二龙山含煤盆地中新世富锦组沉积相及层序地层特征_野兆瑞.pdf

第42卷第4期 2014年8月 文章编号I001-1986201404-0001-07 煤田地质与勘探 COALGEOLC泊Y 2.黑龙江省煤田地质局，黑龙江哈尔滨150006 摘要黑龙江东部二龙山盆地是一新生代陆相聚煤盆地，中新世富锦组是其含煤地层。通过对富 锦组沉积相、层序地层和聚煤作用特征的研究，可以看出富锦组主要由凝灰质粉砂岩及中细砂 岩、凝灰质砾岩及褐煤组成，友育滨浅湖相、深－半深湖相、冲积扇扇根相、扇中相及沼泽相，分 别属于湖泊沉积体系和冲积扇沉积体系；富锦组是一个以区域不整合面为上下界的三级层序，其 低位体系域对应底部砾岩段，湖侵体系域对应下部砂岩段和中部含煤段，高位体系域对应上部砂 岩段；研究区煤层形成于湖侵体系域末期，且以盆地中部煤层厚度最大，向西北和西南方向煤层 均变薄；聚煤作用明显受基底沉降作用影响，在湖侵体系域末期基底稳定沉降阶段，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。 关键词二龙山盆地；新近纪；富锦纽；湖侵体系域；聚煤作用 中图分类号P618.ll文献标识码ADOI l 0.3969/j.issn. l 00 l-l 986.2014.04.001 Sedimentary facies and sequence stratigraphy of the Miocene Fujin ation in Erlongshan coal-bearing basin 2 I YE Zhaorui , QU Yanlin , SHAO Longyi , MA Lijun , HU Yihong , LI Zhu I. School of Geosciences and Surveying Engineering, China University of Mining and Technology, Beijing I 00083, China; 2. Coalfield Geological Bureau of Heilongjiang Province, Haerbin 150006, China Abstract Erlongshan basin in eastern Heilongjiang Province is a Cenozoic continental coal basin and Miocene Fujin ation is its coal-bearing strata. In this paper, we have studied its sedimentary facies, sequence stratigraphy and coal accumulation characteristics. Fujin ation is composed of tufaceous siltstone and fine-grained sandstones, tufaceous conglomerates, and lignite, was deposited in lacustrine environments ranging from littoral and shallow lake, deep lake, medium deep lake to alluvial fan. Two depositional systems were classified; lacustrine and alluvial fan; the whole Fujin ation composes a third-order sequence with the regional unconities as its upper and lower bounds. The lowstand system tract corresponds to the bottom conglomerate member, the transgressive systems tract