从煤炭资源蕴藏量和品种看,内蒙古东部地区与山西省有什么不同点?
从煤炭的蕴藏量和品种看,山西省煤炭储量占全国的1/3,矿种齐全、媒质优良、埋藏浅;内蒙古东部煤炭处在我国北方露天矿群的集中地带,储量占全国的1/10、矿种单一、媒质中等,地质构造简单、煤层厚、埋藏浅。从开采条件看,两地都较优越,适宜露天开采和大规模开采。 2.比较分析内蒙古东部地区与山西省煤炭资源开发的区位和交通条件。【点拨】山西地处我国中部,有京包、石太等铁路通过,临近北京、天津、郑州、洛阳、西安、咸阳等工业中心,与上海、沈阳、武汉等相距不远,煤、电输送都较近便。内蒙古东部紧靠能源有缺口的东北重工业基地,有滨洲线、京通线、通霍线等铁路,临近哈尔滨、长春、沈阳、北京等工业中心,运输煤炭也较近便。
1.煤层气富集规律与模式
通过对国内外中高煤阶含煤盆地的研究发现,在大的区域背景下具有向斜富集特征。美国圣胡安盆地,在煤田或二级构造带具有这种规律,无论考虑煤阶的影响与否,在向斜的核部,煤层含气量都较高,呈现盆地边缘往盆地中心含气量增加的特征(图11-10)。中国沁水盆地也具有向斜富气的规律,该盆地剖面形态上为一个完整的复式向斜盆地,向斜部位含气量明显高于两翼。沁水盆地复向斜南部地层宽阔平缓,地层倾角平均只有4°左右,区内低缓、平行褶皱普遍发育,展布方向以北北东向和近南北向为主,呈典型的长轴线型褶皱。晋城地区煤层气分布普遍是背斜轴部含气量低,为5~15m3/t,特别是潘庄矿西部的马村背斜更加明显,而向斜轴部和翼部煤层含气量高,均高于15m3/t(图11-11)。
图11-10 圣胡安盆地Fruitland组煤层含气量等值线
图11-11 沁水盆地晋城地区地质构造形态与3#煤含气量关系
O2f—峰峰组;C2b—本溪组;C3t—太原组;P1s—山西组;P1x—下石盒子组;P2s—上石盒子组
向斜富气是构造演化、水动力条件以及封闭条件综合作用的结果。煤层气向斜富集模式可以用图11-12进行描述,在一个区域向斜构造背景下,往向斜轴部方向,由于大气渗入水沿着边缘露头向轴部低水势方向汇聚,形成向斜区汇水区,矿化度高,在边缘隆起区可形成侧向水封堵,形成良好的保存条件;向斜轴部比边缘部分煤层上覆地层厚度大,煤层维持更高的地层压力,煤层气吸附量大;从构造的角度看,向斜轴部是地层沉降幅度大的区域,由于沉降深埋,煤层可以进行充分的热演化,有助于生气,同时轴部构造活动稳定,断裂、裂缝不发育和盖层稳定,均有利于煤层气的富集。因此,在向斜构造中,一般具有轴部高含气量、往边缘隆起含气量降低直至风氧化带的分布特点。
图11-12 煤层气向斜构造富气模式
2.世界主要已开发煤层气的分布特征
在泥盆纪陆生维管植物出现之前,世界上没有发育经济厚度的煤层(图11-13)。随着维管植物的演化和分异,泥炭沼泽大规模形成,成为具有工业意义煤层的主要来源。世界上煤层主要分布在石炭-二叠纪、三叠-侏罗纪和白垩-古近纪3个时期,99%以上的煤炭资源分布在这些层系(Pashin,1998)。据统计,大约40%煤炭资源来自石炭-二叠系,10%来自三叠-侏罗系,50%来自白垩-古近系。多数古生界的煤层成熟度较高,往往形成热成因气,而更年轻的煤层成熟度较低,形成的煤层气中生物气和次生生物气占有较大比例。
图11-13 世界主要煤层气产区煤层层系分布
根据美国USGS(2007)的统计结果,截至2006年底,美国煤层气产量66%来自西部的圣胡安盆地白垩系煤层,以热成因气为主,部分有生物成因气贡献;12%来自西部粉河盆地古近系煤层,主要为次生生物气;13%来自东部的拉顿和阿巴拉契亚盆地的上石炭统煤层;其余来自其他中小盆地。
加拿大煤层气主要产自西加拿大前陆盆地,该盆地是一个大型沉积盆地,属于落基山前陆盆地的一部分,在拉腊米造山运动中,没有破裂成众多小盆地。侏罗纪和早白垩世沉积的含煤地层,面积达13×104km2,煤层厚度最大达10m以上。盆地最西部由于埋藏深度较大,煤变质程度最大,Ro达到20%以上,盆地东部煤变质程度较低。煤层气开发主要集中在艾伯塔省中南部地区,煤层从西向东分为3个组,即古近系Ardley组、上白垩统Horsehoe Canyon 组、下白垩统 Mannville 群,其中 Horsehoe Canyon 组为主要煤层气产层。
澳大利亚煤层气主要产自东部含煤盆地,包括悉尼盆地和鲍恩盆地二叠系煤系、苏拉特盆地侏罗系煤系。澳大利亚煤层气以中低煤阶煤层气为主,次生生物气是重要的成因类型。
中国煤层气主要分布在东部、中部、西部和南方4个大区,地质资源量分别占全国总量的31%、28%、28%和13%。按盆地统计,煤层气资源集中分布在鄂尔多斯、沁水等9个地质资源量超过1×1012m3的含气盆地(群)中,其中鄂尔多斯盆地资源量最大,占全国的27%;其次为沁水盆地,占全国的11%。目前煤层气产量主要来自沁水盆地和鄂尔多斯盆地石炭系-下二叠统煤层,东部阜新盆地有少量白垩系煤层气产出。
如果用我国各省区煤炭资源在全国煤炭资源中所占的比重来衡量,新疆的煤炭资源是最多的。新疆煤炭资源的特点可以概括为量大、面广、质好、单层厚度大、品种牌号齐全等。
(一)新疆煤炭资源量位居各省区之首
新疆地域辽阔,煤炭资源丰富。已发现大大小小的含煤盆地有 27 个,含煤岩系分布面积约 31 万平方千米。全疆预测 2000 米以浅煤炭资源量 2.19 万亿吨,占全国预测资源总量的40%,居全国首位。目前已发现煤矿产地 187 处,其中大型煤矿 20 处,中型煤矿 57 处。已探明储量 345 亿吨,在全国居第五位。煤层多、厚度大,煤层单层最大厚度达 146.95 米。煤层相当部分出露地表或埋藏较浅,不少矿区可露天开采。煤的品种、牌号齐全,煤质优良。
