（二）三江盆地群煤层气地质概况

鸡西八大矿为煤炭、石墨、硅线石、钾长石、大理岩、泥炭、黄金、铂钯。

鸡西市矿产资源十分丰富, 现已发现 56 个矿种，已开发利用19种，重要矿产15种。主要有煤炭、石墨、硅线石、钾长石、大理岩、泥炭、黄金、铂钯八大矿。

其中，煤炭储量63.9亿吨，煤田分布广、煤种齐全，有焦煤、气煤、肥煤等7个煤种，石墨查明矿石量4.9亿吨，储量居亚洲之首；硅线石查明矿石量3800万吨，矿物量680万吨；钾长石查明矿石量1.7亿吨；大理岩查明储量5.7亿吨。

鸡西矿产发展历程：

鸡西矿区已有60多年开采历史。1914年和1916年，先后在穆棱、恒山地区发现露头煤，进行小规模手工开采,产量很低。1913年矿区为日本帝国主义侵占,实行掠夺性开采，小斜井、小立井不下几十个。

1945年日本投降前夕，矿区遭到严重破坏。1946年人民政府接管矿区，1948年成立鸡西矿务局。50年代初期开始大规模建设新井。现已发展成为年产原煤1200万吨的大型矿区。采煤机械化程度达到80%以上。其中综合采煤机的产量约占总产量的 1/3，是中国采煤机械化程度较高的矿区。

(一)岩石的颜色特征

颜色是沉积岩最直观、最醒目的标志,是沉积环境的良好指示剂,颜色的变化与沉积环境密切相关,沉积岩中最主要的色素为有机质和铁质,通常有机质含量增加,岩石颜色变深变暗,如有Fe+2呈绿色,有Fe+3则呈红色。沉积岩中含有机质如碳质和沥青,分散状铁的硫化物如黄铁矿和白铁矿,则呈暗色,包括灰色和黑色,含量愈高,颜色就愈深,说明岩石形成于还原环境或强还原环境下。一般碳质反映浅水沼泽弱还原环境,沥青质和分散状铁的硫化物则反映深水或较深的停滞水环境。沉积岩中含有Fe+2的矿物,如绿泥石和菱铁矿则呈绿色,反映弱氧化或弱还原环境。沉积岩中含有Fe+3矿物如赤铁矿、褐铁矿则呈红色或褐黄色,反映氧化或强氧化环境,如河流、冲积扇等。

滴道组和城子河组的底部砾岩和粗砂岩多呈红色或褐黄色,显示了氧化条件下近源浅水相河流、冲积扇环境鸡西群的中、短期基准面旋回的底部和顶部岩石多呈浅褐、黄色,显示了弱氧化条件下浅水相河流、滨湖及三角洲沉积滴道组、城子河组和穆棱组的上部岩石颜色普遍偏黄色,具弱氧化特点,代表了水体逐渐萎缩、气候变干燥的浅水相沉积特点。上述几种沉积环境总体处于氧化环境,聚煤作用不好,基本不发育煤层。

鸡西群的长、中、短期基准面旋回的中部岩石颜色普遍偏灰色、灰绿色、灰白色、灰黑色,具还原特点,代表了水量充沛、气候潮湿的湖泊-沼泽相沉积。聚煤作用好,多发育有煤层及煤线。

(二)岩性组合、粒度、分选及磨圆特征

岩石的组合特征、粒度、分选及磨圆度直接反映了当时沉积的水动力条件和搬运距离,对沉积环境的指示意义较大。滴道组和城子河组的底部岩石组合主要为块状砾岩、砂质砾岩、砾质砂岩,夹少量泥质粉砂岩,砾石成分多以近源花岗岩为主,岩石多以颗粒支撑和杂基支撑,颗粒磨圆、分选差,具正粒序性及多期韵律旋回,反映了近源冲积扇及辫状河沉积特点滴道组、城子河组、穆棱组的中部岩石组合主要以厚层状砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩(图版Ⅲ-1,Ⅲ-2)夹煤层及少量火山碎屑岩为主,岩石粒度总体偏细,砂岩-泥质岩石分选普遍较好,颗粒磨圆一般,岩层纵向上形成多个韵律旋回,显示了曲流河-三角洲-滨浅湖相不断交替的沉积体系特点。

(三)沉积构造

沉积构造是沉积岩在沉积过程中或沉积后固结成岩前形成的构造现象,前者为原生沉积构造,后者为准同生变形构造。原生沉积构造,最能反映沉积物沉积时的水动力条件,可提供沉积介质的性质和能量强弱,在成岩阶段受影响较小,是分析和判断沉积环境的重要标志。

1.层理构造

(1)块状层理:是指缺乏任何内部构造的均一层理,是未经分选、快速堆积的沉积单位。主要分布于鸡西群滴道组、城子河组底部厚层状砂岩和砾岩中,代表了近源冲积扇相及辫状河相快速沉积特点分布于滴道组、城子河组、穆棱组内部短期基准面旋回的底部厚层状砂岩中的块状层理构造代表了曲流砂坝、滨湖相沉积特点(图版Ⅲ-3,Ⅲ-4)。

(2)水平层理:是指纹理细薄清晰且彼此平行的一种层理,是在低能环境的低流态中,由悬浮物质沉积而形成的一种静水环境沉积构造。主要发育在鸡西群各组的泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩中。在滴道组中部、城子河组、穆棱组内部的粉砂质泥岩、泥质粉砂岩中常见,反映了浅湖静水沉积环境特点。

