甘肃省景泰盆地晚三叠世古地理环境及聚煤规律研究

王海中，丁安明

（甘肃煤田地质局一三三队，甘肃白银 730913）

甘肃省景泰盆地晚三叠世古地理环境及聚煤规律研究

王海中，丁安明

（甘肃煤田地质局一三三队，甘肃白银 730913）

在甘肃省景泰盆地内三叠系上统南营儿群（T3n）为一套巨厚的陆相碎屑岩沉积建造，极少形成具有工业价值的可采煤层，而近几年在景泰盆地内发现大量煤炭赋存，初步认为成煤时代为晚三叠世，但对此盆地研究程度较低。通过对景泰盆地古地理环境及后期构造的分析研究，将研究区内的三叠系上统南营儿群（T3n）含煤岩系由下至上划分为A、B、C、D四个岩性段,煤层主要赋存于煤系上部，即D、C、B三个岩性段；确定景泰盆地晚三叠世早期以河床相为主，中后期为浅湖相、堤岸亚相、河床相沼泽相及泥炭沼泽相的沉煤环境；盆地沉积从B→C→D段的过程中，成煤环境从B→C→D也逐渐变好，D段所含煤层最厚，含煤系数最大；确定景泰盆地内煤层呈东西向带状分布，煤层主要分布于白岩子勘查区中部至郭家台勘查区Ⅺ勘探线附近范围内。在郭家台勘查区东部和白岩子勘查区的西部煤层含煤性最好；确定研究区为复式褶皱和断裂并存的复杂构造盆地。褶皱轴向与断裂构造线方向基本平行，近东西向平行展布，受褶皱构造的影响，岩煤层倾角较大。

三叠系上统南营儿群（T3n）含煤地层；构造；古地理背景；沉积环境；赋煤特征

景泰县位于白银市境西北端，东临黄河，西接武威市，南邻白银市、兰州市，北依宁夏回族自治区、内蒙古自治区。景泰盆地位于景泰县城西北边，盆地东南部边界与景泰县城区相接，行政区划属景泰县寺滩乡管辖。景泰盆地北部为猎虎山，南部为老虎山，东西长40 km左右，南北宽3.0～8.0 km。郭家台、白岩子及永泰川勘查区都位于景泰盆地内，这些勘查区已达到了普查-详查阶段，本文主要以郭家台和白岩子勘查区资料为研究基础，研究景泰盆地内主要含煤区（郭家台和白岩子勘查区所在范围）的沉积环境和聚煤规律。

1 地质概况

1.1 构造

研究区的大地构造位置处于秦祁昆造山系北祁连褶皱带内（图1）。区域构造方向由NWW向、NW向渐转为近SE、SEE向。在晚古生代末期，由于海西运动的影响形成巨型拗陷带，并在拗陷带内沉积了巨厚的中生界。至中生代晚期，因印支运动影响，其内部断裂构造相当发育[1-2]。

图1 区域构造位置Figure 1 Regional tectonic setting

研究区总体是一向斜盆地，在此盆地内发育了次级向背斜构造，并伴有断裂构造，即形成为一不完整的紧密复式褶皱构造，且沿褶皱轴部形成断裂和位移的单斜构造，地层倾角一般在45°以上。盆地总体形态为一向东西翘起中部凹陷，即白岩子勘查区自西向东逐渐翘起，郭家台勘查区自东向西逐渐抬升，但保留了较完整的向、背斜构造形态（图2）；盆地自北向南逐渐抬升，北部受F1断层逆推，使盆地含煤地层抬升剥蚀[3，4]。

1.1.1 褶皱

研究区由复式褶皱和断裂并存的复杂构造格局所控制。褶皱轴向与断裂构造线方向基本平行，近东西向平行展布，褶皱在郭家台勘查区Ⅴ-2线附近收紧，向西向东张开，平面呈“蝴蝶结”形态。受褶皱构造的影响，岩煤层倾角较大。复式褶皱主要由三个向斜和两个背斜组成[5]，南北两侧褶皱紧闭。

1.1.2 断层

受南北向地质应力的强力挤压，研究区内断裂构造比较发育，断裂性质以走向逆断层为主，其延伸方向由SWW—NEE逐渐折向NE，倾向北[2，4]。研究区内及附近主要断层9条，其中6条逆断层，3条平移断层，其中大于1000 m的大型断层3条。