根据新疆煤炭资源赋存和区域地质特征,区内划分为阿勒泰、准噶尔、天山、塔里木和昆仑 5 个含煤区,进一步划分出 27 个含煤盆地,57 个煤田(煤产地或煤矿点)。在 27 个含煤盆地中,煤炭资源主要分布在准噶尔含煤盆地、准噶尔界山山间盆地、吐哈含煤盆地、伊犁含煤盆地,其他含煤盆地资源量较少。由于塔里木、吐鲁番、准噶尔等盆地中心地带煤层埋藏深,埋藏深度超过了 3000 米,现阶段的技术条件不具备开采价值,含煤盆地的资源只预测到 2000米以浅。预测资源量主要分布在准噶尔含煤盆地和天山山间含煤盆地内,塔里木盆地北缘也有部分分布,其他地区量少。
在 57 个煤田(煤产地)和煤矿点中,煤炭资源主要集中在准东煤田、沙尔湖煤田、伊宁煤田、吐鲁番煤田、大南湖-梧桐窝子煤田、准南煤田、哈密煤田、托克逊煤田、托里-和什托洛盖煤田、库车-拜城煤田等主要煤田内。
预测资源量超过 100 亿的煤田有:准东煤田、沙尔湖煤田、伊宁煤田、吐鲁番煤田、大南湖-梧桐窝子煤田、准南煤田、哈密煤田、鄯善煤田、达坂城煤田、三塘湖煤田、罗布泊煤田、库米什煤田、昭苏-特克斯煤田、泥勒克煤田、焉耆煤田、喀姆斯特煤田、淖毛湖煤田、巴里坤煤田、野马泉煤田、后峡煤田、托克逊煤田、和布克塞尔煤田、托里-和什托洛盖煤田、库车-拜城煤田等 24 个,约占预测资源量的 98%,其中预测资源量超过 1000 亿吨的煤田有准东煤田、沙尔湖煤田、伊宁煤田、吐鲁番煤田、大南湖-梧桐窝子煤田等 5 个,约占预测资源总量的 60%。
含煤地层以侏罗系中、下统陆相含煤建造为主,特别是在北疆和东疆分布面积广、含煤性好,其煤炭资源量约占资源总量的 99.9%,其中中侏罗统的煤炭资源量占 73.2%。如果把侏罗系覆盖层掀开来看,新疆侏罗系的煤层就是一个煤的海洋。石炭系、二叠系含煤地层仅在个别点上有分布,而且面积小,厚度薄而不稳定,含煤性差,不成规模。
(二)新疆主要煤田的含煤特征
大南湖-梧桐窝子煤田:位于哈密南部,主要含煤地层为侏罗系中统西山窑组,含煤 20余层,平均煤层总厚 75 米。煤种以长焰煤、褐煤为主。煤层埋深在 1000 米以浅,构造以宽缓的背斜、向斜为主,两翼煤层倾角一般为 5°~ 35°。水文地质条件简单,已具备开发条件。
沙尔湖煤田:位于哈密西南部,含煤地层为侏罗系中统西山窑组,含煤 20 余层,煤层总厚 180 余米。煤种以长焰煤、褐煤为主。戈壁沙漠地貌,煤层埋深在 1000 米以浅,构造以宽缓的背斜、向斜为主,两翼煤层倾角一般为 5°~ 45°。干旱缺水,水文地质简单。
三塘湖煤田:位于巴里坤县北,含煤地层为侏罗系中统西山窑组、下统为八道湾组,含煤3 ~ 7 层,煤层厚度 20 余米。煤种为长焰煤。戈壁沙漠地貌,煤层埋深 0 ~ 2000 米,构造以宽缓的背斜、向斜为主,两翼煤层倾角一般为 5°~ 35°。干旱缺水,水文地质简单。
淖毛湖煤田:位于伊吾县东部,含煤地层为侏罗系中统西山窑组、下统三工河组,含煤 9层,煤层厚度 17 ~ 35 米。煤种为长焰煤。戈壁沙漠地貌,煤层局部出露地表,深部超过 1000米。构造以宽缓的背斜、向斜为主,两翼煤层倾角一般为 15°~ 35°。干旱缺水,水文地质条件简单。
哈密煤田:位于哈密西部,含煤地层为侏罗系下统八道湾,含煤 2 ~ 4 层,煤层总厚 15 米。煤种为长焰煤、不黏结煤。戈壁沙漠地貌,煤层埋深在1000米以浅,地质构造为一复式向斜构造。发育次一级背向斜构造,向斜宽缓,地层倾角 5°~ 25°。断层稀少,水文地质由简单至较复杂。
准东煤田:位于吉木萨尔县、奇台县、木磊县境内,主要包括老君庙、北塔山、火烧山、滴水泉、吉木萨尔等矿区,地表全为戈壁沙丘。含煤地层为侏罗系中统西山窑组、下统八道湾组,西山窑组含煤 1 ~ 16 层,煤层总厚 60 余米。八道湾组含煤 1 ~ 4 层,煤层厚度 5 ~ 7 米。煤种为长焰煤、不黏结煤。水文地质条件简单。煤层埋深在 1000 米以浅,构造以宽缓的背斜、向斜为主,两翼煤层倾角一般为 5°~ 40°。开采技术条件好,可供建设大型煤矿的后备资源。
库车-拜城煤田:位于库车、拜城县城北部,含煤地层为侏罗系中统克孜勒努尔组,下统杨霞组、塔里其克组,含煤 5 ~ 16 层,煤层总厚 8 ~ 55 米。煤种为瘦煤、焦煤、气肥煤、长焰煤、不黏结煤等。水文地质由简单至较复杂,煤层由东向西,倾角由缓倾斜变为急倾斜。各矿区煤层赋存浅、开采技术条件好。
准南煤田:东起吉木萨尔县水西沟,西至乌苏县四棵树,含煤地层为侏罗系中统西山窑组、下统八道湾组。西山窑组含煤 40 余层,煤层总厚 50 余米,局部可达 100 多米。煤种为气煤、长焰煤、不黏结煤等。下统八道湾组,含可采煤层 10 余层,煤层总厚度 8 ~ 68 米,煤种为焦煤、气肥煤、气煤等。低山丘陵地貌,煤层埋深较浅,部分出露地表,深部超过 1000 米。构造以背斜、向斜为主,两翼煤层倾角一般为 5°~ 40°。煤层倾角东西两头缓中间陡,开采技术条件较好,水文地质条件由简单至较复杂。
伊宁煤田:位于伊宁市北部和南部察布查尔,含煤地层为侏罗系中下统水西沟群的西山窑组、三工河组、八道湾组,含 12 ~ 15 层,煤层总厚 40 余米。煤种为长焰煤、不黏结煤等。地质构造为一北西西向展布的复向斜构造和开阔的不对称复向斜构造。水文地质条件由简单至较复杂,可供建设大型煤矿的后备资源。
尼勒克煤田:位于伊宁市东部的喀什河谷地带,含煤地层为侏罗系中统西山窑组、下统八道湾组,含煤 22 层,煤层厚度 33 ~ 101 米,可采煤层 11 层,厚度 40 ~ 59 米。煤质为低硫、低磷、低灰的不黏结煤、气煤等。构造以背斜、向斜为主,两翼煤层倾角一般为 45°~ 75°。断层较发育,水文地质条件由简单至较复杂。开采技术条件好。
托里煤田:位于托里县及额敏县境内,含煤地层为侏罗系中统西山窑组、下统八道湾组,含煤 33 层,厚度为 15 ~ 36 米,煤种为长焰煤、不黏结煤等。为一向北倾斜的单斜构造,地层倾角 12°~ 33°。断层较少。水文地质条件由简单至较复杂。
