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[摘 要]彰武-黑山盆地是一个中生代形成的坳陷盆地,位于阜新盆地东部,是寻找煤炭和油页岩资源的远景区,几十年来陆续发现了八道壕和雷家两个煤田。该盆地形成共有6个时期,期间形成了含煤地层。通过对该盆地含煤地层的形成进行细致分析,为盆地内次级构造盆地含煤预测提供一些理论支持。
[关键词]盆地;北票组;九佛堂组;沙海组;
中图分类号:P612 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)16-0306-01
0 前言
彰武-黑山盆地大地构造位置处于中朝准地台北缘(Ⅰ)、华北断坳(Ⅱ)、下辽河断陷(Ⅲ)、法库断凸(Ⅳ)西北侧。该盆地位于阜新盆地东部,是寻找煤炭和油页岩资源的远景区,该地区地表大面积出露中生代火山岩系或第四系覆盖,目前,该盆地的八道壕和雷家地区已有探明储量可观的煤炭资源。彰武-黑山盆地形成可划分为6个阶段即:前侏罗纪阶段、早侏罗世阶段、中侏罗世末一晚侏罗世阶段、早白垩世阶段、中、晚白垩世阶段、新生代阶段。黑山-彰武地区中生代含煤地层有四套:早、中侏罗世的北票组(J1b)、早白垩世九佛堂组(K1jf)、阜新组(K1f)和沙海组(K1sh)。
1 盆地发展过程
1.1 前侏罗纪阶段
这是盆地诞生前的第一阶段。在这个阶段中,盆地所在地区经历了复杂构造演化。特别是印支运动以后,形成以东西构造格架为主体的构造形迹,也就是纬向构造体系。该体系的构造形迹只出露于盆地外围前中生代地层或海西期花岗岩中。
1.2 早侏罗世阶段
在印支运动基础上生成继承盆地,这个阶段,燕山运动第一幕波及盆地所在地区,在南北左旋对扭加上东西挤压的总体地壳运动影响下,本区处于北西西一南东东挤压体制控制之下,开始了以北北东-北东构造格架为主体的构造发展新阶段,盆地内开始形成北票期含煤地层。
1.3 中侏罗世末一晚侏罗世阶段
辽宁中部的地质发展历史中确是一个重要时期,在这运动时期,燕山运动第二幕影响本盆地。在强大的北西西-南东东挤压体制下,大柳河沟-闻山背斜更加拱曲上升。在地背斜拱曲上升的过程中,大型纵张断裂因重力作用下沉,奠定了谢林台、雷家等构造盆地的雏形,而彰武-黑山则表现为上升的坳陷盆地形态。
1.4 早白垩世阶段
燕山运动第三幕波及盆地,彰武-黑山盆地的雏形在这个时期形成。该阶段是盆地内构造发展历史中比较重要的地质时期,具体可分为义县期和九佛堂期。义县期仍以早新华夏构造系控制本区。在盆地大部分地区处于风化剥蚀条件下,局部地区有中基性火山物质的喷溢。进入九佛堂期后,在北西西一南东东挤压体制下,盆地基底缓慢下沉。九佛堂期是火山喷溢后较大的间歇期,盆地中央形成浅水湖泊环境,接受了大量的以火山喷发物质为主的细碎屑沉积,在盆地边缘或在盆地内隆起区,湖泊逐渐淤浅,出现了局部地区的泥炭沼泽环境,形成了以八道壕煤系为代表的九佛堂组。
以医巫闾山隆起为中轴线,沉降中心相向迁移,构成复杂的似向斜形态,末期大部分地区再次褶皱回返,但在谢林台雷家两区,由于阁山大背斜的影响,形成了一部分新生的呈扇形展布的二次纵张断裂,它们以张性正断层出现,呈北北东向展布。另一方面,先存断裂网络主要以北北东、近南北和北东张性断裂为主。由此,地堑型构造的谢林台、雷家断陷型盆地就已基本成熟,并在早白垩世开始接受喷发沉积。
1.5 中、晚白垩世阶段
燕山运动第四幕开始影响盆地,在这个时期,原有北西西-南东东挤压体制让位给引张体制。整个研究区处于北西系控制之下。沙海期和阜新期,北西系属于同沉积构造。由于彰武盆地的褶皱回返,除谢林台、雷家盆地外,大部分地区缺少沙海组和阜新组沉积。
(1)沙海期:在北西西一南东东拉仲体制之下,谢林台、雷家、宋家等断陷盆地接受了火山喷溢停歇后的火山细碎屑沉积,湖泊逐渐淤浅,形成泥炭沼泽环境,局部地区有煤线和薄煤沉积。
