煤盆地控制因素

作用的發(fā)生與地球歷史中特定地質(zhì)時(shí)期、特定構(gòu)造部位的古植物、古氣候、古地理和古構(gòu)造等因素密切相關(guān)，聚煤盆地則是上述四種控制因素綜合作用的結(jié)果。從區(qū)域地質(zhì)背景著眼研究和分析含煤沉積盆地的形成和演化，是揭示聚煤規(guī)律和進(jìn)行能源預(yù)測(cè)的有效途徑。在這四種因素中，古植物、古氣候條件提供了聚煤作用的物質(zhì)基礎(chǔ)。自從地球上出現(xiàn)了陸生植物，便有了成煤的物質(zhì)條件，早古生代煤主要是內(nèi)濱海一淺海藻菌類為主的低等生物所形成的，是一種高變質(zhì)的腐泥煤；而此后的聚煤作用形成的則是以高等植物殘骸為物質(zhì)條件的腐植煤。而古地理和古構(gòu)造則是具體聚煤盆地形成、演化的主要外部控制因素。

在全球構(gòu)造發(fā)展演化的歷史中，印支運(yùn)動(dòng)是不可忽視的重要的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。印支期的地殼演化，使聯(lián)合古陸開始逐步解體或發(fā)生構(gòu)造分異，特提斯洋縮小、關(guān)閉，太平洋開始形成、擴(kuò)張，裂陷作用開始在全球逐步展開，形成了多種類型的與裂陷作用有關(guān)的盆地，地球進(jìn)人了新全球構(gòu)造發(fā)展演化階段。

印支運(yùn)動(dòng)構(gòu)造幕也是中國(guó)大陸構(gòu)造格局的重大轉(zhuǎn)變時(shí)期，朱夏(1978，1982)將這一重大轉(zhuǎn)變稱之為“兩個(gè)世代”和“兩大構(gòu)造體制”；黃汲清(1977，1982)將其劃分為中國(guó)大地構(gòu)造發(fā)展的古生代階段和巾、新生代階段。中國(guó)含煤盆地的發(fā)展歷史也不例外，與其他沉積盆地一樣，也可以印支構(gòu)造運(yùn)動(dòng)幕劃分為兩個(gè)特征不同的主要發(fā)展階段：印支期前為晚古生代含煤盆地發(fā)展階段，印支期后為中、新生代含煤盆地發(fā)展階段(馮福閩，1988)。

印支期前的晚古生代含煤盆地屬于亞洲構(gòu)造體系域，以巨型一大型克拉通型含煤盆地為主，含煤巖系展布廣，沉積環(huán)境穩(wěn)定，巖性及巖相變化相對(duì)較小，厚度不大和變化較小，沉積環(huán)境以海陸交互相及濱、淺海沼澤相含煤沉積為主。

印支期后的中、新生代含煤盆地，受特提斯一喜馬拉雅構(gòu)造體系域和濱太平洋構(gòu)造體系域雙重作用的影響，發(fā)育有多種類型含煤盆地，沉積環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)橐躁憙?nèi)湖沼相含煤沉積為主。這些含煤盆地與同時(shí)代的含油氣盆地一樣，具有面積相對(duì)較小，含煤巖系厚度一般較大，厚度變化較大，煤巖成分及含煤巖系的巖性變化較大，沉積環(huán)境多變的特點(diǎn)。

中國(guó)含煤盆地發(fā)展演化的兩大發(fā)展階段，不僅反映了中國(guó)含煤盆地構(gòu)造格局、古地理景觀和含煤盆地形成發(fā)展及含煤沉積環(huán)境的巨大變化，也說(shuō)明r含煤盆地的形成演化與其他類型沉積盆地一樣，也受制于中國(guó)大陸地球動(dòng)力學(xué)特征及發(fā)展演化歷史，也顯示了巾國(guó)含煤盆地演化的階段性與全球聯(lián)合占陸的拼合與裂解密切相關(guān)(李思田，1997)。晚古生代為全球聯(lián)合古陸的拼合階段，歐亞大陸與岡瓦納大陸開始拼合，全球性海平面上升，形成眾多超大型含煤盆地，在中同，石炭紀(jì)一二疊紀(jì)也在北方和南方形成了兩個(gè)大的克拉通型含煤盆地；印支運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致全球性環(huán)境劇變，中生代以后為聯(lián)合古陸逐步解體階段，全球進(jìn)入裂陷作用期，中國(guó)也不例外，形成以裂(斷)陷型含煤盆地為主的演化發(fā)展階段。

