煤盆地分析

通過對煤盆地沉積史、構造史、地熱史、煤的聚積和轉化等方面的分析，研究煤盆地的成因、演化、煤層富集等規律，以指導煤田地質勘探的新學科。沉積盆地分析是以盆地的整體研究為目標的理論和方法體系。這一學科在20世紀60年代初期初具系統，隨後在地質學多分支學科結合的條件下迅速發展。由於含煤岩系是盆地演化特定階段的產物，沒有盆地就沒有煤、石油和天然氣，因而了解盆地演化的總體背景是闡明煤聚積和賦存規律的重要基礎。

基本介紹

• 中文名：煤盆地分析
• 外文名：coal basin analysis 
• 學科：煤田地質學
• 內容：沉積充填史、構造史、地熱史等
• 作用：指導煤田地質勘探
• 研究對象：盆地

分析內容

盆地分析的思路與方法，體現了整體性、動態性和有序性。盆地的形成、演化是一個漫長的歷史過程，其沉積、構造和含煤性等各項基本要素都存在著演化序列，因此盆地分析是一種歷史演化分析，其內容主要包括，①沉積充填史;②構造史;③地熱史;④煤聚積和轉化史等方面的研究。

含煤岩系僅是盆地演化特定階段的產物，通常的研究工作集中於含煤岩系本身。但是含煤岩系的特徵與其前期地質歷史不可分割： ①盆地基底構造常對其有重要控制作用。②含煤岩系的上覆地層則反映了成煤後的沉降史。因此，煤盆地分析也要求完整地研究盆地充填序列。

沉積充填分析

盆地沉積史的研究。20世紀70年代開始發展的層序地層學，為沉積充填分析提供了科學的系統。沉積盆地中的全部沉積充填稱為盆地充填序列(basin-fill sequence)。根據不整合面、假整合面以及與之相應的整合面，可以把整個充填序列劃分為不同級別的層序地層單元。高級別的層序地層單元是構造旋迴的岩石記錄。各級層序地層單元都是三維地層體並反映不同級別旋迴性。由於不整合面和假整合面代表著沉積間斷和沉積充填的重新開始。因而，以前述關鍵性界面劃分層序地層單元符合充填演化的階段性。

由各級界面和層序地層單元共同構成盆地的等時地層格架(chronostratigraphic framework)。相和沉積體系的研究，均應納入等時地層格架中進行，以揭示其三維配置關係。

沉積體系是具有成因聯繫的相的三維組合。三角洲體系是由分流河道、天然堤、決口扇、分流河口壩、分流間灣充填等十餘種相組合而成的。同期有共生關係，相互聯結、過渡的幾種沉積體系，構成了沉積體系域。以不整合面為界面的層序，其內部由不同的沉積體系域構成。北美學者在邊緣海盆地中識別出了低位體系域、海侵體系域和高位體系域等沉積體系域，並認為海平面變化、構造沉降和沉積物補給等因素，共同控制了體系域的類型和在層序中的分布。

在煤盆地分析中，需要闡明單煤層的形成環境，按體系域單元進行研究和編圖。

沉積體系域的面貌，直接控制了煤的聚積環境，煤層的形態、厚度、穩定性以及灰分、硫分、顯微組成等煤質原生特徵。需編制煤盆地大中比例尺高分辨古地理圖。其基本內容是，反映沉積體系域的面貌並分析其與煤層煤質的相互關係。

構造分析

研究盆地基底特性與構造格架、構造樣式及其力學性質、構造組合和序列以及構造沉降歷史，最後確定沉積盆地的類型。

基底特性與構造格架首先應從巨觀上確定基底地殼的類型。有的煤盆地發育在地台古老結晶基底最穩定的陸核部位上; 有些煤盆地則發育於活動性較大的造山帶基底之上。基底穩定性與活動性的差異，對盆地特性有重要決定作用。盆地的構造格架系指發育於盆地基底中，並對盆地沉降與充填起重要控制作用的構造，特別是斷裂網路，包括斷陷盆地的盆緣控制性斷裂及與之配套的其它主幹斷裂; 前陸式撓曲盆地中同期發育的盆緣逆沖帶等。穿過盆地內部的控制性斷裂難以直接觀察，需要從沉降與沉積上的明顯差異進行判斷。

構造樣式盆地中同期構造配合的總體形態幾何特徵以及不同級別的斷裂和褶曲的形態幾何特徵。經過對各種構造樣式的力學機制進行的大量研究，通常按總體形成背景可分為伸展的(extensional)、撓曲的(flexural) 和走滑的 (strike-slip)，此外還有張扭(transtensional)和壓扭(transpressional)等複合類型。