(2)阜新期:这个时期在各孤立断陷盆地中,北北东向的断陷作用继续进行,整个地区进一步回返,盆地大面积淤浅,出现了泥炭沼泽环境,十分有利于聚煤作用的进行。在北西系作用下,形成了轴向北西西-北西向的同沉积褶皱,并沉积了较厚的煤系地层。
(3)孙家湾期:这个时期,由于燕山运动的影响,造成了孙家湾组与下伏阜新组的局部角度不整合。同时,由于北西系应力场再次影响该盆地,北西西褶皱作用明显增强,沉积区域主要发育于北西西向斜构造中。早白垩世末,北西系应力场经过短暂再现后完全消失,盆地最终彻底封闭。
1.6 新生代阶段
这是盆地封闭后的最后一个发展阶段。这期间,以更强烈造山运动表现出来的喜山运动波及本区。盆地东西两侧同样受到南北左旋对扭和东西挤压的地壳运动影响。在这种应力场条件下,形成了以压冲断裂为主的晚新华夏构造系断裂形迹,它叠加在中新华夏系之上。
期间共形成18个凹陷及断陷。由南向北分别为:曹屯凹陷、青堆子凹陷、八道壕断陷、太和凹陷、半拉门断陷、孟屯断陷、罗屯断陷、双山子断陷、大四台子凹陷、马德凹陷、白山土凹陷、野马套海凹陷、东旧门断陷、三家子凹陷、大柳屯断陷、雷家凹陷、丰田断陷、谢林台凹陷、兴隆山凹陷。
2 含煤地层分析
彰武-黑山盆地盆地是一个大的坳陷盆地,含煤地层赋存规律作如下探讨:
北票组(J1b)是本区底部第一套含煤地层,露头仅分布在本区西部和东部,与下伏太古界变质岩系呈角度不整合接触,顶部被早白垩世九佛组火山岩系所覆盖,局部见有太古界变质岩系逆冲推 覆于其上。北票组下部为潮湿气候下冲积相粗碎屑岩沉积,向上过渡为湖沼泽相细碎屑岩为主的含煤沉积。阜新盆地下白垩统最底部的义县组在本区未见分布,大面积分布的九佛堂组与下伏地层呈喷发不整合接触,下部为中酸性火山熔岩为主,夹中酸性火山集块岩、火山角砾岩,向上逐渐过渡为中酸性凝灰岩、沉凝灰岩,上部的湖相、湖沼相细碎屑含煤沉积为杨柳屯段,后期侵入有地貌上呈孤立山头的中酸性潜火山岩。
中生界下白垩统九佛堂组(K1jf):为主要含油页岩地层,岩性偏细,以灰、灰白色的砂岩、灰褐色砂页岩、泥灰岩为主,局部夹砾岩和砂砾岩。含有4层油页岩。最大厚度达1000m。深度0~1000m,一般深度400~700m。主要分布于野马套海地区和彰武盆地深部区。
中生界下白垩统沙海组(K1sh):主要分布在雷家—谢林台矿区深部及务欢池一带。根据钻孔柱状划分为四个段:由下而上为沙一段、沙二段、沙三段、沙四段。沙海一、二段(K1sh1-2):在阜新盆地内沙一段与沙二段较易区分,而在该区则难以区分,将两段合并叙述。该段相当于雷家矿区下砾岩段,以灰绿、紫红色砾岩为主,砾石呈棱角状,显示近物源沉积特征,地层厚度70~250米。沙海三段(K1sh3):即含煤段。以灰白、灰色砂岩为主,中间夹有砾岩薄层,含三个煤组,由下至上为泥下组、1、2、3煤组。地层厚度70~300米。沙海组四段(K1sh4):下部以灰绿、深灰色砾岩为主,夹有泥岩、砂砾岩及砂岩。上部以灰、灰白色砂岩为主,夹砂砾岩、炭泥岩。地层厚度50~500米。
中生界下白垩统阜新组(K1f):上部为一套灰褐色砂岩、砾岩组合,下部为页岩、泥岩夹煤层。厚度300--500米,主要分布在雷家-谢林台矿区深部。
根据资料发现九佛堂组的中酸性火山岩系呈环状展布,由多个同期形成的破火山喷发产物组成,在露头能识别的破火山机构有八道壕、芳山镇、野马套海和谢林台等,九佛堂组上部杨柳屯煤系与下伏沉凝灰岩呈渐变过渡的关系,其形成环境可能与各破火山口湖沉积有关。北票组外,大多数与阜新盆地乃至中国东部盆地均是早白垩世形成,性质相似,九佛堂期以多个环形破火山盆地为主,沙海组沉积系伸展构造背景下断陷盆地产物,但未见与阜新盆地含巨厚煤层阜新组相当的地层。黑山-彰武地区的四套含煤地层中,北票组埋藏较深,九佛堂组上部和沙海组、阜新组煤段分布局限,是进一步找煤的主要对象。
