舒兰煤田水曲柳-平安普查勘探区含煤沉积特征与煤聚积规律

2018-01-12于树旺刘福胜

中国煤炭地质 2017年12期

于树旺，刘福胜，于超

(1.吉林省煤田地质局，长春 130033; 2.中煤地质工程总公司，北京 )

1 地质概况

1.1 区域构造特征

舒兰盆地为地堑-半地堑式盆地，地层整体上为一个不对称的向斜构造，共发育两组断裂，第一组为走向约45°的盆缘断裂为早期形成的走向正断层，对煤系的沉积及后期煤层的分布，起到控制作用。其他纵贯盆地的走向正断层，将断陷盆地局部改造成阶梯状构造。第二组为走向约135°或170°左右的倾向正断层，该组断层在走向上将煤系分成多个块段，在南侧浅部发育，呈“X”形共轭产出，对南侧煤层的赋存破坏较大。第二组构造显然是成煤期后构造，对成煤过程不起控制作用，但对煤层后期保存和赋存状态起控制作用。

1.2 区域地层与主要含煤地层

勘查区位于舒兰煤田的东北部，为新生代古近纪形成的断陷沉积盆地，发育地层自老而新为古生界、中生界和新生界(表1)。其中含煤地层为古近系古新统新安村组及古近系始新统舒兰组(图2)。共有两个含煤层段，新安村组粉砂质泥岩、粉砂岩含煤段(E1x)和舒兰组含煤段(E2sh)，前者以灰绿色碎屑岩沉积为主，含煤性差，煤层薄，多为不可采煤层。

图1 舒兰煤田水曲柳-平安普查勘探区区域构造纲要图Figure 1 Regional structural outline map of Shuiquliu-Ping’an prospecting area, Shulan coalfield

图2 水曲柳-平安普查勘查区舒兰组柱状图(据文献[1])Figure 2 Stratigraphic column of Shulan Formation in Shuiquliu-Ping’an prospecting area (after reference[1])

古近系始新统舒兰组(E2sh)：上部为褐色泥岩段：由褐色泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩与薄煤组成，为煤系标志层；下部为含煤段：由灰黑色泥岩、含炭泥岩、灰白色粉砂岩、炭质泥岩及煤层组成，为舒兰煤田主要含煤地层，含煤4～18层，其中可采煤层5～9层，厚度20～490m。与下覆地层为整合接触。

表1 勘探区地层系统

舒兰组含煤段含煤12层，煤层总厚度为5.1～59.1m，平均厚度为21.87，而含煤段总厚度为50.21～229.63m，平均厚度为117.64 m，含煤性系数2.22%～25.74%，平均值为：18.59%。其中层位较稳定，可采煤层为7层，全区可采-大部分可采煤层7层，可采总厚度均值16.06m，占14.6%。

古近系古新统新安村组(E1x)：主要分布在伊舒断裂带中，该组为一套灰绿色沉积岩系，分为三段，自上而下分别为粉砂质泥岩、粉砂岩含煤段；粉砂岩、泥质粉砂岩段；粘土岩段构成。该组上部以灰绿色粉砂质泥岩、粉砂岩、灰白色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩为主，局部夹薄层钙质砂岩及菱铁质泥岩，含植物化石碎片，夹炭质泥岩和多层薄煤，局部可采。本组厚230～880m。与下覆白垩系地层为不整合接触。

2 泥炭聚积规律及煤层赋存特征

有关舒兰盆地古近系，前人曾做过沉积、聚煤、构造等方面的分析[2-4]，对该地区煤质也进行过评价[1]，对勘探区沉积环境及聚煤规律有一定的认识。

2.1 煤层厚度变化及富煤单元分布

煤层分布取决于原始泥炭堆积的基本规律。本文在勘探资料获得单个煤层厚度及空间展布数据基础上，分析了煤聚积的规律，即富煤单元展布特征。下面对3号煤层、5号煤层和7上号煤层厚度变化及富煤单元分布进行分析。

3号煤层分布于含煤段最上部，顶板多为褐色泥岩，底板为灰黑色粉砂质泥岩。为单一结构煤层，层厚为0.32～4.53m，平均厚度为1.26m，厚度变化较大，但规律性明显。在W6-1附近厚度最大，向四周厚度逐渐变薄，直至尖灭，属于较稳定煤层(见图3)

5号煤层分布于含煤段中部，顶板多为灰白色粉砂岩，底板为灰黑色粉砂质泥岩、泥岩。该煤层为简单结构，层厚为2.05～2.13m，平均厚度为2.09m，西北侧F7断层附近煤层厚度较大，向南东侧厚度逐渐变薄(见图4)，该煤层属于较稳定煤层。

7上号煤层分布于含煤段最下部，顶板多为灰白色粉砂岩、褐色泥岩，底板为灰黑色粉砂质泥岩。该煤层为简单-较简单结构，层厚为1.06～2.65m，平均厚度为1.86m(图5)。

通过以上3个煤层厚度变化及富煤单元(厚度大于3m)分布特征看，富煤单元位于主控断层一侧附近，说明主控断层在控制断陷盆地充填的同时控制着泥炭沼泽的发育，煤层在空间上的不稳定，也说明成煤沉积体系为扇三角洲和辫状河三角洲体系，属于比较活动的沉积体系，不利于大面积泥炭沼泽的发育，从而影响了煤层在空间上的稳定性。

图3 勘探区3号煤层等厚线图及富煤单元Figure 3 Coal No.3 isopach map and coal-rich units in prospecting area

