聚煤古地理環(huán)境和古氣候的演變
一、聚煤古地理環(huán)境的演變特征
聚煤作用是在一定的古地理環(huán)境條件下發(fā)生的。我國地史時期隨著海陸變遷、海面變化和古植物演化，聚煤作用由淺海、濱海向鄰海和內(nèi)陸逐步擴(kuò)展和遷移，聚煤古地理景觀構(gòu)成一個時空演化系列。早古生代煤形成于濱海—淺海環(huán)境，為菌藻類轉(zhuǎn)化而成的腐泥煤;晚古生代以海濱環(huán)境為主;中、新生代則從鄰海環(huán)境逐步過渡為以內(nèi)陸盆地環(huán)境為主，聚煤作用范圍逐步擴(kuò)大，聚煤古地理環(huán)境漸趨多樣化。
早古生代末，華北、塔里木、上揚(yáng)子等陸塊隆起剝蝕，華南東部的古華夏海槽和西北的祁連海槽亦褶皺隆起，陸地范圍顯著擴(kuò)大。晚古生代海侵沿襲了古華夏海槽和祁連秦嶺槽地的方向，早石炭世晚期(大壙期)海水曾達(dá)滇東、蘇北和皖南一帶。在短暫的海退期，沿陸緣濱海地帶形成小型三角洲平原、障壁潟湖和濱岸潮坪成煤環(huán)境，主要分布于上揚(yáng)子—江南古陸東南緣和河西走廊一帶，是在海域不斷擴(kuò)大的總趨勢下形成的，并顯示向陸地方向的穿時和遷移現(xiàn)象(圖12-1)。
圖12-1 早石炭世晚期古地理圖(據(jù)韓德馨等，1980，修改)
晚石炭世海域范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，華南、西南的大部分地區(qū)淪為淺海碳酸鹽盆地。海侵范圍波及長期隆起的華北地塊，晚石炭世早期，海水由東、西兩側(cè)進(jìn)侵，晚石炭世中晚期達(dá)到最大規(guī)模。華北聚煤盆地的古地理環(huán)境為陸表海、潟湖潮坪障壁體系和三角洲平原的區(qū)域配置和交換。主要煤層賦存于海進(jìn)沉積序列，在盆地北緣形成東西向展布的厚煤帶。早二疊世伴隨蒙古大興安嶺海槽的封閉過程，大量陸源碎屑注入盆地，海侵范圍向南退縮，以淺水三角洲為主體的聚煤環(huán)境自北向南推移，呈現(xiàn)出山前沖積平原、濱海三角洲平原和潟湖海灣沉積環(huán)境的有序配置，賦煤層位逐步抬高，組成海退沉積序列。早二疊世早期形成盆地范圍的重要厚煤層，早二疊世晚期至晚二疊世聚煤作用則退縮于盆地的南緣地帶。
早二疊世華北、西北地區(qū)廣泛海退的同時，華南地區(qū)的海域范圍則繼續(xù)擴(kuò)展，海水向西北側(cè)上揚(yáng)子古陸區(qū)快速侵漫，沿古陸邊緣的潟湖潮坪環(huán)境發(fā)育早期含煤沉積，并迅速被廣海碳酸鹽沉積所代替。早二疊世晚期，由于東吳運動的影響，華南廣大地區(qū)隆起為陸，海水退居?xùn)|南隅，在海西期造山帶的前緣堆積了濱海碎屑含煤巖系。晚二疊世早期，海水由西南方向再度進(jìn)侵，但其強(qiáng)度已明顯減弱。在海域不斷擴(kuò)大的趨勢下，華南地區(qū)呈現(xiàn)比較復(fù)雜的島海古地理景觀，岸線曲折，海陸穿插，沉積類型多樣。東南沿海為陸相、過渡相碎屑含煤沉積，盆地中部為濱海、淺海相碳酸鹽含煤沉積，黔西、滇東地區(qū)則持續(xù)發(fā)育大型三角洲復(fù)合體，為煤層最富集的地區(qū)。隨著海域不斷擴(kuò)展，聚煤帶向古陸方向遷移。晚二疊世晚期，華南地區(qū)再次被廣海淹沒，以碳酸鹽和硅質(zhì)沉積為主，含煤沉積則局限于川滇古陸東側(cè)的滇東、黔西和川西一帶(圖12-2)。
圖12-2 晚二疊世早期古地理圖(據(jù)韓德馨等，1980，修改)
