蒙古國主要成煤時期地質背景及巖相學特征

吉宏泰 梁 璐 劉顯正 馮文麗 李洪亮

(1.內蒙古煤炭地質調查院；2.上海海洋大學海洋科學學院)

蒙古國主要成煤時期地質背景及巖相學特征

吉宏泰1梁 璐2劉顯正1馮文麗1李洪亮1

(1.內蒙古煤炭地質調查院；2.上海海洋大學海洋科學學院)

通過搜集蒙古國內已發現的200多座煤礦以及其中70座已開采煤礦的部分地質資料，按照成煤時期由早到晚的順序，分析了該國各個地質時期含煤盆地的分布、地質和構造背景，并總結分析了該國石炭、二疊、侏羅、白堊系含煤盆地形成的地質、構造因素以及煤炭的巖相學特征，為相關研究提供參考。

成煤時期 巖相學特征 含煤盆地

蒙古國煤炭資源豐富，自1912年至今，已發現煤礦(點)200多處，該國煤礦總體由西向東分為2個煤炭省，12個聚煤盆地和3個成煤區，含煤地層序列是控制煤化程度的主要因素[1]。蒙古西部煤炭省多數為晚石炭系煤層，煤化程度較高的煙煤；東部煤炭省主要為白堊系褐煤；南部盆地和中蒙古西部盆地為二疊系地層煤化程度低的煙煤；北部和中部盆地主要為侏羅系次級煙煤。

1 含煤盆地地質背景和構造特征

1.1 石炭系含煤盆地

石炭系含煤盆地即賓夕法尼亞亞系(石炭系中—早統)分布于蒙古西部地區，蒙古境內阿爾泰山脈一帶[2]。該地區石炭系盆地屬島弧型沉積型，發育于寒武系和早奧陶系時期。巖性主要由志留系、泥盆系和石炭系密西西比亞系(石炭系下統)沉積巖和一些火山巖以及奧陶紀和泥盆紀深層巖組成。石炭紀時期島弧系統閉合，蒙古阿爾泰山盆地抬升，因此形成了陸地前沿構造，具有磨拉石建造特點。在陸地前沿構造沉積中的厚煤層有復雜的層間裂隙，推測為走滑構造環境影響了煤層富集的連續性。一些煤層中構造現象幾乎是統一的類似地塹形式。煤層傾角在該類構造中相對較小。很多含煤序列暴露在外被侵蝕，被晚新生界構造活動破壞[2]。煤炭含硫量低，反應出煤層的形成時期與海水接觸不充分，為非海相沉積環境。該區域南部石炭系中統地層由碎屑巖和火山巖組成，石炭系上統地層主要為淺海相碎屑巖和碳酸鹽巖沉積，碎屑巖粒度較細，均不具有磨拉石建造特點[3]。

1.2 二疊系含煤盆地

二疊系含煤盆地主要分布于蒙古南戈壁省和前杭愛省南部地區，盆地多以碰撞構造為主。泥盆、石炭紀是蒙古南部所有活火山島弧系統的一個增長時期，在該時期發生了以碰撞為主的構造運動，形成了以大陸前緣為背景的沉積環境。二疊紀時期，古亞洲洋蒙古南部與中國北部陸殼閉合[4]，為泥炭富集在大陸前緣溝谷帶提供了良好的條件。在碰撞運動和煤炭堆積的共同作用下形成了蒙古南部地區含煤盆地。蒙古南部含煤盆地的沉積形式有島弧沉積和弧前、弧后盆地沉積。南戈壁含煤地層為二疊系上統塔溫陶勒蓋組沉積地層，包含了幾個子盆地、褶皺、北向斷層和逆沖斷層。

1.3 侏羅系含煤盆地

蒙古侏羅紀時期的含煤建造形成于2個階段，發育于不同的盆地內，如蒙古西部的格瑞特河盆地、蒙古中部的圖拉河盆地、蒙古北部的埃格—色楞格河盆地，以及在蒙古東部煤化程度較低的沉積地層。蒙古西部的含煤地層為侏羅系中統下部熱爾嘎蘭特組，在格瑞特湖盆地區，不整合于前寒武紀文德期地層[5]，該地層組上部含煤，代表巖性有礫巖、砂巖夾層，粉砂巖和泥巖。蒙古中部、S—SE的河谷區，早—中侏羅紀煤層在裂谷地塹處沉積，被上白堊紀和新生界陸相沉積物覆蓋。