corresponds to the lower sandstone member and middle coal-bearing member, and the highstand systems tract co盯espondsto the upper sandstone member. The coal seams in Fujin ation were ed at the end of the transgressive systems tract, and the thickest coal is distributed in the central zone of the basin, which thins out towards northwest and southwest. Coal accumulation has been significantly controlled by basin subsidence, and during the stable subsiding of the basin of the late transgressive systems tract, the increase rate of accommodation space was well balanced with the rate of peat accumulation, thus ing a regional thick coal seam. Key words Erlongshan basin; Neogene; Fujin Fo口nation;transgressive systems tract; coal accumulat10n 东北地区广泛发育古近纪及新近纪含煤地层，尤 其是在黑龙江省境内，新生代含煤盆地星罗棋布，发 育大小不等的陆相盆地约20个，煤炭储量巨大，新生 代是仅次于早白辈世的又一重要聚煤期（1-4］。在这些新 生代含煤盆地中，具有开采价值的盆地主要集中在黑 收稿日期2013-04-0I 龙江东部郊庐断裂北段依兰斗尹通断裂带、敦化一密山 断裂带及其间的三江盆地区。关于这些新生代含煤盆 地，以往虽然有一定的地层古生物和沉积相方面的研 究（5剖，但对聚煤模式及层序地层格架下的聚煤规律的 研究还比较薄弱。本文以富锦地区的二龙山盆地为例， 基金项目国家科技重大专项课题（2011ZX05033-002）；国土资源、大调查项目（1212011121043 作者简介野兆瑞（1986一），男，河北景县人，硕士研究生，从事煤沉积学和层序地层学研究 ChaoXing 2 煤田地质与勘探第42卷 运用煤田钻孔资料，对其进行沉积相及聚煤模式分析， 提出含煤地层层序地层格架，并对聚煤规律进行浅析， 以期对本区煤田预测有一定的指异作用。 1 地质背景 研究区位于黑龙江省东北部，行政区属于富锦市 二龙山镇。大地构造位置属于三江断拗带富锦隆起之 上。三江断拗带是自印支运动发育起来的一个断拗带 （图1），它西起牡丹江－林口断裂至海青大河镇断裂。 在三江断拗带内，依据基底、地层结构及断裂等可划 分出4个次一级构造单元，由西到东分别为佳木斯 隆起、绥滨一集贤拗陷、富锦隆起和七星河拗陷。三江 盆地中新生代处于总体张扭性应力场环境，盆地演化 经历了4个阶段，即晚保罗世裂陷发展阶段、早自主 A 0 20 40km 民lk二三3二级构造f.；已分界II民mi目IJ性断层｜＼陷 i列E三3区域性大断层CZ]扣Ii玩｜丁ii;-. E二E正断层E王3城市 世断陷发展阶段、晚白辈世拗陷发展阶段和新生代统 一盆地阶段［10-11）。此间，在三江地区相继发育了上述 一系列的拗陷、隆起。但它们不是“孪生兄妹”，而是 相对独立的构造单元，它们不仅所在的基底及其区位 有所不同，而且在发生、发展上也存在一定差异。到 了新生代，由于依兰斗尹通断裂带和密山一敦化等断裂 带的联合走滑作用，统一的三江盆地得以形成。 二龙山盆地处于富锦中生代隆起之上，从区域 地质情况分析，富锦隆起在中生代后期隆起加剧。 