试论泥炭特性与云南第三纪褐煤盆地的古水文地质条件

应用传统的成煤理论很难全面地解释云南第三纪山间盆地巨厚褐煤的形成以及煤层的分岔、变薄、尖灭、煤层结构的变化、岩层旋回结构的变化、煤层灰分变化和巨厚煤层分布特征等。本文试图从现代泥炭的物质组成、物理特性及泥炭层水文地质特性和云南第三纪褐煤盆地的古水文地质条件着手,对云南第三纪褐煤的成因、沉积环境及控制因素进行初步探讨。敬请广大地质工作者指正。      

昭通褐煤盆地煤层气富集规律及主控地质因素

随着美国粉河盆地煤层气商业开发的成功,褐煤盆地煤层气资源受到广泛关注。我国昭通褐煤盆地蕴藏着丰富的煤层气资源,开发潜力巨大。在分析煤层气分布规律的基础上,厘定了煤层气富集的主控地质因素,对煤层气资源开发潜力进行了评价。研究表明:昭通盆地褐煤演化程度低,煤层生气量少,且大量孔裂隙被水充填,煤层含气量低,预测埋深150 m煤层气含量为1.45 m3/t,埋深500 m煤层气含量为2.00 m3/t。研究区煤层气富集的主控地质因素包括煤层厚度、煤层埋藏深度、构造地质特征、煤层顶板岩性及封闭条件等。由于褐煤煤化程度低,煤层生气量少,加之盆地内煤层埋藏深度不大,易遭受氧化,致使煤层含气量较低,但盆地内煤层厚,赋存的煤炭资源量大,单位面积内煤层气资源丰度高,为煤层气富集提供了良好的内部条件;同时盆地沉积后期构造相对稳定,煤层顶板为粘土及砂质粘土,封闭条件较好,有利于煤层气的保存。     

昭通盆地茨营组沉积演化及聚煤规律研究

昭通盆地是云南省重要的褐煤产地。为了对区内褐煤资源进行客观评价,以野外地质调查和钻探成果为基础,通过对盆地的沉积相展布和区域地质背景分析,系统研究了盆地形成、演化过程和聚煤规律。研究结果表明:①盆地新近系茨营组广泛发育冲积扇-扇三角洲沉积体系、泥炭沼泽沉积体系和湖泊沉积体系;上新世早期盆地主体发育扇三角洲-半深湖-深湖沉积体系;上新世晚期发育泥炭沼泽-半深湖沉积体系;更新世早期发育半深湖-深湖沉积体系。②盆地经历了快速断陷期(上新世早期)、稳定坳陷期(上新世晚期)和稳定扩张期(更新世早期),形成了可采煤层M1、M2、M3,其中M1、M2煤层形成于湖平面相对上升泥炭沼泽,是盆地内分布最广泛的可采煤层,煤层M3主要分布于海子向斜。     

云南昭通盆地重磁特征及其地质意义

以区域重磁资料为依据,结合地质资料以及前人的研究成果,分析昭通盆地的重磁特征,对反映昭通盆地的重力低异常进行处理和解释。利用以重力数据为主的基底密度界面反演和剖面反演,详细揭露昭通盆地的基底形态、地层发育特征以及断层构造的展布,并在此基础上分析断层及褶皱构造在盆地的巨厚褐煤层形成过程中的控制作用,更进一步确定了其为构造坳陷型盆地。     

准东煤田中部矿区西山窑组巨厚煤层煤相分析

新疆准东煤田是近几年勘探确定的一个超大型煤田,已获得2136亿t探明储量,主要含煤地层中侏罗统西山窑组发育1～30层煤,可采煤层1～10层,可采煤层累积厚度19～87m。在该煤田中西部仅发育1个煤层,单层最大厚度可达87m。对该煤田中部矿区巨厚煤层煤相特征的研究结果表明,该煤层具有高的惰性组质量分数、低的灰分产率、低的凝胶化指数和相对高的结构保存指数;在泥炭沼泽形成时期,属于受物源影响较小相对干燥的高位泥炭沼泽;依据煤层中凝胶化指数的变化将该巨厚煤层划分出8个小层序;根据小层序内部凝胶化指数、结构保存指数和灰分产率的变化划分出水进型层序和水退型层序;该巨厚煤层以中间碳质泥岩为界划分为两个大的煤相旋回。每个旋回由下部水退型层序和上部水进型层序构成。这种构成样式受泥炭形成阶段的湖平面变化、基底沉降和泥炭的生长速率等因素的控制。     