(3)平行层理:主要发育砂岩中,是层面具剥离线理的水平层理,代表了一种较强的水动力条件,在滴道组、城子河组、穆棱组内部的各粒级的砂岩中常见(图版Ⅲ-5,Ⅲ-6),反映了辫状河、曲流河、滨湖相水动力较强、速度快的沉积环境特点。

(4)交错层理:常见的交错层理主要有波状交错层理、板状交错层理、槽状交错层理等,在鸡西群各组的粗砂岩中常见板状交错层理、槽状交错层理,反映了曲流河、滨湖及三角洲相水动力较强的沉积环境特点。在滴道组、城子河组、穆棱组浅湖相韵律层中发育有波状交错层理(图版Ⅲ-7),说明在浅湖环境中存在有局部的强、弱水动力交替沉积作用。

2.冲刷面构造

在鸡西群各组的砂岩(砾岩)层底部广泛发育有冲刷侵蚀构造,冲刷侵蚀构造面是层序划分的主要界面,界面多呈疏缓波状,冲刷面附近常见大量泥砾及下伏层的砾石(图版Ⅲ-8,Ⅳ-1),代表了较强水动力环境。大的冲刷侵蚀构造多分布在鸡西盆地边缘较低级层序界面转换处,主要形成于冲积扇、河流环境小的冲刷构造在鸡西盆地微相变化过程中较常见,一般在由浅湖向滨湖或三角洲相突变时,经常出现小型冲刷构造,是盆地高级层序划分的主要界面。

3.准同生变形构造

变形层理:常见于砂岩层中,属于层内的层理揉皱现象。由于沉积层内的液化作用或流水的剪切作用而形成的。穆棱组滨湖相砂岩中发育有旋卷层理和逆转交错层理,反映了原始沉积时水流交替转变快、沉积层内的液化作用和流水的剪切作用强的特点。

负载火焰状构造与枕状构造:常见于泥质层之上的砂层底部,砂层被分解为孤立的或断续连接的球状或枕状体。穆棱组浅湖相砂岩与泥质粉砂岩中发育有负载火焰状构造,指示了沉积单位的快速沉积作用。

表4-1 鸡西盆地鸡西群微量元素分析结果(10-6)

(四)沉积体系地球化学特征

沉积岩中元素的分布与岩石形成过程中的每个环节都有密切关系。沉积过程和沉积环境能够影响沉积物的地球化学特征,同样沉积物的地球化学特征也能记录沉积环境的特征及其变化情况(表4-1)。

B在表生作用中为不稳定元素,它与离子化合力强的Na+及其他强阳离子形成的多硼酸盐易在冷水中溶解,被循环水淋滤,以致全部带走。陆相岩石中B一般低于70×10-6,海相岩石中B一般大于100×10-6(刘英俊,等,1984),鸡西群15个样品中有14个B在(12~60)×106-之间,只有一个样品B最高85×10-6,平均33.33×10-6,显示明显的陆相沉积特点。

与B相反,Ga在沉积作用中的地球化学行为最明显的表现是与Al、Si相联系,一般淡水(河湖)较海水具有多量的Al、Si及伴随的Ga。因此B、Ga含量的比值可指示古盐度。陆相环境中B/Ga值一般为3.0~3.3,海相环境中B/Ga大于4.5~5.0(刘英俊,等,1984)。对15个样品做B/Ga比值分析,均小于3.3,最高3.27,表现为陆相沉积的特征。

Rb的离子半径较大,易被粘土吸收,所以Rb多滞留在大陆上。陆相沉积物中Rb的含量在(50~70)×10-6之间,海相沉积物中Rb一般小于60×10-6。鸡西群15个样品均大于65.4×10-6,显示为陆相沉积环境。

Ba极易被水解沉积物吸附,当淡水与海水相混时,淡水中的Ba2+与海水中的 结合生成BaSO4沉淀,而SrSO4溶解度较大,可以被迁移到远海。所以Ba多滞留在近海,而Sr多沉积在深海中。一般淡水沉积物中Sr/Ba比值小于1,而海相沉积物中Sr/Ba大于1(刘英俊等,1984),鸡西群15个样品的Sr/Ba比值在0.10~0.61之间,均小于1,显示了淡水沉积的特征。

在沉积过程中Fe和Mn的分离受Eh、pH值的控制,Fe与O的亲和力高于Mn与O的亲和力,所以Fe易氧化成Fe3+,Fe3+在pH>3时形成Fe(OH)3沉淀,因此Fe的化合物易在富O的滨海及大陆环境聚集,而Mn却能在离子溶液中比较稳定地存在,即使在有其他阴离子 时,可溶性Mn的稳定性也比可溶性Fe的稳定性大,所以Mn多聚集在深海环境中,因此陆相沉积物的Fe/Mn比值要比海相沉积物的大得多。大洋中锰铁结核的Fe/Mn比值平均为0.9(邵磊等,1998),鸡西群15个样品Fe/Mn比值为49.72~225.83,远远高于大洋中的比值,也反映其形成于内陆环境。

综上所述,鸡西群各组形成于内陆河湖环境,局部海相化石层主要与全球海平上升过程中海水侵入有关。

(五)古生物特征

鸡西群中发育有大量的植物化石和海陆相动物化石,从陆生植物特点看,鸡西群应为内陆盆地中水体较充足的河流或湖泊环境,其中真蕨类植物化石的广泛出现,说明盆地当于处于温暖潮湿的气候环境。