三疊和侏羅紀時期在中國西北、華北板塊和南蒙古板塊出現了SN向的大陸收縮變形。蒙古北部地區基底由前寒武紀復雜變質雜巖組成，上覆地層為古生界含海相古生物沉積地層和主動大陸邊緣深成火山巖。在該類區域內，很多小型地塹被中—上侏羅紀的含煤沉積層覆蓋。

1.4 白堊紀含煤盆地

在蒙古—鄂霍茨克洋(通古斯洋)閉合后，蒙古主要以陸相沉積為主。在侏羅紀晚期，蒙古東部和中部構造活動性質發生改變，由擠壓型變為拉伸型。蒙古東部斷裂構造發生時間從1.26億a到1.55億a[6]。該類拉伸運動表現為古太平洋板塊俯沖作用形成的弧后拉伸和陸殼增厚部位的塌陷。朱溫巴音群在裂谷中相對大的湖相沉積富集了厚泥炭和油頁巖[6]。隨著沉降速度的減慢，水位的下降，古環境條件變得更加有利于泥炭的沉積。淺湖地區主要被呼和廷格含煤地層和斑若巴彥砂礫巖組覆蓋。石炭紀(蒙古的阿爾泰盆地)、二疊紀(南戈壁和前杭愛南部區盆地)、侏羅系含煤盆地(蒙古西部的河谷盆地)在擠壓構造條件下在大陸前緣盆地富集成煤。白堊紀含煤盆地(蒙古東部地區)和中—上侏羅紀含煤盆地(蒙古北部地區)在拉伸構造作用下的裂谷中富集成煤。

2 巖相學特征

2.1 侏羅、白堊紀

蒙古中部、北部均分布有侏羅紀煤層、翁吉河盆地、鄂爾渾—色楞格區域，侏羅紀煤層與其他時期煤層的顯微組分含量不一致。查干敖包煤礦區化驗結果顯示，侏羅紀煤層鏡質組分和殼質組分含量高，鏡質組分含量一般為87.3～96.6 vol%，殼質組分含量一般為11.7 vol%。白堊紀時期不同于侏羅紀，蒙古由西向東變為干燥氣候，白堊紀煤層又是在裂谷發育的后期階段，沉積變緩慢。下部泥炭富集循環的速率超過了沉積速度，因此泥炭部分裸露，被氧化和改造，影響了煤炭的顯微組分、惰質組分含量的增加。

蒙古東部省的一些煤礦，如(阿拉騰格爾)Alagtogoo煤礦，煤的鏡質組分含量為90 vol%，主要受古氣候條件環境影響。蒙古南東部為季風性氣候，整個蒙古在侏羅紀時期的古氣候條件變化較小。Keller 和 Hendrix認為中亞地球廣泛分布的三疊紀河湖相沉積巖，在侏羅紀時期反映出高徑流條件的季風型氣候，該類氣候的變化，在泥炭富集時，基本水位上升，泥炭未曾裸漏，從而形成了高鏡質組分含量的煤質特征。

2.2 二疊、石炭紀

二疊紀塔溫陶勒蓋組煤炭的惰質組分含量為43.6～21 vol%。下部含煤地層組惰質組分含量最高，上部煤炭惰質組分含量逐漸降低[7]。煤炭的鏡質組分含量從煤層底部(55.4 vol%)增加到煤層頂部(72 vol%)，二疊紀坦桑尼亞煤礦的煤巖特征具有相似特征[8]，推測該地層組煤炭中惰質組分含量高的原因可能是由于成煤環境變化引起，從開闊沼澤環境變成干燥的森林沼澤環境，影響了煤炭中顯微組分含量的變化。煤炭中惰質組分含量從底部向上開始增加，惰質組分含量的增加，鏡質組和殼質組分含量減少，可能是泥炭沼澤隨著時間沉積變慢，與當時基本水平面降低的情形相對應?？傮w上說，塔溫陶勒蓋下部的煤層形成受基本水位下降條件的影響。隨著沉積增加，水平面的升高，上部煤層是富含鏡質組，發育為更為厭氧的沉積條件[9]。該地層組煤炭的灰分含量由底部到頂部增加，說明一些在盆地內的分支河流的流水量隨時間而增大。與蒙古其他地區的煤炭進行對比，石炭紀煤炭尤其是在Kharkhiraa盆地的煤炭惰質組分含量最高(48.3～53.3 vol%)，鏡質組為含量為44.9～47.7 vol%，說明在石炭紀時期，該盆地水平面降低，為有氧沉積環境。