古生代末至中生代初期是我國海陸變遷的轉(zhuǎn)折期，晚三疊世秦嶺以北及我國東部廣大地區(qū)隆起為陸，海區(qū)退縮于華南東南隅及西南地區(qū)，聚煤盆地主要分布于海陸交接的鄰海地區(qū)，聚煤古地理景觀具有“過渡型”特色。海水內(nèi)侵受到限制，以富含半咸水動物化石為特征。華南東部以海灣型沉積環(huán)境為主，主要含煤層段賦存于盆地早期沖積扇粗碎屑發(fā)育的充填層序，各盆地充填差異顯著;中期各盆地與海域連通，形成地形復(fù)雜的海灣;晚期隨著海退過程再次出現(xiàn)聚煤作用，可延續(xù)至早? ??羅世，但一般含煤性變差。西南地區(qū)以潟湖型沉積環(huán)境為主，由于河流注入而導(dǎo)致潟湖淡化，并逐步擴(kuò)張超覆，向鄰海湖盆演化，主要含煤層段形成于濱湖三角洲平原環(huán)境。
侏羅紀(jì)早期西南和華南的海域進(jìn)一步退縮，伴隨潮濕氣候帶的北移，早、中侏羅世聚煤盆地主要分布于昆侖—秦嶺構(gòu)造帶以北地區(qū)，內(nèi)陸盆地占據(jù)主導(dǎo)地位。大型內(nèi)陸盆地主要分布于西部地區(qū)，以湖盆為中心構(gòu)成內(nèi)流水系，呈現(xiàn)沖積扇、沖積平原—三角洲平原—湖泊沉積環(huán)境的有序配置，沖積平原和濱湖三角洲平原是主要聚煤環(huán)境。隨著盆地的演化，盆地充填經(jīng)歷了沖積—湖泊—沖積充填層序的更替，形成上下兩個含煤組，一般以湖泊充填淤淺基礎(chǔ)上形成的上煤組含煤性較好。中、小型山間盆地和谷地主要分布于東部地區(qū)，常由于盆地充填淤淺而沼澤化，形成厚煤層。中生代晚期海域退縮于藏南和東北三江平原局部地區(qū)，并有濱海型含煤沉積分布。東北、內(nèi)蒙古東部地區(qū)則廣泛發(fā)育內(nèi)陸斷陷煤盆地，構(gòu)成高地和湖盆星羅棋布的古地理景觀。盆緣斷裂活動和近源物質(zhì)供應(yīng)是控制盆地形成和演化的主導(dǎo)因素，沿盆緣斷裂分布的沖積扇的進(jìn)積和退縮控制了盆地沉積環(huán)境的空間配置，聚煤環(huán)境出現(xiàn)于盆地演化的一定階段和盆地的特定部位，在湖泊淤淺的基礎(chǔ)上形成上部含煤段，常發(fā)育巨厚煤層。
新生代古近新近紀(jì)聚煤盆地主要分布于東北和西南地區(qū)，多為內(nèi)陸斷陷或構(gòu)造侵蝕盆地，瀕太平洋地區(qū)尚有濱海型和海灣潟湖型含煤沉積，與古近新近紀(jì)伸向陸地的指狀海相連通。內(nèi)陸聚煤盆地常常賦存巨厚煤層，煤層一般出現(xiàn)于填充盆地向湖盆演化的過渡階段，煤層上覆為湖相泥巖或泥灰?guī)r。
二、主要聚煤期的古氣候
聚煤期的古氣候是影響沉積盆地充填和聚煤作用的重要因素之一，適宜的古氣候條件對植被的發(fā)育和泥炭聚積起了重要作用，分析各聚煤期的古氣候狀況有助于了解聚煤盆地的時空分布和充填物特征。
(一)晚古生代聚煤期古氣候
早石炭世的古氣候比較單一，植物界剛剛擴(kuò)展到陸地，只能在溫暖潮濕的氣候條件下生存。早石炭世發(fā)育的擬鱗木植物群不具年輪，植物化石分布于南、北半球，甚至現(xiàn)在的北極地區(qū)，絕大部分地區(qū)相當(dāng)于熱帶、亞熱帶氣候。我國絕大部分地區(qū)屬于擬鱗木植物群分布區(qū)，僅內(nèi)蒙古、東北北部局部地區(qū)見有安加拉植物群分子，說明局部氣候略為溫涼。
晚石炭世植物地理分區(qū)已經(jīng)形成，可區(qū)分為4個植物群類型，即安加拉植物群、岡瓦納植物群、歐美植物群和華夏植物群。其中，前二者屬于溫帶氣候，后二者則屬于熱帶、亞熱帶氣候。我國除東北、新疆北部屬安加拉植物群，藏南屬岡瓦納植物群外，絕大部分地區(qū)為華夏植物群。鱗木非常繁盛，莖上氣孔構(gòu)造發(fā)育，輝木莖皮層中含有大量附生根，為熱帶、亞熱帶濕潤氣候帶的產(chǎn)物。此外，中亞一條北西向的干燥帶東延至我國西北地區(qū)。
