新疆伊犁盆地含煤地层构造演化与聚煤地质特征

王忠阳 贾智勇 郭丽超

(核工业二一六大队)

新疆伊犁盆地含煤地层构造演化与聚煤地质特征

王忠阳 贾智勇 郭丽超

(核工业二一六大队)

为研究伊犁盆地含煤地层地质特征，综合利用露头、岩芯资料，以层序地层学、沉积学等理论为指导，分析了伊犁盆地构造特征、沉积演化特征，讨论了伊犁盆地含煤岩系层序地层格架、富煤带的空间展布规律。在此基础上，对伊犁盆地聚煤地质特征及找煤方向进行了探讨，对于区内煤炭资源勘探部署及开发利用有一定的参考价值。

伊犁盆地 含煤地层 构造特征 沉积演化特征 地层格架 空间展布规律

伊犁盆地是新疆五大煤炭生产基地之一，煤炭资源预测储量达3 000亿t，探明煤炭资源量558.32亿t，其中，埋深于1 000 m以内的浅层资源量为97.31亿t，系统开展该区含煤地层研究具有重大的能源战略意义。为此，本研究结合区内地质勘探成果，从构造演化角度分析含煤地层分布规律，并对区内聚煤地质特征进行分析，为该区煤炭资源潜力评价提供依据。

1 伊犁盆地构造特征

伊犁盆地位处中亚内陆，属于中天山段的山间盆地，地跨我国新疆维吾尔自治区与哈萨克斯坦共和国的边境地区，盆地向西为开阔凹地，其北界为准噶尔阿拉套山—外伊犁阿拉套山，南界为凯特敏山[1]。在区域构造上，伊犁盆地位于哈萨克斯坦—准噶尔古板块南缘的伊犁—中天山地块上；伊犁—中天山微地块属于准噶尔—哈萨克斯坦板块的次级构造单元(图1)。

构造上，伊犁盆地是在天山造山带所夹持的微地块上发展演化而成的山间叠合盆地，自下而上垂向结构可划分为由中新元古代变质基底、石炭纪裂谷火山岩系的变形基底和二叠纪以来的盆地沉积岩系组成的3层结构，SN向剖面形态总体为两侧造山带相对向盆地逆冲的对冲构造样式。伊犁盆地内部则呈现为“二山三盆”的复杂次级山盆构造组合。伊犁盆地的形成演化与天山造山带，尤其与其南北两侧相邻的不同性质造山带密切相关。伊犁盆地恰为不同成盆期原型盆地复合叠置的综合产物[2-3]。伊犁盆地构造演化成因上具有多期次、多层系、多种类型的地质构造单元，盆地的形成、发展受基底构造形态控制，具有明显的继承性。盆地现今的构造格局主要由4组断裂控制：①科古琴山—博罗霍洛山南麓NWW向断裂带；②哈尔克—那拉提山北缘NEE向断裂带，察布查尔山南北两侧的断裂同属于该断裂系；③主要分布于阿吾拉勒山南北两侧的近EW向断裂带；④以赛—莫—和白—尼断裂为代表的NW、NE向X型剪切断裂带。上述断裂大部分表现出先期张性正断、后期高角度逆冲演化的特征。

图1 伊犁盆地构造分区与剖面

伊犁盆地经历了加里东运动、海西运动、燕山运动、喜马拉雅运动，该类构造运动在盆地发展演化的各时期都留下了明显的地质记录，多期运动的叠加改造形成了现今残留的伊犁盆地。在纵向上迭加发育了早古生代克拉通边缘坳陷、石炭纪陆内裂谷盆地、二叠系断塌陷盆地、三叠纪—侏罗纪陆内拗陷盆地、新生代山间压陷盆地等5种主要盆地类型，经历了4期构造运动和5个成盆发育期[4-6]。

2 伊犁盆地沉积演化特征

伊犁盆地出露地层为古生界志留系、石炭系、二叠系、中生界侏罗系以及新生界第四系地层。盆地成盆期经历了基底形成、断陷沉降、隆升萎缩、再沉陷和再不均匀抬升等多个构造震荡过程，在盆地内的不同部位对应发育了由冲积扇、河流相、河流三角洲、湖泊相(扇三角洲)等组成的不同沉积相带。盆地含煤区主要可分为西部伊宁含煤盆地、北部尼勒克含煤盆地和南部特克斯—昭苏含煤盆地等3个部分。

伊犁盆地自二叠系以来发育了3套大的沉积旋回，由下至上分别为：①第1套陆相火山碎屑岩沉积旋回；②第2套沉积旋回为中生代含煤碎屑岩沉积旋回，该套沉积旋回由三叠系下统棕红色粗碎屑岩(磨拉石建造)、中上三叠系统+中下侏罗统河沼、湖沼相和滨、浅湖相交互共生的煤系地层、中—上侏罗统以砂岩为主的沉积地层组成；③第3套旋回为新生代山间盆地边缘为主发育的河流相、山麓洪积扇相的棕红色粗碎屑岩沉积旋回。伊犁盆地各时代地层的沉积特征见表1[7]。

