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昌都成煤盆地类型及其地球动力背景对成煤作用的控制

宋时雨  
【摘要】:藏东的昌都赋煤带是青藏高原最重要的煤炭资源富集区,集中了青藏高原全区近70%的煤炭资源,发育下石炭统马查拉组、上二叠统妥坝组以及上三叠统巴贡组三套含煤地层,其中尤以上三叠统巴贡组含煤地层分布面积最广,占全赋煤带含煤地层面积的73%,资源量占全赋煤带煤炭资源量的60%。但是由于“三江”特提斯构造域漫长的演化历史,昌都地区经历了多期复杂的板块离散和拼贴过程、后期青藏高原的隆起以及多旋回的构造演化,导致原型的成煤盆地被后期的地质作用所改造,大量反映历史的信息遭受到强烈的破坏。同时,断层和褶皱的发育使得成煤期原始的古地理特征、古构造样式已经不可识别,含煤地层现今的赋存状态与原始沉积状态相距甚远。而原型的成煤盆地类型及其动力学背景的识别是揭示现今煤炭资源赋存规律的关键所在,含煤地层沉积时盆地所处板块的位置、板块边缘的性质、地壳属性以及盆地形成时的地球动力作用都直接决定了成煤植物生长的气候条件、制约着泥炭沼泽的形成及展布。因此,探讨原型成煤盆地类型和成煤期地球动力背景对昌都赋煤带形成的控制作用,对于揭示昌都地区煤炭资源赋存规律,乃至提升“三江”地区特提斯演化过程的认识均具有重要意义。本文以昌都盆地含煤岩系为研究对象,以煤系现今的赋存特征入手,通过野外地质调查、实测剖面、采样采集、室内测试分析、相关图件编制,综合运用构造地质学、沉积学、煤田地质学、地球化学等多学科相结合的研究理论,探讨了昌都地区成煤盆地原型,揭示了不同地球动力背景对成煤作用的控制机理。(1)通过资料搜集、野外地质调查、实测剖面以及手标本观测表明:下石炭统马查拉组发育于昌都赋煤带西侧,受早期沉积古地形以及后期构造破坏,常呈带状沿NNW向展布,煤层形成于海侵体系域的(?)湖-障壁岛环境,是一套海陆交互相含煤地层。同地区含煤层数、层厚差距大,总体具有由北向南跳跃性变差的特点。马查拉背斜为该套含煤地层的主要控煤构造,背斜翼部发育的次级褶皱和断层将煤层切割成支离破碎的块体,形成褶-断的形态。晚二叠世妥坝组在研究区出露有限,仅在昌都赋煤带中部出露且呈NNW向的断续条带状展布。妥坝组含煤性较好的地方主要为赋煤带中部的妥坝地区,向北、向南含煤性均迅速变差,该套煤层属于海陆交互环境中滨岸(?)湖相的海侵成煤。妥坝组煤受东侧妥坝逆断层影响,断层控制下的次级褶皱变形为含煤地层赋存的样式,上三叠统巴贡组含煤地层广泛发育于整个昌都地区,含煤地层总体呈NW、NWW向展布。中部青泥洞-贡觉古隆起将赋煤带分为东西两部分,西部的巴贡组地层厚度基本相近,其顶部发育有海陆交互相的含煤沉积,属于障壁岛-(?)湖体系的海退成煤;东部巴贡组地层厚度变化较大,无明显规律,在瓦许地区有代表着深水环境的泥灰岩沉积,不见煤层出露。昌都-芒康复向斜是该套地层最主要的控煤构造,含煤地层发育在复向斜翼部,而翼部次级褶皱、断层的发育使得巴贡组地层被褶皱、错断,部分煤层呈叠瓦状展布。(2)对含煤岩系碎屑岩主微量元素研究表明,早石炭世马查拉组、晚二叠世妥坝组与晚三叠世巴贡组均具有轻稀土元素富集,同时Eu以及重稀土元素相对亏损的样式。其中马查拉组与巴贡组稀土元素总量相近高于妥坝组稀土元素总量。(马查拉组样品:∑REE=176.23 ×1 0-6~293.47×10-6 均值 232.76×10-6。LREE/HREE=5.05~7.61,均值 6.29。La/Yb=10.04~15.62,均值 13.17。δEu=0.55~0.71,均值为 0.61;妥坝组样品:∑REE=56.90×10-6~64.45×10-6,均值59.32×10-6。LREE/HREE=4.71~5.43,均值 5.09。La/Yb=10.24~11.76,均值 10.82,δEu 为 0.69;巴贡组样品:∑REE=140.54×10-6~281.30×10-6 均值 201.99×10-6,LREE/HREE=8.09~12.01,均值 9.61。La/Yb=12.10~17.68,均值 15.02,δEu=0.59~0.70,均值为0.66)。将3套煤系微量元素同Bhatia总结出的典型构造环境的稀土元素特征作对比,并结合Zr-Th、Th-Co-Zr/10、Th-Sc-Zr/10等构造判别图解,La/Yb-∑REE、La/Th-Hf源区物质组成判别图解以及前人研究成果综合分析出:早石炭世研究区西侧马查拉组沉积时,处于由活动大陆边缘向大陆岛弧边缘过渡的环境,即在昌都地体西缘的澜沧江洋盆开始形成陆源火山弧,马查拉沉积区位于昌都地体边缘,大陆地壳内部的弧后环境中,沉积物源由有酸性岩以及沉积岩组成;晚二叠世,研究区两侧的澜沧江洋盆与金沙江洋盆均已俯冲,妥坝组沉积于介于大洋岛弧和大陆岛弧的环境,即类似于西太平洋型岛弧以及安第斯型陆缘弧构造背景,沉积物源与下石炭统类似,具有双源性。