鸡西群粗碎屑岩中多见有平(斜)卧的粗大植物茎干,从环境上讲,应为水动力较强的河道或滨湖环境产物煤层下部(底板)细碎屑岩(泥岩、粉砂岩)中多见垂直水平层理生长的植物立生根痕,反映暴露的河漫滩及湖泛平原沉积的曲流河、浅湖及沼泽环境。局部出现的双壳及腹足类动物化石,个体较小,显示了曲流河与滨浅湖环境。

鸡西盆地发育有海相化石层,曾引起地学界的广泛关注(沙金庚,1999沙金庚等,2000张立君,1982顾知微等,1984杨小菊等,2003潘华璋等,2004),并被认为黑龙江东部发育有海陆交互相沉积和海槽或海湾的存在(李尉荣,1996沙金庚,2002),但海相化石层的岩石地球化学特征(B、Ga、Rb、Rr、Ba、及C、O同位素)均显陆相沉积特征(周兴福等,2004姜宝玉等,2001),表明这些海相层并非真正意义的海相沉积,只是在陆相沉积过程中有海水侵入,海相化石被带入到陆相盆中,显示海相特征,因为在该段时间内东北地区处于走滑剪切挤压背景,不会出现明显的陆内拉张形成海槽,海水只可能沿敦密断裂侵入到陆相盆地中,因为该断裂一直延伸到古太平洋(赵春荆等,1996),而早白垩世为全球海平面上升期(高瑞祺等,1999罗立民,1999),海水极易沿大断裂(张扭期半地堑)侵入到陆内,以海相化石的种类分析,它们与北极海区生物组合相似(李蔚荣等,1986)。因此可以认为鸡西群并非真正意义上的海陆交互相沉积,而只是受到海水侵入的影响,该地区没有出现过海盆地。

众所周知，煤是由植物变成的，但怎么证明煤是植物变成的呢？

地质学家在煤层的顶板、底板与煤层中找到了大量的植物化石，还发现了被压扁了的煤化树干，在其横断面上可以看到十分清晰的植物年轮。如果把煤做成薄片在显微镜下观察，还可以看到植物细胞组织的残留痕迹以及孢子、花粉、树脂、角质层等植物遗体。在我国东北著名的抚顺煤矿的煤层中发现有大量的琥珀，有的当中还包裹着完整的昆虫化石。这些琥珀就是由原来的树林分泌的树脂变成的。所有这些都有力地证明了煤是由植物遗体堆积转化而来的。因为煤是由植物演变而成，所以还应当进一步了解植物又是怎样形成与演化的，这对理解煤的生成过程会更深刻。

（一）植物的形成、发展与演化

植物的形成与演化在地球发展历史上经历了一个漫长的时期。地球的诞生距今已有 46 亿年了，经历了不同的发展阶段。46 亿年到 38 亿年期间是地球的天文演化阶段，是地球原始地壳的形成阶段，是特殊的地球早期史时期，从生物演化角度在地质历史上称作冥古宙，迄今了解程度最差，对地球的了解多数只是推测。38 亿到 25 亿年期间是具有明确地史纪录的初始阶段，地质历史上称作太古宙，地球上诞生了生命。关于生命的起源问题，目前仍然处于不断探讨和逐步深入阶段。基本有两种倾向性认识：一种认为是起源于地球自身的演化过程，由无机物 C、H、O、N、S 等元素逐步演化而成；另一种认为生命起源于其他星体，后来才被带到地球上来的。生命出现后，经历了漫长的演变进化，逐渐出现了动植物。在漫长的不同地质历史时期，曾出现过千姿百态的植物，有的已经绝灭了，成为地史上的过客，有的延续至今，一直为我们的地球披着浓重的绿装。古生物学家把植物的演化和发展划分成四个阶段。

1. 菌藻植物阶段

在西澳大利亚 34 亿～ 35 亿年的沉积岩中发现的丝状、链状细胞，可能代表了最早的菌、藻类生物体。25 亿至 5.7 亿年间，地史上称作元古代，经过漫长的生物进化过程，出现了大量的微古植物和叠采石，既有原核生物又有真核生物。在元古代的末期地史上称作震旦纪时期出现了动物，各种藻类进一步发展，有的地区由此而形成了最初的低级煤线层。到了大约 5.7 亿年至 5 亿年间，地史上称作寒武纪，藻类有了更大的发展，不仅在种类上繁多，有蓝藻、红藻和绿藻，而且在数量上更加繁荣，足可以形成一定规模的藻类煤层。

2. 蕨类植物阶段

藻类植物的演化进步，在地史大约4.4亿年的奥陶纪末期出现了蕨类植物；到了4亿～3.5亿年间的志留纪末泥盆纪初，蕨类植物得到了大发展，从海生转到陆生，裸蕨植物是世界上第一个登上陆地的植物群。自晚泥盆世至早二叠世，裸蕨植物的后代壮大发展，出现了石松植物、真蕨植物等，它们开始有明显的根、茎、叶的分化，输导系统进一步发展为管状中柱和网状中柱。有些植物（如种子蕨）具有大型叶，从而扩大了光合作用的面积。晚泥盆世地球上已出现大面积的植物群，乔木型植物比较普遍。石炭纪全球出现了不同的植物地理区，地层中还可发现苏铁、银杏、松柏等裸子植物化石。当时的各种植物在适宜的环境中大量繁殖堆积，形成煤层。中石炭世至早二叠世是全球最重要的成煤时期（图 5-1-1）。