古生代的石炭一二叠纪地层经受长期剥蚀，到古近纪 后期逐渐下沉，接受了古近－新近纪的陆相碎屑堆 积，到新近纪中、后期停止沉降。第四纪早期处于 相对稳定时期，使古近纪和新近纪沉积物遭受强烈剥 蚀。二龙山盆地即是经受剥蚀后保留下来的残存盆地。 俄 罗斯 罔l三江盆地构造轮廓图 Fig. I Tectonic outline of Sanjiang basin 研究区内新近纪富锦组含煤地层为一套以冲积 扇和湖泊相为主的沉积［7-8），其由灰绿色一浅绿色的 凝灰粉砂岩和绿灰色的凝灰中细砂岩、凝灰砾岩及 褐煤组成。底部凝灰砾岩厚度变化甚大（6-30时， 其上的凝灰质粉砂岩和凝灰质砂岩多呈厚层状，层 理不发育，常含有少量砾石。含煤1-3层，单层厚 度最大达16m。该组与上覆第四系及下伏古近纪宝 泉岭组均为不整合接触，富锦组厚约50～150m。该 组的抱粉组合说明其时代属于早中新世［9］。 2 沉积相分析 2.1 岩相类型及其特征 通过对二龙山勘探区的钻孔岩心及外围露头剖 面资料进行分析，综合岩石结构特征和沉积构造特 征，在盆地富锦组中识别出砾岩、彤、岩、粉砂岩、 泥岩和煤层共5种岩石类型，并根据沉积构造、化 石和砂体形态等，进一步划分出ll种岩相类型。 2.1.1 砾岩类 本区发育的砾岩有角砾岩、细砾岩、砂质砾岩 和凝灰质砂砾岩等类型。 角砾岩相灰色，杂色，角砾为页岩，成分为 页岩团块，风化裂隙发育，疏松，接触不清。 砂质砾岩相可划分出2种次级类型a.绿灰色、 黄灰色，砾石成分有砂岩团块和页岩团块，有磨圆， 机械破碎严重，接触关系不清，为深」卡深湖中的重力 流沉积；b.灰色，烟黄色，含有少量凝灰质，分选差， 次圆状，以砂岩为主，砾径0.20-0.50mm，半胶结，砾 石成分以岩屑为主，明显接触，为冲积扇扇中沉积。 凝灰质砂砾岩相可划分出2种次级类型a.灰 色，微显绿色，砾石成分为变质泥岩、花岗岩等岩 ChaoXing 第4期野兆瑞等二龙山含煤盆地中新世富锦组沉积相及层序地层特征 3 屑，粒径大小不等，最大5cm以上，分选差，次圆 状，微具滑感，为冲积扇扇根沉积；b.灰绿色，成 分以凝灰质为主，在j、砾具棱角状，分选差，直径在 0.5 mm上下，与下接触渐变，为滨浅湖沉积。 细砾岩相灰白色，成分以花岗岩、石英长石 为主，含少量暗色物质，分选差，棱角状，粒径一 般为2～5mm，接触不清，为冲积扇扇根及扇中沉积。 2.1.2 砂岩类 该岩相包括中砂岩和细砂岩2种类型。 中砂岩相成分以石英为主，没有胶结，分选 中等，次圆状，为滨浅湖沉积。 细砂岩相灰白色，中间夹有灰绿色泥岩，成 分以石英、长石为主，颗粒偏粗，分选差，次圆状， 胶结疏松，明显接触，为滨浅湖沉积。 2.1.3 粉砂岩类 该岩相包括含植物碎屑粉砂岩和凝灰质粉砂岩 两种类型。 含植物碎屑粉砂岩相灰绿色，块状，致密， 含有植物碎屑，明显接触，为滨浅湖沉积。 凝灰质粉砂岩相灰色，微显绿色，厚层状， 遇水松散如泥，微具滑感，明显接触，为滨浅湖沉积。 2.1.4 泥岩类及煤层 本区泥岩类有泥岩和页岩，另外有煤及凝灰岩。 页岩相深灰色，上部灰绿色，局部有角砾岩， 中部灰色，下部灰绿色，裂隙发育，接触明显，为 深-4深湖沉积。 凝灰岩相灰褐一灰绿色，块状，坚实，较致密， 含有植物碎屑及植物干，接触明显，为滨浅湖沉积。 泥岩相灰绿色，质软，具有滑感，参差状断 口，明显接触，为滨浅湖沉积。 煤层黑褐色，条痕黑褐色，光泽暗淡，木质 结构，尚保存炭化程度较低的的植物碎屑和植物干。 2.2 沉积相类型 根据上述岩性岩相分析，可在本区识别出滨浅湖 相、深一半深湖相、冲积扇扇根相、冲积扇扇中相及沼 泽相，分别属于湖泊沉积体系和冲积扇沉积体系（罔2）。 2.2.1 滨浅湖相 岩性以灰绿色粉砂岩、灰褐色一浅灰的凝灰岩、 褐色一黑褐色含炭泥岩及灰色细砂岩为主（图匀，发育 小型交错层理、水平层理和波状层理。中间发育煤层， 底部为凝灰质粉细砂岩互层，含有大量炭化植物碎屑。 2.2.2 深－半深湖相 上部为深灰色页岩，下部为浅灰色一浅绿色泥质页 岩（图4），发育水平层理。中间为土黄色凝灰质角砾岩、 灰色石英砂岩（成分以长石、石英为主）和绿灰黄灰色 砂砾岩，砾石成分有砂岩团块和页岩团块。 