3 结论
彰武-黑山盆地含煤地层的形成与该地区的构造运动密不可分,通过细致的研究和分析,可以对该地区的次级含煤盆地远景预测提供一些理论依据。
[关键词]盆地;北票组;九佛堂组;沙海组;
中图分类号:P612 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)16-0306-01
0 前言
彰武-黑山盆地大地构造位置处于中朝准地台北缘(Ⅰ)、华北断坳(Ⅱ)、下辽河断陷(Ⅲ)、法库断凸(Ⅳ)西北侧。该盆地位于阜新盆地东部,是寻找煤炭和油页岩资源的远景区,该地区地表大面积出露中生代火山岩系或第四系覆盖,目前,该盆地的八道壕和雷家地区已有探明储量可观的煤炭资源。彰武-黑山盆地形成可划分为6个阶段即:前侏罗纪阶段、早侏罗世阶段、中侏罗世末一晚侏罗世阶段、早白垩世阶段、中、晚白垩世阶段、新生代阶段。黑山-彰武地区中生代含煤地层有四套:早、中侏罗世的北票组(J1b)、早白垩世九佛堂组(K1jf)、阜新组(K1f)和沙海组(K1sh)。
1 盆地发展过程
1.1 前侏罗纪阶段
这是盆地诞生前的第一阶段。在这个阶段中,盆地所在地区经历了复杂构造演化。特别是印支运动以后,形成以东西构造格架为主体的构造形迹,也就是纬向构造体系。该体系的构造形迹只出露于盆地外围前中生代地层或海西期花岗岩中。
1.2 早侏罗世阶段
在印支运动基础上生成继承盆地,这个阶段,燕山运动第一幕波及盆地所在地区,在南北左旋对扭加上东西挤压的总体地壳运动影响下,本区处于北西西一南东东挤压体制控制之下,开始了以北北东-北东构造格架为主体的构造发展新阶段,盆地内开始形成北票期含煤地层。
1.3 中侏罗世末一晚侏罗世阶段
辽宁中部的地质发展历史中确是一个重要时期,在这运动时期,燕山运动第二幕影响本盆地。在强大的北西西-南东东挤压体制下,大柳河沟-闻山背斜更加拱曲上升。在地背斜拱曲上升的过程中,大型纵张断裂因重力作用下沉,奠定了谢林台、雷家等构造盆地的雏形,而彰武-黑山则表现为上升的坳陷盆地形态。
1.4 早白垩世阶段
燕山运动第三幕波及盆地,彰武-黑山盆地的雏形在这个时期形成。该阶段是盆地内构造发展历史中比较重要的地质时期,具体可分为义县期和九佛堂期。义县期仍以早新华夏构造系控制本区。在盆地大部分地区处于风化剥蚀条件下,局部地区有中基性火山物质的喷溢。进入九佛堂期后,在北西西一南东东挤压体制下,盆地基底缓慢下沉。九佛堂期是火山喷溢后较大的间歇期,盆地中央形成浅水湖泊环境,接受了大量的以火山喷发物质为主的细碎屑沉积,在盆地边缘或在盆地内隆起区,湖泊逐渐淤浅,出现了局部地区的泥炭沼泽环境,形成了以八道壕煤系为代表的九佛堂组。
以医巫闾山隆起为中轴线,沉降中心相向迁移,构成复杂的似向斜形态,末期大部分地区再次褶皱回返,但在谢林台雷家两区,由于阁山大背斜的影响,形成了一部分新生的呈扇形展布的二次纵张断裂,它们以张性正断层出现,呈北北东向展布。另一方面,先存断裂网络主要以北北东、近南北和北东张性断裂为主。由此,地堑型构造的谢林台、雷家断陷型盆地就已基本成熟,并在早白垩世开始接受喷发沉积。
1.5 中、晚白垩世阶段
燕山运动第四幕开始影响盆地,在这个时期,原有北西西-南东东挤压体制让位给引张体制。整个研究区处于北西系控制之下。沙海期和阜新期,北西系属于同沉积构造。由于彰武盆地的褶皱回返,除谢林台、雷家盆地外,大部分地区缺少沙海组和阜新组沉积。
(1)沙海期:在北西西一南东东拉仲体制之下,谢林台、雷家、宋家等断陷盆地接受了火山喷溢停歇后的火山细碎屑沉积,湖泊逐渐淤浅,形成泥炭沼泽环境,局部地区有煤线和薄煤沉积。
(2)阜新期:这个时期在各孤立断陷盆地中,北北东向的断陷作用继续进行,整个地区进一步回返,盆地大面积淤浅,出现了泥炭沼泽环境,十分有利于聚煤作用的进行。在北西系作用下,形成了轴向北西西-北西向的同沉积褶皱,并沉积了较厚的煤系地层。