3. 裸子植物阶段

晚二叠世至早白垩世，裸子植物获得空前发展。由于地壳运动加剧，古气候、古地理环境发生明显变化，蕨类植物和早期裸子植物衰减，新生的裸子植物逐渐繁荣起来。它们一般都具有大型羽状复叶，树干高大。在所发现的松柏类化石中，科达树高度可达 20 ～ 30 米，树顶浓密的枝叶组成茂盛、庞大的树冠。这一时期也成为地史上重要的聚煤阶段。

4. 被子植物阶段

在植物界的家族中，被子植物是出现较晚的成员。可靠的被子植物化石见于早白垩世的晚期，到晚白垩世被子植物化石已很普遍，说明它们对陆地环境有很强的适应能力。进一步进化发展，被子植物逐渐开始排挤裸子植物，进入第三纪就占有绝对统治地位了。被子植物已经具有完善的输导组织和支持组织，生理机能大大提高了。今天的被子植物分布极其广泛，无论是寒带还是热带，到处都可以找到被子植物的踪迹，被子植物约有 27 万多种，数量占整个植物界的一半还多。

植物的繁盛，为煤层的形成提供了物质条件，是先决因素。但有了植物不一定就能变成煤。煤的形成是有条件的，是许多地质因素综合作用的结果。既要有适宜的气候，大量植物繁殖的条件；又要有适宜的堆积场所，有很好的覆盖层把它盖起来，处在一个缺氧的还原环境下。所有这些条件缺一不可，而这些条件都是受到地壳运动控制的，大致可从成煤环境和成煤过程两方面来说明。

（二）成煤环境

成煤环境大致由沉积环境即煤盆地的形成与发展、气候、植物等条件构成。

1. 沉积环境即煤盆的形成与发展

群山环绕中间低洼的地貌被称为盆地。盆地是地壳运动的历史产物。地壳运动使地壳结构不断地变化和发展，引起各种各样的地质作用，形成各种各样的地壳变形，控制着地球表面海陆的分布。地壳的某些部分受到强烈的构造运动后形成大规模的褶皱中的沉降带，或者形成与一系列隆起带相间排列的沉降带，或者由断裂构造控制的断陷带，统称构造盆地。还有由侵蚀作用形成的侵蚀洼地，称作侵蚀盆地。构造盆地与侵蚀盆地都是地壳相对下陷的沉积盆地。我们把含有煤线或煤层的沉积盆地称为含煤盆地或成煤盆地。含煤盆地是沉积盆地的一种。在新疆，著名的盆地有塔里木盆地、准噶尔盆地、吐鲁番盆地、伊犁盆地等。由于构造运动的不同而致使盆地类型多种多样。构造盆地大致可分为波状凹陷盆地和断裂凹陷盆地。波状凹陷盆地主要是由震荡为主的运动所造成，其特点是沉降的差异性较小，凹陷盆地的基底连续性较好。断裂凹陷盆地主要是由以间歇沉降为主的运动所造成，沉降运动的差异性比较大，凹陷盆地的基底连续性较差。

波状凹陷盆地内形成的煤及其他沉积层（含煤建造）一般厚度都不大，但比较稳定，常常呈现着自凹陷边缘向中心逐渐增厚的趋势。含煤建造的岩性、岩相和煤层变化也比较少，在大范围内常有一定的变化规律。形成的煤层多以薄煤层和中煤层为主，有时也有厚煤层出现。

断裂凹陷盆地内形成的含煤建造一般岩性、岩相和煤层不稳定，厚度变化比较大，可达数百米至数千米，常形成厚煤层。变化大的原因与凹陷盆地基底的沉降差异有关。如果凹陷盆地的断裂构造比较简单，仅发育凹陷盆地的一侧或两侧，凹陷盆地的基底运动差异比较小，则含煤建造的厚度、岩性、岩相和含煤性变化也不大。如果凹陷盆地的断裂构造比较复杂，不仅发育于凹陷的一侧或两侧，而且在凹陷内部断裂构造的发育也极其复杂，常为一系列的地堑、地垒和各种断块所组成。当凹陷盆地的基底沉降时，由于各个断块沉降不均匀，因而凹陷盆地的基底沉降的差异就比较大，含煤建造的厚度、岩性、岩相和含煤性的变化也就比较大。常常在短距离内就迅速发生变化，煤层层数由几层到数十层，煤层厚度可由几米迅速变化到几十米甚至上百米。煤层的分叉和尖灭现象也很突出，对应煤层的可比性较差（图 5-1-3、图 5-1-4）。