对昭通盆地晚新生代地层的一些看法

昭通盆地晚新生代地层发育,化石丰富,地层中富含褐煤,早已为地质-古生物学家们所重视,各家做了大量的研究工作,发表了不少研究成果。但至今各家对昭通盆地晚新生代地层的时代划分很不一致,以致在褐煤层时代的确定、区域对比以及云南褐煤的生成时代等方面持有不同的见解。1984年,笔者有机会去昭通,在云南省煤田勘探公司一四三队的配合、指导下,对昭通盆地晚新生代地层及脊椎动物化石点进行了粗略观察,现将观察结果介绍如下,供有关同志参考。     

云南昭通第三纪褐煤盆地成因的探讨——对“岩溶侵蚀盆地”成因的异议

<正>昭通第三纪褐煤盆地的成因,是煤田地质工作者十分关注的问题。潘润群同志在《煤田地质与勘探》1979年第5期上发表的“昭通聚煤盆地特征及其成因类型”认为昭通盆地是“典型的岩溶侵蚀盆地”。“中国煤田地质学”也把昭通盆地作为典型的岩溶侵蚀盆地的典范,并把本成因类型视作巨厚褐煤沉积的典型环境。其主要论点是:1.“岩溶侵蚀盆地是特指地下河把侵蚀物质带走,由岩溶漏斗扩展而成的封闭盆地”。2.盆地基底具有“古河网、古梁、平台、溶蚀洼地、溶沟、岩溶漏斗、落水洞及与其连通的地下暗河和出口”等一套完整的岩溶侵蚀地貌景观;3.“岩溶侵蚀盆地”是最典型的先成盆地,它的沉积特点是充填,在下侵作用不完成之前,不接受沉积”。当“岩溶侵蚀盆地下侵作用的完成,即地下河堵塞,盆地开始接受沉积”。因此“岩溶盆地具有封闭良好的盆形”,“落水洞是盆地的最低中心”,“煤层的沉积并不依赖地壳的沉降”。     

超厚煤层分布与成因模式

煤厚的分级主要是从煤炭开采的角度来确定的,大于8m的厚煤层一概以巨厚煤层来称之。世界上,煤层总厚最大的是澳大利亚的吉普斯兰盆地,总厚达到700多米;加拿大哈溪煤田二号露天区则为单层煤厚最大的矿区,煤厚达510m;中国内蒙古自治区胜利煤田胜利东二号露天煤矿,单层（6煤层）厚达244.7m,总煤厚达320.65m。从沉积、层序地层与构造诸角度出发,依据现代泥炭堆积与阴沉木堆积等现象进行厚煤层的成因研究,对异地成煤及一些超厚煤层的成因模式进行了介绍和初步评价。     

测井曲线分析宝秀盆地晚新生代古气候与沉积环境

宝秀盆地晚新生代赋存了大量泥炭和褐煤,为了分析宝秀盆地泥炭和褐煤形成的古气候与沉积环境,利用自然伽马测井曲线的波形特征,并结合孢粉、岩性等地质资料,分析可知,泥炭主要形成于晚更新世和全新世,褐煤主要发育于新近纪,盆地晚新生代古气候经历了温热—温暖—温凉的凉暖气候交替的过程,沉积环境为湖泊和沼泽沉积。结果表明,自然伽马曲线频率与振幅的变化反映沉积环境稳定或动荡,自然伽马曲线值的高低对应了气候的温湿或干冷,因而可以利用自然伽马测井曲线分析古气候及沉积环境。     

先锋盆地小龙潭组巨厚煤层煤相特征

通过２９个煤样的显微组分观察和定量分析,结合氯仿沥青“Ａ”族组分分析和饱和烃气相色谱分析,对先锋盆地上第三系中新统小龙潭组（Ｎ１ｘ）巨厚煤层的煤相特征进行了研究。结果表明该厚煤层形成期间泥炭沼泽经历了一次大的由浅变深、又由深变浅的水深变化,总体上属于低位沼泽。该厚煤层具有以陆生高等植物为主、以水生高等植物为辅的混合生源,山间盆地优越的气候水文条件、良好的聚集场所和充足的成煤原始物质最终在中新世早期稳定下沉的泥炭沼泽环境中形成了巨厚煤层     