和什托洛盖煤田:位于和布克塞尔县和什托洛盖镇东,含煤地层为侏罗系中统西山窑组。含可采煤层 12 层,平均煤层厚 10 米。煤种为长焰煤、不黏结煤等。构造位置处于和什托洛盖盆地中段北侧,地层平缓,南倾单斜构造,倾角 9°~ 22°,断层较少。水文地质条件由简单至较复杂。
托克逊煤田:位于托克逊县西部,主要含煤地层为侏罗系中统西山窑组、下统八道湾组。含煤层数最多可达 30 层,可采煤层 1 ~ 8 层,煤层总厚为 9 ~ 12 米,煤种为长焰煤、不黏结煤等。构造为一宽缓的背斜、向斜构造,地层倾角 15°~ 45°,断层较少。水文地质条件由简单至较复杂。
艾维尔沟煤田:位于乌鲁木齐东南,主要含煤地层为侏罗系中统西山窑组、下统八道湾组,含煤层数最多可达 32 层,可采煤层 1 ~ 8 层,可采总厚 9 ~ 22 米,煤种为瘦煤、焦煤、气肥煤、长焰煤、不黏结煤等。总体为南倾单斜构造,地层倾角 20°~ 70°,西陡东缓,断层较发育。水文地质条件复杂。
吐鲁番煤田:位于吐鲁番市东,含煤地层为侏罗系中统西山窑组、下统八道湾组,含煤 9 层可采 8 层,平均可采厚 51.1 米。地质构造为不对称的东西向向斜,北翼地层陡立,南翼缓倾斜,煤层倾角20°~80°,断层不发育。煤种为长焰煤、不黏结煤等。水文地质条件由简单至较复杂。
(三)新疆煤质分布特征
新疆煤质种类较齐全,多以中低变质的长焰煤、不黏结煤和弱黏结煤为主。其次为中变质的气煤、肥煤和焦煤。高变质烟煤和无烟煤以及褐煤仅在部分矿点有分布。高变质烟煤和无烟煤分布在石炭系和二叠系含煤地层中,中低变质的烟煤分布在侏罗系含煤地层中。褐煤仅在克拉玛依、和什托洛盖、大南湖煤田等侏罗系中有发现。炼焦用煤在艾维尔沟、阜康、库车、拜城、他什店、尼勒克、巴里坤、哈密野马泉等地有分布,其他地区均以长焰煤、不黏结煤、弱黏结煤居多。其中,可供炼焦的气煤、肥煤、焦煤和瘦煤占预测资源总量不到 20%,炼焦用煤相对较少。
侏罗系煤层的宏观煤岩类型以半亮煤和半暗型居多,成条带状分布。显微煤岩组分多以亮暗煤和暗亮煤为主,有机组分中以镜质组和丝质组为主,半镜质组和稳定组分较少。镜质组最大反向率一般在 0.4% ~ 0.7% 之间。煤中的无机质组分和矿物质以粘土类和黄铁矿居多,多以条带状和侵染状散布于煤层中。
石炭纪、二叠纪的煤层为富灰-中灰、特低硫-低硫煤。侏罗纪的煤层多为中灰-低灰、中硫-特低硫煤,是良好的动力用煤和炼焦配煤。
西北赋煤区已发现煤炭资源 1040.20亿吨。其中:洁净潜势好的煤炭资源占73.22%,洁净潜势较好的煤炭资源占22.99%,洁净潜势中等的煤炭资源占0.53%,洁净潜势较差的煤炭资源占0.71%,洁净潜势差的煤炭资源占2.55%。洁净潜势好和较好的煤炭资源占全区已发现煤炭资源的96.21%,煤炭资源洁净潜势在五个赋煤区中属于最好的(表10-4)。其中,准北天山、准东、三塘-淖毛湖和焉耆四个含煤区已发现煤炭资源全部为洁净潜势好和较好的煤炭资源。洁净潜势差的煤炭资源比例较高的有内蒙古甘宁边含煤区20.92%、西宁-兰州含煤区16.78%,洁净潜势差的煤炭资源数量较大的含煤区是准南含煤区。塔东含煤区和尤尔都斯含煤区的煤炭资源均为未发现煤炭资源,不在本次评价范围之内。
表10-4 西北赋煤区已发现煤炭资源洁净等级分布一览表 (103t)
准北天山含煤区主要含煤地层为下侏罗统八道弯组和中侏罗统西山窑组。煤的灰分产率为11.58%~23.91%,硫分为0.57%,全部为洁净潜势好和较好的煤炭资源。
准东含煤区的主要含煤地层为下侏罗统八道弯组和中侏罗统西山窑组。西山窑组原煤灰分产率为8.99%~21.54%,硫分小于1.0%;八道弯组原煤灰分产率为20.79%~24.97%,硫分小于1.0%。该含煤区全部为洁净潜势好和较好的煤炭资源。
准南含煤区的主要含煤地层为下侏罗统八道弯组和中侏罗统西山窑组。八道弯组原煤灰分产率为7%~27%,硫分小于1.0%;西山窑组原煤灰分产率为9.97%~24.56%,硫分小于1.0%。该含煤区的煤炭资源全部为洁净潜势好和较好的煤炭资源。
三塘-淖毛湖含煤区的主要含煤地层为下侏罗统八道弯组和中侏罗统西山窑组。煤的灰分产率为7.36%~16.50%,硫分为0.70%~1.14%。该含煤区全部为洁净潜势较好的煤炭资源。
焉耆含煤区的主要含煤地层为下侏罗统八道弯组和中侏罗统西山窑组。煤的灰分产率为4.29%~18.36%,硫分为小于1.0%。该含煤区全部为洁净潜势好和较好的煤炭资源。
吐-哈含煤区的主要含煤地层为下侏罗统八道弯组和中侏罗统西山窑组。煤的灰分产率为6.98%~21.81%,硫分为0.19%~1.72%。该含煤区洁净潜势好和较好的煤炭资源占到全区已发现煤炭资源的99.68%。没有洁净潜势差的煤炭资源。
塔北含煤区的含煤地层为下侏罗统塔里奇克组和中侏罗统克孜勒努尔组。煤的灰分产率为13.00%~22.60%,硫分为0.34%~1.91%。该含煤区洁净潜势好和较好的煤炭资源占到全区已发现煤炭资源的99.01%。没有洁净潜势差的煤炭资源。
塔西含煤区的含煤地层为下侏罗统康苏组和中侏罗统杨叶组。煤的灰分产率为13%,硫分为1.02%~3.58%。该含煤区洁净潜势较好的煤炭资源占22.94%。洁净潜势差的高硫煤炭资源占4.57%。
伊犁含煤区的含煤地层为下侏罗统八道弯组和中侏罗统西山窑组。煤的灰分产率12.72%,硫分一般为0.29%~1.98%,个别点达到3.99%。洁净潜势好和较好的煤炭资源占97.22%,洁净潜势差的高硫煤炭资源占0.57%。
柴北含煤区的含煤地层为中侏罗统大煤沟组和上石炭统扎布萨尕秀组。煤的灰分产率为12%左右,硫分为0.20%~4.90%。洁净潜势好和较好的煤炭资源占93.72%,洁净潜势差的高硫煤炭资源占5.57%。