在波状凹陷盆地与断裂凹陷盆地之间往往还存在着一系列的过渡类型，特别是在一些大型的聚煤凹陷盆地多兼有两者的特征。波状凹陷盆地和断裂凹陷盆地在空间的分布上常常结合在一起同时出现，在时间的演变上则相互转化。例如在新疆准噶尔盆地中生代聚煤盆地中，三叠纪和早、中侏罗世含煤建造沉积时，靠近南部天山的山前部分是一个断裂凹陷盆地。但是到了晚侏罗世和白垩纪的地层沉积时，南部的断裂凹陷盆地基本上停止了活动，使原来兼有断裂凹陷和波状凹陷的断裂凹陷盆地，发展成为一个统一的波状凹陷盆地。一般来讲，从盆地边缘到中心成煤的厚度由薄到厚逐渐增加，但由于地壳构造运动的复杂性、不均匀性、时差性，造成聚煤盆地类型的过渡性与多样性，聚煤盆地的中心就发生了迁移变化，形成多个不同的沉积中心，使沉积的煤层厚度也发生了复杂的变化。这种现象不仅在一些大的成煤盆地中有所表现，在一些较小的成煤盆地中也有所显示。比如在大的盆地的中心是一个沉积中心，但随着一侧沉降的较强烈，而另一侧沉降的较缓慢、微弱；或因一侧上升的缓慢、微弱，而另一侧上升的剧烈，沉积中心都向相对沉降较快的一侧迁移，而相对上升的部分较老的沉积物可能遭到剥蚀。还由于在某些盆地的原始基地即盆地的沉积底部初始地形就比较复杂，高低不平，在大盆地内常常形成一些互相隔离的多个小型盆地或谷地；如果又具备了成煤条件，会形成多个聚煤中心，使煤层厚度发生变化（图 5-1-5）。随着沉积的不断进行，致使各个小型盆地填平补齐，构成一个统一大的盆地，形成一个新的统一的沉积中心。由于后来地壳运动的加快，原来多个聚煤小盆地面积不断扩大，形成了更大的统一的聚煤盆地，这也可能形成其上部煤层统一下部分布不连续的多个聚煤中心。聚煤中心的迁移是个多见的现象。在新疆准南煤田，早侏罗纪的聚煤中心在阜康一带，而到了中侏罗纪聚煤中心则向西迁移到乌鲁木齐至玛纳斯一带。一般来说，聚煤中心与沉积中心是一致的，但是由于含煤建造形成时受地壳运动的影响具有分带性，沉积中心随时间的变化具有水平迁移现象。沉积中心的沉降速度大于植物堆积速度时，就会被泥砂所充填，使煤层在沉积中心位置分叉甚至尖灭。而沉积中心的边部沉降速度保持平衡的地方，就是煤层沉积最厚的地方，也就是聚煤中心形成的地方，这样聚煤中心就和沉积中心不一致。

由于成煤后构造运动的影响，使已经形成的含煤盆地发生褶皱、断裂、甚至隆起。褶皱构造常常表现为背斜和向斜，断裂则使煤层或地层发生错位及位移形成断层。因此形成煤的含煤盆地与现在我们看到的沉积盆地面貌不完全一样，有的甚至是翻天覆地的变化（图 5-1-6、图5-1-7、图 5-1-8、图 5-1-9、图 5-1-10、图 5-1-11、图 5-1-12）。

含煤盆地形成后一般又经历了复杂的变化。这是由于，在地质发展历史中，由于内力与外力的作用，组成地壳的岩层不断地进行着改造与建造。地壳构造运动使部分地壳上升，也使另外部分地壳下降。上升部分的地壳岩层不断遭受到风化剥蚀，被流水冲刷，被风吹蚀；下降部分的低洼盆地不断接收沉积。这种旧岩层的不断毁坏和新岩层的不断形成，可能在同一个盆地中反复进行，形成了具有成生联系的沉积岩系即沉积建造。当盆地具有适宜煤生成的气候、植物条件，就形成了含有煤层的具有成生联系的沉积岩系，称其为含煤建造，有人称为煤系地层。含煤建造有浅海相沉积，很少有深海相沉积；有山麓相、冲击相、湖泊相、沼泽相和泥炭沼泽相，很少有冰川、沙漠相沉积；有滨海三角洲相、 湖海湾相、砂咀、砂坝、砂洲相。所以含煤建造可分为近海型含煤建造和内陆型含煤建造。近海型建造可进一步分为浅海型、滨海平原型、狭长海湾型。内陆型含煤建造可细分为内陆冲积平原型、内陆盆地型、内陆山间盆地型。各种类型的含煤建造都有其自身的特点，组成含煤建造的岩相、岩性、含煤性都不一样。我国除一些早古生代生成的含煤建造为海相外，以后的地质时代绝大多数的含煤建造由陆相所组成，或是由陆相、过渡相和浅海相沉积所组成。因此含有陆相沉积，特别是含有沼泽相和泥炭沼泽相沉积，是我国主要含煤建造岩相组成的一个重要特点。新疆的含煤建造几乎没有浅海相沉积，过渡相沉积也很少见。

从各个含煤盆地的含煤建造的不同，也可以看出煤盆地的形成是复杂的。从含煤建造所反映出的古气候、古植物和古地理环境的不同，可以看出成煤的环境有浅海环境，有内陆湖泊及河流三角洲环境，有海湾、 湖、滨海三角洲等海陆二者的过渡环境；成煤盆地大至海盆，到海盆湖泊的过渡，到湖盆，小到山间洼地，大小悬殊，形态各异，多种多样，盆地环境千姿百态。