根據(jù)形成煤盆地的動(dòng)力條件，可劃分出拗陷型、斷陷型和構(gòu)造一侵蝕型三種基本類型。在三種基本類型之間還存在著各種過(guò)渡類型。

(1)拗陷型煤盆地(亦稱波狀拗陷盆地)

盆地的基底基本上為一連續(xù)界面。聚煤期地殼運(yùn)動(dòng)以寬緩開闊的波狀隆起和拗陷為主，含煤巖系就形成于波狀拗陷內(nèi)。波狀拗陷可能是地殼薄化引起的區(qū)域沉降．也可能是殼下物質(zhì)活動(dòng)引起的熱沉降，或區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)造成的地殼波狀變形。拗陷型聚煤盆地內(nèi)部比較穩(wěn)定和均一，但常常鄰接活動(dòng)構(gòu)造帶，受到各種板塊邊緣活動(dòng)動(dòng)力效應(yīng)的波及，因此盆地邊界構(gòu)造對(duì)盆地的形成和演化有重要的影響。

中國(guó)華北石炭一二疊紀(jì)煤盆地是一個(gè)比較典型的波狀拗陷型煤盆地，也是一個(gè)克拉通內(nèi)沉積盆地。盆地南、北側(cè)分別以秦嶺一大別和陰山活動(dòng)構(gòu)造帶為界?？傮w為一個(gè)由西北向東南緩傾的箕狀盆地。盆地的基底為中奧陶統(tǒng)侵蝕界面。盆緣局部地段為寒武系或震旦系。華北石炭一二疊紀(jì)煤系由一個(gè)完整的海侵一海退旋回組成。在海域不斷擴(kuò)張的總趨勢(shì)下形成以渴湖、潮坪一障壁體系為主的早期聚煤環(huán)境，以穩(wěn)定的薄 中厚煤層和淺水碳酸鹽巖層的廣泛發(fā)育為特征，旋回結(jié)構(gòu)清晰，煤層易于對(duì)比。晚石炭世中晚期，海域范圍最大，在盆地北緣山前地帶發(fā)育厚煤層，大約自晚石炭世晚期，由于內(nèi)蒙古一大興安嶺海槽漸趨封閉，盆緣隆起帶多河系攜帶的大量陸源碎屑注入盆地，開始了盆地范圍的海退期。在海退的總趨勢(shì)下，形成以淺水進(jìn)積三角洲為主體的晚期聚煤環(huán)境。中一厚煤層廣泛發(fā)育，煤層穩(wěn)定性較差，常見沉積間斷和河流沖蝕現(xiàn)象。整個(gè)聚煤盆地內(nèi)含煤巖系的巖性巖相和富煤層段、聚煤帶呈現(xiàn)規(guī)律性變化，大體呈“東西向成帶，南北向遷移”的總格局。

(2)斷陷型煤盆地

斷陷型煤盆地的基底為不連續(xù)界面，成盆期地殼運(yùn)動(dòng)以塊狀斷裂運(yùn)動(dòng)為主。斷陷盆地可以是由地幔隆起誘發(fā)的表層引張作用而產(chǎn)生的地塹型盆地，也可以是由伸展作用所產(chǎn)生的正斷層系而形成的半地塹型盆地，或者是由走向滑動(dòng)斷層所派生的垂向分量而形成的拉分盆地。盆地的邊緣常常存在主干斷裂，對(duì)盆地的形成和演化起控制作用，基底斷塊的旋轉(zhuǎn)、滑落是盆地形成的主要?jiǎng)恿Ψ绞健Ｎ覈?guó)內(nèi)蒙古霍林河煤盆地是一個(gè)半地塹聚煤盆地，盆地沿北東向延伸，晚中生代含煤巖系與下伏火山巖系為假整合接觸，基底為石炭一二疊紀(jì)淺變質(zhì)巖系。盆地西北緣為盆緣主斷裂。