中祁连含煤区的含煤地层有石炭系—二叠系太原组、羊虎沟组,中侏罗统木里组及江仓组,上三叠统尕日得组。太原组原煤灰分产率为10.70%~15.05%,硫分为0.49%~3.64%;尕日得组原煤灰分产率为18%,硫分为0.21%~2.45%;木里组煤灰分产率为15.01%~22.34%,硫分为0.25%~0.49%。洁净潜势好和较好的煤炭资源占92.45%,洁净潜势差的高硫煤炭资源占4.16%。
西宁-兰州含煤区的含煤地层有中侏罗统窑街组、阿干镇组、元术尔组与小峡组。窑街组、阿干镇组原煤灰分产率为6.23%~14.11%,硫分为0.33%~1.73%;元术尔组与小峡组煤灰分产率为26.41%,硫分为0.44%~2.30%。该区洁净潜势好和较好的煤炭资源占76.72%,洁净潜势差的高硫煤炭资源占16.78%。
北山潮水含煤区的含煤地层有中侏罗统娑婆泉群和青土井群。公婆泉群原煤灰分产率为20.56%,硫分为0.50%~3.79%。青土井群煤灰分产率为20%左右,硫分为0.44%。该区洁净潜势好和较好的煤炭资源占98.37%,洁净潜势差的高硫煤炭资源占1.63%。
北祁连走廊含煤区的含煤地层有石炭系—二叠系太原组、山西组,中侏罗统中间沟组,上三叠统南营儿群。石炭—二叠纪原煤灰分产率为19.02%~33.02%,硫分在0.54%~2.54%之间;中间沟组原煤灰分产率为13.65%~16.10%,硫分介于0.32%~0.42%之间;南营儿群为中灰、低硫煤。该区洁净潜势好和较好的煤炭资源占35.01%,洁净潜势差的高硫煤炭资源占6.58%。
甘宁内蒙古边含煤区的含煤地层有石炭系—二叠系太原组、山西组、羊虎沟组,中侏罗统龙凤山组或延安组,上三叠统南营儿群。石炭-二叠纪原煤灰分产率为21.77%~24.95%,硫分为1.69%~5.72%;中侏罗世原煤灰分产率为10.35%,硫分为0.21%~0.37%;南营儿群煤灰分产率为9.01%~16.67%,硫分为0.97%~2.51%。该区洁净潜势好和较好的煤炭资源占72.59%,洁净潜势差的高硫煤炭资源占20.92%。
(一)计算范围的变化
与以往煤层气资源量计算范围相比,本轮资源评价的范围有所扩展且更加合理。
1.评价区域全面
本轮资源评价的范围包括东部区、中部区、西部区、南方区、青藏区5大区、42个含气盆地(群)、121个含气区带,基本上覆盖了全国煤层气资源的主要分布区。
本轮资源评价的评价层次包括大区、含气盆地(群)、含气区带与计算单元,首先评价出计算单元的资源量,然后汇总得到含气区带、含气盆地的煤层气资源量,进一步汇总得到大区、全国的煤层气资源量。
本轮资源评价还开展了全国22个重点矿区的煤层气资源评价,查明了煤矿区煤层气资源分布以及资源消耗、利用状况,评价了22个矿区146对矿井的煤层气资源开发潜力。
2.增加了褐煤区煤层气资源
以往的煤层气资源量评价一般未将褐煤区蕴藏的煤层气资源计算在内,此次评价工作增加了褐煤区的煤层气资源量。我国许多含气盆地都有褐煤分布,二连盆地群的煤炭资源全部为褐煤,西北地区的准噶尔和吐哈盆地褐煤资源非常丰富,此外东北地区的海拉尔、依兰、平庄、营城长春,华北的冀北盆地,以及南方的滇中、桂中等盆地也都有褐煤分布。我国褐煤区煤层气资源量达到3.88×1012m3,占总资源量的10.53%。
3.以煤层内所含气体成分确定风化带深度
煤层气风化带下限作为计算单元埋深划分的界线,将甲烷百分比浓度<80%所对应的地层深度作为煤层气风化带的下限,即评价上限。2000年评价时统一将煤层气资源计算的上限—风化带统一定在煤层埋深300m处,而本轮主要是依煤层内所含气体的成分确定风化带的深度。通过分析后发现,有些盆地(如沁水盆地)的计算单元煤层气风化带浅于300m,只有100m甚至更浅,而鄂尔多斯等盆地的煤层气风化带超过300m,达到500m或800m。而川南黔北、湘中、长江下游、苏浙皖边和浙赣边5个含气盆地群的平均增减幅为10%,其中川南黔北和湘中这两个主要含气盆地群的减幅分别为7%和2%,主要由起算深度的变化导致计算边界的确定方法不同所致。
(二)采用了最新的煤炭资源量数据
在2000年的煤层气资源评价工作中,煤层气资源计算的基础数据之一——煤炭资源分布数据完全采用第三次全国煤炭资源预测与评价成果,煤炭预测资源量以中国煤田地质总局批准的全国第三次煤田预测资料为准。而此次煤层气资源评价在采用第三次全国煤炭资源预测与评价成果的基础上,利用了最新的煤炭勘探与煤矿生产数据。第三次煤田预测的煤炭资源量为55697.49×108t,本轮资源评价计算的煤炭资源量为59523.58×108t,增加了3826.09×108t。如在开展豫西含气盆地煤层气资源评价时,充分地利用了新的煤田地质勘探资料,使得参与煤层气资源评价的煤炭资源量增加了24.21×108t。
(三)计算参数取值有所变化
本轮资源评价,在煤炭资源边界的确定、含气量取值方法等资源量计算参数方面都有所变化。例如本轮评价河西走廊含气盆地群地质资源量为1171.47×108m3,2000年评价为2924.94×108m3,减少了1753.47×108m3。河西走廊含气盆地群资源量大幅减小的主要原因来自两方面的人为因素,一是起算边界,上次为300m,本轮按甲烷浓度80%确定的风化带深度为600m,显然比上次起算深度大,因此参与计算的含煤面积减少,煤炭储量减少,煤层气资源量也就减少;二是含气量取值方法,上次为类比法,本次为等温吸附法。评价规范和做法不同必然引起评价结果的差异。
聚煤作用的发生与地史期古构造、古地理、古气候和古植物等因素密切相关,聚煤盆地则是各种成煤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。