盆地为煤的生成提供了环境条件，也就是说煤的生成必须要有盆地的形成，但有了盆地不是都可以形成煤。当地壳强烈运动，快速上升部分就会形成高山峻岭，急剧下降部分就会形成汪洋大海、深水湖泊，都不利于煤的沉积形成。只有在地壳运动处于缓慢下降的小幅振荡过程中，在盆地泥炭沼泽接受植物遗体堆积的速度与盆地下降的速度基本平衡，堆积的植物遗体及时补偿、充填了地壳下降造成的空间，使盆地长期保持泥炭沼泽的条件，才利于煤的形成。这种基本平衡的条件持续的时间越长，堆积的泥煤层就越厚，就可以形成很厚的煤层，有的单层煤厚度可达几十米甚至上百米。如果地壳运动下降速度超过了泥炭堆积的速度，盆地的水就会加深，泥炭沼泽的环境就会转化为湖泊或海洋，不宜植物的生长，缺少成煤的物质条件，形不成煤，而形成泥沙、灰岩等沉积物的覆盖层。如果地壳运动上升的速度超过了泥炭沼泽的堆积速度，不仅不能继续进行泥炭的堆积，而且随着上升的进一步加剧，原已堆积的泥炭层发生剥失而形不成煤层。如果上升、相对稳定、下降交替出现，就能形成多层煤层，有的煤盆可形成几十层煤。因此，一个含煤盆地中的煤层的厚薄、煤层的多少与厚薄的变化，都与成煤时的地壳运动有密切的关系。

2. 气候植物环境

成煤环境必须是在盆地或浅海边缘、海湾、 湖、内陆湖泊及河流低洼泥炭的沼泽中（图5-1-13），既有原地生长的植物，又有从盆地外被流水搬运来的异地植物。在这样的环境中，气候要多雨湿润，适宜各类植物及其他生物的大量繁殖生长。成煤要经历上百万年千万年甚至亿年的过程，在地史上是个较短的阶段，但对于人类来讲是个非常漫长的过程。在这样长的时期，大面积茂密的植物只要生生不息，新陈代谢，一万年长盛不衰，一年堆积 0.1 毫米，10 万年就可堆积 100 米，再经历成煤成岩作用的压缩，形成数米几十米的煤层完全可能，何况成煤的过程往往经历上百万年。新疆大约在一亿九千五百万年前至一亿三千七百万年前的侏罗纪，结束了古海洋和海陆交互环境，形成内陆湖泊环境，尤其在新疆的北部和东部，内陆湖泊更为广泛，气候更加温暖湿润，植物生长茂盛，在河流和湖泊边缘地带，形成大面积的湿地，生长着茂密的植物，以银杏植物门、苏铁植物门和松柏植物门等裸子植物的发展达到了高峰，成为丰富的源源不断的成煤植物主体。当时真蕨植物也很繁盛，锥叶蕨迅速地发展起来，空前茂盛；恐龙等大型动物也很盛行。伴随缓慢下降且频繁振荡的地壳构造运动，在准噶尔盆地、吐鲁番盆地、哈密盆地和伊犁盆地等山间盆地，形成了大面积的沼泽和植物堆积。这些堆积的植物成煤后，在准噶尔盆地南缘形成的煤层有数十层，厚度可达一百多米，有的单层煤厚度就达六七十米。

（三）成煤过程

植物之所以能变成煤，要在特定的条件下经过一系列的演化过程。这个过程叫成煤过程，大体分为三个阶段。

1. 泥炭化作用阶段

在温暖潮湿的适宜气候条件下，在相对稳定的大面积的近海、滨湖、 湖、沼泽盆地环境中，植物不断地繁殖、生长、死亡，其遗体堆积在水中。生物（也有少量动物）遗体受到水体的浸没与空气隔绝，在缺氧的还原环境下，不会很快腐烂掉，因而日积月累，层层叠叠，厚度不断增加，不断地压实。压实的植物堆积层在微生物的作用下，植物遗体不断地分解、化合，就形成了泥炭层。植物形成泥炭的生物化学过程大体分为两个阶段，先是植物遗体中的有机化合物，经过氧化分解和水解作用，化为简单的化学性质活泼的化合物；之后是分解物进一步相互作用形成新的较稳定的有机化合物，如腐殖酸、沥青质等。植物的分解、合成作用是相伴而行，在植物分解作用进行不久，合成作用就开始了。植物的氧化分解和水解作用是在大气条件和微生物的作用下，在泥炭的表层进行的。在低位泥炭沼泽的表面含有大量的喜氧细菌、放线菌、霉菌，而厌氧菌很少，随着深度的增加，霉菌很快绝迹，喜氧细菌和放线菌减少，厌氧菌很快增加。在微生物的活动过程中，植物的有机组分被合成为新的化合物。当环境逐渐转为缺氧时，纤维素、果胶质又在厌氧细菌的作用下，产生发酵作用，形成甲烷、二氧化碳、氢气、丁酸、醋酸等产物。随着植物遗体的不断分解和堆积，在堆积的下层，氧化环境逐渐被还原环境所代替，分解作用逐渐减弱；与此同时，在厌氧菌的参与下，分解产物之间的合成作用和分解产物与植物残体之间的相互作用开始占主导地位，这种合成作用就形成了一系列新的产物。植物转化为泥炭后，主要成分是腐殖酸和沥青质，在化学成分上发生了变化。植物的角质层、孢粉壳、木栓层是稳定的，所以常常能完整地保存在煤层中。

2. 煤化作用阶段

由于地壳不断地运动，泥炭层形成后继续下沉，在盆地相对较高的地段风化剥蚀的泥沙被水和风带到盆地的低洼泥炭沼泽，将已堆积的泥炭层覆盖起来。覆盖的泥炭层随着进一步的下沉，覆盖层的进一步的加厚，环境就发生了显著的变化。首先，它要经受上覆岩层压力的不断增大；在压力不增大下不断地发出热量，使其温度不断地升高。在压力与温度的共同作用下，泥炭层开始脱水，进而固结压实。在生物化学作用下，氧含量进一步减少，而含碳量逐渐增加，腐殖酸降低，比重增加。经过这样一系列的复杂变化之后，泥炭就变成了褐煤。