構造組合和序列同期構造的配套及演化序列。同期構造在一定應力場作用下形成特有的配套樣式，比單一構造更能完好地反映古應力場，並具有預測功能。在發育時間長的沉積盆地中，古構造應力場可能已經歷過多次轉化，包括張、壓交替或張扭、壓扭交替等，每個演化階段各形成其特有的配套樣式，從而在盆地演化的全過程中形成一定的序列。

沉降歷史採用傳統的岩層厚度法，經過壓實校正、古水深校正之後，編制出相應圖件的曲線，空間上差異沉降造成的隆、凹分布是識別古構造格局的重要依據; 煤聚積的有利地區是沉降速度適當並與沉積物補給、海平面變化合理匹配的部位。盆地沉降過程中可能存在著回升，並造成古剝蝕間斷面，因此，在研究沉降歷史時需要判斷並恢復被剝蝕的厚度。盆地模擬技術的發展，已可用反剝法 (back-stripping)恢復盆地沉降的動態過程。

地熱史分析

恢復盆地各地質時期的古地溫，進行盆地地熱演化史的分析研究。盆地的地熱史是煤物質轉化的決定因素。已發現許多沉積盆地都是煤、油、氣共生盆地，表明煤在一定條件下可成為重要的烴源岩。

盆地的熱狀態首先受控於所在的岩石圈特性與構造狀況。在油氣勘探中已注意到不同類型盆地地熱增溫率有明顯差異。中國東部第三紀盆地以高地熱增溫率和高大地熱流為特徵，並對應於地幔隆起區;中國西部塔里木和準噶爾盆地的地熱增溫率則較低，地殼厚度也較大。

恢復盆地的古地溫有多種手段，迄今為止鏡質組反射率Ro仍然是最普遍的有效的方法。裂變徑跡技術(fission track analysis)即根據礦物中V、Th放射性同位素自發裂變碎片徑跡計時的方法，是近年來大力發展的研究盆地熱史和沉降史的新手段。

盆地的熱歷史，決定了煤化階段及煤變質的分帶特徵。反之，煤質參數又是推斷古地溫和熱事件性質的重要依據。

聚煤特徵及聚煤史分析

煤盆地分析的目的是，闡明煤在盆地中聚積的規律性。在煤、油、氣共生盆地中，還要闡明煤和油氣的成因聯繫，闡明煤及煤系作為烴源岩的潛力。

煤聚積規律的研究包括數量和質量兩個方面。前者主要研究煤層的特徵和分布，後者主要研究煤質的分帶性。一系列煤盆地的研究成果表明，煤層作為三維地質體受盆地中沉積環境與構造因素的綜合控制。煤體常具有明顯的分帶性，尋找煤層厚而穩定的部分，並查明其形成的古環境與古構造條件，是聚煤規律研究的主要任務。大量事實表明，聚煤作用在煤盆地中常極不均一，煤炭資源量的大部分常集中於煤盆地中的有限範圍內，由此提出了富煤帶或富煤單元的概念。富煤帶或富煤單元均形成於古環境與古構造最有利的部位。因此，煤聚積特徵的分析，需要與沉積充填分析和構造分析的成果密切聯繫，研究其相關性與協變性，進一步認識煤聚積與分布的規律，概括出具有預測功能的不同條件的聚煤模式。

盆地演化的背景分析

包括對盆地演化的大地構造、海陸分布格局中位置、古氣候變遷等背景的分析與研究。

煤盆地分析既包括對盆地自身各項要素的研究，又包括更廣闊範疇之背景分析。從系統論的觀點看，盆地作為一個獨立系統的同時，又是更高級別系統的一個組成部分。因此，盆地研究必須與更高級別的背景研究相結合。

大地構造背景是煤盆地背景分析的首要內容，包括盆地在板塊構造中的位置、盆地的地殼結構和特徵、盆地與板塊邊界的關係和成盆期板塊相互作用的動力學 (聚斂、離散、走滑等)。

盆地在大的海陸分布格局中的位置，盆地充填過程中的古氣候變遷等，也都屬於背景分析的重要內容。

煤盆地分析涉及內容廣泛、複雜，要求多學科結合併綜合運用地球科學各領域的最新成就，特別是地質學、地球物理學與地球化學等領域的密切結合併廣泛套用計算機技術。

盆地分析的成果，需要用一整套反映盆地各項特徵的圖件來表示。作為編圖基礎，需綜合龐大的數據和各種信息。由於計算機技術的套用，才使盆地演化的動態分析和定量分析成為可能，並形成了當代盆地分析的有力手段——盆地模擬技術。