盆地自下而上可劃分為6個(gè)巖段，由沖積扇粗碎屑巖一深湖泥質(zhì)巖一沖積、湖泊含煤巖組構(gòu)成一個(gè)大型沉積旋回。含煤巖系總厚1600 m，由東南向西北增厚，粗碎屑巖主要分布于西北翼盆緣斷裂內(nèi)側(cè)。煤層最大厚度位于盆地中部；向兩北冀煤層層間距加大，分岔、變薄和尖滅，與粗碎屑巖楔形交錯(cuò)；向東南翼煤層有合并現(xiàn)象，煤層層間距減小，層數(shù)減少。富煤帶與巖相帶一致，平行盆地長(zhǎng)軸方向延展。

(3)侵蝕盆地

地質(zhì)外營(yíng)力(如河流、冰川、風(fēng)等)的侵蝕和溶蝕作用形成的地形洼地，稱為侵蝕盆地。在適宜的氣候、水文條件下，洼地可以沼澤化而堆積泥炭。堆積作用主要是將侵蝕或溶蝕洼地填平補(bǔ)齊，含煤沉積厚度僅數(shù)米至數(shù)十米。沉積于沉積間斷和剝蝕面上的含煤巖系，其底部層段和煤層常常具有這種填積特征。如我國(guó)云南東部的宜良、沾益等地的早石炭世含煤巖系直接超覆于泥盆系侵蝕面上，煤系厚度很薄，一般為數(shù)米至數(shù)十米。煤層賦存于剖面下部．含煤1～3層，層厚0．3～1．0 m，局部可達(dá)10 m。煤層發(fā)育明顯地受古地形的影響，煤體呈透鏡狀，延伸不遠(yuǎn)便變薄、尖滅。

就全球而言，煤盆地的時(shí)空演變與各大板塊的聚合與分離息息相關(guān)。演變的最終結(jié)果就是世界各地含煤盆地的空間分布和含煤地層時(shí)代的差異性。正如Gilbon早在板塊構(gòu)造理論提出之前就注意到的那樣，世界各國(guó)含煤巖系的地質(zhì)時(shí)代和空間分布之間并沒(méi)有直接聯(lián)系。從地理版圖來(lái)看，2．5億年前的石炭一二疊紀(jì)含煤巖系遍布世界各大洲，從北美到歐亞．從南美、南非到澳大利亞，幾乎無(wú)處不在。只是北美、歐洲的含煤巖系時(shí)代偏老。而澳大利亞、印度和南非的石炭一二疊紀(jì)含煤巖系時(shí)代偏新；可是到了中生代的侏羅一白堊紀(jì)，情況大不相同，除了歐亞大陸的東部和南美、加拿大西部之外，北美、西歐、澳大利亞和印度、南非均未見煤系出露。古近紀(jì)、新近紀(jì)的情況與石炭一二疊紀(jì)類似．唯南非和加拿大未見該成煤期的煤系出露(圖4-8)。解釋這種差異性的最合適的理由正是前面提到的與不同成煤期相對(duì)應(yīng)的古植物、古氣候、古地理、古構(gòu)造。現(xiàn)僅以含煤巖系分布最廣的石炭一二疊系為例加以說(shuō)明。如前所述，成煤的物質(zhì)基礎(chǔ)是成煤植物，而成煤植物的生長(zhǎng)需要溫暖潮濕的氣候，而地球上的氣候分帶是地球在太陽(yáng)系中的位置決定的。所以，在石炭一二疊紀(jì)成煤期，現(xiàn)今有含煤巖系出露的地區(qū)應(yīng)該都曾位于赤道附近的溫暖潮濕氣候帶，而且是分布在不同類型的聚煤盆地之中。只能后來(lái)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成了這些含煤巖系現(xiàn)今的分布格局。

中國(guó)地塊和北美、歐亞皆位于赤道附近，具有良好的成煤條件。可是到晚石炭世，華南地塊仍在赤道兩側(cè)，而華北地塊則已明顯北移。二者的成煤條件有明顯差異。 2100433B