2.2.3 扇根相 灰绿色凝灰质砾岩，砾石成分为火成岩和变质 泥岩，粒径大小不一 ，最大5cm以上．分选差，次 圆状。叠瓦状构造，元层理，有明显的冲刷面（图5o 2.2.4 扇中相 扇中处于中等－较低沉积坡度的冲积扇中部，主要 发育辫状河道沉积。辫状河道自下而上表现为一正粒序 （图6）下部为灰色、烟黄色砂砾岩，分选差，次圆状； 上部为烟黄色细砂岩，泥质含量较高，含有少量凝灰质。 CJ CJ CJ [IJI 0BEJEJ EJ 8 E.l亘8E丑 汤－j.浓泼潮冲积扇if泼湖物源断层f＆砾岩泥j;i.t}i例｛沙岩粉砂t;i也t灰扣花岗矿贝1“以占＜）贡i妖灰质 t1i\I淤积ffj洋砾穴粉i沙1“ 图2二龙山盆地聚煤模式立体示意图 Fig.2 Stereoscopic sketch showing coal-accumulating model of Erlongshan Basin ChaoXing 第42卷 自然伽l马 7 I 0.5r 体系 4只 冲 扇 相 扇 机4 岩性柱 煤田地质与勘探 4 体系 湖 ff,; i主 丰H 来 2 一 阻兰 －1 ／－ 1 1 电6＝ 视同－ 图5冲积扇扇根沉积特征（钻孔85-35 The sedimentary characteristics of the fan root env町onment 泊 湖 体系 山γ 积 扇 wi r 句J』－ -U7 4 l lE I E M们ν － 然 6 」 向8 罚性中1 伫MM Fig.5 /\” .. l””八 ”川 /\” /\” 中 ． 。． ． 。 ． 。 ．。 图3滨战湖沉积特征（钻孔85-35 The sedimentary characteristics of th巳littoral-shallow lacustrine environments Fig.3 。 ． 。 ．。． 图6冲积扇扇中沉积特征（钻孔85-34 The sedimentary characteristics of the inner-middle fan lacustrine environment 体系相 视电阪斗1 84 126Q rn 自然伽T I 0.5 21.5r ＇；／＂，性丰i 层序地层格架 在本次层序地层学研究中，层序的定义及体系 域的划分采用Exxon公司“Vail”学派的观点（12］。二 龙山盆地的含煤岩系为新近纪富锦组，下伏可见花 岗岩基底，富锦组底界代表区域性不整合面顶界， 富锦组顶界与上覆第四系为侵蚀不整合接触，而这 皆为以不整合面为代表的层序界面，因为富锦组仅 仅相当于中新世期间的短时间沉积，目前还缺少定 年资料，本文暂时将富锦组划分为I个三级层序。 在岩性上，富锦组可分为底部砾岩段、下部砂岩段、 中部含煤段及上部砂岩段4个岩性段；从层序地层角度， 富锦组可分为低位体系域、湖侵体系域及高位体系域， 其中低位体系域对应底部砾岩段，湖侵体系域对应下部 砂岩段和中部含煤段，高位体系域对应上部砂岩段（图7）。 低位体系域底部与下伏地层为一区域性暴露 不整合面，是一层序界面，其上发育灰灰绿色凝灰 质砾岩，砾石成分为变质泥岩、花岗岩等岩屑，分 选差、次圆状，属于湖盆拗陷初期的低位体系域的 Fig.6 层序地层特征3 3.1 湖 泊 深 l半深湖 图4深半深湖沉积特征（钻孔85-21 The sedimentary characteristics of the deep and medium deep lacustrine environments Fig.4 2.2.5 沼泽及成煤 i亥区j宾浅湖淤积形成沼泽，是主要的成煤环境， 主要形成中变质的褐煤。其以厚层状为主，夹片状 或木质结构的薄层状，木质结构明显处形成层理， 局部含有大型炭化植物干，偶见丝炭 ，比重轻。 