图4 勘探区5号煤层等厚线图富煤单元Figure 4 Coal No.5 isopach map and coal-rich units in prospecting area

图5 勘探区7上煤层等厚线图及富煤单元Figure 5 Coal No.7 isopach map and coal-rich units in prospecting area

2.2 煤岩特征及成煤环境

勘探区煤的宏观煤岩类型以光亮型煤为主，半亮型煤次之，也见少量暗淡型煤；宏观煤岩组分以亮煤为主，暗煤次之，镜煤多以线理状和细条带状夹于亮煤和暗煤之中。而煤的显微有机组分以镜质组为主，平均占97.5%；惰质组次之，平均占1.7%；壳质组含量较少，平均仅占0.80%。其中，镜质组中以基质镜质体为主，均质镜质体次之，含少量结构及团块镜质体。惰质组中以菌类体为主，微粒体次之，含少量碎屑惰质体。壳质组中以小孢子为主，含少量树脂体及藻类体(表2)。

煤岩组分以镜质组为主，而壳质组很少，说明成煤的泥炭化阶段以凝胶化作用为主，可以认为泥炭堆积时以原地成因为主，存在微异地堆积的可能性。但总体上没有泥炭被长距离搬运的证据。在成煤充填沉积的垂向序列上看(图6)，沉积相的演化基本为滨湖相—泥炭沼泽—覆水沼泽—泥炭沼泽—覆水沼泽/滨浅湖—沼泽/覆水沼泽。

表2 勘探区煤岩组分(X10-2号孔)

图6 勘探区成煤时期主要沉积相环境Figure 6 Coal-forming age main sedimentary facies and sedimentary environments in prospecting area

3 盆地充填沉积体系及成煤环境分析

3.1 盆地属性与沉积体系分析

舒兰古近纪成煤盆地是一类受依—伊断裂控制形成的半地堑式断陷盆地[2]，在盆地充填过程中发育有古新世—中新世含煤沉积，是盆缘断裂控制盆地充填过程中的重要的沉积序列。通过其地层格架类型及盆地构造格架匹配关系、含煤沉积特征，特别是煤层空间分布、富煤单元展布等特征分析，该区具典型的陆相断陷盆地基本特点。与中国同时期其他地区古近纪断陷盆地发育、充填过程及含煤沉积特点具有相似性[5-7]。

从煤层顶底板岩性沉积特征及垂向关系看，有两种基本序列：①连续沉积序列，即泥炭堆积是在沉积环境基本稳定背景下，有相似环境演化的条件下，没有大的沉积间断，形成了滨浅湖—覆水沼泽—泥炭沼泽—覆水沼泽—浅湖/半深湖沉积充填序列；②发育冲刷界面的含煤序列：滨浅湖—三角洲平原低洼湿地—沼泽—泥炭沼泽—辫状河平原辫状河道—三角洲平原/滨浅湖沉积充填序列。

断陷湖盆在主导性断裂的控制下，盆地的充填沉积及含煤沉积物质的堆积受断裂的活动阶段的控制，即该盆地经历了初始断陷—裂陷活动强烈盆地水域扩大—断裂活动平静期沉积充填，盆地水域逐步萎缩，这样的旋回发生过多次。造成了含煤沉积的旋回性和多阶段性。

3.2 成煤的阶段性

舒兰煤田水曲柳-平安普查勘探区的含煤地层主要为舒兰组和新安村组,聚煤作用主要发生在断裂活动微弱及平静期，聚煤期主要是湖盆萎缩阶段和扩张期末构造活动平稳期。聚煤环境主要为辫状河平原及辫状河三角洲三角洲。

从煤层在空间分布的稳定性及在垂向上出现的规律，可大致划分为以下几个阶段。

(1)早期断陷盆地扩张阶段:形成了下部含煤的碎屑岩段(即舒兰组下段)。其沉积是以中细砂岩和多层不稳定的煤层为主, 夹砂砾泥岩、粉砂沉积。环境以冲积扇前平原和冲积平原为主, 扇前平原洼地和冲积平原低平区及三角洲平原河道间的洼地为良好的聚煤环境。在此段顶部冲积扇发育、湖水水域范围增大, 呈现为水进沉积序列。厚120 ～ 300 m ，为断陷盆地边缘断裂下降盘稳定沉降、水域扩张阶段的产物。

(2)中期断陷盆地水域最大扩张阶段:形成了湖相泥岩段(即舒兰组中段)。该时期大部分为块状褐色泥质构成的深湖和浅湖沉积，部分为砂砾质, 中-粗砂质组成的冲积扇-扇三角洲相沉积。厚150～200 m 。发育块状和变形层理，说明泥质沉积时湖水是动荡的, 是冲积扇体形成时具有较为剧烈的活动, 也就进一步说明断裂具有强烈的活动。在无盆缘断裂一侧为河流三角洲河流冲积平原沉积。这实际上是盆地最高水位期沉积。

(3)中晚期盆地稳定沉积阶段:形成了上部的含煤碎屑岩泥岩段(即舒兰组上段)该时期以由泥质、中细砂质、粉砂质及砂砾质沉积组成, 厚100～200 m 。为冲积扇、浅湖、三角洲及河流冲积平原组成，构成了辫状河三角洲体系。总体上为盆地最大水进期后的水退期沉积。湖水变浅, 湖面萎缩、水域变小, 时有湖沼淤浅成泥炭沼泽而聚煤。