王忠陽 賈智勇 郭麗超

(核工業(yè)二一六大隊)

新疆伊犁盆地含煤地層構(gòu)造演化與聚煤地質(zhì)特征

王忠陽 賈智勇 郭麗超

(核工業(yè)二一六大隊)

為研究伊犁盆地含煤地層地質(zhì)特征，綜合利用露頭、巖芯資料，以層序地層學(xué)、沉積學(xué)等理論為指導(dǎo)，分析了伊犁盆地構(gòu)造特征、沉積演化特征，討論了伊犁盆地含煤巖系層序地層格架、富煤帶的空間展布規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，對伊犁盆地聚煤地質(zhì)特征及找煤方向進行了探討，對于區(qū)內(nèi)煤炭資源勘探部署及開發(fā)利用有一定的參考價值。

伊犁盆地 含煤地層 構(gòu)造特征 沉積演化特征 地層格架 空間展布規(guī)律

伊犁盆地是新疆五大煤炭生產(chǎn)基地之一，煤炭資源預(yù)測儲量達(dá)3 000億t，探明煤炭資源量558.32億t，其中，埋深于1 000 m以內(nèi)的淺層資源量為97.31億t，系統(tǒng)開展該區(qū)含煤地層研究具有重大的能源戰(zhàn)略意義。為此，本研究結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)勘探成果，從構(gòu)造演化角度分析含煤地層分布規(guī)律，并對區(qū)內(nèi)聚煤地質(zhì)特征進行分析，為該區(qū)煤炭資源潛力評價提供依據(jù)。

1 伊犁盆地構(gòu)造特征

伊犁盆地位處中亞內(nèi)陸，屬于中天山段的山間盆地，地跨我國新疆維吾爾自治區(qū)與哈薩克斯坦共和國的邊境地區(qū)，盆地向西為開闊凹地，其北界為準(zhǔn)噶爾阿拉套山—外伊犁阿拉套山，南界為凱特敏山[1]。在區(qū)域構(gòu)造上，伊犁盆地位于哈薩克斯坦—準(zhǔn)噶爾古板塊南緣的伊犁—中天山地塊上；伊犁—中天山微地塊屬于準(zhǔn)噶爾—哈薩克斯坦板塊的次級構(gòu)造單元(圖1)。

構(gòu)造上，伊犁盆地是在天山造山帶所夾持的微地塊上發(fā)展演化而成的山間疊合盆地，自下而上垂向結(jié)構(gòu)可劃分為由中新元古代變質(zhì)基底、石炭紀(jì)裂谷火山巖系的變形基底和二疊紀(jì)以來的盆地沉積巖系組成的3層結(jié)構(gòu)，SN向剖面形態(tài)總體為兩側(cè)造山帶相對向盆地逆沖的對沖構(gòu)造樣式。伊犁盆地內(nèi)部則呈現(xiàn)為“二山三盆”的復(fù)雜次級山盆構(gòu)造組合。伊犁盆地的形成演化與天山造山帶，尤其與其南北兩側(cè)相鄰的不同性質(zhì)造山帶密切相關(guān)。伊犁盆地恰為不同成盆期原型盆地復(fù)合疊置的綜合產(chǎn)物[2-3]。伊犁盆地構(gòu)造演化成因上具有多期次、多層系、多種類型的地質(zhì)構(gòu)造單元，盆地的形成、發(fā)展受基底構(gòu)造形態(tài)控制，具有明顯的繼承性。盆地現(xiàn)今的構(gòu)造格局主要由4組斷裂控制：①科古琴山—博羅霍洛山南麓NWW向斷裂帶；②哈爾克—那拉提山北緣NEE向斷裂帶，察布查爾山南北兩側(cè)的斷裂同屬于該斷裂系；③主要分布于阿吾拉勒山南北兩側(cè)的近EW向斷裂帶；④以賽—莫—和白—尼斷裂為代表的NW、NE向X型剪切斷裂帶。上述斷裂大部分表現(xiàn)出先期張性正斷、后期高角度逆沖演化的特征。