ChaoXing 野兆瑞等二龙山含煤盆地中新世富锦组沉积相及层序地层特征第4期 5 地层 面 iEbb -tLZd ,, 如变 层 一 级序 M叫 一－FU 』 ; ; ; 层 一 体主 一 ; 系一本 体寸咄γ 川川卢 阳广 冗 － 3元 ; l n，的俨 去性捎述 岩性｜视电阻卒｜壁｜在 柱状｜1－1构 16.i 33.2Qm1后｜造 第四系农l今 第四系 lIll －呐叫 Ill － p、d H 浅湖 山石实细含褐泥松色复’ 砂坚较微贫’疏绿分 差 粉密分， 。育山石较灰成选 色致部山石质发砂结为’分状 臼层间泥灰部细胶部岩’困 灰厚中近凝上色质顶砾杂次 90 上 部 砂 岩 猢 i宾 ｝创 层绿山石砂凝植 煤灰泥粉色育 的有质色褐发 T 色夹灰灰灰’才 褐问凝绿及岩川 黑中色和山石灰剧和 211 I电 段 中部含煤段 ～局 A川， 新 SQI 灰白色花岗岩． 食品质细料。 等粒结构，块 状构造。 TS 砾色泥等忡 。 质绿质山石选状 灰显变山间分困 凝略为花’次 巴’石’屑’ 灰岩砾岩碎差 在1ILS ;,-p Y白 扇 火山喷发 浅湖 辩｜扇 注｜根 道 上部为灰绿色 凝灰质粉砂岩 块状，致＼.＇；坚 实，富含植物 化石．下部为 绿－灰绿色凝 灰质粉砂岩， j孚层状，元层 理． 电 120它二 －啕1、 下 部 砂 系｜统｜组｜山 革玉 段 近｜新｜锦 N － 植物化石煤It号 E习 花岗＇H 四 川耐 EMM 囚附 .. 煤层 咀画且E丑E二3 第四系表土细砂岩粉砂岩 罔 伊l Fig.7 图7二龙山盆地富锦组沉积相及层序地层综合柱状图（钻孔85-35 Columnar section showing sedimentary facies and sequence stratigraphy of F叮ination in Erlongshan basin ChaoXing 岩底面代表区域性的最大湖泛面。 沉积层序横向展布规律 从二龙山盆地NWSE沉积断面图（图8）可以看 出，富锦组在盆地塌陷初期，发育低位体系域的冲 积扇相砂砾岩沉积，但是该期砂砾岩具有向中部逐 渐变薄的趋势，并且在盆地23孔处尖灭。 湖侵体系域，随着盆地沉降速率增加，在盆地中 南部发育受火山活动影响的细粒滨湖相凝灰质粉砂 岩，在盆地西北部发育半深湖相页岩，在湖侵体系域 末期湖盆稳定沉降阶段，滨湖泥炭沼泽发育，且盆地 冲积扇沉积体系。 湖侵体系域砾岩层之上覆盖的灰褐色一灰绿 色巨厚层凝灰岩粉砂岩（火山活动影响的滨浅湖沉 积），代表湖盆因构造沉降、湖水侵入和水体逐渐变 深的过程，是湖侵体系域的沉积。在湖侵体系域末 期，区内发育区域性巨厚煤层，是在稳定沉降阶段 末期发育的沼泽沉积。 高位体系域为区域性巨厚煤层之上的厚层沉 积，其底界为煤层顶板，代表湖盆快速沉降、湖水 快速变深、沼泽快速淹没的过程，煤层顶板上的泥 第42卷煤田地质与勘探 6 3.2 85-34 地层｜三级层序 系｜统｜组ls1ulST 第I 四 系 Q 系｜统｜纵 新1巾l富 麻山群A JI - - . . . , FF 滨浅湖 深半深湖 沼泽 冲积扇扇丰民 冲积扇扇中 辫状河道 E UELCOC且官且尸 L SDPTMB 8BgBD-El8G 角砾岩页岩砂砾岩中砂岩砂砾岩泥岩砾石煤层细砂岩粉砂岩凝灰岩花岗岩 BG E二JBBBBDB0画画 J疑灰质含砾j疑灰质i疑灰质凝灰质凝灰质凝灰质碳质凝灰质安山第四系 泥岩泥岩粉砂岩砾岩细砂岩砂砾岩中砂岩泥岩角砾岩玄武岩表土 图 W1J 图8二龙山盆地NW-SE向剖面中新世富锦组岩性及沉积相对比图 The NW-SE cross sections showing lithology and sedimentary facies of Fujin ation in Erlongshan basin Fig.8 ChaoXing 第4期野兆瑞等二龙山含煤盆地中新世富锦组沉积相及层序地层特征 7 沉降速率与泥炭堆积速率平衡，从而形成了巨厚的煤 层，但在盆地南侧及东南侧，因盆地边缘沉降速率和可 容空间增加速率均较低，所形成的煤层相对较薄，总体 上煤层呈现中部厚，向北、向南变薄尖灭的趋势。 高位体系域，二龙山盆地发生快速沉降，在区内 西北侧发育厚层的深湖相页岩，在中部及南部则发育 滨浅湖相粉砂岩及河流相砂砾岩。 