(一)长期基准面旋回与聚煤作用
长期基准面旋回反映的是盆地范围内大规模的湖侵→湖退成因和长期基准面变化特征,因此它总体上控制了湖盆聚煤作用的形成机制(周兴福等,2005)。鸡西群的6个长期基准面旋回对应鸡西群的6个Ⅲ级构造层序,长期基准面旋回的上升与下降决定了聚煤作用的好坏。
其中城子河组的第1个长期基准面旋回的上升半旋回的中上部表现水位不断抬升、沉积速率小于沉降速率、物源供给偏小,在湖侵背景下,气候较为潮湿,利于植物大量生存,湖侵水位的缓慢上升能及时掩埋植物遗体,为造煤植物的保存提供了有利的时间和空间;下降半旋回水体处于高位,脉动式湖退较为缓慢、水量充足、可容纳的空间增长速度等于或略小于堆积速度,较适宜植物的大量生存,在水位下降过程中物源砂体的推进能及时掩埋植物遗体,使其得以保存。因此,该长期基准面上升半旋回的中上部和下降半旋回均有较好的聚煤条件,其内工业煤层发育。城子河组的第2个长期基准面旋回的上升半旋回的水位处于不断上升阶段、水量充足、气候潮湿、可容纳空间增长速度基本等于沉积速度、物源供给偏小、沉积作用时间长,利于植物长时间大量生存,低频率的脉动式湖侵砂体的推进和不断升高的水位能及时埋藏植物遗体,形成还原环境,为聚煤作用提供了有利条件,聚煤作用好;相反,下降半旋回水位不断下降、沉积速度大于可容纳空间增长速率、物源供给量大、水体萎缩、气候逐渐变干旱、沉积作用时间短,不利于植物长时间生存,同时由于冲刷、侵蚀作用较强,植物遗体不易保存,聚煤作用较差。
穆棱组的第1个长期基准面旋回的上升半旋回的上部表现水位缓慢抬升、沉积速率略小于沉降速率、物源供给偏小,湖侵背景下气候较为潮湿,有利造煤植物的长期生存,水位的缓慢上升能及时掩埋植物遗体,为造煤植物的保存提供了有利的时间和空间;下降半旋回水体处于高位,脉动式湖退较为缓慢、水量充足、可容纳的空间增长速度等于或略小于堆积速度,适宜植物的大量生存,在水位下降过程中物源砂体的推进能及时掩埋植物遗体,使其得以保存。因此,该长期基准面上升半旋回的上部和下降半旋回均有较好的工业煤层发育。
滴道组的两个长期基准面旋回和穆棱组的上两个长期基准面旋回多表现物源供给偏大、基准面频率过快、沉降速度过大或过小、水动力偏强、火山灾变事件多、气候偏干燥等特点,不利于泥炭沼泽的大面积生长和发育,聚煤作用普遍差,仅局部形成有薄煤层。
(二)中期基准面旋回与聚煤作用
鸡西群的中期基准面旋回代表鸡西盆地次一级的湖侵→湖退沉积,受局部构造和气候旋回影响明显,因此它制约着具体含煤段的生长和发育(周兴福等,2005)。
1.滴道组中期基准面旋回聚煤作用
滴道组的第①个中期基准面上升半旋回的下部以冲积扇及河流相砾岩-砂岩为主(见图5-4),表现水体较浅、水动力强的特点;中上部发育浅湖沉积,与下部砾岩之间岩相变化较大,显示了基准面上升快且幅度大特征,泥炭堆积的速率跟不上基准面上升速率,水体加深,成煤作用中止,不利于大面积泥炭沼泽沉积,仅在最大湖泛面附近形成小范围的薄煤层。下降半旋回表现水位缓慢下降、但物源供给偏大、水体萎缩、突发沉积事件多等特点,不利于泥炭沼泽稳定发育,聚煤作用差,仅在最大泛面附近有少许质地较差薄煤层。
第②个中期基准面旋回的上升半旋回由曲流河、滨浅湖相的砂岩夹粉砂岩组成,显示水体较浅、基准面上升快、水动力较强、气候较干燥的等特点,不利于泥炭沼泽的发育和保存,聚煤条件差,基本不发育煤层(见图5-4);下降半旋回由滨湖三角洲-相河流相的砂岩、粉砂岩、火山碎屑岩组成,表现水体浅、水动力强、物源供给大、火山物质多的不稳定沉积环境特点,不利于植物生长和保存,聚煤条件差,基本不发育煤层。