圖1 伊犁盆地構(gòu)造分區(qū)與剖面

伊犁盆地經(jīng)歷了加里東運動、海西運動、燕山運動、喜馬拉雅運動，該類構(gòu)造運動在盆地發(fā)展演化的各時期都留下了明顯的地質(zhì)記錄，多期運動的疊加改造形成了現(xiàn)今殘留的伊犁盆地。在縱向上迭加發(fā)育了早古生代克拉通邊緣坳陷、石炭紀(jì)陸內(nèi)裂谷盆地、二疊系斷塌陷盆地、三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)陸內(nèi)拗陷盆地、新生代山間壓陷盆地等5種主要盆地類型，經(jīng)歷了4期構(gòu)造運動和5個成盆發(fā)育期[4-6]。

2 伊犁盆地沉積演化特征

伊犁盆地出露地層為古生界志留系、石炭系、二疊系、中生界侏羅系以及新生界第四系地層。盆地成盆期經(jīng)歷了基底形成、斷陷沉降、隆升萎縮、再沉陷和再不均勻抬升等多個構(gòu)造震蕩過程，在盆地內(nèi)的不同部位對應(yīng)發(fā)育了由沖積扇、河流相、河流三角洲、湖泊相(扇三角洲)等組成的不同沉積相帶。盆地含煤區(qū)主要可分為西部伊寧含煤盆地、北部尼勒克含煤盆地和南部特克斯—昭蘇含煤盆地等3個部分。

伊犁盆地自二疊系以來發(fā)育了3套大的沉積旋回，由下至上分別為：①第1套陸相火山碎屑巖沉積旋回；②第2套沉積旋回為中生代含煤碎屑巖沉積旋回，該套沉積旋回由三疊系下統(tǒng)棕紅色粗碎屑巖(磨拉石建造)、中上三疊系統(tǒng)+中下侏羅統(tǒng)河沼、湖沼相和濱、淺湖相交互共生的煤系地層、中—上侏羅統(tǒng)以砂巖為主的沉積地層組成；③第3套旋回為新生代山間盆地邊緣為主發(fā)育的河流相、山麓洪積扇相的棕紅色粗碎屑巖沉積旋回。伊犁盆地各時代地層的沉積特征見表1[7]。

表1 伊犁盆地地層沉積特征

注：J地層為聚煤地層。

侏羅紀(jì)為伊犁盆地擴張、新的斷(凹)陷形成的重要時期，早—中侏羅紀(jì)時期，新疆及中亞地區(qū)是一個廣泛的沉積成煤時期，伊犁盆地內(nèi)的次級構(gòu)造(伊寧凹陷、尼勒克斷陷、昭蘇斷陷和鞏乃斯斷陷)均接受了廣泛的侏羅系沉積，此時伊犁盆地處于古特提斯洋閉合與新特提斯洋開啟的相對長期穩(wěn)定的沉降階段，廣大區(qū)域的坳陷、斷(凹)陷為侏羅系河湖相沉積和含煤建造的發(fā)育提供了可持續(xù)沉積的可容納空間。

伊犁盆地煤層主要賦存于水西溝群地層中，水西溝群地層沉積時盆地處于弱伸展構(gòu)造發(fā)育期，沉降速度較慢且穩(wěn)定沉積期長，較有利于煤的生成。盆地總體由下至上的沉積充填序列為礫巖、砂巖、泥巖和煤層，具正韻律發(fā)育特征。

盆地中侏羅系地層可劃分為S3、S4兩個層序，S3沉積層相當(dāng)于侏羅系早中期，具體沉積時期層序與井下特征見表2。S3沉積層序主要由水下扇-三角洲-扇三角洲-湖泊沉積體系組成。S3沉積層序有低位體系域、湖侵體系域和高位體系域等3套層序。

表2 伊犁盆地水西溝群地層沉積層序與井下特征對比

清水河Q12KO1礦區(qū)、皮里青露天礦煤田、木斯鄉(xiāng)煤礦、昭蘇Z40ZK01礦區(qū)的沉積層序地層學(xué)和煤發(fā)育沉積相環(huán)境分析表明，煤富集段多發(fā)育于高位體系域的沉積環(huán)境中，可作為伊犁盆地繼續(xù)尋找大煤田的有益思路。

總結(jié)伊犁盆地產(chǎn)煤區(qū)沉積相特征，發(fā)現(xiàn)沖(洪)積扇相沉積中的扇緣亞相、河流相沉積中的河漫沼澤亞相、扇三角洲-三角洲沉積中三角洲平原亞相上的河漫沼澤微相等沉積類型為賦煤、聚煤的主要場所(圖2)。

