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中生代沈積礦床

中生代各種坳陷-斷陷盆地發育大量沈積礦床,包括可燃有機礦床、化學礦床和蒸發礦床。相關礦產主要有石油、天然氣、煤、鐵、錳、石膏、鉀鹽、芒硝、油頁巖以及銅、磷、膨潤土、耐火粘土和石鹽。

(1)中生代油氣田和含油氣盆地

中生代是聯合古大陸解體、板塊構造非常活躍的地質時期,非常有利於含油氣盆地的形成。據羅誌鄧麗(1989)統計,中生代地層的油氣儲量約占世界油氣儲量的63%。

中生代含油氣盆地可分為五種類型(童崇光,1990): ①穩定區邊緣的坳陷盆地。分布在西半球北部從阿拉斯加北坡到落基山脈,南部從委內瑞拉東部沿安第斯山東麓到火地島和東半球特提斯褶皺帶兩側,其中中東的波斯灣盆地油氣最豐富。②穩定區的坳陷盆地。在中非、南美和澳大利亞的大型沈積盆地中,還沒有發現工業油氣田。而發育在年輕基底上的四川盆地、鄂爾多斯盆地、巴黎盆地和呵叻盆地有利於油氣的生成和富集。(3)穩定區的斷陷盆地。基底主要由硬化的古生代褶皺巖石組成,經歷了早期裂陷和晚期坳陷的演化過程,具有裂陷和坳陷的雙層結構。西西伯利亞(俄羅斯)、卡拉庫姆(中亞)、馬拉開波(委內瑞拉)、松遼等盆地比較有名。④大陸邊緣盆地。發育在大陸地殼和大洋地殼的過渡帶,油氣富集程度差異很大,墨西哥灣和南裏海盆地含油氣較好。⑤與轉換斷層有關的盆地和與火山島弧活動帶有關的盆地油氣富集差,壹般只存在小油氣田。

1.波斯灣含油氣盆地

波斯灣含油氣盆地位於亞洲大陸西南部,包括阿拉伯半島、波斯灣和美索不達米亞平原,總面積約320萬平方公裏。該盆地位於阿拉伯地盾和紮格羅斯褶皺山脈之間,其地質歷史主要是穩定的大陸架沈積環境。盆地東北側的山前褶皺帶堆積了厚厚的第四系沖積層,邊緣出露第三系地層,地下深埋古生界和中生界地層,構造上常見背斜帶和鹽丘。西南為阿拉伯地臺,其基底由前寒武紀結晶基巖組成,上覆古生代、中生代和新生代地層,常見大面積、小傾角的隆起構造。由於盆地長期穩定沈降,二疊系至第三系以海相沈積為主,碳酸鹽巖和砂巖發育形成良好的儲層,蓋層為石膏和硬石膏。

侏羅紀-白堊紀地層是波斯灣盆地中心線西側阿拉伯半島的主要產油地層,但新生界和上古生界地層也有油氣產出。新生代地層是伊朗和伊拉克靠近盆地中心線及其東側的主要產油層。

沙特阿拉伯的賈瓦爾油田是世界上最大的油田,位於阿拉伯地臺東緣的哈薩構造臺地,由壹個大型的長垣隆起組成,包括Aandahl、Shedgum、Utermann Nia、Huiya和Khaled等五個近南北向的局部隆起。該油田發現於1948,可采儲量距離波斯灣西海岸約100km,達到1170萬噸。儲集巖為上侏羅統阿拉伯組碳酸鹽巖,自上而下分為A、B、C、D四段,巖性相似,被薄層石膏隔開,橫向分布穩定,形成四個沈積旋回。其中C段和D段為最重要的儲層,分別由鮞粒白雲巖灰巖和顆粒灰巖夾鮞粒灰巖組成,厚度約120米;蓋層為B段和C段之間致密的石灰巖、石膏和硬石膏層,埋深1700 ~ 2000m。庫區面積約2400km2。

