煤盆地控制因素

作用的发生与地球历史中特定地质时期、特定构造部位的古植物、古气候、古地理和古构造等因素密切相关，聚煤盆地则是上述四种控制因素综合作用的结果。从区域地质背景着眼研究和分析含煤沉积盆地的形成和演化，是揭示聚煤规律和进行能源预测的有效途径。在这四种因素中，古植物、古气候条件提供了聚煤作用的物质基础。自从地球上出现了陆生植物，便有了成煤的物质条件，早古生代煤主要是内滨海一浅海藻菌类为主的低等生物所形成的，是一种高变质的腐泥煤；而此后的聚煤作用形成的则是以高等植物残骸为物质条件的腐植煤。而古地理和古构造则是具体聚煤盆地形成、演化的主要外部控制因素。

在全球构造发展演化的历史中，印支运动是不可忽视的重要的构造运动。印支期的地壳演化，使联合古陆开始逐步解体或发生构造分异，特提斯洋缩小、关闭，太平洋开始形成、扩张，裂陷作用开始在全球逐步展开，形成了多种类型的与裂陷作用有关的盆地，地球进人了新全球构造发展演化阶段。

印支运动构造幕也是中国大陆构造格局的重大转变时期，朱夏(1978，1982)将这一重大转变称之为“两个世代”和“两大构造体制”；黄汲清(1977，1982)将其划分为中国大地构造发展的古生代阶段和巾、新生代阶段。中国含煤盆地的发展历史也不例外，与其他沉积盆地一样，也可以印支构造运动幕划分为两个特征不同的主要发展阶段：印支期前为晚古生代含煤盆地发展阶段，印支期后为中、新生代含煤盆地发展阶段(冯福闽，1988)。

印支期前的晚古生代含煤盆地属于亚洲构造体系域，以巨型一大型克拉通型含煤盆地为主，含煤岩系展布广，沉积环境稳定，岩性及岩相变化相对较小，厚度不大和变化较小，沉积环境以海陆交互相及滨、浅海沼泽相含煤沉积为主。

印支期后的中、新生代含煤盆地，受特提斯一喜马拉雅构造体系域和滨太平洋构造体系域双重作用的影响，发育有多种类型含煤盆地，沉积环境转变为以陆内湖沼相含煤沉积为主。这些含煤盆地与同时代的含油气盆地一样，具有面积相对较小，含煤岩系厚度一般较大，厚度变化较大，煤岩成分及含煤岩系的岩性变化较大，沉积环境多变的特点。

中国含煤盆地发展演化的两大发展阶段，不仅反映了中国含煤盆地构造格局、古地理景观和含煤盆地形成发展及含煤沉积环境的巨大变化，也说明r含煤盆地的形成演化与其他类型沉积盆地一样，也受制于中国大陆地球动力学特征及发展演化历史，也显示了巾国含煤盆地演化的阶段性与全球联合占陆的拼合与裂解密切相关(李思田，1997)。晚古生代为全球联合古陆的拼合阶段，欧亚大陆与冈瓦纳大陆开始拼合，全球性海平面上升，形成众多超大型含煤盆地，在中同，石炭纪一二叠纪也在北方和南方形成了两个大的克拉通型含煤盆地；印支运动导致全球性环境剧变，中生代以后为联合古陆逐步解体阶段，全球进入裂陷作用期，中国也不例外，形成以裂(断)陷型含煤盆地为主的演化发展阶段。

根据形成煤盆地的动力条件，可划分出拗陷型、断陷型和构造一侵蚀型三种基本类型。在三种基本类型之间还存在着各种过渡类型。

(1)拗陷型煤盆地(亦称波状拗陷盆地)

盆地的基底基本上为一连续界面。聚煤期地壳运动以宽缓开阔的波状隆起和拗陷为主，含煤岩系就形成于波状拗陷内。波状拗陷可能是地壳薄化引起的区域沉降．也可能是壳下物质活动引起的热沉降，或区域构造应力场造成的地壳波状变形。拗陷型聚煤盆地内部比较稳定和均一，但常常邻接活动构造带，受到各种板块边缘活动动力效应的波及，因此盆地边界构造对盆地的形成和演化有重要的影响。