图2 景泰盆地构造纲要图Figure 2 Structural outline map of Jingtai Basin

1.2 含煤地层

研究区地层属华北地层大区，秦祁昆地层区，祁连-北秦岭地层分区，北祁连地层小区东南部。

根据研究区内的白岩子勘查区发现的新芦木Neocalamites植物化石（图3）及白岩子和郭家台勘查区岩石孢粉样的鉴定结果[6]，确定研究区含煤地层为上三叠统南营儿群（T3n），下伏地层为中下三叠统西大沟群（T1-2xd）。

按煤岩组合特征该地层自下至上划分为A、B、C、D四个岩性段（图4），地层总平均厚度大于2 000 m[3]。

图3 地层综合柱状Figure 3 Comprehensive stratigraphic column

2 南营儿群古地理环境分析

2.1 沉积期构造古地理背景

景泰盆地位于柴达木-华北板块之祁连早古生代造山带的北祁连晚元古-早古生代海沟系内[8]，地层区划属华北地层大区秦祁昆地层区，祁连-北秦岭地层分区，北祁连地层小区。

图4 钻孔岩性图Figure 4 Borehole lithologic diagram

古生代受加里东期运动的影响，景泰南北隆起褶皱成山系，中部相应成拗陷带，中奥陶世末期景泰盆地基本形成。现存的北部猎虎山和南部老虎山正是加里东期造山运动的产物。至晚二叠世晚期，地区进入构造格局的重要转型期，该时期发生的印支运动使地区构造活动加剧，不仅造成了区域上的构造变形，而且对区域上的沉积作用产生了重要影响。此时华北地块整体抬升，海水完全退出，景泰地区也相应进入陆相沉积发展阶段，同时受印支运动的影响，景泰早期山系受南北地质应力的拉伸作用，景泰盆地中部逐渐下沉[6]。景泰盆地向斜，即干柴洼向斜正是印支运动的结果。但此褶皱属“盖层褶皱”，它的发育受加里东期运动而形成的基底构造和形态的很大影响。早、中三叠世是景泰盆地处于相对稳定期，古气候为炎热、干旱、少雨，盆地内存水极少，大部分处于蒸发状态，此时盆地内沉积了巨厚的红色、紫红色含石膏的陆相碎屑岩，厚度达1 000 m以上。早、中三叠世末期，古气候由干旱、炎热逐渐向温暖潮湿过渡，晚三叠世末期大量植物兴盛，为煤炭堆积准备了物质条件。

2.2 沉积环境

景泰盆地早、中三叠世早期受区域干旱、炎热气候的控制，降雨量稀少，蒸发量远大于降雨量，如白岩子井田104钻孔及郭家台323、306钻孔中的岩性，主要为灰绿色粉砂岩、灰绿色与紫红色及杂色泥质粉砂岩，紫红色泥岩，灰绿色中粗粒砂岩、浅红色粗粒砂岩，灰白色中粒及粗粒砂岩，块状，局部显水平层理，裂隙中充填石膏，中细粒砂岩多为薄层状或透镜状，是以河湖相的碎屑岩沉积建造[9]；早、中三叠世晚期古气候由干旱、炎热逐渐向温暖潮湿过渡，雨量增多，但地壳处于相对上升阶段，水系发育，主要水系受古地理的影响，由北向南、由西向东流动，且搬运能力强大，陆源碎屑物质颗粒较粗，此时沉积了一套巨厚层的灰蓝色、灰绿色夹浅红色、紫红色，紫红和蓝灰、灰绿夹杂的砂砾岩、含砾粗粒砂岩（图4）。

晚三叠世古气候变得越来越潮湿，但湖盆地升降速度变化较快，不利于植物生长，煤系下部的岩相旋廻变化明显，从河流相的灰白色、浅灰色中粗粒砂岩开始，湖泊相的灰黑色、深灰色粉砂岩、泥岩结束，不含植物化石或含植物化石碎屑。晚三叠世中后期，短期的地壳振荡上升和下降中仍很活跃，湖盆内覆水较浅的地段，湖沼、沼泽及泥炭沼泽环境较发育，尤其是泥炭沼泽环境下有利于植物的生长、死亡与堆积，形成了薄层的、透镜状的煤层，如郭家台勘查区B、C组煤。晚三叠世末期，地壳处于稳定期，其上升与下降的频率甚小，湖盆边缘地带次一级小凹陷，覆水较浅，植物生长繁茂，持续时间长，堆积了大量的泥炭，泥炭的堆积速度与地壳的沉降速度相一致，有利于泥炭堆积保存，随着盆地的沉降，泥炭被泥沙所覆盖，由于盆地沉降缓慢，水动力较弱，上覆盖层以粉砂、泥质为主，泥质颗粒对水中阳离子具有很强的吸附作用，煤层以上的泥质岩类中往往夹有铝土质泥岩（图5），还有较多的菱铁质泥岩薄层及结核（图6），郭家台勘查区D组煤就是在这种条件形成的厚煤层和特厚煤层。