3. 变质作用阶段

褐煤继续受到不断增高的温度和压力的影响，引起内部分子结构、物理性质和化学性质的不断变化，使其发生了变质而成为烟煤。温度、压力与时间是褐煤变质的三要素，其中以温度最为重要。地球有地温递增现象，即地球的温度由表及里，由上至下温度是逐渐递增的。地球向深部每增加 100 米温度增加 3 度。地温这种有规律的递增现象称作地温梯度。虽则是地球的普遍现象，但各地由于地壳结构的不同，地下岩浆分布的不同，梯度的幅度还是有区别的。当成煤区附近有岩浆体存在时，对煤的变质将产生显著的影响。

温度对煤的变质作用虽然占据了主导地位，但是如果温度不断升高，加之如果密闭条件不好，超过一定的限度就可能把煤烧掉。因此还一定要在密闭的条件下和适当的压力下，煤才能得到适度的变质。时间的长短与温度的高低也有关系，如果煤化作用处在 150℃～ 200℃较低温度，但持续的时间长，持续两千万年至一亿年，就足够形成高变质的烟煤和无烟煤。温度、压力和时间对煤的变质起着综合的作用。在温度和压力不变的情况下，时间越长煤的变质作用越强。但也有人认为，只有当温度超过 150℃时时间才起作用，否则时间再长也不会对煤的变质产生显著影响。压力对煤的变质作用也有两种不同的认识，一种认为压力增加后气体不易逸出，挥发分不能改变，从而阻碍了煤的变质程度的加深；另一种则认为无烟煤及石墨有定向的晶格，单纯的加热不会产生这种结果，而是压力促使煤的结构发生了变化。

（四）煤的区域变质、接触变质、动力变质作用

1. 区域变质作用

随着煤沉降深度的增加，含煤岩系被其他地层所覆盖，受地球内部热量和压力的长期影响所引起的变质作用称煤的区域变质。在区域变质作用的影响下，煤的变质常常呈现出一种有规律的变化。首先煤变质具有垂直分带的规律，在同一煤田内随着深度的增加，煤的挥发分逐渐减少，变质程度逐渐升高。这个规律是在 1873 年希尔特研究德国鲁尔煤田、英国威尔斯煤田和法国比来煤田时发现的，后来就称为“希尔特定律”。例如在鲁尔煤田，含煤地层厚 3000 余米，煤种自上而下为长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、贫煤带，分带性很明显。我国的鸡西煤田煤种也有很好的分带性。由于目前确定煤质牌号的主要指标是煤中挥发分的百分含量，所以希尔顿定律可以用挥发分的变化来表示。每下降 100 米所引起的挥发分含量的变化称为“挥发分梯度”。挥发分梯度受地热梯度的控制，由于各地的地热梯度不一致，挥发分梯度也就因地而异。区域变质作用的另一个重要特点就是煤变质程度的水平分带规律。因为在一个煤田中，同一煤层原始沉积时的沉降幅度可以不同，而且成煤以后因构造变动而发生的下降深度也不一样，这种关系反映到平面上就表现为不同地段有不同的变质程度，即为煤变质的水平分带现象。由于沉降并不一定呈现为均匀的幅度，所以水平分带也可以宽窄不一。宽的地方代表沉降幅度变化较缓的地段，窄的地方代表沉降幅度变化较急的地方。

2. 接触变质作用

当岩浆侵入或靠近煤层及含煤建造时，由岩浆带来的高温、挥发性气体和压力，使煤的变质程度升高的作用称煤的接触变质作用。接触变质作用的一种是热力变质，是由侵入在煤系下部的岩浆体析出的热量对煤产生影响所引起的变质作用。变种变质作用是岩浆不直接接触煤层，由岩浆的热量引起含煤地层温度升高而使煤发生变质，往往影响的范围较大。具体影响范围因岩浆规模不同而影响范围不同，岩浆侵入的规模大影响的范围就大。接触变质作用另一种是由火成岩岩体直接侵入煤层中发生的变质作用。这种变质作用影响范围往往较小，岩浆接触煤层的地方常常形成天然焦，煤层的围岩亦具有某些变质现象。远离岩浆岩体，煤的变质程度则逐渐降低。煤的变质带常常围绕岩浆岩体呈环状分布，或者靠近岩浆岩体的一侧呈带状或环状分布。

3. 动力变质作用

由强烈的构造运动如挤压褶皱等产生的区域温度增高所引起的煤化过程，称煤的动力变质作用。动力变质作用常常发生在构造变动强烈的地区，如新疆的库拜煤田、准南煤田东段阜康大黄山一带、哈密野马泉一带、艾维尔煤田一带等，同属侏罗纪煤田，但变质程度比其他煤田高出许多。

(一)鸡西盆地构造单元划分

鸡西盆地中部发育横贯东西的平阳-麻山断裂及一个近EW—NEE向的基底隆起,将盆地分成南北两个构造条带,由此,可划分为三个构造单元,即鸡东坳陷(北部构造条带)、恒山隆起(中部隆起)及穆棱坳陷(南部构造条带)(图2-2)。

