陆上沉积环境

如题所述

含煤岩系的陆上沉积环境也可称为浅覆水沉积环境,最大特点是:

1)水体浅,主要为滨浅湖、河流沉积体系以及滨海、海陆交互相沉积体系的浅水部分。包括扇前洼地沼泽、扇间平原沼泽、河漫沼泽、泛滥平原沼泽、水上三角洲分流平原沼泽、水下三角洲分流平原沼泽、滨海沼泽、滨湖沼泽等等多种以浅水环境为主的沉积微相。此类沉积环境主要发育于沉降速率较小、水体较浅、沉积环境相对比较稳定的含煤盆地,如克拉通内坳陷型、陆内坳陷型含煤盆地;也发育于过饱和充填环境,沉积速率与沉降速率基本持平甚至沉积速率高于沉降速率的部分类前陆型含煤盆地及陆内裂(断)陷型含煤沉积。

2)植物群落以木本植物为主,常形成森林沼泽,有利于泥炭沼泽的形成。

3)岩性变化较大,在地质、地理条件适宜的区带形成富煤带,属富煤贫泥沉积。

4)氧化-弱氧化条件,受氧和喜氧微生物作用,使植物遗体中的木质素、纤维素及早期形成的凝胶化组分,易于转变成富碳、贫氢、以凝胶化物质占优势的丝炭化组分(丝煤)。

5)丝煤是化学性质稳定的惰性物质,成岩后即转化为煤中的惰质组,从而使含煤岩系有机质显微组分中镜质组、惰性组含量较高。由于以高位沼泽为主,易于形成富丝炭化的贫氢煤,只能形成煤成气,而不利于形成煤成油。

6)高位沼泽的介质条件使植物组织分解合成的腐殖酸不易转化成腐殖酸盐而沉淀,腐殖酸的大量堆积将使介质的酸度增强,微生物活动减弱,易于形成富沥青质的泥炭。例如广泛分布于大华北地区的二叠纪、川中-川东地区晚三叠世、松辽盆地沙河子组含煤岩系都是这类型沉积的代表。

华北地区石炭系—二叠系总体为海退层序,王德发等(1988)将其归为五种沉积体系:滨岸-浅海沉积体系;潮坪沉积体系;分流平原沉积体系;河流冲积平原沉积体系;冲积扇沉积体系。

上述沉积体系在华北地区山西组显示的比较全面,此时全华北区呈现以分流平原及潮坪为主的古地理面貌。在北部古陆山脚边缘发育有冲积平原,冲积平原以辫状河或低弯度砂质河及泛滥平原的砂砾岩及泥质岩为主;向南的广大地区,主要发育潮坪相带,在潮坪带内分布有较多的分流河道,植物茂盛,水系发育,构成了潮坪带上分流河交错分布的古地理景观。在剖面上组成为混合坪薄互层砂泥岩夹煤层及分流河道砂,为形成岩性型煤成气藏提供了有利的“三明治式”生储组合(图8-40),也决定了以生成煤成气为主的特点。

罗铸金等(1988)对鄂尔多斯盆地石炭纪—二叠纪含煤岩系干酪根镜鉴资料研究,无定形组分含量普遍较少,大部分样品都不超过10%(49块样品统计);显微组分中壳质组含量很低,含量为零和低于5%者占统计样品(30个岩样)的80%,镜质组含量>60%者占97%,显微组分以镜质组及惰性组为主;H/C原子比均<1,氢指数多<150mg烃/g有机碳(图8-41)。

图8-40 华北地区山西组沉积时古地理示意图

图8-41 鄂尔多斯盆地石炭纪—二叠纪含煤岩系氢指数与氧指数关系图

戴金星等(2000)总结了鄂尔多斯盆地183个煤样的分析数据(图8-42),全盆地煤的显微组分组成平均值为:镜质组51.2%、惰性组45.7%、壳质组+腐泥组3.1%,都充分地反映了鄂尔多斯盆地含煤岩系的沉积环境总体以陆上浅覆水沉积环境和以生成煤成气为主的特点。

图8-42 鄂尔多斯盆地煤显微组分组成三角图

(a)中生代煤;(b)石炭纪―二叠纪煤

四川盆地上三叠统由海相到海陆交互相到陆相退覆型含煤沉积的特点,决定了晚三叠世的水域变浅,含煤岩系沉积缺乏还原和强还原条件的深水和半深水湖相沉积,以弱还原-弱氧化的浅湖、湖沼相沉积为主。特别是印支运动中幕(安县运动)使龙门山褶皱成山,须家河组上段(即“须上盆”(须家河组四段—五段))水体更浅,以内陆浅坳陷湖沼相含煤沉积体系为主,其聚煤古地理环境主要为内陆河湖三角洲平原低地;煤的显微组分组成总体也显示了浅覆水具弱氧化特征,富含镜质组和惰性组,其平均值分别为69.4%和28.0%,壳质组+腐泥组很低,仅为2.6%(图8-43)(戴金星,2000)。

图8-43 中国南方三叠纪煤显微组分三角图

(据戴金星等,2000)

演怀玉等“六五”期间的研究成果表明,四川盆地上三叠统含煤岩系具有西深东浅特点,盆地东部常出现高—中位泥沼,煤岩的显微组分及煤岩类型从川西至川东也变化明显,镜质组含量从95%(川西)递减为65%(川东),惰性组则从5%(川西)递增至30%(川东);煤岩类型西部以微镜煤、微镜煤-微镜惰煤为主要类型,东部以微镜惰煤为主(图8-44)。煤岩显微组分的变化既显示了水体自西向东变浅,也导致了生成煤成烃的潜力从西部向东部逐渐变差,从西部生烃强度>50×108m3/km2至东部降低为<10×108m3/km2

图8-44 四川盆地上三叠统显微煤岩类型分布图

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