盆地地热场与煤成烃演化

前人相关研究成果~

前人关于本区古地热场、煤化作用和煤层生烃作用的研究工作极少，且工作基本上是大区域性的，关于区内的详细研究成果尚未见报道。尽管如此，前人工作仍是卓有成效的，其中的某些结论或学术观点为本文的研究提供了启示和线索。
张抗（1983）采用断块学说的观点，研究了华北中生代大型沉积盆地的发育特征，对中生代沉积厚度进行了恢复，发现本区三叠系沉陷中心位于南部的晋城—阳城一带，沉积厚度达3000余米，向北逐渐变薄，并认为本区在侏罗系和白垩系发生过沉积。周兴熙等（1984）和仇复康（1993）采用TTI方法，孙国凡等（1985）、刘绍龙等（1986）和张抗等（1989）从区域构造和盆地演化角度，分别反演了华北中生界原始沉积厚度，得出了相似的结论。
杨起等（1988）在华北地区煤化作用的研究中，对沁水盆地煤级展布、煤的岩石学和地球化学等特征进行了分析，测得晋城矿区凤凰山矿煤系脉体包裹体的平均均一温度为234～267℃，将晚古生代煤的煤化作用历史划分为稳定期深成变质、活化早期区域岩浆热变质和活化晚期变质三个演化阶段，认为本区较高煤级煤的形成是深成煤化作用与深成岩浆热变质作用相互叠加作用的结果，晋东南阳城—陵川—高平一带的正磁异常可能是燕山期深成隐伏岩体的反映。
研究区南部晋城一阳城—翼城一带的高煤级煤一直延伸至豫西北的济源—焦作地区。作者曾对豫西北晚古生代煤煤化作用古地热场背景进行过研究，认为该区对煤热演化起决定性作用的是晚中生代古地热场，其煤化作用最高古地温温度在200～300℃之间，古地温梯度高达10～12℃/100m，古大地热流密度值约为3～5HFU，异常古地热鼎盛期的时限为几至10Ma，即该期古地热场具有高地温梯度、高大地热流密度值和瞬时性三个特点（秦勇等，1990,1992）。研究区东南缘与豫西北的煤级分布具有连续性，可以认为沁水盆地南缘的古地热场特征与豫西北具有极大的相似性。
自“八五”以来，石油部门对华北地区上古生界的有机成熟史和生烃演化进行了系统的区域性研究。冉启贵等（1994）认为，沁水盆地上古生界有机质的成熟度是印支期前、后两期地热场相互叠加的结果，但是由于忽略了燕山期岩浆热事件的影响，故认为本盆地不存在二次成熟及生烃作用。钟宁宁等（1996）较为完整地考虑了热历史，但由于对沁水盆地中生代沉积史和煤层含气性未做全面考察，尽管承认本区二次生烃作用的存在，但认为生成的烃类不具有保存条件。

煤层的埋藏历史受控于构造运动发展阶段，每一阶段构造运动的性质决定了该阶段煤层的埋藏特征，进而控制着煤层的生烃演化历程。
本区在海西期属于华北巨型聚煤盆地的一个组成部分，构造运动表现为地壳缓慢沉降并接受沉积，形成了石炭系至二叠系，厚度在区域上较为稳定，显示出典型的地台型沉积特征。印支期构造运动继承了海西期的特点，地壳继续沉降，三叠系与二叠系连续沉积，但沉积速率和幅度剧增，在区域上沉陷幅度出现分异，结果是形成了厚度巨大且有明显变化的沉积地层，暗示着地壳构造活动性开始增强或地台开始活化。在燕山早期，区内构造运动具有波动性的特征，地壳既有抬升遭受剥蚀又有沉降接受沉积，表明大地构造活动性进一步增强。燕山期是包括本区在内的华北地区晚古生代以来构造演化史上的重要地质时期，区域构造应力场由挤压体制转变为拉张体制，构造运动由褶皱差异运动转变为断块差异运动，同时深部物质上涌，岩浆活动强烈，所形成的区域异常地热场对上古生界煤层的生烃演化造成深刻的影响（第三章）。喜马拉雅期以来，区内构造分异进一步加剧，局部地壳再度沉降，由此影响到不同地区晚古生代煤层中煤层气的保存和逸散特征。
根据区内构造运动发展阶段以及地层厚度、古埋藏深度的恢复结果（表3-1），可知晚古生代煤层经历了五个埋藏阶段（图3-3，表3-2）。

图3-3　山西南部晚古生代煤层埋藏历史曲线

第一阶段，从晚石炭世到晚三叠世，经历了海西后期和印支期。海西期沉积速率约为14m/Ma，煤系上覆地层厚度缓慢增加，进入三叠纪后地壳沉积速度急剧增加，达到95m/Ma，导致煤层埋深急剧增大，故可将该期称为煤层快速埋藏时期。