4 层序地层格架中煤层聚集规律 由图9可以看出，富锦组煤层总厚度在5～25m 之间变化，厚煤带位于盆地中部，且沿NNE-SSW向 分布，聚煤中心在区内39号孔到23号孔之间。 图9二龙山盆地富锦组煤层厚度等值线 Fig.9 The isopachs of the coal seams of Fujin ation in Erlongshan basin 研究区在新近纪是典型的湖泊沉积，沉积环境以 滨浅湖、深一半深湖、湖泊淤浅沼泽为主。本次研究 表明，在滨浅湖沉积地区，那些厚度较大、展布较广 的煤层在层序地层格架中的位置，主要是湖侵体系域 末期靠近最大湖泛面的位置，之后即是高位体系域中 浅湖相泥岩和粉砂岩沉积。 从区域层序地层格架上来看，本区的煤层厚度明 显受到基底沉降幅度（速率）的影响在西北部，盆地 沉降速率大、盆地地势低的地区，湖侵体系域发育滨 浅湖相泥岩；而在东南部，盆地沉降幅度低、古地势 偏高的地区，可容空间产生速率较低，不利于泥炭沼 泽发育及煤层的保存；而在中部地带，盆地沉降速率 适中，基准面抬升导致的可容空间增加速率与泥炭堆 积速率平衡，成煤沼泽长时间稳定发育，区内厚煤层 即在这个时段形成。因此，可以说，研究区煤层的形 成明显受控于基底沉降速率。邵龙义等［8］曾论及厚煤 层的形成有赖于高的可容空间增加速率与高的泥炭 堆积速率之间的平衡状态，而二龙山盆地在基底稳定 沉降阶段，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。在厚煤层聚集之后， 盆地基地沉降速率加快，导致快速湖侵，泥炭堆积速 率赶不上可容空间的快速增加速率，从而导致聚煤作 用终止。 总体上，研究区煤层形成于湖侵体系域末期，以盆 地中部煤层厚度最大，向西北和西南方向煤层均变薄。 5结论 a.二龙山盆地中新世富锦组发育滨浅湖、深 半深湖和冲积扇沉积相，煤层在滨浅湖淤浅沼泽化条 件下形成。 b.富锦组发育一个以区域不整合面为上下界的 三级层序，其中低位体系域对应底部砾岩段，湖侵体 系域对应下部砂岩段和中部含煤段，高位体系域对应 上部砂岩段。 c.研究区煤层形成于湖侵体系域末期，且以盆地 中部煤层厚度最大，向西北和西南方向煤层均变薄。 参考文献 川韩德串串，杨起中罔煤田地质学（下册）［M］.北京煤炭℃业出 版社.1980 340- 350. [2］程爱国中国聚煤作用分析协1］.徐州中同矿业大学出版社.2001. [3］张韬．中国主要聚煤期沉积环境与聚煤规律［M].北京 地质 出版社，1995216--23 1 4］黑龙江省煤田地质局黑龙江省煤炭资源潜力评价［R］.哈尔 滨黑龙江省煤田地质局.2010 [5］姜剑虹．王文化依兰矿区老第三纪聚煤环境与聚煤模式探 讨［J].煤炭技术.2005. 242 90- 91. [6］王广良七星河区新第士气纪含煤岩系沉积环境分析（J］.科技资 i.fl.. 200527 54 [7］姜剑虹．李子俊，马立军．等，东北地区第三系研究及煤炭资源 评价[R］.哈尔滨黑龙江省煤田地质勘察出十研究院1998. [8］邵龙义．孙殿斌，尹德j顶．等．黑龙江省含煤地层沉积环境及 聚煤规律研究［R］.北京中国矿业大学.2010 9］赵传本．三江盆地富锦组菱粉的发现［J］.石油学报.1992, 132 9一15. 10］赵霞，于兴河，易荣龙，等．付菊三江盆地构造演化分析[J］.内 蒙古石油化工，20075310-313. [11］王桂梁．珊宜文．郑孟林，等．中国北部能源、盆地构造［M］.徐 州中国矿业大学出版杖，2007102-108 [12] Van WAGONER J C, MITCHURA RM. CAMPION KM, etal Siliciclastic sequence S町atigraphyin well, cores and outcrop-- concept for high- resolution coπelation of times and facies[J]. AAPG s in Exploration Series, 1990 7 1- 55. ChaoXing