中国华北石炭一二叠纪煤盆地是一个比较典型的波状拗陷型煤盆地，也是一个克拉通内沉积盆地。盆地南、北侧分别以秦岭一大别和阴山活动构造带为界。总体为一个由西北向东南缓倾的箕状盆地。盆地的基底为中奥陶统侵蚀界面。盆缘局部地段为寒武系或震旦系。华北石炭一二叠纪煤系由一个完整的海侵一海退旋回组成。在海域不断扩张的总趋势下形成以渴湖、潮坪一障壁体系为主的早期聚煤环境，以稳定的薄 中厚煤层和浅水碳酸盐岩层的广泛发育为特征，旋回结构清晰，煤层易于对比。晚石炭世中晚期，海域范围最大，在盆地北缘山前地带发育厚煤层，大约自晚石炭世晚期，由于内蒙古一大兴安岭海槽渐趋封闭，盆缘隆起带多河系携带的大量陆源碎屑注入盆地，开始了盆地范围的海退期。在海退的总趋势下，形成以浅水进积三角洲为主体的晚期聚煤环境。中一厚煤层广泛发育，煤层稳定性较差，常见沉积间断和河流冲蚀现象。整个聚煤盆地内含煤岩系的岩性岩相和富煤层段、聚煤带呈现规律性变化，大体呈“东西向成带，南北向迁移”的总格局。

(2)断陷型煤盆地

断陷型煤盆地的基底为不连续界面，成盆期地壳运动以块状断裂运动为主。断陷盆地可以是由地幔隆起诱发的表层引张作用而产生的地堑型盆地，也可以是由伸展作用所产生的正断层系而形成的半地堑型盆地，或者是由走向滑动断层所派生的垂向分量而形成的拉分盆地。盆地的边缘常常存在主干断裂，对盆地的形成和演化起控制作用，基底断块的旋转、滑落是盆地形成的主要动力方式。我国内蒙古霍林河煤盆地是一个半地堑聚煤盆地，盆地沿北东向延伸，晚中生代含煤岩系与下伏火山岩系为假整合接触，基底为石炭一二叠纪浅变质岩系。盆地西北缘为盆缘主断裂。

盆地自下而上可划分为6个岩段，由冲积扇粗碎屑岩一深湖泥质岩一冲积、湖泊含煤岩组构成一个大型沉积旋回。含煤岩系总厚1600 m，由东南向西北增厚，粗碎屑岩主要分布于西北翼盆缘断裂内侧。煤层最大厚度位于盆地中部；向两北冀煤层层间距加大，分岔、变薄和尖灭，与粗碎屑岩楔形交错；向东南翼煤层有合并现象，煤层层间距减小，层数减少。富煤带与岩相带一致，平行盆地长轴方向延展。

(3)侵蚀盆地

地质外营力(如河流、冰川、风等)的侵蚀和溶蚀作用形成的地形洼地，称为侵蚀盆地。在适宜的气候、水文条件下，洼地可以沼泽化而堆积泥炭。堆积作用主要是将侵蚀或溶蚀洼地填平补齐，含煤沉积厚度仅数米至数十米。沉积于沉积间断和剥蚀面上的含煤岩系，其底部层段和煤层常常具有这种填积特征。如我国云南东部的宜良、沾益等地的早石炭世含煤岩系直接超覆于泥盆系侵蚀面上，煤系厚度很薄，一般为数米至数十米。煤层赋存于剖面下部．含煤1～3层，层厚0．3～1．0 m，局部可达10 m。煤层发育明显地受古地形的影响，煤体呈透镜状，延伸不远便变薄、尖灭。