滴道组的中期基准面旋回的聚煤条件普遍不好,仅在三级层序湖侵体系域上部最大湖泛面附近发育有薄煤层,连续性较差,多不具工业意义。
2.城子河组中期基准面旋回聚煤作用
城子河组第①、②个中期基准面上升半旋回表现为脉动式湖侵幅度小、可容纳空间增长速度大于沉积速率、物源供给逐渐减小,上升半旋回的上部沉积作用缓慢、物源供给与沉降幅度基本相同,水位增高使气候不断变潮湿等特点,有利于植物大量生长和保存,聚煤作用好(见图5-6),湖泛面附近工业煤层集中发育,上升半旋回的下部因水体浅、水动力强、沉降速度快,泥炭沼泽的生长和保存条件差,聚煤作用不好,基本上没有煤层;下降半旋回处在高基准面和基准面的快速下降期,碎屑沉积加强,冲积体系不断增大,在湖泊水动力条件发育较弱的地区,如湖湾及三角洲间湾等发育沼泽形成煤层,但基准面下降引起湖萎缩使潜水面下降,不利于泥炭长时间的持续堆积与保存,因此形成的煤层一般较薄,分布范围有限。
第④、⑥个中期基准面上升半旋回表现为脉动式湖侵幅度小、频率低、湖侵转化沉积速度慢、水量充足、气候潮湿、中上部的物源供给与沉降速度慢近等、水体平稳,稳定时间长,利于植物长时间大量生长和保存,聚煤作用好(见图56-),有较多工业煤层集中发育,底部因水体较浅、水动力强,植物不易生长和保存,聚煤作用差;下降半旋回表现水体处于高位、水量充足、气候较潮湿、脉动式湖退较为缓慢、可容纳的空间增长速度略小于堆积速度、沉积物粒度细等特征,适于植物长期大量生存,水位下降过程中物源砂体的推进能及时掩埋植物遗体,使其得以保存,聚煤条件好,第④个中期基准面下降半旋回的上部发育有连续性很好的工业煤层。
第③、⑤、⑦个中期基准面旋回的上升半旋回表现脉动式湖侵的幅度大、频率较高、可容纳空间增长速率与沉积速率同步性偏差较大,岩相和沉降幅度变化较大,总体表现水位浅、水动力强、气候偏干旱的不稳定沉积环境特点,造煤植物不宜长时间生长、植物遗体多被冲刷、侵蚀掉,聚煤作用差,仅在局部构造缓和地段(三角洲、最大湖泛面附近)有不连续的煤层出现(见图5-6),下降半旋回表现脉动式湖退的幅度大、岩相和沉降幅度变化较快、水体逐渐萎缩、物源供给量大、气候偏干旱的特点,不利于泥炭沼泽的形成,聚煤作用较差,在南部盆地中心地段有不连续的煤层出现(见图5-6)。
城子河组中期基准面旋回的上升半旋回总体聚煤作用好,尤其是处在二级层序和三级层序湖侵体系域阶段聚煤作用最好;下降半旋回聚煤作用偏差,但在二级层序和三级层序湖侵体系域阶段也有较好的工业煤发育。
3.穆棱组中期基准面旋回聚煤作用
穆棱组第①个中期基准面上升半旋回表现为脉动式湖侵频率较高、基准面上升速度较快、水动力偏强、物源供给偏大、沉积物粒度粗等特点,缺少泥炭堆积的养料和稳定基础,不利于植物长时间生长和保存,聚煤作用较差,仅在局部滨湖沼泽地带形成薄煤层(见图5-8);下降半旋回表现水体逐渐萎缩、火山活动较多、气候较干燥、物源供给偏大等特点,不利于植物长期大量生存,聚煤环境差,局部形成有薄煤层。
穆棱组第②、③、④个中期基准面上升、下降半旋回厚度基本相同,显示湖侵到湖退的转换速度相对较慢。上升半旋回表现脉动式湖侵沉积濒率较低、水位缓慢上升、物源供给偏小、水动力较弱、沉积作用缓慢、气候较潮湿等特点,适合植物生长和保存,聚煤作用较好,煤层具有大范围可对比性,但煤层多偏薄,局部火山活动较强地段煤层不发育;下降半旋回表现水体处于高位、水量较充足、气候较潮湿、脉动式湖退作用缓慢、可容纳的空间增长速度略等于堆积速度、沉积物粒度细等特点,适于植物长期大量生存,水位下降过程中物源砂体的推进能及时掩埋植物遗体,使其得以保存,聚煤条件好,其内工业煤层发育(图5-8),煤层横向上连续性较差,但局部煤层较厚(6~12m)。该三个中期基准面旋回的聚煤作用普遍偏好,是穆棱组重要的含煤段,也是穆棱煤系的重要组成部分。