20世纪80年代以来,我国在煤地质学领域的研究工作有了很大的进展,特别是对一些地区聚煤盆地的研究,在理论和方法上都取得了卓有成效的成果。与此同时,各省(自治区)在煤炭资源远景调查和研究过程中,又发现了一批新的煤田和煤产地,通过所获取的丰富的第一手材料,有的在岩相古地理研究方面达到了80年代国内先进水平。此外,以石油、天然气为目的的勘查工作,在研究有关的含煤岩系岩相古地理方面也取得了丰硕的成果。
一、主要聚煤期及沉积环境
从早古生代腐泥煤类的石煤至第四纪泥炭,共有14个聚煤期,其中最重要的聚煤期是:南方早石炭世,华北石炭二叠纪,华南二叠纪,华南晚三叠世,西北早、中侏罗世,东北晚侏罗早白垩世,以及东北、西南和沿海古近新近纪,共7个主要聚煤期。早、中侏罗世聚煤期煤炭资源量占全国总量的60%,华北石炭二叠纪聚煤期资源量占全国煤炭资源总量的26%。
中国各主要聚煤期的沉积环境与聚煤规律可以按5个时期加以概括:
1)在石炭纪、二叠纪时期,华北和华南大型陆表海坳陷盆地的总体古地理格局是,从陆到海依次出现冲积扇—辫状河、曲流河—湖泊、碎屑滨岸带(包括三角洲、有障壁海岸,无障壁海岸)、滨浅海沉积、浅海碳酸盐沉积。其中,碎屑滨岸带是最有利的聚煤地带,碎屑滨岸带形成和迁移的主导因素是物源区的构造作用和区域性海水进退作用。富煤带的形成则受控于同沉积基底构造的活动性、海水的进退和岩相带的迁移。滨海三角洲体系或三角洲—碎屑海岸体系(体系域)是最重要的成煤环境,通常形成聚煤中心,如华北山西的大部地区、开滦、峰峰、豫中豫东、两淮,华南的六盘水、织金—纳雍、华蓥山等地区便是。
2)晚三叠世华南聚煤古地理环境,在西部川滇前陆坳陷的四川盆地,主要是滨海平原、滨海—湖泊三角洲平原、滨海冲积平原和滨海山间平原,龙门山前缘的推覆构造带是控制盆地相带展布与迁移的主导因素,受其影响的滨海湖泊三角洲平原和滨海三角洲平原可以形成富煤带攀西地区和滇中盆地则属滨海山间平原,前者有利的赋煤部位是张性裂谷盆地,在那里形成了中国大陆晚三叠世含煤性最好的宝鼎煤田、永仁煤田、红坭煤田滇东南盆地及贵州贞丰盆地,总体呈现滨海潮坪环境,聚煤特征与滇中盆地西部相似,仅有3~5m厚的可采煤层零星分布。在湘、赣、闽、粤、浙及苏南、皖南、鄂东南地区,含煤岩系沉积在强烈褶皱后来被充分夷平的基底之上,构造面貌是一系列以北东方向为主的狭长坳陷。含煤盆地沉积范围小,分隔性强,但后期却相互连通,超覆扩张现象普遍。沉积序列是海湾潟湖沉积与陆相沉积交替。含煤性以滨海—海湾聚煤环境为最佳,基本上大面积可采煤层连续分布,可采总厚度一般为2~5m,最厚达10m,以湘东南至萍乡一带最具有代表性。含煤性其次者为潟湖河口湾环境。
3)早—中侏罗世含煤盆地类型与盆地大地构造位置及基底性质密切相关。在大型、特大型坳陷含煤盆地中,湖泊—三角洲体系的广泛发育是最重要的环境特色,盆地内岩相带展布具环带状分异,自盆缘向沉积中心依次发育冲、洪积相带,滨湖三角洲相带,湖泊沉积相带。富煤带均沿盆地边缘展布,其发育规模和稳定程度受滨湖三角洲岩相带控制,已知的富煤中心与大型湖泊三角洲发育部位完全吻合。中、小型山间(谷地)湖盆含煤盆地,早期为河流充填阶段,形成底砾岩、粗碎屑岩和含煤碎屑岩沉积组合晚期为湖泊充填阶段,形成以湖泊为主的细碎屑岩沉积组合。而在湖盆充填阶段和山间谷地向山间湖盆转化的充填阶段,往往有较强的聚煤作用发生。分布于甘肃、青海的大通河盆地、柴达木北缘盆地、民和盆地等是这类山间湖盆的典型代表。其富煤带往往呈断续状分布于盆地中心,展布方向与盆地延伸方向一致。分布于新疆南部的伊宁盆地、焉耆盆地、塔里木北缘盆地也比较典型,但其富煤带则呈断续状分布于盆地周边。分布于中国北方东部的一系列中、小型山间湖盆,可以北票盆地、吉林万红盆地、北京盆地、内蒙古大青山盆地为代表,其富煤带主要分布于盆地边缘部位,煤层总体较薄,但稳定程度较高。这类盆地的充填演化受太平洋板块构造活动的影响较大,盆地基底含构造类型多为波状坳陷,古地理环境为内陆山间湖盆,聚煤期的滨湖三角洲或河流环境均可导致泥炭沼泽化成煤。
4)中国北方晚侏罗—早白垩世内陆断陷盆地、山间坳陷盆地和近海坳陷盆地的沉积环境又别具一格。其中,主要分布在东北部地区的断陷盆地充填序列、沉积样式及相带展布,受到盆地构造格架,特别是盆缘断裂的明显控制。在代表最大湖盆发育期的厚层湖相泥岩段上、下常常是盆地内的两个主要聚煤单元,富煤带的展布往往同盆缘断裂一侧的冲积扇—辫状河三角洲及缓斜坡上的小型滨湖三角洲沉积相带位置一致。分布于黑龙江东部的三江—穆棱河盆地(即鸡西鹤岗盆地)是发育在大陆边缘地块基底上的近海坳陷盆地,在经历了晚侏罗世晚期的最大海侵之后,于早白垩世早期大规模海退基础上形成了聚煤作用最强的大面积废弃三角洲平原。分布于甘肃北部和南部的早白垩世山间坳陷盆地聚煤作用较弱,聚煤古地理环境为内陆湖泊三角洲,只是在盆地早期大潮充填阶段之前的水进序列中发育有稳定性较差的煤层,以褐煤为主。分布于黑龙江北部的霍拉盆、黑宝山—木耳气、大杨树等晚侏罗世火山岩型断陷盆地的聚煤古地理景观则为火山间歇期的扇三角洲—湖泊环境,往往形成的煤量少,且以长焰煤和气煤为主。