鄂尔多斯盆地延安组层序地层格架与煤层形成

研究鄂尔多斯盆地延安组的煤层发育特征,首先建立延安组等时的层序地层格架,进而分析可容空间变化对煤层形成的控制作用。通过分析野外露头、钻孔、测井等资料,识别延安组中发育的关键层序地层界面,将延安组划分为3个三级层序;层序由低位正常湖退、湖侵、高位正常湖退和强迫湖退4个体系域组成,并建立了全盆地范围等时的层序地层格架。研究发现:在等时层序地层格架中,煤层主要发育在层序I、层序Ⅱ湖侵和高位正常湖退体系域的中、晚期和层序Ⅲ的湖侵体系域的晚期;在区域上,盆地北部地势较为平坦,发育中等厚度、区域稳定性较好的煤层,盆地南部发育稳定性较差的厚-巨厚煤层;从滨湖平原到三角洲平原再到河流泛滥平原,厚煤层从位于四级基准面上升半旋回的底部逐渐过渡到中上部。综上可知,不同沉积区可容空间增加速率与泥炭堆积速率达到平衡的位置不同,厚煤层主要发育在二者近似处于平衡状态的位置,并且发育随着沉积相带变化有规律地迁移。     

鄂尔多斯盆地东北部山西组下段基准面旋回与聚煤作用

依据基准面旋回的原理,应用露头、钻井和测井资料,通过沉积相分析、基准面对比和密集数据控制的平面制图,研究了鄂尔多斯盆地东北部山西组下段煤层在基准面旋回中的位置、煤层在纵向和横向的变化和平面分布。结果表明:煤层的形成与基准面旋回和相分异作用有关,煤层形成于短期基准面上升的晚期。煤层的分布与河道呈互补关系。在远离河道的泥炭沼泽区,煤层厚度大,灰分低,所夹矸石层少。向河道方向,煤层分叉变薄,灰分高,向碎屑岩过渡。从山23到山21,厚煤层的分布总体上呈向北退却的趋势,反映了山西组下段构成一个中期基准面上升的过程。      

含煤岩系层序地层学研究进展

层序地层学是分析聚煤规律的一种有效方法。层序地层学应用于含煤地层的分析始于20世纪90年代,Diessel最先在经典层序地层格架中建立了煤层的聚集模式;之后,Bochacs和Stuer通过讨论可容纳空间的变化速率和泥炭聚集速率之间比值的变化,具体分析了不同可容纳空间的煤层厚度、连续性及形态。通过对层序地层中煤层发育和分布的研究,多数煤田地质学家们认为,厚煤层主要发育于低位体系域晚期至海侵体系域早期及海侵体系域晚期至高位体系域早期。由于巨厚煤层往往是许多次级层序及界面的复合体,因此巨厚煤层不能简单地作为成因层序地层的界面,但可以通过煤岩学和地球化学方面的指标对其进行精细划分确定。我国煤田地质学家通过对国内海相煤层的研究,提出了海侵事件聚煤和海相层滞后时段聚煤等观点,从而大大促进了含煤岩系层序地层学的发展。      

概述云南罗茨褐煤之特殊性

文中对罗茨褐煤M_2煤层的特殊性进行了概述。作者认为该煤层煤化程度低,从煤岩、煤化学性质分析介于泥炭与年青褐煤之间;在许多植物残体上可见千姿百态的凝胶化现象;多层丝炭出现,火焚迹象明显;与火焚丝炭共生的泥炭藓褐煤;褐煤中具有雏形煤核。对其成因作了初步论述。     

新疆准东煤田西山窑组巨厚煤层煤相特征及水进水退含煤旋回的判别

应用煤岩学、煤化学、煤地球化学理论以及多种煤相学的参数及其组合对新疆准东煤田五彩湾矿区ZKL805钻孔西山窑组巨厚煤层进行了煤岩煤质、煤相特征及成煤环境分析,并在巨厚煤层内部识别出了若干水进水退含煤小旋回。该巨厚煤层宏观煤岩类型以暗淡型煤为主,其次为半亮型煤及半暗型煤。煤层有机显微组分组总体以惰性组含量占优势,镜质组次之,壳质组含量极低。煤相类型主要为干燥森林沼泽,其次为潮湿森林沼泽。依据煤相参数的垂向演化,巨厚煤层内部识别出4个水进型、4个水退型及1个加积型含煤小旋回。巨厚煤层形成于覆水较浅、水体活动性较弱的稳定泥炭沼泽环境,垂向上由这些水退水进含煤小旋回叠加构成。     