表3-2　山西南部晚古生代煤层埋藏历史及阶段

第二阶段，属于燕山早期。下侏罗统沉积在区内没有见及，中侏罗统厚度不大，其与三叠系之间仅缺失上三叠统延长群上段，故可认为该阶段地壳在相对稳定的背景下有所波动，可称为煤层埋深的稳定或波动时期。
第三阶段，出现在晚侏罗世至早白垩世，属燕山运动的中期阶段。据含煤地层中形成于该期的流体包裹体的压力测定结果可知，煤层埋深减小的幅度约为230～1600m（表3-1），表明本区地壳在该期处于构造隆起状态，抬升速率约在3～27m/Ma之间，可称为煤层埋深显著减小阶段。
第四阶段，晚白垩世至老第三纪，相当于燕山晚期至喜马拉雅早期，地壳长期隆起，地层不断遭受剥蚀，煤层埋深持续减小。在研究区西北部的霍州至汾孝一带，新第三系和第四系直接覆盖在上古生界之上，表明部分地段煤层的埋深甚至小于煤层风化带的深度，这给煤层气的保存带来严重的不利影响。该阶段与第三阶段相似，同样为煤层埋深减小阶段，但在古地热场特征方面存在显著差异（第三章）。
第五阶段，新第三纪至第四纪，属于喜马拉雅运动中—晚时期。其特点是构造分异重新加剧，导致局部地区快速沉降，如临汾—洪洞一带沉降速率可达60m/Ma，煤层埋深再度加大，有利于煤层气的继续保存。大部分地区基本保持稳定或略有沉降或抬升，煤层气的保存状况更为明显的受到其它地质因素的影响。

影响含煤岩系有机质演化的未成熟/成熟/高—过成熟的三个阶段演化历程的因素是：地温场及沉降速率，它制约了含煤岩系有机质演化持续时间的长短及速度，由于地温场与时间都是有机质演化程度的函数，地温场低的盆地较地温高的盆地有机质演化速度慢，达到相同成熟阶段所需要的时间长。以松辽断陷型含煤盆地与库车类前陆含煤盆地对比，松辽盆地为高地温场(＞42^。C/km)的“高温盆”，下白垩统沙河子组及营城组含煤岩系有机质成熟热演化阶段深度下限是2400m±，库车类前陆盆地为低地温场的“低温盆”(17～20℃/km)，侏罗纪含煤岩系有机质进入成熟热演化阶段深度上限是＞4000m，二者从沉积至生成煤成气至成藏的深度与时间差距甚大；松辽和渤海湾同属高温盆，但前者K₁的下门限相当于后者E₃的上门限深度，若含煤岩系烃源岩达到同一成熟度，则松辽盆地比渤海湾盆地低35℃，门限深度减半，但受热时间延长45Ma。表明受热时间与温度是互补的，地温场特征对于煤成气成藏明显的控制作用(表9-22)。即：

表9-22 不同类型盆地门限对比表

(据张惠蓉、刘国璧，1994)

1)地温高的地区及快速埋藏地温增长快的地区，有机质演化速度快；反之，地温低和沉降速度慢、地温增长慢的地区有机质演化速度慢。

2)沉降速率越快，地温增长速度越快的地区，煤成液态烃窗口的跨度越窄，生成煤系气的范围越大。因此地温增长越快、沉降速率越大的含煤盆地越有利于生成煤成气，而不利于生成煤成油；低温盆，因为有机质热演化进展缓慢，生成煤成油的时间较长，有利于含煤岩系液态烃的长期储存。

3)晚期快速沉降、快速增温的含煤盆地，具晚期生气特点，煤成气保存持续的时间短，有利于煤成气的成藏与保存，在其他有利地质条件的配合下，是寻找大型、特大型煤成气田的有利地区；生烃时间越早，对保存条件的要求越高，保存条件是这类含煤盆地评价煤成气前景和寻找大型、特大型煤成气田的关键。

由于两大构造体系域地热场特点不同，含煤岩系主生烃高峰深度差异显著：中西部含煤盆地，地温梯度偏低，18～27℃/1000m，含煤岩系有机质生烃高峰深度较大，一般在＞3500～4500m，并且从东向西地温梯度变小，主生烃高峰深度变深；东部及近海海域含煤盆地热流值较高，地温梯度为＞30～46℃/1000m，含煤岩系有机质的生烃高峰深度较浅，一般＜2000～3000m，具有从西向东，从陆地向海洋，地温梯度增大和生烃速率加快的趋势，表明含煤盆地的构造体制、地温场对于含煤岩系有机质的演化速度、煤成烃相态的展布有重要作用。

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果洛藏族自治州13449108744： 煤和石油是怎样形成的? - ？
嬴眉脂溶： 1、煤的形成 在各大陆、大洋岛屿都有煤分布,但煤在全球的分布很不均衡,各个国家煤的储量也很不相同.中国、美国、俄罗斯、德国是煤炭储量丰富的国家,也是世界上主要产煤国,其中中国是世界上煤产量最高的国家.中国的煤炭资源在...

果洛藏族自治州13449108744： 煤是怎么样形成的? - ？
嬴眉脂溶： 在4000到5000万年前的古生代,地球上生长着大片森林,随着地壳运动,大量的林木被掩埋在地下,这些林木长期与空气隔绝,并在高温高压下,经过一系列复杂的物理、化学变化形成黑色可燃化石,这就是煤炭的形成过程.

果洛藏族自治州13449108744： 早古生代 鄂尔多斯盆地东部 毗邻什么大陆或海槽 - ？
嬴眉脂溶： 华北地台的西缘是阿拉善地区 鄂尔多斯盆地在阿拉善地区以东 算是华北地台靠近中央的地方了 所以 其东部不存在毗邻哪个大陆的概念 海洋 东部有华北海 南部有祁连海(或者秦岭海?) 所以海槽的话 祁连海槽似乎是距离该区最近的了 从地貌来说 早古生代主要是陆表浅海 接受碳酸盐岩沉积为主 早寒武世华北为古陆 该盆地也是古陆范围 早寒武世后期成为浅海 中寒武世海侵扩大 晚寒武世短暂海退 进入奥陶纪后先是海侵恢复为广大浅海 早奥陶世马家沟晚期发生加里东运动第一幕 该区抬升成陆~ 该区中生代才开始发育坳陷盆地~

果洛藏族自治州13449108744： 我国地质历史上有几次主要成煤期?各有什么特点? - ？
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