华北板块晚石炭世古地貌单元划分及其聚煤规律

作者:吕大炜;魏欣伟;刘海燕;刘彬彬 刊名:油气地质与采收率 上传者:穆艳花

【摘要】基于陆表海盆地演化的背景、沉积特征和古地理分布,研究认为华北板块晚石炭世古地貌起伏不平,并将其古地貌分成3级:一级地形起伏单元位于环阴山南麓地区,主要以三角洲、扇三角洲、河流等陆相—过渡相为主,形成的层序可划分为低水位体系域、海侵体系域和高水位体系域;二级地形起伏单元分布最为广泛,主要由障壁—泻湖和潮坪沉积体系组成,形成的层序可划分为海侵体系域和高水位体系域;三级地形起伏单元为整个板块最低处最先接受海侵的区域,主要以台地相为主,形成的层序可划分为海侵体系域和高水位体系域。在此基础上,分析了不同单元的聚煤规律。结果表明:一级地形起伏单元易形成分布局限的厚煤层,为高水位体系域成煤;二级地形起伏单元易形成分布广泛的海侵体系域薄煤层,根据古地理特征及煤层沉积组合特征可区分出海侵事件成煤和海侵过程成煤;三级地形起伏单元由于海水占据时间较长,不易形成煤层。

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关于华北板块晚古生代陆表海沉积研究具有很长的历史[1-11],专家学者们对于海陆交互相沉积地层中的煤层形成机制各抒己见,从现今研究来看,海侵成煤理论已经被公认为是该板块在晚古生代海陆交互沉积中的重要成煤模式,但是华北地区的海侵成煤到底是过程性还是事件性成为目前争论的焦点之一。何起祥等[2]认为华北板块晚古生代存在着事件海侵,而张鹏飞等[3-4]认为海侵过程成煤是其重要的成煤方式。无论是海侵体系域成煤,还是高水位体系域成煤,要么归为海侵事件成煤,要么就是海侵过程成煤,其理论基础均认为华北陆表海盆地具有地势平坦、坡度缓(倾角小于0.001)[12-16]、海水微小的震荡就波及到全盆地等特点。但研究发现,华北板块陆表海盆地内,其沉积基底并不是完全平坦的,盆地基底存在着很多凸起与凹陷,这些构造不但影响着沉积相带的分布,也控制了煤层的空间展布,只是后期由于相对较大的海侵使地貌起伏较大之处在较短时间内淹没于水下。而现今许多研究忽略了盆地基底古地貌起伏对沉积的控制,但其影响了局部的沉积地层及古地理分布,因此,笔者运用沉积学理论研究煤层形成机制,分析海平面变化下华北板块基底不同古地貌单元处煤层分布特点,以期丰富成煤理论和更好地进行层序地层学研究。1盆地背景及地层概况寒武纪至二叠纪末,华北板块发生了加里东和海西2次大规模的构造运动。加里东运动造成了华北板块抬升,使研究区普遍缺失了上奥陶统、志留系、泥盆系以及上石炭统,沉积间断达138Ma[12]。至晚石炭世早期,海西运动使华北板块开始沉入水下接受沉积,形成了海陆交互相沉积,此时海西运动规模不大,但是较频繁。由于海平面变化及海西运动的共同作用,使区内频繁地发生海水进退[13-17]。同时,在晚石炭世末期,由于兴蒙运动及秦岭大别构造带运动,使板块发生了“跷跷板”运动,改变了华北板块的沉积格局,即由东北低南部高转向为东南低北部高,此时,频繁的海侵海退形成了大面积的海陆交互相沉积。华北地区晚石炭世早期,海侵从北向南侵入,至晚石炭世末早二叠世初,华北海侵则转向由南华北侵入腹地,因此,在华北北部地区晚石炭统发育齐全,南部地区晚石炭统发育不全,其中,华北北部地区主要包括本溪组、太原组、下石盒子组、上石盒子组及个别地区发育石千峰组,华北南部地区主要发育早二叠统及其以上地层,包括太原组中上部、下石盒子组、上石盒子组及石千峰组等。2陆表海盆地地形华北板块晚古生代陆表海盆地为一巨大的碟状盆地[1],规模宏大为世所罕见,因此,微小海平面变化即可淹没整个盆地沉积区。然而研究发现,华北板块在晚石炭世早期第1次海侵之前,其底部并不是完全平坦的,由于板块南北的构造运动,使板块呈现向北东向倾斜的箕状盆地,海水从地势较低的北东向侵入,然后在地势较低的平坦地区侵漫开来,在海水主要入侵通道两旁已经形成了古地貌高差,此时,沿着海侵通道向南或北,发生了泥炭沼泽化作用,尤其是北部阴山天山构造带南侧发育了大量的三角洲煤层。由于板块内地势高差以及物源长期供给,相带分布呈现一定的规律性:北带以冲积扇、扇三角洲和河流三角洲为主,河北、山东和山西主要以碳酸盐台地相、障壁泻湖相为主,南部地区主要以潮坪相为主。相带平面上的分异及沉积地层纵向上的演化说明华北板块晚石炭世陆表海盆地并不是完全平坦的。因此,华北板块晚石炭世克拉通盆地应该具有一定的地形起伏。3陆表海盆地基底古地貌单元的划分在晚石炭世初期,华北板块北侧的西伯利亚南缘南蒙微板块俯冲,导致其俯冲带后部的原华北板块北缘部分(盆地北侧蚀源区)的拱起隆升,形成了凸起,凸起南侧的盆地开始接受沉积。由于全球海平面变化导致华北地区发

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