就全球而言，煤盆地的时空演变与各大板块的聚合与分离息息相关。演变的最终结果就是世界各地含煤盆地的空间分布和含煤地层时代的差异性。正如Gilbon早在板块构造理论提出之前就注意到的那样，世界各国含煤岩系的地质时代和空间分布之间并没有直接联系。从地理版图来看，2．5亿年前的石炭一二叠纪含煤岩系遍布世界各大洲，从北美到欧亚．从南美、南非到澳大利亚，几乎无处不在。只是北美、欧洲的含煤岩系时代偏老。而澳大利亚、印度和南非的石炭一二叠纪含煤岩系时代偏新；可是到了中生代的侏罗一白垩纪，情况大不相同，除了欧亚大陆的东部和南美、加拿大西部之外，北美、西欧、澳大利亚和印度、南非均未见煤系出露。古近纪、新近纪的情况与石炭一二叠纪类似．唯南非和加拿大未见该成煤期的煤系出露(图4-8)。解释这种差异性的最合适的理由正是前面提到的与不同成煤期相对应的古植物、古气候、古地理、古构造。现仅以含煤岩系分布最广的石炭一二叠系为例加以说明。如前所述，成煤的物质基础是成煤植物，而成煤植物的生长需要温暖潮湿的气候，而地球上的气候分带是地球在太阳系中的位置决定的。所以，在石炭一二叠纪成煤期，现今有含煤岩系出露的地区应该都曾位于赤道附近的温暖潮湿气候带，而且是分布在不同类型的聚煤盆地之中。只能后来的构造运动造成了这些含煤岩系现今的分布格局。

中国地块和北美、欧亚皆位于赤道附近，具有良好的成煤条件。可是到晚石炭世，华南地块仍在赤道两侧，而华北地块则已明显北移。二者的成煤条件有明显差异。 2100433B

沉积盆地作为大地构造当中的一级大地构造单元，对于地球的构造演化过程的研究具有重要意义。同时，由于盆地内部含有丰富的油气、煤炭、矿产等资源，受到地质学家们的广泛关注。近年来，由于盆山系统耦合的研究，使单一的造山带和单一的盆地研究成为一个系统。通过盆地的研究分析，包括盆地所在区域及内部的构造、沉积层序、地层格架及演化史的分析，为造山带的研究提供一个新的方向。沉积盆地的研究成为一个焦点问题盆地的沉降是指由于地壳垂直运动，使顺重力方向、高程降低的方向运动。地壳的沉降作用是形成盆地的直接原因，没有沉降就没有盆地[1]。而盆地沉降史研究，就是将盆地在各个时期沉降的量进行求解，编绘反映盆地沉降特征的地层埋藏史曲线、盆地基底沉降曲线以及盆地构造沉降曲线等途径来表述。因此，分析盆地的沉降史是研究盆地形成、演化的重要内容，是整个盆地系统研究中最为基础的环节，对于整个盆地的构造、热历史及演化等起着至关重要的作用。

分析盆地的沉降，一般可用沉降量和沉降速率两个参数。沉降量（或沉降幅度）是最直观、最简便的表示方法，表示某地质时期一个地区的累计的沉降幅度的大小。沉降速率是盆地某一构造面在单位地质时期内相对于某一基准参照面（海平面或湖平面）下降的幅度，它能反映盆地构造动力学的某些信息。通常可以用图示方法直观地反映观测点的沉降量和沉降速率。

在盆地沉降史分析中，有一个非常重要的概念——均衡代偿理论。它是盆地分析的基础，用来描述地壳的状态和运动。自十八世纪提出以来，便受到广泛关注。经过大地测量学与力学等学科的发展，逐渐形成今天的均衡代偿理论。它阐明的是地壳的各个地块趋向于静力平衡的原理，即在大地水准面以下某一深度处常有相等的压力，大地水准面之上山脉（或海洋）的质量过剩（或不足）由大地水准面之下的质量不足（或过剩）来补偿。运用地壳均衡学说可以研究地球内部构造，如上地幔的起伏；还可用于大地测量学中研究大地水准面形状，推估重力异常和计算垂线偏差等。