3 結 論

(1)蒙古煤炭由西向東成煤時期變晚，煤化程度降低。蒙古西部地區主要為石炭紀煤層，蒙古南部和中部地區主要為二疊紀煤層。侏羅紀和白堊紀煤炭主要分布于蒙古的東部和北部、中部地區。由于含煤沉積時期影響成煤等級，石炭紀煤炭多為高級煙煤(部分達到半無煙煤)，二疊煤是低級煙煤，侏羅和白堊紀煤層是次級煙煤和褐煤。

(2)蒙古位于中亞造山帶，由幾個構造板塊的多次碰撞產生了該造山帶，該類碰撞對蒙古的含煤沉積盆地有著深遠的影響，使蒙古盆地具有以下構造特點：①石炭—侏羅紀盆地是陸地前沿盆地在擠壓構造條件下形成的；②白堊紀煤層主要在拉伸作用下的裂谷中富集。

(3)蒙古的煤炭是腐殖型，非海相影響沉積形成。從巖相學角度分析，侏羅紀煤炭有別于其他時期的煤，特點是鏡質組分含量(87.3～96.6 vol%)和殼質組分含量(11.7 vol%)最高，這是由于古代季風氣候高徑流條件下，水位變化影響了成煤環境所致。

[1] BadarchG，Cunningham,WD，WindleyBF．AnewterrainsubdivisionforMongolia：implicationsforthephanerozoiccrustalgrowthofCentralAsia[J]．JournalofAsianEarthSciences，2002(21):87-110.

[2] Bayasgalan，A,Jackson，J,Ritz，J F，et al. Forebergs'，flower structures and the development of large intra-continental strike-slip faults：the Gurvan Bogd Fault System in Mongolia[J]．Journal of Structural Geology，1999(2):1285-1302.

[3] 王廷印，劉金坤，王士政，等．阿拉善北部中蒙邊界地區晚古生代拉伸作用及構造巖漿演化[J]．中國區域地質，1993(4)：317-227.

[4] Lamb M A,Badarch G.Paleozoic sedimentary basins and volcanic-arc systems of Southern Mongolia：new strati-graphic and sedimentologic constraints[J]．International Geology Review,1997(3):542-576.

[5] Bat-Erdene D,Jargal L,Erdenetsogt B．Synthesis on Mongolian fossil fuel research and its results[J]．Mongolian University of Sciences and Technology,2001(2):334-344.

[6] Graham S A,Hendrix M S,Johnson C L R.Sedimentary record and tectonic implications of Mesozoic Rifting in Southeast Mongolia[J]．Geological Society of America Bulletin,2001(3):1560-1579.

[7] Semkiwa, Kalkreuth P, Utting J．The geology,petrology,palynology and geochemistry of Permian coal basins in Tanzania[J]．International Journal of Coal Geology,2003(5):157-186.

[8] Holland M J,Cadle A B,Pinheiro R. Depositional environments and coal petrography of the Permian Karoo Sequence：Witbank Coalfield,South Africa[J]．International Journal of Coal Geology,1989(11):143-169.

[9] Lamb M A,Badarch G．Paleozoic sedimentary basins and volcanic arc systems of Southern Mongolia: newgeochemical and petrographic constraints[J]．Geological Society of America Memoir,2001(4):117-150.

2015-01-26)

吉宏泰(1984—)，男，工程師，碩士，010040 內蒙古自治區呼和浩特市新城區展覽館東路25號。