3 伊犁盆地聚煤地質(zhì)特征與找煤方向

沉積盆地是煤炭資源聚集的重要場所。伊犁盆地內(nèi)中新生代地層分布廣泛，該類中新生代地層構(gòu)成了區(qū)內(nèi)主要的油氣、煤炭和鈾礦資源的儲層。在盆地內(nèi)，該類山間盆地的中新生代地層，特別是侏羅系地層為含煤巖系發(fā)育的主力層。沉積盆地中是否有煤炭資源的聚集主要取決于古植物、古地理、古構(gòu)造和古氣候等因素的綜合效應(yīng)控制，上述因素的決定和綜合控制，使得伊犁盆地在地質(zhì)發(fā)展史中煤炭聚集體現(xiàn)出時間、空間上均有一定的規(guī)律。伊犁盆地北部沉降地層厚度大，煤系地層厚度平均約300 m，南部沉降地層稍薄，煤系地層厚度僅約200 m。

受古構(gòu)造運動和古沉積環(huán)境的影響，伊犁盆地自二疊紀(jì)以來發(fā)育了3套沉積旋回，即二疊紀(jì)陸相火山巖沉積旋回、中生代三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)含煤碎屑巖沉積旋回和新生代山間盆地上發(fā)育的棕紅色粗碎屑巖沉積旋回。目前，第2套沉積旋回地層即中生代三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)含煤碎屑巖沉積旋回中已發(fā)現(xiàn)并開采了大量煤炭資源，頂部新生代山間盆地上發(fā)育的以棕紅色粗碎屑巖為主的沉積旋回為有希望的潛力層。其中，中上三疊統(tǒng)—中下侏羅統(tǒng)河流沼澤相、沼澤相和濱淺湖互生的煤系碎屑巖沉積地層，既為含油層系的烴源巖地層，又為煤田、鈾礦的產(chǎn)儲層。頂部新生代山間盆地上發(fā)育的棕紅色粗碎屑巖層沉積可在盆地一定范圍內(nèi)作為尋找煤田的標(biāo)志層。

伊犁盆地中新生代煤系主要為3套構(gòu)造層，地層沉積順序為：底部石炭系為煤系地層基底，二疊系、三疊系小泉溝群為盆地中含煤層系的下伏地層，頂部古近系為蓋層。中—下侏羅系的水西溝群地層中具有含煤地層，以伊梨地區(qū)的侏羅系水西溝群地層為例，其中已發(fā)現(xiàn)了13個含煤地層，頂部含煤地層主要分布于盆地南緣西部洪海溝地區(qū)。

伊犁盆地內(nèi)的伊寧凹陷是目前伊犁盆地地層保存最全、沉積厚度最長、持續(xù)沉降時間最大的穩(wěn)定凹陷單元。孟福印等[8]研究認(rèn)為伊寧凹陷聚煤地層與紅層分布具較密切的關(guān)系，通過含煤巖石地層分析，發(fā)現(xiàn)有3套紅層，即三疊系小泉溝群紅層、侏羅系水西溝群紅層和古近紀(jì)紅層。在伊寧凹陷內(nèi)三疊系小泉溝群沉積厚達(dá)650～750 m，為一套厚度穩(wěn)定的紫紅色泥巖、粉砂巖、砂巖夾礫巖的碎屑沉積物，對二疊紀(jì)以前的基地起到填平補齊的作用，相當(dāng)于煤層底板。侏羅系水西溝群包含八道灣組、三工河組沉積層，水西溝群發(fā)育2套紅層：一套紅色巖層位于八道灣組內(nèi)部，將八道灣組分為2套煤層，八道灣組內(nèi)發(fā)育的紅層巖性主要為褐紅—暗紅色的泥巖、碎屑巖，含有菱鐵礦結(jié)核；另一套紅層位于三工河組內(nèi)，局部發(fā)育為不穩(wěn)定沉積，巖性為紅色中—粗砂巖夾泥巖、粉砂巖沉積，也含有菱鐵礦結(jié)核。八道灣組內(nèi)發(fā)育的紅層以及三工河組內(nèi)發(fā)育的紅色巖層均呈透鏡狀、楔狀，厚0～88.4 m，且局部分布。古近紀(jì)紅層巖性主要為沖(洪)積扇的粗碎屑巖，產(chǎn)狀平緩、分布范圍廣，為煤田的蓋層頂板[9]。

