北票盆地和尚沟煤矿中生界地层的沉积环境与聚煤规律

作者:曾永耀;王志强 刊名: 上传者:孙芳

【摘要】北票盆地是燕辽沉降带典型的中生代沉积盆地之一,其煤系地层由冲积扇沉积体系,经河流相体系向湖泊相沉积体系过渡的沉积序列。该盆地的形成、演化具有特定的地球动力学背景,盆地的几何形态、沉积环境和聚煤作用都不同程度地受到盆地构造演化的控制。通过对该区含煤地层及其沉积特征的研究,对进一步扩大老矿区外围找煤具有重要指导意义。

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1区域地质概况北票盆地(见图1)南邻燕辽沉降带,北靠内蒙古地轴,西界为龙潭断层,东界为南天门断层,加里东-海西褶皱带控制了盆地的形成和演化[1]。按照地质力学观点,该盆地位于阴山-天山EW向构造带东端,三级构造处于平庄-阜新断陷与北票-建昌断陷的复合部位。盆地内主要构造为塔营子、尖山子两条NEE向断层切割成的三个构造单元。其中生界地层由下而上分别为:九佛堂组、义县组、大北沟组、沙海组及土城子组(见图2)。受区域主干断裂控制,盆地内断裂大体上分两组,一组NE向,另一组NW向,在空间分布上,冠山区、台吉区断裂较少,而三宝区、东马路区较多,大部分断层表现为浅部断距大,深部断距小,甚至尖灭,显示了近主干断裂强远离则弱的力学特征[1]。2盆地沉积体系根据沉积体系及其成因分析,研究区的中生界含煤岩系主要由冲积扇、河流和湖泊相沉积体系构成,垂向上整个中生代沉积物从冲积扇沉积体系,经河流相沉积体系向湖泊相沉积体系过渡(见图2)。泥炭沼泽往往分布于该区的剥蚀区至沉积区的过渡地带,既受到剥蚀区位置、范围、性质、抬升速率和物源供应的影响,又受到沉积区位置、范围、沉降速率、稳定水体及水动力条件的影响。因此该区的聚煤古地理环境是一个非常敏感的动态环境,只有在各种地质因素的有利配合下,才能发生广泛的聚煤作用[3]。图1北票盆地交通位置图[2]2.1冲积扇沉积体系冲积扇沉积体系充填于盆地拉张初期,沉积地层主要是九佛堂组和义县组底部(见图2),由碎屑砾岩(扇根)、扇面河道砾岩和筛积砾岩(扇中)组成。粒度累积概率曲线分析分明,频率曲线成双峰分布特征,一个主峰代表厘米级的砾石沉积,另一个次峰位于毫米级的沉积物沉积,总体斜率较高,颗粒呈现多种搬运方式,有的呈滚动,有的呈跳跃,有的呈悬浮(见图3(a))。图2和尚沟煤矿中生界地层钻孔柱状2.2河流沉积体系河流沉积体系主要充填于盆地拉张中期,对应的沉积地层是义县组和大北沟组中上部(见图2)。该阶段沉积作用含大量泥质和粉砂质杂基,这些细粒物质支撑的碎屑,以粘性流体的块状方式进行搬运,因而成层性差,几乎不显示叠瓦构造,而呈层理构造(见图4(a))。岩性以大型交错层理的细砾岩、砂砾岩和中-粗粒砂岩,以及局部夹凝灰岩。在粒度概率曲线上(见图3(b)),滞留河床沉积为对称型,滚动总体在50%以上,跳跃和悬浮总体含量较低。图3和尚沟煤矿中生界地层沉积物的粒度概率曲线2.3湖泊沉积体系湖泊沉积体系主要充填于盆地拉张加速期,对应的地层分别是沙海组上部和土城子组。前者具水平纹理的暗色泥岩、砂质泥岩和灰褐色油页岩为代表的深湖沉积,常见沙纹层理并含丰富的叶肢介化石,后者是以紫红色泥岩、砂质泥岩的浅湖相沉积,含轮藻和介形类化石[4]。粒度概率曲线为三段型(见图3(c)),沉积层序的上部以悬浮、跳跃和滚动方式搬运沉积物为主要特征,杂基含量少,呈碎屑支撑,有叠瓦状构造(见图4(b))。图4北票盆地含煤岩系代表性构造现象3盆地聚煤规律古气候、古植物、古地理和古构造条件是聚煤作用发生的必要条件,中生代期间和尚沟含煤岩系处于温暖、湿润气候状态,真蕨类植物繁盛,为聚煤作用提供了丰富的物质基础[5]。沉积环境分析,该区古地理类型为山间盆地型和山间谷地型,含煤岩系的沉积厚度、岩性和沉积相均较显著。根据含煤地层的灰岩厚度、砂岩粒度变化规律,可知该区古地理为NE低WS高,古水流方向由WS向NE推进,向上区纵内各处聚煤沉积作用有强弱差异,该区可划分为3个聚煤期。3.1早期聚煤阶段以冲积扇环境成煤,该聚煤期含煤岩系的岩性、岩相变化剧烈,含煤性的好坏取决于聚煤期断裂活动的速度和幅度,以及

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