協爾蘇盆地聚煤環境與構造格架分析

劉文華，楊忠習，孫 野

吉林省煤田地質物探公司，吉林 長春 130033

松遼盆地南緣分布一系列晚中生代聚煤盆地（圖1）。其中三臺子盆地（4）、四平盆地（5）、昌圖盆地（6）、協爾蘇盆地（7）等為聚煤盆地。協爾蘇盆地位于內蒙科左后旗境內。大地構造位置為松遼坳陷南緣。盆地內充填晚侏羅世火山巖組（J3a）安山巖，協爾蘇組煤系（J3x），早白堊世沙力好來組（K1sh）綠色巖系、泉頭組（K1q）赤紫色巖系。

本文選擇協爾蘇盆地進行分析，研究盆地聚煤作用的古地理、古構造環境，盆地演化與區域構造背景，探討松遼坳陷構造發展史。

1 盆地垂向沉積層序

盆地垂向沉積序列自下而上為火山巖組（A）；協爾蘇組沖、洪積相粗碎屑巖沉積（B），深湖相泥巖、粉砂巖及煤層沉積（C），淺湖相中、細粒碎屑巖沉積（D）；早白堊世沙力好來組灰綠色—綠色巖系（E），泉頭組赤紫色巖系（F）（圖2）。

（A）晚侏羅世火山巖組，為盆地底部沿斷裂堆積的安山巖體。厚度變化較大，厚度零至數百米。

（B）晚侏羅世協爾蘇組下部沖、洪積物沉積的扇帶礫巖、砂礫巖，縱橫向變化較大。厚度9.30～267.0 m。

（C）深湖相泥巖、粉砂巖、及炭質頁巖、煤層沉積。厚度125～180 m。（D）淺湖相泥巖、粉砂巖沉積，夾中、細粒砂巖。厚度0～177 m。

（E）早白堊世沙力好來組砂礫巖、礫巖沉積，局部出現泥巖、粉砂巖沉積。厚度為0～85.0 m。

（F）早白堊世泉頭組赤紫色泥巖、粉砂巖沉積。厚度421～653 m。

盆地垂向沉積序列與盆地構造演化階段相一致。從晚侏羅世盆地沉降接受充填，到早白堊世綠色巖系連續沉積，形成晚侏羅世—早白堊世聚煤盆地。

2 沉積相與相的空間配置

盆地沉積相有沖（洪）積扇、扇三角洲、河流、湖泊、沼澤、泥炭沼澤相等。

圖1 松遼坳陷南部構造體系及晚侏羅世—早白堊世次級盆地分布圖Fig.1 Tectonic system of south part of Songliao depression and secondary basin distribution of Late Jurassic-Early Cretaceous

2.1 協爾蘇組沉積相與空間配置

（1） 底部沖、洪積扇沉積，沿盆緣內側分布。主要由暫時性洪水流形成的山麓堆積物。由于盆地狹窄，兩側的扇體相連，盆地全部被充填。沉積物為巨厚砂礫巖、礫巖。礫石為巨大的角礫，分選磨圓極差，塊狀。盆緣出現泥石流沉積礫巖與泥巖成層交互出現，為扇頂沉積。盆地中心相變為泥巖、粉砂巖沉積，為扇尾沉積。表現了由盆緣向盆地中心由粗變細的前積式沉積的沖積扇沉積模式。

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（2） 深湖相泥巖沉積，巨厚層，致密塊狀。含大量蜉蝣、葉肢介化石，并含油。

（3） 湖濱相細砂巖、粉砂巖沉積，夾中砂巖、泥巖薄層。水平或微波狀層理。主要發育在盆地東側。

（4） 湖濱三角洲沉積，沖積扇長期發育，扇帶砂體楔入湖相泥巖中，粒度變細，形成三角洲沉積。具有三層結構：底積層、前積層和頂積層。平面上呈扇狀或朵葉狀，分布在盆地南緣和西緣。