表1 伊犁盆地地层沉积特征

注：J地层为聚煤地层。

侏罗纪为伊犁盆地扩张、新的断(凹)陷形成的重要时期，早—中侏罗纪时期，新疆及中亚地区是一个广泛的沉积成煤时期，伊犁盆地内的次级构造(伊宁凹陷、尼勒克断陷、昭苏断陷和巩乃斯断陷)均接受了广泛的侏罗系沉积，此时伊犁盆地处于古特提斯洋闭合与新特提斯洋开启的相对长期稳定的沉降阶段，广大区域的坳陷、断(凹)陷为侏罗系河湖相沉积和含煤建造的发育提供了可持续沉积的可容纳空间。

伊犁盆地煤层主要赋存于水西沟群地层中，水西沟群地层沉积时盆地处于弱伸展构造发育期，沉降速度较慢且稳定沉积期长，较有利于煤的生成。盆地总体由下至上的沉积充填序列为砾岩、砂岩、泥岩和煤层，具正韵律发育特征。

盆地中侏罗系地层可划分为S3、S4两个层序，S3沉积层相当于侏罗系早中期，具体沉积时期层序与井下特征见表2。S3沉积层序主要由水下扇-三角洲-扇三角洲-湖泊沉积体系组成。S3沉积层序有低位体系域、湖侵体系域和高位体系域等3套层序。

表2 伊犁盆地水西沟群地层沉积层序与井下特征对比

清水河Q12KO1矿区、皮里青露天矿煤田、木斯乡煤矿、昭苏Z40ZK01矿区的沉积层序地层学和煤发育沉积相环境分析表明，煤富集段多发育于高位体系域的沉积环境中，可作为伊犁盆地继续寻找大煤田的有益思路。

总结伊犁盆地产煤区沉积相特征，发现冲(洪)积扇相沉积中的扇缘亚相、河流相沉积中的河漫沼泽亚相、扇三角洲-三角洲沉积中三角洲平原亚相上的河漫沼泽微相等沉积类型为赋煤、聚煤的主要场所(图2)。

3 伊犁盆地聚煤地质特征与找煤方向

沉积盆地是煤炭资源聚集的重要场所。伊犁盆地内中新生代地层分布广泛，该类中新生代地层构成了区内主要的油气、煤炭和铀矿资源的储层。在盆地内，该类山间盆地的中新生代地层，特别是侏罗系地层为含煤岩系发育的主力层。沉积盆地中是否有煤炭资源的聚集主要取决于古植物、古地理、古构造和古气候等因素的综合效应控制，上述因素的决定和综合控制，使得伊犁盆地在地质发展史中煤炭聚集体现出时间、空间上均有一定的规律。伊犁盆地北部沉降地层厚度大，煤系地层厚度平均约300 m，南部沉降地层稍薄，煤系地层厚度仅约200 m。

受古构造运动和古沉积环境的影响，伊犁盆地自二叠纪以来发育了3套沉积旋回，即二叠纪陆相火山岩沉积旋回、中生代三叠纪—侏罗纪含煤碎屑岩沉积旋回和新生代山间盆地上发育的棕红色粗碎屑岩沉积旋回。目前，第2套沉积旋回地层即中生代三叠纪—侏罗纪含煤碎屑岩沉积旋回中已发现并开采了大量煤炭资源，顶部新生代山间盆地上发育的以棕红色粗碎屑岩为主的沉积旋回为有希望的潜力层。其中，中上三叠统—中下侏罗统河流沼泽相、沼泽相和滨浅湖互生的煤系碎屑岩沉积地层，既为含油层系的烃源岩地层，又为煤田、铀矿的产储层。顶部新生代山间盆地上发育的棕红色粗碎屑岩层沉积可在盆地一定范围内作为寻找煤田的标志层。

伊犁盆地中新生代煤系主要为3套构造层，地层沉积顺序为：底部石炭系为煤系地层基底，二叠系、三叠系小泉沟群为盆地中含煤层系的下伏地层，顶部古近系为盖层。中—下侏罗系的水西沟群地层中具有含煤地层，以伊梨地区的侏罗系水西沟群地层为例，其中已发现了13个含煤地层，顶部含煤地层主要分布于盆地南缘西部洪海沟地区。

