時(shí)期，雖然震蕩幅度加大，但由于速度快而頻率越來(lái)越高，在剖面上煤層層次多，幾乎分散在整個(gè)剖面上，而分布廣度則越來(lái)越小，厚度越來(lái)越薄。故荊當(dāng)盆地含煤性最好的層位處于九里崗組下段，而頂部香溪組的含煤性最差。

4.2荊當(dāng)煤田是在總的海退過(guò)程中形成的一個(gè)近海型煤田，煤層都產(chǎn)生在濱湖（海）沼澤地帶，在趨向沉積中心時(shí)，成煤作用越來(lái)越弱，在頻臨濱海（湖）三角洲或沙壩地帶也是成煤不利地區(qū)，故古地貌帶的展布形式?jīng)Q定了煤層空間分布的基本格局。九里崗組和曉坪組早期比較明顯地繼承了中三疊世北西向的沉積特征，煤層較明顯地成北西向帶狀分布特征；曉坪組晚期和香溪組沉積時(shí)期，水盆地向南收縮，煤層展布逐漸轉(zhuǎn)為環(huán)帶狀特征。

[1]梅冥相.中上揚(yáng)子印支運(yùn)動(dòng)的地層學(xué)效應(yīng)及晚三疊世沉積盆地格局.地學(xué)前緣,中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）,2010.

[2]陳留勤,段凱波,霍榮,胡水清.晚三疊世中上揚(yáng)子北緣前陸盆地層序特征及沉積演化.高校地質(zhì)學(xué)報(bào),2009.

[3]陳留勤,郭榮濤,鐘焱.荊門—當(dāng)陽(yáng)盆地上三疊統(tǒng)沉積相結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其對(duì)構(gòu)造控制的響應(yīng).中國(guó)地質(zhì),2011.