沉積盆地作為大地構(gòu)造當(dāng)中的一級(jí)大地構(gòu)造單元，對(duì)于地球的構(gòu)造演化過(guò)程的研究具有重要意義。同時(shí)，由于盆地內(nèi)部含有豐富的油氣、煤炭、礦產(chǎn)等資源，受到地質(zhì)學(xué)家們的廣泛關(guān)注。近年來(lái)，由于盆山系統(tǒng)耦合的研究，使單一的造山帶和單一的盆地研究成為一個(gè)系統(tǒng)。通過(guò)盆地的研究分析，包括盆地所在區(qū)域及內(nèi)部的構(gòu)造、沉積層序、地層格架及演化史的分析，為造山帶的研究提供一個(gè)新的方向。沉積盆地的研究成為一個(gè)焦點(diǎn)問(wèn)題盆地的沉降是指由于地殼垂直運(yùn)動(dòng)，使順重力方向、高程降低的方向運(yùn)動(dòng)。地殼的沉降作用是形成盆地的直接原因，沒(méi)有沉降就沒(méi)有盆地[1]。而盆地沉降史研究，就是將盆地在各個(gè)時(shí)期沉降的量進(jìn)行求解，編繪反映盆地沉降特征的地層埋藏史曲線、盆地基底沉降曲線以及盆地構(gòu)造沉降曲線等途徑來(lái)表述。因此，分析盆地的沉降史是研究盆地形成、演化的重要內(nèi)容，是整個(gè)盆地系統(tǒng)研究中最為基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)，對(duì)于整個(gè)盆地的構(gòu)造、熱歷史及演化等起著至關(guān)重要的作用。

分析盆地的沉降，一般可用沉降量和沉降速率兩個(gè)參數(shù)。沉降量（或沉降幅度）是最直觀、最簡(jiǎn)便的表示方法，表示某地質(zhì)時(shí)期一個(gè)地區(qū)的累計(jì)的沉降幅度的大小。沉降速率是盆地某一構(gòu)造面在單位地質(zhì)時(shí)期內(nèi)相對(duì)于某一基準(zhǔn)參照面（海平面或湖平面）下降的幅度，它能反映盆地構(gòu)造動(dòng)力學(xué)的某些信息。通?？梢杂脠D示方法直觀地反映觀測(cè)點(diǎn)的沉降量和沉降速率。

在盆地沉降史分析中，有一個(gè)非常重要的概念——均衡代償理論。它是盆地分析的基礎(chǔ)，用來(lái)描述地殼的狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)。自十八世紀(jì)提出以來(lái)，便受到廣泛關(guān)注。經(jīng)過(guò)大地測(cè)量學(xué)與力學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，逐漸形成今天的均衡代償理論。它闡明的是地殼的各個(gè)地塊趨向于靜力平衡的原理，即在大地水準(zhǔn)面以下某一深度處常有相等的壓力，大地水準(zhǔn)面之上山脈（或海洋）的質(zhì)量過(guò)剩（或不足）由大地水準(zhǔn)面之下的質(zhì)量不足（或過(guò)剩）來(lái)補(bǔ)償。運(yùn)用地殼均衡學(xué)說(shuō)可以研究地球內(nèi)部構(gòu)造，如上地幔的起伏；還可用于大地測(cè)量學(xué)中研究大地水準(zhǔn)面形狀，推估重力異常和計(jì)算垂線偏差等。

沉積盆地是地球表面的長(zhǎng)期沉降區(qū)，盆地的沉降是巖石圈動(dòng)力學(xué)演化的基本過(guò)程之一。許多學(xué)者根據(jù)地質(zhì)觀測(cè)和模擬研究確定了七個(gè)產(chǎn)生和維持盆地沉降的機(jī)制(Dickinson1974，1976，1997;Ingersoll和 Busby，1995)和幾十種盆地沉降機(jī)制的類型(Dickinson，1976;Bally，1980;Ziegler，1988，等)，大多數(shù)盆地是其中幾種機(jī)制共同作用的結(jié)果。從巖石圈動(dòng)力學(xué)機(jī)制的角度，盆地的沉降機(jī)制可以分為三類：