晚三叠世,研究区两侧的澜沧江洋盆以金沙江洋盆已经闭合,巴贡组沉积于板块内环境,沉积物源具有多源性,包括酸性岩(火山弧造山带)、沉积岩以及碱性玄武岩的混合,多种物源性的特点,反映出三叠世含煤地层沉积时,区域处于不同大地构造背景转换的过渡区,区域构造环境复杂。(3)在基于研究区沉积相研究的基础上,通过对研究区含煤地层三级层序地层格架内地层横向平面展布、纵向充填特征分析:下石炭统马查拉组仅在盆缘呈条带状沉积,煤层连续性差,具有成孤立的聚集中心富集的特点,成煤期泥炭沼泽被围限在平行于物源区的狭窄条带内发育。结合区域沉积相分析,早石炭世研究区总体上为一个被类乌齐-澜沧江断裂所控的断陷型海相盆地,整体处于青泥洞古隆起剥蚀与广泛的海相、海陆交互相沉积于泥盆系碳酸岩台地之上的古地理特征。上二叠统煤层呈条带状分布于成煤盆地中部,煤层连续性较好,具统一的聚煤中心。显示出成煤期泥炭沼泽具连续性较好的特征,成煤盆地基底较为平缓,在盆地中部可容空间变化不大,能够让泥炭沼泽连续的大范围的发育。结合区域沉积相分析,晚二叠世研究区属于石炭纪岩性盆地基础形成的继承性盆地,为一夹于类乌齐-澜沧江以及青泥洞断裂之间的海相断坳陷盆地。上三叠统煤层以青泥洞-贡觉为界具有不同的发育规律。赋煤带西缘,煤层连续性较好,具统一的聚煤中心,反映出显示出成煤盆地西缘基底较为平缓,在盆地可容空间变化不大,适于泥炭沼泽连续的大范围的堆积。赋煤带东缘,煤层连续性差,仅在局部孤立发育,地层沉积厚度大,反映出成煤盆地东缘,基准面在不同区域变化大,基底地形凹凸不平的特征。结合区域岩相分析,晚三叠世盆地由古生代板块边缘盆地转变为板块内盆地,整体处于整体隆升的背景之下,成煤盆地东西两缘基底特征具明显差异。(4)通过分析研究区内火山-岩浆活动特征,早石炭世马查拉组钙碱性玄武岩具较高的Al2O3,低的Na2O、K2O。其微量元素特征显示,样品虽具明显Th、P负异常,以及弱的Ta、Ti异常,指示具有洋壳物质的参与,但无Nb、Ta、Ti明显负异常,lgZr/Y-lgZr构造辨别图解显示形成于板内环境,显示早石炭世研究区整体处于弧后拉张背景之下;晚二叠世,盆地东西缘发育钙碱性的中性、中基性火山岩,样品中无明显的Eu负异常,以及富集大离子亲石元素Rb、Th,明显亏损高场强元素Ba、Nb、Sr、Ti元素,具典型的火山弧型玄武岩特征。反映出晚二叠世研究区两侧的火山活动是受澜沧江洋盆与金沙江洋盆双向俯冲影响而形成,研究区整体处于双向收缩挤压的地球动力背景之下;晚三叠世,盆地西缘无火山活动,侵入岩主量元素特征显示具有高K、高Al、低Ti的特征,稀土元素分析显示具有明显的Eu异常,富集K、Rb、Th、Ce,相对亏损Ba、Nb、P,地球化学特征显示侵入岩为澜沧江洋盆俯冲过程中形成的钾质花岗岩,岩浆来源以壳源为主,反映区域以挤压应力为主。盆地西缘同期火山活动频繁,火山岩主量元素显示基性岩类SiO2在42.38~55.97%之间;酸性岩类SiO2在68.49~76.54%之间,双峰特点明显,岩石地球化学特征显示为一套典型板内裂谷型双峰式火山岩。反映盆地西缘以伸展背景下的张应力为主。(5)综合分析研究区三个成煤盆地类型,结合区域地球动力研究结果:早石炭世在伸展背景控制下的弧后成煤盆地中,盆地基底以箕状断陷为特征,控制含煤地层在盆地边缘呈带状展布。在伸展-拉张初期,区域沉降速率与沉积速率稳定,低可容空间可以长期保持,利于煤层发育。但是由于成煤期盆地西缘为一断续展布的链状岛弧,岛弧延伸方向上基底地形高低起伏,导致可容空间变化较大。因此早石炭煤层在研究区难以大面积出露,煤层连续性差,仅在盆地局部成煤条件好。晚二叠世挤压背景控制下的弧背断坳成煤盆地,盆地基底常平整、宽缓,盆地内可容空间变化不大,在挤压作用发生初期,能够为含煤地层沉积提供良好的沉积场所,泥炭沼泽可以在盆地内大范围形成。煤层一般具有连续型好,具统一聚煤中心的特点。但是研究区受澜沧江洋盆和金沙江洋盆双向俯冲的影响,挤压作用增强,构造活动频繁,难以保持稳定的沉积速率和盆地沉降速率,在反复的构造活动中,海平面变化频繁,煤层具有层数多而厚度薄的特点。晚三叠世复合应力背景下控制的成煤盆地中,不同的地球动力背景导致成煤盆地不同区域的成煤性差异明显,盆地低西缘受挤压应力控制下,基底平整、低可容空间连续,可以有大范围、连续性好的煤层形成;东缘受伸展应力作用,基底拉张断裂,可容空间变化大,区域沉降迅速,不利于煤层形成。


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