图5 钻孔铝土质泥岩Figure 5 Bauxitic mudstone in borehole

图6 菱铁质泥岩薄层Figure 6 Sideritic mudstone thin beds

景泰盆地三叠系南营儿群（T3n），B、C、D段在郭家台勘查区都被钻探所揭露，但A段在盆地区内没有完全出露或钻探揭露，而在盆地附近的福禄村出露有上三叠统南营儿群，相当于盆地A岩性段。本次结合郭家台勘查区钻探资料及福禄村剖面对三叠系南营儿群（T3n）沉积环境进行分段分析。

2.2.1 A段沉积环境

据福禄村剖面[2]，南营儿群A段上部岩性主要以灰色、深灰色粉砂岩、砂质泥岩为主，次为灰色中、细粒砂岩、黑色砂质泥岩、泥岩夹炭质泥岩薄层及煤层，底部为不稳定含砾粗粒砂岩。炭质泥岩中有黄铁矿结核（代表一般还原条件下的产物）[9]，富含植物化石碎片；中部砂岩具交错层理及分布不均匀泥质团块，所夹泥岩含植物化石；下部砂岩具斜层理。属于河床相、浅水湖泊相及沼泽相沉积。据此反应初研究区晚三叠世早期，古气候变得越来越潮湿，盆地以浅灰绿色、浅灰色中粗粒砂岩的河床相沉积开始，以湖相、沼泽相交替的沉积环境，但岩相旋廻变化明显，湖盆地升降速度较快，不利于植物生长。

2.2.2 B段沉积环境

南营儿群B段夹多层煤层、菱铁质泥岩薄层及条带，局部夹透镜状、豆状菱铁质结核，显水平层理及缓波状层理较发育。菱铁质结核；水平层理及缓波状层理的发育，说明当时沉积环境为弱还原条件的浅水湖泊相沉积环境。

盆地南营儿群B段自下而上，由粗到细；由河床相→堤岸亚相、河漫滩相→湖泊相→沼泽相、泥炭沼泽的顺序交替沉积（图7）。盆地内B段主要发育河床相、浅水湖泊相及堤岸亚相，其次为河漫滩相、沼泽相及泥炭沼泽相。河漫滩相呈透镜状，其余岩相呈带状或条带状出现。盆地B段底部主要为河床相及堤岸亚相，随着盆地的不断沉积，湖泊相及沼泽相也有所增加，这反映出随着B段的不断沉积，其成煤环境越来越好。

煤层主要以带状分布于浅湖相或沼泽相带内，下部一般为河床相沉积。煤层顶底板都为浅湖相或沼泽相沉积环境，煤层以上的泥质岩类中往往夹有铝土质泥岩，还有较多的菱铁质泥岩薄层及结核。

总体上，地层由A段到B段沉积的过程中盆地震荡上升，盆地水体变浅，同时被河床相的中粗粒砂岩不断填充沉积。后盆地基底发生震荡沉降，盆地内水体增多，植物大量生长。当有机物质供给速率与沉降速率达到平衡时，发育了广泛分布的泥炭沼泽，形成煤层。直至盆地又发生震荡上升，打破了聚煤环境，开始新一轮的由河床相→堤岸亚相、河漫滩相→湖泊相→沼泽相、泥炭沼泽顺序的沉积旋廻。

2.2.3 C段沉积环境

南营儿群C段岩性为厚层状浅灰色、灰白色中粗粒砂岩，含黄铁矿结核，局部钙质胶结，致密坚硬；黑灰色粉砂岩、黑色泥岩夹菱铁质泥岩条带、煤线及可采煤层，泥岩中含有较丰富的炭化植物化石碎片，水平层理及缓波状层理较发育，这也说明当时沉积环境为弱还原条件的浅水湖泊相沉积环境。

盆地南营儿群C段岩性岩相大致自下而上，由粗到细；由河床相→堤岸亚相、河漫滩相→湖泊相→沼泽相、泥炭沼泽的顺序交替沉积，据此说明该段沉积过程中，地壳活动频繁，引起湖面反复升降而导致沉积环境在平面的反复更替。主要发育河床相、浅水湖泊相，其次为堤岸亚相、河漫滩相、沼泽相及泥炭沼泽相，岩相呈带状或条带状。盆地C段底部主要为河床相及堤岸亚相，随着盆地的不断沉积，湖泊相及沼泽相也不断增加，这反映出随着C段的上部成煤环境优于下部地层。