圖2 伊犁盆地水西溝群地層(S3層)沉積特征及巖相剖面

經(jīng)伊犁盆地含煤巖石地層分析，發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)有數(shù)套紅層在一定程度上可作為煤田的標(biāo)志層：①下紅層(三疊系小泉溝群紅層)，可作為煤層的底板標(biāo)志層，進行找煤勘查時一旦鉆遇下紅層，應(yīng)立即停鉆，以降低勘查風(fēng)險；②上紅層(古近紀(jì)紅層)，在一定程度上可作為煤田的頂板標(biāo)志層，找煤勘查時一旦鉆遇上紅層，則應(yīng)注意取全、取準(zhǔn)錄井相關(guān)資料，為下部勘查工作提供必要的參考；③水西溝群煤系段中分布2套紅層，其中八道灣組內(nèi)發(fā)育的紅層巖性主要為褐紅—暗紅色的泥巖、碎屑巖，且含有菱鐵礦結(jié)核，分布穩(wěn)定、范圍廣，是一套較可靠的煤系對比標(biāo)志層[10-11]。

4 結(jié) 論

(1)伊犁盆地是一個天山造山帶內(nèi)夾持的具震旦紀(jì)基底的微地塊，屬山間復(fù)合盆地。其構(gòu)造演化大致經(jīng)歷了晚古生代石炭紀(jì)裂谷階段、二疊紀(jì)裂陷—擴張坳陷階段、三疊紀(jì)繼承性坳陷階段、侏羅紀(jì)擴展斷陷、白堊紀(jì)隆升剝蝕、古近紀(jì)又繼續(xù)斷陷階段，即4期構(gòu)造運動和5個成盆發(fā)育期。

(2)伊犁盆地現(xiàn)今的構(gòu)造格局主要受NWW、NEE、近EW—EW、NW及NE向X型剪切斷裂等4組斷裂控制，該4組斷裂大部分表現(xiàn)出先期張性正斷、后期高角度逆沖演化的特征。

(3)伊犁盆地含煤層系的分布除受構(gòu)造控制外，也受到沉積環(huán)境的控制。中—下侏羅系水西溝群地層是目前盆地內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的主要含煤地層。此外，含煤地層上下底板、含煤層系間發(fā)育2套紅色碎屑巖沉積，頂部古近紀(jì)紅層可能是未來的找煤潛力地層。

(4)伊犁盆地經(jīng)歷了沉降、隆升、再沉陷和再不均勻抬升等多個構(gòu)造震蕩過程，發(fā)育了由沖積扇、河流相、河流三角洲、湖泊相(扇三角洲)等多類型陸相沉積體系，因而形成了煤炭、油氣和砂巖型鈾礦等多種沉積礦產(chǎn)，其中高位體系域為主要的賦煤層段，湖侵體系域為砂巖型鈾礦的主要目標(biāo)層，低位體系域為油氣潛力層。

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Tectonic Evolution of the Coal-bearing Strata and Coal Accumulating Geological Characteristics of Yili Basin,Xinjiang

Wang Zhongyang Jia Zhiyong Guo Lichao

(No.216 Geological Party,China National Nuclear Corporation)

In order to study the geological characteristics of the coal-bearing strata in Yili basin,based on the outcrop and core data,taken the theory of sequence stratigraphy and sedimentology as the guidance,the tectonic characteristics and sedimentary evolution characteristics of Yili basin are analyzed,the stratigraphic framework of the coal-bearing rock series and the spatial distribution regularities of coal-rich zone of Yili basin are discussed in depth.Based on the above analysis results,the coal accumulating geological characteristics and coal prospecting direction of Yili basin are analyzed.The above analysis results related to the tectonic evolution of coal-bearing strata and coal accumulating geological characteristics of Yili basin can provide some reference for the exploration and development of coal resources,besides that,it also has some reference for the development and utilization of the coal resources in Yili basin.

Yili basin, Coal-bearing strata, Tectonic characteristics, Sedimentary evolution characteristics, Stratigraphic framwork, Spatial distribution regularity

2016-08-21)

王忠陽(1978—)，男，工程師，碩士，830011 新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市北京南路467號。