伊犁盆地内的伊宁凹陷是目前伊犁盆地地层保存最全、沉积厚度最长、持续沉降时间最大的稳定凹陷单元。孟福印等[8]研究认为伊宁凹陷聚煤地层与红层分布具较密切的关系，通过含煤岩石地层分析，发现有3套红层，即三叠系小泉沟群红层、侏罗系水西沟群红层和古近纪红层。在伊宁凹陷内三叠系小泉沟群沉积厚达650～750 m，为一套厚度稳定的紫红色泥岩、粉砂岩、砂岩夹砾岩的碎屑沉积物，对二叠纪以前的基地起到填平补齐的作用，相当于煤层底板。侏罗系水西沟群包含八道湾组、三工河组沉积层，水西沟群发育2套红层：一套红色岩层位于八道湾组内部，将八道湾组分为2套煤层，八道湾组内发育的红层岩性主要为褐红—暗红色的泥岩、碎屑岩，含有菱铁矿结核；另一套红层位于三工河组内，局部发育为不稳定沉积，岩性为红色中—粗砂岩夹泥岩、粉砂岩沉积，也含有菱铁矿结核。八道湾组内发育的红层以及三工河组内发育的红色岩层均呈透镜状、楔状，厚0～88.4 m，且局部分布。古近纪红层岩性主要为冲(洪)积扇的粗碎屑岩，产状平缓、分布范围广，为煤田的盖层顶板[9]。

图2 伊犁盆地水西沟群地层(S3层)沉积特征及岩相剖面

经伊犁盆地含煤岩石地层分析，发现区内有数套红层在一定程度上可作为煤田的标志层：①下红层(三叠系小泉沟群红层)，可作为煤层的底板标志层，进行找煤勘查时一旦钻遇下红层，应立即停钻，以降低勘查风险；②上红层(古近纪红层)，在一定程度上可作为煤田的顶板标志层，找煤勘查时一旦钻遇上红层，则应注意取全、取准录井相关资料，为下部勘查工作提供必要的参考；③水西沟群煤系段中分布2套红层，其中八道湾组内发育的红层岩性主要为褐红—暗红色的泥岩、碎屑岩，且含有菱铁矿结核，分布稳定、范围广，是一套较可靠的煤系对比标志层[10-11]。

4 结 论

(1)伊犁盆地是一个天山造山带内夹持的具震旦纪基底的微地块，属山间复合盆地。其构造演化大致经历了晚古生代石炭纪裂谷阶段、二叠纪裂陷—扩张坳陷阶段、三叠纪继承性坳陷阶段、侏罗纪扩展断陷、白垩纪隆升剥蚀、古近纪又继续断陷阶段，即4期构造运动和5个成盆发育期。

(2)伊犁盆地现今的构造格局主要受NWW、NEE、近EW—EW、NW及NE向X型剪切断裂等4组断裂控制，该4组断裂大部分表现出先期张性正断、后期高角度逆冲演化的特征。

(3)伊犁盆地含煤层系的分布除受构造控制外，也受到沉积环境的控制。中—下侏罗系水西沟群地层是目前盆地内已发现的主要含煤地层。此外，含煤地层上下底板、含煤层系间发育2套红色碎屑岩沉积，顶部古近纪红层可能是未来的找煤潜力地层。

(4)伊犁盆地经历了沉降、隆升、再沉陷和再不均匀抬升等多个构造震荡过程，发育了由冲积扇、河流相、河流三角洲、湖泊相(扇三角洲)等多类型陆相沉积体系，因而形成了煤炭、油气和砂岩型铀矿等多种沉积矿产，其中高位体系域为主要的赋煤层段，湖侵体系域为砂岩型铀矿的主要目标层，低位体系域为油气潜力层。

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Tectonic Evolution of the Coal-bearing Strata and Coal Accumulating Geological Characteristics of Yili Basin,Xinjiang

Wang Zhongyang Jia Zhiyong Guo Lichao

(No.216 Geological Party,China National Nuclear Corporation)

In order to study the geological characteristics of the coal-bearing strata in Yili basin,based on the outcrop and core data,taken the theory of sequence stratigraphy and sedimentology as the guidance,the tectonic characteristics and sedimentary evolution characteristics of Yili basin are analyzed,the stratigraphic framework of the coal-bearing rock series and the spatial distribution regularities of coal-rich zone of Yili basin are discussed in depth.Based on the above analysis results,the coal accumulating geological characteristics and coal prospecting direction of Yili basin are analyzed.The above analysis results related to the tectonic evolution of coal-bearing strata and coal accumulating geological characteristics of Yili basin can provide some reference for the exploration and development of coal resources,besides that,it also has some reference for the development and utilization of the coal resources in Yili basin.

Yili basin, Coal-bearing strata, Tectonic characteristics, Sedimentary evolution characteristics, Stratigraphic framwork, Spatial distribution regularity

2016-08-21)

王忠阳(1978—)，男，工程师，硕士，830011 新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市北京南路467号。