盆地沉降熱沉降機(jī)制

由于先前受熱的巖石圈的冷卻及伴隨的密度增大而產(chǎn)生的均衡沉降。巖石圈和地殼加熱造成隆起，隨之地表侵蝕使地殼變薄，然后又變冷導(dǎo)致這種衰減地殼的沉降。熱沉降機(jī)制是被動(dòng)大陸邊緣、大洋盆地和大陸裂谷裂后坳陷的重要的沉降機(jī)制之一。在大洋中脊的頂部，熱的巖石圈地幔突然置于冷的海底地殼之下，然后隨著海底地殼背離擴(kuò)張中心，地幔巖石圈不斷地將熱量散失到冷的海水中。因此，巖石圈在背離擴(kuò)張中心時(shí)會(huì)不斷冷卻沉降，離開大洋中脊越遠(yuǎn)，沉降越深。熱作用還會(huì)引起深部準(zhǔn)穩(wěn)定的輝長(zhǎng)巖或下地殼的麻粒巖相向穩(wěn)定的榴輝巖相的轉(zhuǎn)化，從而使深部收縮，造成巖石圈表面沉降。巖石圈的熱來(lái)源于多個(gè)方面，最主要的方面是來(lái)自軟流圈的熱對(duì)流，其他次要的熱源有巖漿的生成和侵入作用等。

盆地沉降構(gòu)造應(yīng)力作用

地殼或巖石圈厚度的變化與兩種大的巖石圈構(gòu)造動(dòng)力學(xué)背景有關(guān)：一是地殼的變薄作用，屬于拉張作用動(dòng)力學(xué)體制，一般與裂陷作用所對(duì)應(yīng)。拉張作用所產(chǎn)生的機(jī)械伸展引起地殼張性斷裂控制的沉降，使地殼變薄。而巖石圈變薄則產(chǎn)生地幔的熱隆起。二是擠壓作用動(dòng)力學(xué)體制，由于巖石圈板塊的俯沖、碰撞等會(huì)聚作用引起巖石圈向下牽引彎曲和地殼巖石圈的撓曲沉降，常見于俯沖帶或造山帶，熱流作用較弱。

盆地沉降負(fù)載（重力）作用

巖石圈加載造成的撓曲或彎曲變形作用。加載 方式可 以是鏈?zhǔn)交鹕交蚝Ｉ叫∫?guī)模載荷，也可以是山脈體大規(guī)模加載，形成大型前陸盆地。此外，盆地內(nèi)水和沉積物產(chǎn)生的沉積載荷也是驅(qū) 動(dòng)盆地沉降的基本機(jī)制。特 別是大 型三角洲發(fā)育的海灣地區(qū)，接受了大量的沉積，其 負(fù)荷 作 用 可 以導(dǎo) 致 均 衡 下沉，使巖石圈變形彎曲成為一個(gè)寬闊的區(qū)域下坳帶。

上述三種 盆地的 基本的沉 降機(jī)制并非孤立地起作用，而通常是以一種為 主，多種機(jī)制綜 合作用，共同構(gòu)成盆 地沉降的構(gòu)造 －熱體制。其中由構(gòu)造應(yīng)力、熱力作用產(chǎn)生的構(gòu)造沉降是基本的沉降，而重力作用促使盆地沉降持續(xù)發(fā)展，并常常在盆地演化的晚 期轉(zhuǎn)化為主要的沉降機(jī)制。另外，各種沉降機(jī)制有一定的限制條件。同時(shí)，它們是相互聯(lián)系的，一種機(jī)制可能觸發(fā)另一種機(jī)制，如熱對(duì)流作用可以觸發(fā)巖石圈的拉伸 作用或者是巖石圈底部的底侵作用。

因?yàn)樽饔昧Φ臅r(shí)空范圍廣泛，而且它們以錯(cuò)綜復(fù)雜的方式作用于具有非均勻性的地球巖石圈，因此，盆地的沉降機(jī)制非常復(fù)雜。除了很少的例子外，目前的知識(shí)儲(chǔ)備和研究水平還不足以預(yù)測(cè)盆地沉降的確切過(guò)程。盆地沉降過(guò)程的確定需要一個(gè)綜合性的研究方法，這一方法既包括理論研究，又包括了由各種地質(zhì)觀測(cè)作為補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)研究。新的理論概念和技術(shù)意味著有大量的發(fā)展機(jī)會(huì)。在地幔和地殼尺度上研究盆地形成和演化的過(guò)程，對(duì)于了解巖石圈的熱歷史和盆地的經(jīng)濟(jì)潛力是至關(guān)重要的。