二连盆地吉尔嘎朗图凹陷下白垩统赛汉塔拉组层序地层及聚煤特征

二连盆地吉尔嘎朗图凹陷是一个陆相断陷聚煤盆地,下白垩统赛汉塔拉组是其主要含煤地层,作者利用岩心、钻孔资料对其岩相类型、沉积相、层序地层及聚煤作用特征进行研究。(1)赛汉塔拉组主要由砂砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩、碳质泥岩及厚层褐煤组成,发育扇三角洲平原相、扇三角洲前缘相、辫状河三角洲平原相、辫状河三角洲前缘相、滨浅湖相,分别属于扇三角洲沉积体系、辫状河三角洲沉积体系和湖泊沉积体系。(2)识别出2种层序界面:不整合面和下切谷冲刷面,将赛汉塔拉组划分为2个三级层序。从层序Ⅰ到层序Ⅱ,煤层厚度逐渐增大,聚煤作用逐渐增强。(3)在滨浅湖环境下厚煤层主要形成于湖侵体系域早期,在扇/辫状河三角洲环境下厚煤层主要形成于湖侵体系域晚期,煤层厚度在凹陷中部最大,向西北和东南方向均变小。聚煤作用明显受基底沉降作用影响,可容空间增加速率与泥炭堆积速率相平衡,从而形成了区内巨厚煤层。     

昭通褐煤盆地成因类型的探讨

燕山运动形成了褐煤盆地的基底构造,它对上新世含煤建造的沉积起着较大的控制作用。昭通古向斜的继承性活动是控制褐煤盆地生成的主导因素,导致沉积中心与构造中心基本一致。盆缘的古断裂F_1、F_2在煤盆地的形成初期,由于它的活动,在靠近古断裂的地段沉降速度快,便形成了厚度较大的冲积、洪积扇;远离断裂带的地段沉降速度缓慢,沉积了最厚的煤层。煤层的沉积边缘基本上以断裂F_2为界。近边缘断裂F_1、F_2的区段,地层厚度最大,而煤层厚度变小以及尖灭。煤层底板构造线及富煤带的展布,严格受同沉积褶皱与断裂的控制,也受主要构造线的控制,因此厚度变化与褶皱构造部位有明显的联系,沉积过程与褶皱过程是相伴而成的。通过本区构造体系的分析,昭通褐煤盆地的沉积模式是典型的构造坳陷型煤田。     

用回归分析评价夹矸对煤灰分和发热量的影响

昭通褐煤盆地是我国储量最大的第三纪褐煤田之一,煤层最厚达200余米,剥采比多在3以下,适合大型露天开采。但煤层多为复煤层和复杂结构煤层;煤化程度较低,属O₁阶段;全水分（W_Qy）含量达50～60％,灰分(Ag)一般为20～30％,分析基弹筒发热量(Q_DTf)为3700～4000大卡/公斤,而应用基低位发热量(Q_DWy)仅为1600～1700大卡/公斤,属较低热值的褐煤。      

法国、中国断陷盆地厚煤层堆积机制分析

从法国中央地块晚石炭世的3个内陆山间小型断陷聚煤盆地厚煤层的成因标志和沉积特征出发,讨论了这些煤层独特的堆积机制及其沉积-构造条件,并与中国东北早第三纪抚顺盆地超厚煤层的沉积条件做了比较分析,指出了2个大陆间在厚煤层的堆积背景与条件方面的差异性和共同点。尤其是这些盆地均发育于活动的构造背景之下,盆缘、盆内断层活动强烈,且控制着沉积相带的展布及富煤单元的时空分布;煤层内均发育有大量的重力流沉积物——碎屑流。稀性泥石流或浊流沉积物;煤层自身存在同沉积期的重力滑塌。变形构造和大量的再搬运-再堆积的记录,表明厚（巨厚、超厚）煤层在堆积时的湖泊环境为覆水较深、不稳定的沉积环境,并且煤（泥炭）在初次堆积后经过了再次搬运而成为异地堆积的产物。这为提出厚煤层新的堆积机制,即异地堆积提供了重要而可靠的证据和实例。     

鄂尔多斯盆地南部延安组巨厚煤层内古气候旋回分析

煤是一种气候敏感型沉积物,为了查明煤层中蕴含的古气候信息及其演化控制因素,选取鄂尔多斯盆地南部延安组一段4号巨厚煤层为研究对象,通过系统密集采样,并测试煤的有机显微组分含量、主量和微量元素及有机质稳定碳同位素含量。利用煤岩显微组分、特征元素和碳同位素等方法,分别在该巨厚煤层内部识别出4个温湿-干热交替的古气候旋回,且识别结果非常一致;该结果与前人在邻区4号煤层中使用古植物含量系数法的识别结果也非常吻合。在此基础上,与前人在该巨厚煤层中识别出的米兰科维奇旋回信息进行比较,综合分析认为该巨厚煤层中古气候旋回的发育与演化主要受到天体轨道参数中偏心率长周期的控制。研究成果证实了方法的可靠性,阐明了古气候旋回的成因机制。