5)古近纪含煤盆地主要分布于大兴安岭—太行山以东和秦岭以北,以及广西西南部。新近纪含煤盆地绝大部分分布在云南境内。台湾则属于海相沉积为主的海陆交互相含煤沉积。聚煤强度以古近纪始新世、新近纪中新世和上新世为最。古近新近纪含煤盆地的沉积环境,除台湾外,皆为纯陆相环境。由于盆地生成的背景条件不尽一致,因此含煤岩系的沉积面貌和充填演化特征也不一样。已知大部分盆地为汇水盆地,但盆地周缘物源补给强度不同,所以沉积相的平面配置不呈现明显的环带状,而多成不对称状。在盆地的充填演化过程中,平静的湖泊相和泥炭沼泽相较为发育,有些盆地中湖相泥岩和泥炭沼泽甚至直接覆盖在古老基底之上。大多数古近新近纪含煤盆地,其沉积中心、沉降中心、富煤中心往往是一致的。古近新近纪含煤盆地的聚煤作用可以分为两类:第一类,煤层主要集中在沉积序列中下部,煤层层数少,但厚度大,属于总体为水进序列的冲洪积粗碎屑岩到湖泊相的细碎屑岩与含煤细碎屑岩的充填稳定阶段,如梅河、昭通等盆地第二类,整个序列中煤层均较发育,层数多而薄,如珲春、百色盆地。古近新近纪含煤盆地的聚煤方式主要是经过湖泊淤浅达到泥炭沼泽化,常见许多煤层下面就是较稳定的湖泊相细碎屑岩。煤层结构则一般从盆地中心向边缘变复杂,煤层厚度也从盆地中心向边缘变薄尖灭。
二、中国的含煤地层
中国含煤地层的时间分布与全球主要聚煤期基本一致。聚煤作用较强的时期是:早寒武世,早石炭世,晚石炭世—早二叠世,晚二叠世,晚三叠世,早、中侏罗世,早白垩世,古近新近纪。中国南方和北方含煤地层时代的差异主要受控于潮湿气候带的变迁和构造沉积环境的变化。晚古生代,潮湿气候和大型陆表海坳陷盆地在华北区和华南区相继出现,海陆交替的滨海平原或滨海冲积平原构成了聚煤的有利场所,因此含煤地层集中分布。中生代,陆地范围不断扩展,潮湿气候带逐渐变窄并向北迁移,聚煤带随之由南而北,因此晚三叠世含煤地层主要分布于南方,早、中侏罗世含煤地层主要展布于北方,早白垩世潮湿气候带更向北移,导致含煤地层集中于内蒙古和东北地区。
由于煤盆地构造特征和含煤性的差异,中国含煤地层的空间分布形成了东北、西北、华北、西南、华南五大聚煤区。就各时期主要含煤地层分布的地域来看,早寒武世、早石炭世含煤地层主要分布于华南,晚石炭世—早二叠世含煤地层主要分布于华北,晚二叠世、晚三叠世含煤地层主要分布于华南,早、中侏罗世含煤地层主要分布于华北和西北,早白垩世含煤地层主要分布于东北,古近纪含煤地层主要分布于东北及华北东部,新近纪含煤地层则主要分布于华南西部及东部。就各聚煤区含煤地层分布的特点看,东北聚煤区包括内蒙古地轴北缘深断裂以北(或称内蒙古—大兴安岭海西印支褶皱带)的内蒙古、黑龙江、吉林地区,以内陆断陷含煤盆地成群分布为特征,盆地多呈北东方向展布其次为鸡西鹤岗近海含煤盆地,也是北东方向展布,含煤层位为下白垩统、上侏罗统、古近系,含煤性较好。西北聚煤区位于贺兰山以西、昆仑山以北广大地区,含煤盆地多呈东西向和北西向展布,主要是在稳定地台或地块的基础上发育的大型坳陷湖盆,含煤性甚佳,如准噶尔盆地及吐鲁番哈密盆地的早、中侏罗世含煤地层。在古生代褶皱基底上,还有不少小型断陷或坳陷含煤盆地发育,含煤层位为石炭系、下二叠统和上三叠统,含煤性一般较差。华北聚煤区位于华北地台贺兰山以东地区,以发育巨型陆表海坳陷盆地为特征,西部还上叠有鄂尔多斯大型内陆坳陷含煤盆地。前者石炭二叠纪含煤地层受盆地南北两侧巨型构造带的控制,沉积相及富煤带呈近东西方向展布后者早、中侏罗世含煤地层受湖盆构造轮廓控制,多呈环带状展布。两者含煤性都好,是中国最重要的聚煤区。西南聚煤区包括昆仑山以南,龙门山红河深断裂以西广大地区。石炭系和二叠系为复理石式或浅海碳酸盐沉积,三叠系为地槽型沉积,古近新近系为小型断陷或坳陷湖盆沉积,含煤性均差。盆地展布方向往往受褶皱系或基底构造控制,变化较大,华南聚煤区位于秦岭—大别山以南、龙门山红河深断裂以东地区。华南古陆石炭系和二叠系为浅海、滨海坳陷盆地沉积,含煤地层总体上呈北东向展布,含煤性较好川滇地区上三叠统为大型前陆坳陷和小型内陆山间盆地含煤沉积并存,含煤性差异较大华南地区上三叠统呈狭长港湾状海湾型近海盆地,发育有海陆交替相含煤沉积,含煤性亦优劣不一华南地区古近新近系含煤沉积多为陆相断陷和坳陷湖盆沉积,含煤性较好,盆地展布方向受控于基底构造,海南琼州海峡及雷州半岛则为近海湖盆沉积,台湾新近纪含煤地层系地槽型沉积,受环太平洋构造带控制,呈北东方向展布。
中国含煤地层的沉积类型,可以划分为地台区海陆交互相沉积、过渡区海陆交互相沉积、内陆坳陷盆地沉积、断陷盆地沉积四大类。前两类属于近海型沉积,其含煤地层下部多为海相沉积,中上部以陆相沉积为主,并且都具有下细上粗的反粒序结构。其中,产于地台区者属于稳定型沉积,往往岩性简单,煤层稳定,如晚古生代的含煤地层便是而处于过渡区者稳定性差,岩性多变,煤层层多而薄,如华南晚三叠世的含煤地层。后两类属于陆相沉积,垂向沉积序列都具有粗—细—粗的完整韵律结构,但内陆坳陷盆地多为纯陆相沉积,没有同生断裂影响,沉积较稳定,如早、中侏罗世含煤地层而断陷盆地沉积往往受同沉积断裂控制,活动性强,并常发育有火山喷发含煤碎屑沉积组合,沉积稳定性差,如早白垩世和古近新近纪含煤地层。以上4种沉积类型从时间上看,恰好是由老至新依次出现的,反映了聚煤环境在地质历史上由海向陆的演化过程。此外,不同聚煤时期沉积物的岩性组合也呈现出明显的差异,大致在早古生代为浅海碳酸盐岩、硅质岩含石煤组合,晚古生代为碳酸盐岩、碎屑岩交互沉积含煤组合,晚三叠世兼有碳酸盐岩与碎屑岩交替含煤沉积组合及陆相含煤碎屑岩沉积组合,侏罗纪主要为陆相含煤碎屑岩沉积组合,早白垩世及古近新近纪较侏罗纪又增加了火山喷发含煤碎屑岩沉积组合。
在中国含煤地层的时代划分与对比方面,从年代地层单位与岩石地层单位的角度看,以石炭、二叠系界限之争问题最多,本书考虑到编制等时岩相古地理图的需要,在华北聚煤区仍以太原西山标准剖面厘定的界线为准,以重要门类化石为依据,结合稳定标志层和沉积特征,对区内南带太原组和山西组的界线进行了年代地层单位的重新划分对比。结果认识到各剖面地点的最高海相层位并不相当于太原西山东大窑灰岩的层位,而是高于东大窑灰岩的层位,过去在南带划分之太原组实为一穿时岩石地层单位。这种新的认识将有助于沉积环境和聚煤规律的研究。对于华南聚煤区的上、下二叠统界线,传统的划分是将界线置于峨眉山玄武岩顶面或茅口组顶部侵蚀面上,但由于下二叠统顶部缺失Neomisellina-Codonofusiella生物带,造成茅口组顶部侵蚀面并非真正的上、下二叠统界线,经过重新对比发现,该界线在川滇黔区应位于蛾眉山玄武岩中间,而不在顶面。对于东北聚煤区陆相侏罗系与白垩系的界线,过去将有争议的岩组划为“侏罗白垩系”,本书依据近年来的资料和当前研究趋势,认为阜新之沙海组、内蒙古东部之白彦花群(霍林河群)、大磨拐河组均应划归下白垩统。