图7 B段岩性岩相图Figure 7 Lithologic and lithofacies map of B sector

总体上，C段沉积环境和岩相沉积顺序与B段大致相同，即地层由B到C沉积的过程中盆地震荡上升，盆地水体变浅，同时被河床相的中粗粒砂岩不断填充沉积。后盆地基底发生震荡沉降，盆地内水体增多，植物大量生长。当有机物质供给速率与沉降速率达到平衡时，发育了广泛分布的泥炭沼泽，形成煤层。直至直到盆地又发生震荡上升，打破了聚煤环境，开始新一轮的由河床相→堤岸亚相、河漫滩相→湖泊相→沼泽相、泥炭沼泽顺序的沉积旋廻。但是，C段内浅水湖泊相的成煤环境要多于B段；煤层厚度，可采煤层层数及含煤系数均大于B段，所以C段成煤环境好于B段。

2.2.4 D段沉积环境

南营儿群D段在郭家台勘查区Ⅳ线以东赋存较全，Ⅳ以西渐被剥蚀。该段地层层位较稳定，厚度216.74～595.32 m，平均厚度372.07 m。该段岩性以灰色、深灰色粉砂岩、砂质泥岩为主，次为浅灰色中粗粒砂岩、灰色细粒砂岩、灰黑色砂质泥岩、泥岩夹炭质泥岩薄层及煤层。泥岩及粉砂岩中含有较丰富的炭化植物化石化石碎屑，水平层理及缓波状层理较发育，代表了湖泊相沉积环境的特征。

盆地南营儿群D段岩性岩相旋廻比较清楚，大致自下而上由粗到细；由河床相、堤岸亚相→湖泊相→沼泽相、泥炭沼泽的顺序交替沉积，据此说明该段地层沉积过程中，地壳活动频繁，引起湖面反复升降而导致沉积环境在平面的反复更替。盆地内D段主要发育浅湖相、堤岸亚相及河床相，其次为沼泽相及泥炭沼泽相。盆地D段下部主要为河床相及堤岸亚相，随着盆地的不断沉积，湖泊相、沼泽相及泥炭沼泽相也有所增加，尤其是上部煤层厚度明显大于下部，这反映出随着D段的不断沉积，其成煤环境越来越好。另外，D段中每个岩相旋廻厚度、浅湖相及沼泽相都要大于C段，由此说明D段沉积过程中，地壳活动持续，引起湖面反复升降而导致沉积环境在平面的反复更替，但是该段沉积环境反复更替的频率要小于C两段，其成煤环境也优于C两段地层。

晚三叠世景泰盆地经历了4个大的沉积旋廻，每个大的旋廻中又有很多小的旋廻，反映出当时地壳活动比较频繁、持续，引起湖面反复升降而导致沉积环境在平面的反复更替。但是盆地由A→B→C→D的沉积过程中每个岩相旋廻厚度，尤其是浅湖相及沼泽相都逐渐增大；煤层厚度、煤层层数及含煤系数也相应增大，这反映出晚三叠世盆地在震荡中不断沉积，但震荡频率越来越小，成煤环境越来越好。

2.3 聚煤特征

研究区煤层呈东西向带状分布，煤层分布范围东起白岩子勘查区中部，西至郭家台勘查区Ⅹ勘探线以西，北以断层F1或煤层露头为界，南部以F2断层下盘煤层露头为界。煤层赋存范围东西长约18.70km，南北宽0.40～2.10 km，煤层赋存面积约23.60 km2（图8），具体含煤性详见表1。

表1 研究区煤系地层含煤情况一览表Table 1 Data sheet of study area coal measures strata coal-bearing situations

图8 研究区煤层赋存情况示意图Figure 8 A schematic diagram of study area coal seam hosting

在研究区内南营儿群（T3n）A段局部夹煤线或不含煤，其余各段地层从白岩子勘查区中部至Ⅺ勘查线均有可采煤层沉积，地层自东向西随着基底的隆起，煤层也自东向西，由上到下逐渐被剥蚀（图9）。

煤层从下到上厚度由薄变厚，其中下部的B组煤分布面积最大、厚度较小，上部的D组煤分布面积最小，厚度较大。三个含煤段平均层间距变化不大，平面上煤层分布基本呈东西向条带状，煤层主要聚集在郭家台勘查区东部及白岩子勘查区西部区域。

