[科普中国]-煤盆地分析

通过对煤盆地沉积史、构造史、地热史、煤的聚积和转化等方面的分析，研究煤盆地的成因、演化、煤层富集等规律，以指导煤田地质勘探的新学科。沉积盆地分析是以盆地的整体研究为目标的理论和方法体系。这一学科在20世纪60年代初期初具系统，随后在地质学多分支学科结合的条件下迅速发展。由于含煤岩系是盆地演化特定阶段的产物，没有盆地就没有煤、石油和天然气，因而了解盆地演化的总体背景是阐明煤聚积和赋存规律的重要基础。1

分析内容盆地分析的思路与方法，体现了整体性、动态性和有序性。盆地的形成、演化是一个漫长的历史过程，其沉积、构造和含煤性等各项基本要素都存在着演化序列，因此盆地分析是一种历史演化分析，其内容主要包括，①沉积充填史;②构造史;③地热史;④煤聚积和转化史等方面的研究。

含煤岩系仅是盆地演化特定阶段的产物，通常的研究工作集中于含煤岩系本身。但是含煤岩系的特征与其前期地质历史不可分割： ①盆地基底构造常对其有重要控制作用。②含煤岩系的上覆地层则反映了成煤后的沉降史。因此，煤盆地分析也要求完整地研究盆地充填序列。

沉积充填分析盆地沉积史的研究。20世纪70年代开始发展的层序地层学，为沉积充填分析提供了科学的系统。沉积盆地中的全部沉积充填称为盆地充填序列(basin-fill sequence)。根据不整合面、假整合面以及与之相应的整合面，可以把整个充填序列划分为不同级别的层序地层单元。高级别的层序地层单元是构造旋回的岩石记录。各级层序地层单元都是三维地层体并反映不同级别旋回性。由于不整合面和假整合面代表着沉积间断和沉积充填的重新开始。因而，以前述关键性界面划分层序地层单元符合充填演化的阶段性。

由各级界面和层序地层单元共同构成盆地的等时地层格架(chronostratigraphic framework)。相和沉积体系的研究，均应纳入等时地层格架中进行，以揭示其三维配置关系。

沉积体系是具有成因联系的相的三维组合。三角洲体系是由分流河道、天然堤、决口扇、分流河口坝、分流间湾充填等十余种相组合而成的。同期有共生关系，相互联结、过渡的几种沉积体系，构成了沉积体系域。以不整合面为界面的层序，其内部由不同的沉积体系域构成。北美学者在边缘海盆地中识别出了低位体系域、海侵体系域和高位体系域等沉积体系域，并认为海平面变化、构造沉降和沉积物补给等因素，共同控制了体系域的类型和在层序中的分布。

在煤盆地分析中，需要阐明单煤层的形成环境，按体系域单元进行研究和编图。

沉积体系域的面貌，直接控制了煤的聚积环境，煤层的形态、厚度、稳定性以及灰分、硫分、显微组成等煤质原生特征。需编制煤盆地大中比例尺高分辨古地理图。其基本内容是，反映沉积体系域的面貌并分析其与煤层煤质的相互关系。2

构造分析研究盆地基底特性与构造格架、构造样式及其力学性质、构造组合和序列以及构造沉降历史，最后确定沉积盆地的类型。

基底特性与构造格架首先应从宏观上确定基底地壳的类型。有的煤盆地发育在地台古老结晶基底最稳定的陆核部位上; 有些煤盆地则发育于活动性较大的造山带基底之上。基底稳定性与活动性的差异，对盆地特性有重要决定作用。盆地的构造格架系指发育于盆地基底中，并对盆地沉降与充填起重要控制作用的构造，特别是断裂网络，包括断陷盆地的盆缘控制性断裂及与之配套的其它主干断裂; 前陆式挠曲盆地中同期发育的盆缘逆冲带等。穿过盆地内部的控制性断裂难以直接观察，需要从沉降与沉积上的明显差异进行判断。

构造样式盆地中同期构造配合的总体形态几何特征以及不同级别的断裂和褶曲的形态几何特征。经过对各种构造样式的力学机制进行的大量研究，通常按总体形成背景可分为伸展的(extensional)、挠曲的(flexural) 和走滑的 (strike-slip)，此外还有张扭(transtensional)和压扭(transpressional)等复合类型。