三、中国煤盆地构造
中国煤盆地构造类型和构造特征的差异,决定于不同地壳演化阶段的大地构造事件和构造古地理背景,也决定于成盆期的构造事件和盆地的基底性质。按照聚煤期构造稳定程度,可以划分为稳定型盆地、活动型盆地、过渡型盆地3类。稳定型盆地主要是以稳定地台为基底的大型陆表海坳陷盆地,通常煤系沉积稳定,同沉积构造及同期火山活动不发育,如华北石炭二叠纪巨型坳陷盆地、华南扬子区晚二叠世大型坳陷盆地等,都是在早古生代地台区继承发育的其次是上叠于早古生代活动带或地堑(裂陷槽)之上的近海型盆地,如贺兰山东、西两侧的带状坳陷盆地及华南东部的三叠纪坳陷盆地等或者是位于环太平洋构造带内构造活动微弱区,如东北晚中生代海拉尔二连盆地群。活动型盆地主要发育在地槽区和环太平洋构造带内,煤系沉积很不稳定,同沉积构造与同期火山活动强烈,如台湾古近新近纪盆地、喜马拉雅地槽区古近新近纪盆地、大兴安岭晚侏罗世大杨树盆地群等。过渡型盆地则发育在环太平洋构造带及尚未完全稳定的地槽褶皱带之上,如京西下花园侏罗纪盆地、阜新营城早白垩世盆地等。按照聚煤期后煤盆地受到的构造改造程度(成盆后构造挤压、岩浆活动、后期剥蚀)又可以划分为强改造型、弱改造型、中间型3类。强改造型盆地以环太平洋构造带东部及喜马拉雅地槽区的中、新生代盆地为主。弱改造型盆地,如我国中部和西北部中生代的鄂尔多斯盆地、四川盆地、新疆吐鲁番哈密盆地,以及新生代的滇东盆地群等。中间型盆地,如环太平洋构造带的中生代鸡西鹤岗盆地东侧,中西部基底稳定性较差的侏罗纪木里盆地、鱼卡盆地,古近新近纪的滇西盆地群等。此外,在我国相当多的煤盆地中分布有推覆构造,尤以环太平洋构造带为多,如华北盆地南缘大别山北侧、华南盆地之北缘、河北兴隆、江西萍乡、湘中涟源、福建大田等地。
中国煤盆地构造的演化,从板块构造观点来看,可以分为两个主要阶段:古生代—中生代初期为板块漂移阶段(华北、华南两大板块盆地从古生代的远距离漂移到中生代初期的对接),中、新生代为板内盆地(中国西北部、中部)和板缘盆地(中国西南部、东部)阶段,古生代的盆地以巨大型浅海、近海坳陷盆地为主,往往占据了板块的大部分空间中、新生代的盆地由大型近海盆地转向中小型、群体陆相断陷盆地和山间坳陷盆地为主。演化的总趋势是:板内盆地较稳定,板缘盆地由活动趋向稳定,东部盆地类型趋向复杂化(先拗后断盆地与先断后拗盆地并存,以后者更为常见先张后挤与先挤后张现象并存,以前者较常见),大盆地后期趋向解体,小盆地后期多有联合。由于板块内各地块原来大地构造属性的差异和受到西伯利亚、太平洋、印度三大板块作用的强度不同,导致分布于板内或板缘不同部位的各个盆地构造特征不同。受板块作用影响较小的西北部和中部的侏罗纪盆地为稳定型,后期改造较弱受板块作用影响较大的东部和西南部的侏罗白垩纪、古近新近纪盆地为过渡型受板块构造作用影响强烈的台湾、雅鲁藏布地区的古近新近纪盆地为活动型,后期受到强烈改造。
中国煤盆地富煤带的展布和特厚煤层的形成,也受着盆地构造演化的制约。厚煤层或特厚煤层的形成,主要是在基底沉降稳定和拗陷速率适当的部位。通常,大的坳陷型盆地煤层展布广阔而较薄,较厚的煤层或富煤区多位于盆内凹陷及隆起斜坡部位断陷型盆地中煤层分布则较局限,煤层形态及厚度变化较大,在盆缘断裂一侧或构造缓慢沉降的部位有时可形成特厚煤层。最有利于聚煤的盆地是发育在刚性地块上的晚古生代坳陷型盆地及继承性的中生代坳陷盆地,其次是发育在已经稳定的褶皱带上的中、新生代盆地。
中国煤盆地的分布主要受板块运动形成的海陆变迁和暖湿气候带更迭的控制。也可以说,不同时代的聚煤盆地是分别受到板块构造和三大构造带控制的。石炭二叠纪煤盆地及晚二叠世煤盆地主要受华北、华南两个汇聚板块的控制,但由于两个板块后来对接,导致石炭、二叠纪聚煤集中三叠纪由于p-T事件影响,聚煤量很少华北和东北的早侏罗世、早白垩世盆地分布主要受蒙古弧形构造带的控制东部一系列古近纪煤盆地主要受西环太平洋构造带控制,由于太平洋板块俯冲,导致火山带、地温异常带及暖湿气候带出现,形成了西环太平洋古近新近纪聚煤带西南部新近纪煤盆地主要受喜马拉雅构造带控制。三大构造带对煤盆地的控制作用,实际上反映了太平洋板块、西伯利亚板块、印度板块对我国煤盆地的影响,这是我国晚古生代以后煤盆地形成、演化最主要的宏观控制条件。这一展布特征,正好与我国周边邻区煤盆地的分布特征协调一致。
总结中国煤盆地的主要构造特点可以归纳为:①克拉通盆地聚煤广泛而强烈,以华北板块为例,石炭二叠纪含煤岩系分布范围与块体近似,聚煤广泛丰富,各时代煤炭资源总量达35600×108t,高于世界其他块体资源总量②克拉通盆地古生代含煤地层后期构造变形普遍强烈,而世界各主要古生代克拉通煤盆地内,褶皱变形却普遍微弱③陆间活动带或地槽区,聚煤作用普遍微弱,如天山兴安地槽的石炭二叠纪含煤岩系④分布于古生代地槽褶皱带上的中生代“地台型”盆地(吐鲁番哈密盆地、海拉尔二连盆地),往往聚煤丰富,后期变形微弱⑤成盆后的造山、造盆作用主要是新构造运动,使不少盆地又分别被强烈抬升或下陷。
四、中国聚煤期与地壳演化规律
中国地壳演化阶段与聚煤盆地的形成演化关系密切。主要聚煤期与地壳演化的大阶段基本一致。大体可划分为海西、印支、早燕山、中燕山、喜马拉雅5期(在不同成盆阶段,盆地类型、充填特征、聚煤强度都有明显的差异)。