3 结论

①景泰盆地自早中三叠世到晚三叠世，古气候由干旱、炎热逐渐向温暖、潮湿过渡，到晚三叠世末期大量植物兴盛。

②盆地晚三叠世含煤煤系由下至上划分为A、B、C、D四个岩性段，煤层主要赋存于煤系上部，即D、C、B三个岩性段。晚三叠世早期（A段）以河床相为主，之后（南营儿群B、C、D段）以浅湖相、堤岸亚相及河床相为主，其次为沼泽相及泥炭沼泽相。盆地沉积从B→C→D段的过程中，成煤环境从B→C→D也逐渐变好，D段所含煤层最厚，含煤系数最大。

③盆地内煤层呈东西向带状分布，煤层主要分布于白岩子勘查区中部至郭家台勘查区Ⅺ勘探线附近范围内。在郭家台勘查区东部和白岩子勘查区的西部煤层含煤性最好。

④确定研究区为复式褶皱和断裂并存的复杂构造盆地，褶皱轴向与断裂构造线方向基本平行，近东西向平行展布。受南北向地质应力的强力挤压，区内断裂构造比较发育，断裂性质以走向逆断层为主，由于逆冲断层的推覆作用，使复式向斜两翼地层和煤层成迭瓦状分布；受褶皱构造的影响，岩煤层倾角较大。

[1]宋豁然，汤中立，等.区域地质测量报告[R].甘肃省地质局，1973.

[2]宋豁然，汤中立，等.区域地质矿产报告[R].甘肃省地质局第一区域测量队，1969.

[3]张百禄，马进良，李玉畅，等.甘肃省景泰县郭家台煤炭资源普查报告[R].甘肃白银：甘肃煤田地质局一三三队，2016：85-91.

[4]马进良，张百禄，刘保林，等.甘肃省景泰县白岩子煤炭资源详查（最终）报告[R].甘肃白银：甘肃煤田地质局一三三队，2014：95-101.

[5]刘保林，张永旭，丁安明，等.甘肃省景泰县永泰川预查总结报告[R].甘肃白银：甘肃煤田地质局一三三队，2012，19-20.

[6]马进良，张元基，李玉畅，等.甘肃省景泰县白岩子西井田煤岩层对比报告[R].兰州：甘肃煤田地质局，2013，12-25.

[7]杨雨，范国琳，姚国金，等.甘肃省岩石地层[M].武汉：中国地质大学出版社，2008，2-4.

[8]张新虎，梁明宏，等.中国大地构造单元划分[M].北京：地质出版社，2014.

[9]李增学.岩相古地理学[M].北京：地质出版社，2010.

Study on Late Triassic Paleogeographical Environment and Coal Accumulation Pattern in Jingtai Basin,Gansu Province

Wang Haizhong,Ding Anming
(No.133 Exploration Team,Gansu Bureau of Coal Geological Exploration,Baiyin,Gansu 730913)

The upper Triassic Nanyinger Group(T3n)in the area is a set of very thick terrigenous clastic sedimentary formation,rarely formed industrial value mineable coal seams.But during recent years,substantial coal resources have been found in the Jingtai Basin, and tentatively determined the coal-forming age is Late Triassic Epoch,but research degree is low.Through analytic study of paleogeo⁃graphical environment and subsequent structures in the basin,partitioned the Nanyinger Group coal-bearing rock series into D,C,B and A four lithologic sectors from top to bottom.Coal seams are mainly hosted in D,C and B three sectors.During the early Late Trias⁃sic Epoch deposited mainly channel facies;middle and late stages mainly shallow lacustrine facies,levee subfacies,channel facies, swamp facies and peat bog facies coal-forming environments.During the basin sedimentary process from B→C→D,coal-forming envi⁃ronment become gradually better;D sector contains thickest coal seams with largest coal-bearing coefficient.Coal seams in the basin present EW zonal distribution,mainly distributed in the range from the middle Baiyanzi exploration area to XI line nearby in the Guoji⁃atai exploration area.Best coal-bearing property coal seams are in the eastern Guojiatai exploration area and western Baiyanzi explora⁃tion area.The study area is determined as a complex structural basin with coexistence of compound folds and faults.Fold axial and fault structural lineament are basically parallel,extending near EW;impacted by folded structures,dip angles of strata and coal seams are rather large.

upper Triassic Nanyinger Group(T3n);coal-bearing strata;structure;paleogeographical background;sedimentary environ⁃ment;coal hosting features

P618.11

A

10.3969/j.issn.1674-1803.2016.12.03

1674-1803(2016)12-0014-07

王海中（1984—），男，甘肃临夏人，工程师，从事地质勘查工作。

2016-08-29

责任编辑：宋博辇