科威特布爾根油田是波斯灣盆地的另壹個著名油田,可采儲量為6543.8+0.07億噸。該油田位於科威特東南部,距波斯灣西岸約22公裏。侏羅紀時是壹個穩定的下降區,白堊紀-中新世有多次上升運動,形成了近南北向的布爾增益古隆起,包括布爾增益、馬格瓦穹狀背斜和阿馬迪背斜。儲集巖為下白堊統Wala組和Bourgain組的砂巖,共有4個儲層段,總厚度約390米。1和2層屬於Wala組,由兩層細砂巖組成,厚度分別為24m和15m,中間夾有粘土層。第3層和第4層屬於布爾增益組,與中粗粒應時砂巖、粘土巖和少量粉砂巖互層,厚度分別為150米和200米。水庫總儲油面積約700km2。

2.西西伯利亞含油氣盆地

西西伯利亞含油盆地位於俄羅斯烏拉爾山脈東側,範圍大致相當於西西伯利亞低地,總面積300多萬km2。該盆地沈積蓋層主要由侏羅系-第四系地層組成,其中在中生代地層中發現了四個含油組合。自下而上由下-中侏羅統秋明組的陸相-三角洲砂巖、粉砂巖和泥巖,上侏羅統瓦秀幹組和Barenov組的海相砂巖、粉砂巖、泥巖和瀝青質頁巖,下白堊統Kuromkin組和梅江組的海岸和三角洲砂巖泥質頁巖,Voltov組的近岸砂巖和頁巖以及alim組的砂質泥質巖,以及上白堊統Pokul組的海相和沖積頁巖組成。

西西伯利亞含油盆地可分為三個主要含油區(童崇光,1990):

(1)鄂中含油區位於鄂畢河東西向。已發現Huste-Barek、Samoterol等57個油田,大部分集中在蘇爾古特隆起和下瓦爾托夫隆起的局部高點。下白堊統是主要含油組合,但侏羅系秋明組也含油。

(2)北部含氣區,位於西西伯利亞盆地北部,已發現50多個氣田和凝析氣田,如Wuliangoi和Medvedere。該區南北向次級構造多,局部構造多。上白堊統泥質砂巖和粉砂巖是主要含氣層,下侏羅統和中侏羅統在部分地區也含油氣。

(3)烏拉爾前含油區位於西西伯利亞盆地的西邊緣地帶。含油構造壹般為受基底隆起控制的披覆構造,以上侏羅統砂巖為主要含油層,以Shayim油田為主要油田。

俄羅斯烏連蓋天然氣田位於西西伯利亞普爾河左岸,天然氣儲量為7810萬億m3,是世界上最大的天然氣田。構造上屬於普洱長垣中部,已發現15氣藏。儲集巖與上白堊統Pokul組三角洲薄層砂巖、粉砂巖和泥巖互層,其中砂巖占50% ~ 70%,蓋層為晚白堊世和古新世泥巖。

3.松遼含油氣盆地

松遼含油氣盆地位於中國東北部,是在海西褶皺帶中段基礎上發展起來的中新生代大型陸相沈積盆地,總面積約26萬km2。地表為第四系覆蓋的平原區,前震旦系和古生代地層主要出露於盆地周圍或隱伏於深部。盆地中、新生代地層發育,僅白堊系厚度就超過5000m

中生代是松遼盆地發展的主要時期,可分為四個階段(童崇光,1990):晚侏羅世斷陷沈積期,形成上侏羅統砂巖泥巖夾煤層和火山巖組合;早白堊世斷陷沈積時期,形成了下白堊統登婁庫組的湖泊相、三角洲相和河流相礫巖、砂巖、砂質泥巖和泥巖組合。早白堊世坳陷沈積時期,形成了下白堊統泉頭組、青山口組、姚佳組和嫩江組,是主要的烴源巖和儲集層。晚白堊世隆升沈積時期,形成了上白堊統四方臺組和明水組的河流相砂泥巖組合。松遼盆地可劃分為六個構造單元,即中央坳陷區、東北隆起區、西南隆起區、東南隆起區、西部斜坡區和北部凹陷區。其中,中央坳陷區是油氣田的集中分布區,已發現大慶、扶余、宋芳屯、龍虎泡等大中型油田10多個。