（5） 河流相沉積，為盆地西側注入盆地的瓣狀河沉積砂體。為含礫砂巖沉積，粒度下粗上細（正粒序），斷面上呈透鏡狀，底部具有明顯的沖刷面。

（6）沼澤、泥炭沼澤相沉積，為炭質頁巖、煤層沉積。煤層底部為炭頁，底板為胡相泥巖。

（7） 淺湖相沉積，灰色薄層粉砂巖、泥巖夾細砂巖沉積。水平層理，層面富含植物化石碎片。巖性巖相縱橫變化不大，沉積厚度穩定。

圖2 協爾蘇盆地垂向沉積序列圖Fig.2 Vertical sedimentary sequence of Xie’ersu Basin

2.2 早白堊世沉積相與相的空間配置

（1） 沙力好來組灰綠色—綠色巖系，為沖、洪積相礫巖、砂礫巖沉積，分選磨圓差。由盆緣向盆地中心相變為粉砂巖、泥巖。

（2） 泉頭組赤紫色湖相泥巖、粉砂巖沉積。盆地與周圍剝蝕區均有沉積。為穩定的深水湖泊體系沉積。

3 構造格架

盆緣斷裂控制了協爾蘇組、沙力好來組地層沉積。

⑴ 盆地底部火山巖組安山巖體沿斷裂分布，為盆緣斷裂形成時的或準同期巖漿活動。

⑵ 協爾蘇組下部砂礫巖段，為盆緣斷裂成因的沖擊扇沉積模式。扇尾在盆地中心，扇頂在盆緣斷裂內側。

⑶ 協爾蘇組惟一可采煤層由西向東、由南向北分叉、變薄、尖滅。

⑷ 從盆地基底等深線圖、協爾蘇組煤系等厚線圖、白堊系沙力好來組等厚線圖、泉頭組等厚線圖綜合分析得知：盆地沉降軸心與沉積中心均顯示南北向展布。從盆地開始形成并接受協爾蘇組、沙力好來組、泉頭組沉積中心保持不變的繼承性，說明了盆緣斷裂持續沉降，不斷有物質充填的沉積過程，盆緣斷裂性質為張性同沉積斷裂。

從基底深度、協爾蘇組含煤段厚度、泉頭組厚度來看，均為南北向延伸的向斜形態；南部為協爾蘇盆地，北部為雙遼盆地。

圖3 協爾蘇盆地構造格架圖Fig.3 Tectonic framework of Xie’ersu Basin

4 聚煤作用

煤層沉積取決于泥炭層的沉積環境與沉積時的古構造環境。

4.1 古構造環境

從含煤段煤層等厚線圖可以看出，沉積走向為南北向。含煤段厚度由南向北遞增，煤層厚度則由南向北遞減。

含煤段厚度與煤層厚度負相關關系。顯示了聚煤帶為南北向，聚煤作用南強北弱。但富煤中心不連續，協爾蘇盆地內有南北兩個；雙遼盆地則無富煤帶，聚煤作用微弱。說明了東西向與南北向斷裂聯合控制煤系。

4.2 沉積環境

從協爾蘇組沉積斷面圖看出，煤層底部普遍發育一層炭質頁巖（深水沼澤環境），底板為巨厚層深湖相泥巖，表現了湖泊淤淺沼澤化成煤（煤厚0.1～6.0 m）。

從含煤段含砂率圖顯示，盆地西緣、南緣出現扇、扇三角洲沉積。富煤帶出現在扇三角洲前緣或扇間平原環境。

5 盆地演化

協爾蘇盆地為燕山運動影響形成的斷陷盆地。同期巖漿活動（安山巖）沿斷裂帶分布。伴隨盆緣斷裂的持續活動，形成典型的沖積扇—扇帶沉積。由于盆地狹長，東西兩側盆緣斷裂（F1、F2）形成的扇體相連，扇前無過渡帶，無聚煤作用發生，并直接轉化為深湖相泥巖沉積，淤淺后沼澤化成煤。構成協爾蘇組含煤段沉積。含煤段沉積之后，盆緣斷裂活動明顯減弱，形成淺湖相砂泥巖段沉積，煤層被掩埋保存下來，形成明顯的三層沉積結構的聚煤盆地。

白堊紀早期松遼坳陷東南緣斷裂與火山活動強烈。協爾蘇盆地斷裂發育，主要有北東向、北西向兩組斷裂。煤系、煤層局部抬起剝蝕。其斷陷區域沙力好來組灰綠色巖系沉積，盆地沉積結束。

早白堊世泉頭組時期，松遼坳陷大幅度下降，巨厚層赤紫色巖系充填。協爾蘇盆地等晚侏羅世斷陷型聚煤盆地全部被掩蓋。至此，松遼盆地從斷陷盆地群轉化為坳陷型盆地。

6 結語

（1）協爾蘇盆地為晚侏羅世—早白堊世地塹式聚煤盆地；

（2）聚煤作用取決于盆地沉積環境與古構造環境；

（3）協爾蘇盆地的聚煤作用是湖泊淤淺沼澤化環境成煤；

（4）盆地垂向沉積序列與盆地構造演化階段相一致；

（5）盆地沉降軸心與沉積中心均為南北向展布。

[1] 李四光.地質力學概論[M].科學出版社，1973.

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