构造组合和序列同期构造的配套及演化序列。同期构造在一定应力场作用下形成特有的配套样式，比单一构造更能完好地反映古应力场，并具有预测功能。在发育时间长的沉积盆地中，古构造应力场可能已经历过多次转化，包括张、压交替或张扭、压扭交替等，每个演化阶段各形成其特有的配套样式，从而在盆地演化的全过程中形成一定的序列。

沉降历史采用传统的岩层厚度法，经过压实校正、古水深校正之后，编制出相应图件的曲线，空间上差异沉降造成的隆、凹分布是识别古构造格局的重要依据; 煤聚积的有利地区是沉降速度适当并与沉积物补给、海平面变化合理匹配的部位。盆地沉降过程中可能存在着回升，并造成古剥蚀间断面，因此，在研究沉降历史时需要判断并恢复被剥蚀的厚度。盆地模拟技术的发展，已可用反剥法 (back-stripping)恢复盆地沉降的动态过程。

地热史分析恢复盆地各地质时期的古地温，进行盆地地热演化史的分析研究。盆地的地热史是煤物质转化的决定因素。已发现许多沉积盆地都是煤、油、气共生盆地，表明煤在一定条件下可成为重要的烃源岩。

盆地的热状态首先受控于所在的岩石圈特性与构造状况。在油气勘探中已注意到不同类型盆地地热增温率有明显差异。中国东部第三纪盆地以高地热增温率和高大地热流为特征，并对应于地幔隆起区;中国西部塔里木和准噶尔盆地的地热增温率则较低，地壳厚度也较大。

恢复盆地的古地温有多种手段，迄今为止镜质组反射率Ro仍然是最普遍的有效的方法。裂变径迹技术(fission track analysis)即根据矿物中V、Th放射性同位素自发裂变碎片径迹计时的方法，是近年来大力发展的研究盆地热史和沉降史的新手段。

盆地的热历史，决定了煤化阶段及煤变质的分带特征。反之，煤质参数又是推断古地温和热事件性质的重要依据。

聚煤特征及聚煤史分析煤盆地分析的目的是，阐明煤在盆地中聚积的规律性。在煤、油、气共生盆地中，还要阐明煤和油气的成因联系，阐明煤及煤系作为烃源岩的潜力。

煤聚积规律的研究包括数量和质量两个方面。前者主要研究煤层的特征和分布，后者主要研究煤质的分带性。一系列煤盆地的研究成果表明，煤层作为三维地质体受盆地中沉积环境与构造因素的综合控制。煤体常具有明显的分带性，寻找煤层厚而稳定的部分，并查明其形成的古环境与古构造条件，是聚煤规律研究的主要任务。大量事实表明，聚煤作用在煤盆地中常极不均一，煤炭资源量的大部分常集中于煤盆地中的有限范围内，由此提出了富煤带或富煤单元的概念。富煤带或富煤单元均形成于古环境与古构造最有利的部位。因此，煤聚积特征的分析，需要与沉积充填分析和构造分析的成果密切联系，研究其相关性与协变性，进一步认识煤聚积与分布的规律，概括出具有预测功能的不同条件的聚煤模式。

盆地演化的背景分析包括对盆地演化的大地构造、海陆分布格局中位置、古气候变迁等背景的分析与研究。

煤盆地分析既包括对盆地自身各项要素的研究，又包括更广阔范畴之背景分析。从系统论的观点看，盆地作为一个独立系统的同时，又是更高级别系统的一个组成部分。因此，盆地研究必须与更高级别的背景研究相结合。

大地构造背景是煤盆地背景分析的首要内容，包括盆地在板块构造中的位置、盆地的地壳结构和特征、盆地与板块边界的关系和成盆期板块相互作用的动力学 (聚敛、离散、走滑等)。

盆地在大的海陆分布格局中的位置，盆地充填过程中的古气候变迁等，也都属于背景分析的重要内容。

煤盆地分析涉及内容广泛、复杂，要求多学科结合并综合运用地球科学各领域的最新成就，特别是地质学、地球物理学与地球化学等领域的密切结合并广泛应用计算机技术。

盆地分析的成果，需要用一整套反映盆地各项特征的图件来表示。作为编图基础，需综合庞大的数据和各种信息。由于计算机技术的应用，才使盆地演化的动态分析和定量分析成为可能，并形成了当代盆地分析的有力手段——盆地模拟技术。

本词条内容贡献者为:

李兵 - 副教授 - 西南大学