1)海西期:在加里东构造运动之后,晚古生代聚煤坳陷已见雏形,随着新的海侵到来,华北地台和华南地台都开始了陆表海陆源碎屑盖层的发育阶段。沉积和构造的稳定,提供了形成大面积稳定煤层的区域条件。在华北地区,海水主要来自东和南。贺兰山一带海水来自西南,在物源区构造作用与区域海水进退共同作用下,形成了从海进到海退的充填序列。其中,在最大海侵前、后的沉积体系域导致了聚煤作用的发生。在华南地区,海水主要从西南的特提斯海域侵入在下扬子一带海水则来自东部古太平洋,并且总体表现为不断的海侵。在早石炭早二叠世,由于物源区构造作用较弱,所以只有短暂的、局部的聚煤作用,早、晚二叠世期间,由于东吴运动的抬升伴随玄武岩浆喷发,导致华南地台西部强烈隆升,构造了区内主要陆源碎屑供应区,使南方最重要的扬子区晚二叠世聚煤坳陷得以形成。
2)印支期:由于华北南侧陆缘区与华南扬子北侧陆缘区对接拼合,伴随着南方拉丁期大面积海退,使中国东部形成一片大陆。此时,西部特提斯的演化成为极其重要的构造事件。正是由于来自西部的推挤,才形成了大型的、类前陆的鄂尔多斯三叠纪内陆湖盆坳陷和龙门山—大巴山三叠纪前聚煤坳陷。
3)早燕山期:这是中国大陆聚煤作用最强的时期之一,鄂尔多斯早—中侏罗世聚煤坳陷处于相对稳定的河流—浅水湖盆发育时期,成为特大型聚煤盆地。准噶尔盆地属于前陆挠曲坳陷,盆地南侧由于强烈的逆冲挠曲下沉,湖盆内细碎屑充填很发育,聚煤作用一般沿盆地边部发生。与此同时,在中国北方东部地区也出现了小型的山间聚煤坳陷。
4)中燕山期:中国东部进入裂陷作用为主的构造阶段。主要的聚煤盆地为半地堑或地堑成群出现,并多以断陷湖盆充填为特征。它们在构造格架、充填演化以及排列方式上都具有特殊的相似性,应属于东北亚晚中生代断陷盆地的一部分。
5)喜马拉雅期:聚煤盆地总体分布格局明显受环太平洋构造域的控制,同时又受海洋性气候影响,所以古近新近纪含煤盆地具有环太平洋分布的特点。除已知分布于大陆上的含煤盆地外,沿渤海、黄海、东海、珠江口的陆棚区分布着一系列的古近新近纪含煤盆地。在陆域的依兰伊通断裂带和抚顺密山断裂带上,由于裂陷作用形成了抚顺、梅河口等煤盆地在中国西南部,由于先存断裂网络的影响,形成了众多以南北方向为主导的小型断陷盆地,盆地面积小,数目多,常有巨厚煤层赋存。这类盆地集中分布于云南、广西,如昭通、小龙潭、开远、百色、南宁等盆地。
综上所述,中国聚煤盆地从晚古生代到中、新生代,总体演化趋势是:大型内陆碎屑陆表海聚煤坳陷→大型内陆湖盆坳陷(古前陆塌陷)→断陷盆地群(湖盆为主)→山间小型坳陷和断陷盆地。聚煤盆地这种由海到陆、由大到小的古地理变迁,是与地壳各演化阶段的古构造背景紧密关联的。同时,聚煤作用的气候条件随着植物的发展演化,也由热带、亚热带迁移扩展到温带。因而,古生代聚煤盆地多分布于热带、亚热带潮湿气候区中、新生代聚煤盆地多分布于温带潮湿气候区。
中国聚煤盆地的充填特征和聚煤古地理演化:盆地充填具有特定的沉积相组合或体系域构成。通过盆地充填特征的研究,可以重塑聚煤盆地古地理环境的演化过程:
1)晚古生代滨海平原是发生泥炭化的主要场所,主要聚煤沉积环境有滨海冲积平原、滨海三角洲、潮坪和潟湖障壁岛、碳酸盐潮坪等。这些体系在一定充填阶段形成特定的沉积体系配置沉积体系域,而滨海三角洲或三角洲碎屑海岸体系是最重要的成煤古地理环境,并常与聚煤中心相吻合。
2)晚三叠世,华南西部大型川滇近海盆地和华南东部海湾型近海盆地含煤岩系主要形成于海退充填序列。主要聚煤沉积环境有滨海平原、滨海—湖泊三角洲平原、滨海冲积平原、滨海山间平原,以及滨海海湾、潟湖河口湾等体系。聚煤作用总体较弱,盆地充填岩系厚度变化大,岩相复杂,一般缺少大面积稳定分布的厚煤层。
3)早—中侏罗世聚煤盆地以大型内陆坳陷盆地为主,含煤岩系形成于内陆湖盆的不同充填演化阶段,主要煤层形成于湖泊三角洲充填阶段。与以往概念不同的是,早—中侏罗世大型内陆坳陷在盆地充填演化过程的长时间内存在着固定的湖泊水体,并且从盆缘向湖中心可划分出冲积体系—三角洲体系、湖滨带湖泊、水下三角洲带等体系构成的沉积体系域。
4)晚侏罗—早白垩世和古近新近纪聚煤盆地基本上是相互隔离的中、小型盆地。但在三江—穆棱河晚侏罗早白垩世近海坳陷盆地和内蒙古东部的早白垩世断陷盆地,以及环太平洋分布的众多古近新近纪小型断陷坳陷湖盆中,聚煤密度均较大,巨厚—特厚煤层均形成于湖盆充填演化过程中的湖泊淤浅阶段。
中国煤聚集规律的最主要结论:
1)海西和印支期的煤主要集中在以稳定地台为基底的大型陆表海坳陷盆地中,如华北石炭二叠纪聚煤坳陷和华南扬子区晚二叠世聚煤坳陷。物源区构造作用和区域性海水进退是控制陆表海—近海盆地富煤带形成与迁移的主要因素。碎屑滨岸带的滨海三角洲或三角洲—碎屑海岸体系是最重要的聚煤环境,也往往是富煤的中心部位。
2)燕山早期重要的聚煤盆地是以稳定的古老地台或地块为基底的大型内陆湖盆,如鄂尔多斯盆地和准噶尔盆地。湖盆大规模扩张期前后在盆缘地带的滨浅湖—湖泊三角洲体系和冲积扇—扇三角洲体系是最重要的聚煤环境,富煤带常与之相吻合。
3)燕山中期—喜马拉雅期的煤主要聚集于和基底先存断裂有关的中、小型内陆断陷期盆和坳陷湖盆中。这些盆地常以含有巨厚—特厚煤层为特征,盆地面积虽小,但含煤率普遍较高。燕山中期位于大陆边缘地块基底上的三江穆棱河近海坳陷盆地也以赋存有数百亿吨的优质炼焦煤资源而著称。
4)基底具有稳定沉降构造背景的拗拉槽、前陆坳陷、裂谷型含煤盆地,也可形成一定规模的富煤带。
5)泥炭沼泽沉积与其上、下沉积物的成因过程截然不同,因此泥炭沼泽化事件对煤层的煤岩、煤质参数产生了重要的影响。
概括言之,硫分与海水有关,形成于海陆交互相含煤岩系中的煤层硫分较高灰分与泥炭沼泽的矿物质补给有关,形成于近源地带的煤层灰分较高煤岩组分与泥炭沼泽的覆水程度有关,覆水较深时煤中的镜质组含量较高,反之丝质组含量较高。这些观点对预测煤质和有效地开采煤炭始终有着理论指导意义。