鸡东坳陷位于鸡西盆地北部,为不对称的大型复向斜,北翼缓、南翼陡,东深西浅,呈EW向展布,由多个褶曲组成,轴向近EW向,褶皱平缓,受近SN向和NW向断裂影响,褶曲均发生了切错平移。南部被逆冲断裂性质的平麻断裂控制,北部以超覆为主的箕状断陷。条带内鸡西群发育齐全,东北部被新近系沉积岩覆盖。

恒山隆起位于鸡西盆地中部,主要由前寒武纪地质体组成,近EW—NEE条带状,呈西宽东窄的楔形插入到鸡西盆地中间,是由平麻断裂和桦树沟断裂所控制的基底断块隆起。

穆棱坳陷位于鸡西盆地南侧,亦为大型复向斜,具南东断北西超的箕状结构,走向NE—NEE。坳陷西部翘倾剥蚀,仅发育城子河组和穆棱组,上部被新近纪玄武岩覆盖中东部为一相对对称的地堑,鸡西群发育较全,上覆桦山群猴石沟组东部为新近纪玄武岩发育带。穆棱坳陷受敦密断裂逆时针方向旋扭应力场的影响其构造线方向与敦密断裂有着严格的一致性,总体呈半地堑型构造,盆地沉积期下降幅度较大,后期改造以褶皱为主,并具有多个缓波状次级褶曲,褶曲轴向由西向东的近EW向转为NEE向,且褶曲变少,亦受近SN向和NW向断裂影响发生切错平移。是一个长期发育、继承性中新生代断凹。

综上所述,鸡西盆地整体表现为东南断陷、西北超覆的复式箕状构造样式。由两坳一隆组成的构造单元,不但表现了现今鸡西盆地的构造形态,也基本反映了盆地沉积过程中构造因素的控制作用。南北构造条带内基底也存在显著差异,多个隆起(凸起)和凹陷构成条带内复杂的构造格局,通常情况下凸起构造部位范围小、地层薄,岩性粒度以砂、粉砂为主,含煤差,基底隆起,常缺失盆地早期的地层,后期构造强度相对较弱,火成岩侵入很少而凹陷构造范围较大、地层厚,岩性粒度增加了粗碎屑和细碎屑两端组分,尤以湖相泥岩所占比例明显提高,含煤好,后期构造强度较大、断层褶曲发育,火成岩增多。

图2-2 鸡西盆地构造单元划分示意图

(二)主要断裂特征

鸡西盆地内断层发育,总体除恒山隆起北缘平麻断裂为逆断层外,其余均为正断层,并以NE、NW方向为主,尤以NE—NEE向断层更为发育。一般NW向切割NE和NEE向(近EW向),NE向倾角较陡,一般均大于65°,该组断层同构造线走向基本一致。NW向倾角较缓,一般小于40°。NE向、近EW向断层延伸较长,除敦密断裂外,一般30~70km,控制着盆地基本形态和格局。NW向断层一般延伸较短,多为15~20km,主要控制盆地内部的局部构造。

鸡西盆地隆、坳相间的构造格局均为断裂控制作用的反映,控制断裂以近EW走向为主,东南边界为NE走向的敦一密深大断裂(黑龙江省地质矿产局,1993周兴福等,2004)。

敦化-密山断裂:敦密断裂是国内著名的区域性深大断裂带,位于佳木斯地块的东南部,向南与郯-庐断裂带在沈阳相接,由吉林省敦化延入黑龙江省,经穆棱、鸡西、密山,向北到虎头过乌苏里江进入俄罗斯增境内,是郯-庐断裂带在东北的重要分支。该断裂总体走向NE,倾向NW的高角度左旋走滑断层,其控制鸡西盆地东南边界以及盆地延展和鸡西群的分布。这是一条多期活动的区域性断裂,在燕山期以拉张裂陷为主,中新世末呈现挤压性质,上新世再度扩张,控制了渐新世玄武岩的分布,形成新生代地堑式断陷带(周兴福等,2004赵春荆等,1996张宏等,1995朱光等,1998)。

恒山-桦树沟断裂:该断裂为走向NEE—NE向,倾向南的基底正断层,其是鸡西盆地内恒山隆起与穆棱坳陷的分界断裂,它控制了恒山隆起南部及穆棱坳陷的展布,对沉积起到较大控制作用。在北端控制了古近纪—新近纪玄武岩的串珠状分布,说明其活动时间较长。

平阳-麻山断裂:该断裂近EW走向,南倾,倾角30°~70°,为略呈向北凸的弧形逆冲断层,是恒山隆起向北逆冲而成,上盘为恒山隆起,下盘为鸡东坳陷。是恒山隆起同鸡东坳陷的边界断层,作为控制鸡西盆地隆坳格局的逆冲断层,在平面上延伸大于70km。

塔头河断裂:断裂走向NW—NNW向,倾向西的高角度正断层,其控制了鸡西盆地的东部边界,是鸡西盆地与龙爪沟盆地的边界断裂。同时,也切割了鸡西盆地南北两侧的前中生代基底,也使东西两侧盆地表现了不同的沉积特征。

上述前三条大断裂控制着鸡西盆地一隆两坳的基本格局,而塔头河断裂则控制了盆地东部边界。

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。

煤炭是千百万年来植物的枝叶和根茎，在地面上堆积而成的一层极厚的黑色的腐植质，

由于地壳的变动不断地埋入地下，长期与空气隔绝，并在高温高压下，经过一系列复杂的物理化学变化等因素，形成的黑色可燃沉积岩，这就是煤炭的形成过程。