沉积盆地是地球表面的长期沉降区，盆地的沉降是岩石圈动力学演化的基本过程之一。许多学者根据地质观测和模拟研究确定了七个产生和维持盆地沉降的机制(Dickinson1974，1976，1997;Ingersoll和 Busby，1995)和几十种盆地沉降机制的类型(Dickinson，1976;Bally，1980;Ziegler，1988，等)，大多数盆地是其中几种机制共同作用的结果。从岩石圈动力学机制的角度，盆地的沉降机制可以分为三类：

盆地沉降热沉降机制

由于先前受热的岩石圈的冷却及伴随的密度增大而产生的均衡沉降。岩石圈和地壳加热造成隆起，随之地表侵蚀使地壳变薄，然后又变冷导致这种衰减地壳的沉降。热沉降机制是被动大陆边缘、大洋盆地和大陆裂谷裂后坳陷的重要的沉降机制之一。在大洋中脊的顶部，热的岩石圈地幔突然置于冷的海底地壳之下，然后随着海底地壳背离扩张中心，地幔岩石圈不断地将热量散失到冷的海水中。因此，岩石圈在背离扩张中心时会不断冷却沉降，离开大洋中脊越远，沉降越深。热作用还会引起深部准稳定的辉长岩或下地壳的麻粒岩相向稳定的榴辉岩相的转化，从而使深部收缩，造成岩石圈表面沉降。岩石圈的热来源于多个方面，最主要的方面是来自软流圈的热对流，其他次要的热源有岩浆的生成和侵入作用等。

盆地沉降构造应力作用

地壳或岩石圈厚度的变化与两种大的岩石圈构造动力学背景有关：一是地壳的变薄作用，属于拉张作用动力学体制，一般与裂陷作用所对应。拉张作用所产生的机械伸展引起地壳张性断裂控制的沉降，使地壳变薄。而岩石圈变薄则产生地幔的热隆起。二是挤压作用动力学体制，由于岩石圈板块的俯冲、碰撞等会聚作用引起岩石圈向下牵引弯曲和地壳岩石圈的挠曲沉降，常见于俯冲带或造山带，热流作用较弱。

盆地沉降负载（重力）作用

岩石圈加载造成的挠曲或弯曲变形作用。加载 方式可 以是链式火山或海山小规模载荷，也可以是山脉体大规模加载，形成大型前陆盆地。此外，盆地内水和沉积物产生的沉积载荷也是驱 动盆地沉降的基本机制。特 别是大 型三角洲发育的海湾地区，接受了大量的沉积，其 负荷 作 用 可 以导 致 均 衡 下沉，使岩石圈变形弯曲成为一个宽阔的区域下坳带。

上述三种 盆地的 基本的沉 降机制并非孤立地起作用，而通常是以一种为 主，多种机制综 合作用，共同构成盆 地沉降的构造 －热体制。其中由构造应力、热力作用产生的构造沉降是基本的沉降，而重力作用促使盆地沉降持续发展，并常常在盆地演化的晚 期转化为主要的沉降机制。另外，各种沉降机制有一定的限制条件。同时，它们是相互联系的，一种机制可能触发另一种机制，如热对流作用可以触发岩石圈的拉伸 作用或者是岩石圈底部的底侵作用。

因为作用力的时空范围广泛，而且它们以错综复杂的方式作用于具有非均匀性的地球岩石圈，因此，盆地的沉降机制非常复杂。除了很少的例子外，目前的知识储备和研究水平还不足以预测盆地沉降的确切过程。盆地沉降过程的确定需要一个综合性的研究方法，这一方法既包括理论研究，又包括了由各种地质观测作为补充实验研究。新的理论概念和技术意味着有大量的发展机会。在地幔和地壳尺度上研究盆地形成和演化的过程，对于了解岩石圈的热历史和盆地的经济潜力是至关重要的。