二疊紀(jì)植物演化更加明顯，植物地理分區(qū)清楚。天山以北、內(nèi)蒙古北部和東北北部為安加拉植物群分布區(qū)，屬于溫帶半潮濕氣候。岡瓦納植物群主要分布于藏南地區(qū)，以舌羊齒為主，代表溫帶或冷溫帶半潮濕氣候。我國大部分地區(qū)為華夏植物群分布范圍，貴州西部峨嵋山玄武巖組、龍?zhí)督M和長興組中發(fā)現(xiàn)的豐富的輝木，反映了熱帶雨林氣候條件下的生態(tài)特征。華北地區(qū)輝木不發(fā)育，大羽羊齒類形體較小，屬于亞熱帶半潮濕氣候。晚二疊世華北地區(qū)南部仍持續(xù)溫暖潮濕氣候，有煤層和紫斑泥巖發(fā)育，但從整個沉積物類型和植物化石組合判斷，我 國西北、華北廣大地區(qū)的氣候已漸趨干燥，干燥帶由西向東擴(kuò)展，聚煤作用終止(圖12-3)。
(二)中生代聚煤期古氣候
早、中三疊世我國大部分地區(qū)處于干燥氣候帶，中三疊世末華南地區(qū)轉(zhuǎn)為熱帶、亞熱帶潮濕多雨氣候，發(fā)育叉羽羊齒植物群，其中蘇鐵植物占據(jù)優(yōu)勢。華北、西北地區(qū)則以木賊、類丹蕨、束脈蕨等旱生耐涼植物為主，代表溫帶半潮濕氣候。早、中侏羅世我國南方蘇鐵、真蕨植物特別繁茂，代表熱帶、亞熱帶氣候，北方則以真蕨、松柏類和銀杏類為主體，代表了一種針葉、闊葉混交林植被景觀，總體上這一植物群是亞熱帶—暖溫帶氣候的反映。中侏羅世中晚期紫色沉積增多，礦物成熟度降低，蒙脫石含量增高，植物化石缺乏，反映氣候漸趨干燥。早、中侏羅世北方潮濕氣候帶的分布與古地中海海洋氣團(tuán)的北移、東進(jìn)有關(guān)，從而增大了這一內(nèi)陸地區(qū)的降雨量，形成了許多重要的聚煤盆地。
晚侏羅世全球氣候有較大變化，中亞一帶干燥氣候區(qū)擴(kuò)大，我國南方廣大地區(qū)屬熱帶、亞熱帶干旱氣候，晚侏羅世、早白堊世沉積基本為紅層。北方，尤其是陰山以北地區(qū)，以松柏、蘇鐵、銀杏等植物為主，具有年輪，氣候季節(jié)分明，屬溫帶氣候。東北和內(nèi)蒙古東部地區(qū)潮濕多雨，植物繁茂，形成了上百個斷陷煤盆地，這一地區(qū)受到古太平洋季候風(fēng)的影響。我國境內(nèi)中生代干旱氣候帶和潮濕氣候帶自西南向東北逐步推移，導(dǎo)致晚三疊世、早—中侏羅世和晚侏羅早白堊世聚煤帶有規(guī)律的時空分布。一般來說，潮濕氣候帶和構(gòu)造拗陷、斷陷帶的疊合決定了聚煤盆地發(fā)育的部位。
(三)新生代聚煤期古氣候
古近紀(jì)我國自北而南跨越了暖溫帶和亞熱帶、熱帶兩個植物區(qū)，是木本被子植物繁盛階段。新近紀(jì)氣候有緩慢變冷的趨勢，亞熱帶北界南移。隨著青藏高原的隆升，受海洋氣團(tuán)控制的潮濕氣候帶移至云南和華南沿海地區(qū)，在滇中、滇東等地形成數(shù)百個小型煤盆地。歐亞大陸腹地則日趨干燥，大面積呈現(xiàn)草原植被景觀。古近新近紀(jì)位于北半球的兩條潮濕氣候帶和一條干旱帶以北西南東方向穿越全國，干旱帶的分布范圍由新疆經(jīng)青、甘、寧、陜而達(dá)于閩、浙沿海，這一廣闊的干旱氣候帶是聚煤盆地分布的一級控制因素，加之印度洋和太平洋季候風(fēng)的影響，以致我國古近新近紀(jì)煤盆地主要分布于東北和西南地區(qū)。
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