穆棱组第⑤、⑥个中期基准面上升半旋回表现为脉动式湖侵速度较快、水动力偏强、物源供给小但基准面上升快等特点,造煤植物不宜长时间生长和保存,聚煤作用差,仅零星分布有薄煤层(见图5-8);下降半旋回的表现物源供给大、水体下降快、火山活动较多、气候较干燥等特点,聚煤作用差,基本不发育煤层。
穆棱组第⑦个中期基准面旋回的上升半旋回发育程度弱,主要由曲流河、滨浅湖相的砂岩夹粉砂岩组成,显示水体较浅、水动力较强、基准面上升快的等特点,不利于泥炭沼泽的发育和保存,聚煤条件差,基本不发育煤层(见图5-8);下降半旋回由滨湖三角洲-河流相的砂岩、粉砂岩、火山碎屑岩组成,表现水体浅、水动力强、物源供给大、火山物质多、气候干燥的不稳定沉积环境特点,不利于植物生长和保存,聚煤条件差,基本不发育煤层。
穆棱组中期基准面旋回在盆地二级层序和三级层序高水位体系域下部聚煤作用较好,上升和下降半旋回均有质地较好的工业煤层发育;其他部位聚煤作用较差,仅在三级层序最高湖泛面附近发育有连续性较差的薄煤层。
(三)短期基准面旋回与聚煤作用
鸡西群的短期基准面旋回代表鸡西盆地内最小规模的湖侵→湖退沉积作用,它控制了具体的煤层的形成和分布(周兴福等,2005)。鸡西群各组中的向上变深非对称型短期基准面旋回多出现在各级层序的低水位体系域、高水位体系域上部,湖侵体系域快速扩张阶段也有一定程度发育(见图5-4、图5-6、图5-8),多表现水动力强、冲刷-侵蚀作用强、沉积-沉降速度快、物源供给小等特点,无法为植物长期生长和保存提供稳定条件,而且短期基准面旋回之间冲刷、侵蚀作用强,植物遗体多被冲淡,因此该种基准面旋回聚煤作用最差,基本不发育煤层。
鸡西群各组中的向上变浅非对称型基准面旋回主要发育在各级层序的高水位体系域中(见图5-4、图5-6、图5-8),多表现为物源供给偏大、水位偏低、气候偏干旱、沉积速率大于可容纳空间增长速率等特征,受短期突发事件影响较大,因此,该种短期基准面旋回聚煤作用也较差,仅局部发育煤线沉积(见图5-7、图5-9)。
鸡西群的对称型短期基准面旋回在各级层序的低水位体系域、高水位体系域、湖侵体系域中均有发育(见图5-4、图5-6、图5-8),代表较完整的湖侵→湖退沉积。基准面初期上升缓慢、使得水位不断抬升,陆源碎屑供应相对较弱,气候变得潮湿,陆续由粗变细沉积物供给,为其后的植物生长和泥炭堆积提供了养料和稳定基础,但该时期由于沉积速度和物源供给较快,冲刷侵蚀作用强,不利泥炭沼泽聚集,成煤条件较差;最高湖泛之后,湿润的土壤露出水面,缓慢的湖退使得盆地水量依旧充足,较低的物源供给为植物大量生存提供了有利条件,缓慢的沉积速率和较弱的水动力适宜造煤植物长期生长和保存,因此该种短期基准面的下降半旋回聚煤作用普遍好,是煤层的主要赋存部位(见图5-5、图7-1、图7-2)。对称型短期基准面旋回中的上升半旋回小于或等于下降旋回的类型由于湖侵向湖退转换速度慢、聚煤作用好;上升半旋回厚度大于下降半旋回的类型因下降半旋回上部冲刷、侵蚀作用强,使得沉积记录保存不全,煤层多缺失。鸡西群的短期基准面旋回中一般滨浅湖沼泽相的基准面旋回(见图版Ⅲ-4)聚煤作用多好于浅湖-三角洲沼泽相(见图版Ⅳ-4)基准面旋回,这一点与城子河组总体为滨浅湖沼泽相环境聚煤好于穆棱组总体为浅湖-三角洲沼泽相环境聚煤作用特点是一致的。
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