(3)孙家湾期:这个时期,由于燕山运动的影响,造成了孙家湾组与下伏阜新组的局部角度不整合。同时,由于北西系应力场再次影响该盆地,北西西褶皱作用明显增强,沉积区域主要发育于北西西向斜构造中。早白垩世末,北西系应力场经过短暂再现后完全消失,盆地最终彻底封闭。
1.6 新生代阶段
这是盆地封闭后的最后一个发展阶段。这期间,以更强烈造山运动表现出来的喜山运动波及本区。盆地东西两侧同样受到南北左旋对扭和东西挤压的地壳运动影响。在这种应力场条件下,形成了以压冲断裂为主的晚新华夏构造系断裂形迹,它叠加在中新华夏系之上。
期间共形成18个凹陷及断陷。由南向北分别为:曹屯凹陷、青堆子凹陷、八道壕断陷、太和凹陷、半拉门断陷、孟屯断陷、罗屯断陷、双山子断陷、大四台子凹陷、马德凹陷、白山土凹陷、野马套海凹陷、东旧门断陷、三家子凹陷、大柳屯断陷、雷家凹陷、丰田断陷、谢林台凹陷、兴隆山凹陷。
2 含煤地层分析
彰武-黑山盆地盆地是一个大的坳陷盆地,含煤地层赋存规律作如下探讨:
北票组(J1b)是本区底部第一套含煤地层,露头仅分布在本区西部和东部,与下伏太古界变质岩系呈角度不整合接触,顶部被早白垩世九佛组火山岩系所覆盖,局部见有太古界变质岩系逆冲推 覆于其上。北票组下部为潮湿气候下冲积相粗碎屑岩沉积,向上过渡为湖沼泽相细碎屑岩为主的含煤沉积。阜新盆地下白垩统最底部的义县组在本区未见分布,大面积分布的九佛堂组与下伏地层呈喷发不整合接触,下部为中酸性火山熔岩为主,夹中酸性火山集块岩、火山角砾岩,向上逐渐过渡为中酸性凝灰岩、沉凝灰岩,上部的湖相、湖沼相细碎屑含煤沉积为杨柳屯段,后期侵入有地貌上呈孤立山头的中酸性潜火山岩。
中生界下白垩统九佛堂组(K1jf):为主要含油页岩地层,岩性偏细,以灰、灰白色的砂岩、灰褐色砂页岩、泥灰岩为主,局部夹砾岩和砂砾岩。含有4层油页岩。最大厚度达1000m。深度0~1000m,一般深度400~700m。主要分布于野马套海地区和彰武盆地深部区。
中生界下白垩统沙海组(K1sh):主要分布在雷家—谢林台矿区深部及务欢池一带。根据钻孔柱状划分为四个段:由下而上为沙一段、沙二段、沙三段、沙四段。沙海一、二段(K1sh1-2):在阜新盆地内沙一段与沙二段较易区分,而在该区则难以区分,将两段合并叙述。该段相当于雷家矿区下砾岩段,以灰绿、紫红色砾岩为主,砾石呈棱角状,显示近物源沉积特征,地层厚度70~250米。沙海三段(K1sh3):即含煤段。以灰白、灰色砂岩为主,中间夹有砾岩薄层,含三个煤组,由下至上为泥下组、1、2、3煤组。地层厚度70~300米。沙海组四段(K1sh4):下部以灰绿、深灰色砾岩为主,夹有泥岩、砂砾岩及砂岩。上部以灰、灰白色砂岩为主,夹砂砾岩、炭泥岩。地层厚度50~500米。
中生界下白垩统阜新组(K1f):上部为一套灰褐色砂岩、砾岩组合,下部为页岩、泥岩夹煤层。厚度300--500米,主要分布在雷家-谢林台矿区深部。
根据资料发现九佛堂组的中酸性火山岩系呈环状展布,由多个同期形成的破火山喷发产物组成,在露头能识别的破火山机构有八道壕、芳山镇、野马套海和谢林台等,九佛堂组上部杨柳屯煤系与下伏沉凝灰岩呈渐变过渡的关系,其形成环境可能与各破火山口湖沉积有关。北票组外,大多数与阜新盆地乃至中国东部盆地均是早白垩世形成,性质相似,九佛堂期以多个环形破火山盆地为主,沙海组沉积系伸展构造背景下断陷盆地产物,但未见与阜新盆地含巨厚煤层阜新组相当的地层。黑山-彰武地区的四套含煤地层中,北票组埋藏较深,九佛堂组上部和沙海组、阜新组煤段分布局限,是进一步找煤的主要对象。
3 结论
彰武-黑山盆地含煤地层的形成与该地区的构造运动密不可分,通过细致的研究和分析,可以对该地区的次级含煤盆地远景预测提供一些理论依据。