大慶油田是目前中國最大的油田,石油地質儲量約30億噸。該油田位於松遼盆地中央坳陷區中部,由喇嘛甸、薩爾圖、杏樹崗、太平屯、高臺子、葡萄花、敖包塔七個背斜構造組成,呈馬鞍狀相連,南北長145km,東西寬6 ~ 30 km。儲層主要為下白堊統青山口組、姚佳組和嫩江組的河流-三角洲砂泥巖,儲層類型為背斜圈閉儲層,具有陸相原生儲層特征。

(2)中生代煤田和含煤盆地

板塊運動、古海陸變遷、由板塊運動形成的高山盆地和古暖氣帶的分布和交替是控制聚煤區和含煤盆地分布的主要因素。世界煤炭資源的空間分布特點是北半球高於南半球,高度集中在亞洲、歐洲和北美的中緯度地區。南半球的非洲、南美洲和大洋洲的煤炭含量較低,只有澳大利亞、南非、博茨瓦納和巴西發現了大型煤田。

世界中生代聚煤區和含煤盆地主要分布在中國北部、西伯利亞、中亞、阿巴拉契亞和阿拉斯加。由於二疊紀末至三疊紀初的災難性事件和晚古生代高大木本植物的迅速死亡導致的全球氣候異常,早、中三疊世全球聚煤作用極其微弱。晚三疊世氣候分帶不明顯,中生代植物處於正常生長的初期,聚煤作用仍然微弱分散。侏羅紀時期,特提斯海和沿海低山(如古昆侖山和巴顏喀拉)的分布,使中國西北早、中侏羅世富煤區沿35 N以北潮濕氣候帶的低窪地區廣泛分布,其西側進入哈薩克斯坦、阿富汗和伊朗,其北側延伸至俄羅斯西伯利亞的坎斯克-阿欽斯克、伊爾庫茨克、南雅庫特、通古斯卡和列納。到白堊紀,特提斯海的南移和古昆侖山、巴顏喀拉、古天山、古祁連山的進壹步隆升,使海洋濕潤氣候難以從西南進入內陸,局限於我國內蒙古東部和東北地區,以及蒙古東部、貝加爾湖、勒拿河和遠東沿海地區。

中國中生代含煤沈積類型具有明顯的時間變化規律(錢大都等,1996):晚三疊世以海陸交互相過渡帶為主,早、中侏羅世以內陸坳陷盆地為主,早白堊世以內陸斷陷和坳陷盆地為主。這種演化反映了成煤環境由海洋向陸地轉變的過程,與成煤植物由海洋向近海和陸地的演化密切相關。晚三疊世含煤盆地主要分布在南部地區,主要包括川滇近海坳陷盆地(四川盆地和滇中盆地)以及藏東和滇西盆地。聚煤規模小,聚煤環境主要為近海大型坳陷和濱海-瀉湖環境。早、中侏羅世含煤盆地主要分布在北部地區,以大型內陸湖盆(鄂爾多斯、準噶爾、吐哈)為主,其次為內陸山間湖盆和山前坳陷盆地(塔北、塔西南、塔東南、伊寧)、內陸山間谷地盆地(木裏)和火山缺口含煤碎屑沈積盆地(靖西、北票)。聚煤作用強,鄂爾多斯盆地和準噶爾盆地是世界著名的超大型內陸含煤盆地,煤炭儲量極其豐富。早白堊世含煤盆地主要分布在內蒙古東部和東北部,這裏聚煤作用最強。山間斷陷盆地(海拉爾-二連盆地群)資源最豐富,其次是近海坳陷盆地(雞西-鶴崗盆地)和山間坳陷盆地,火山團塊盆地資源最少。沈積類型以陸相沈積為主,特點是厚度大,煤層多,局部地區有火山碎屑沈積。中國西北地區的酒泉盆地和北山盆地基本上屬於陸相湖泊三角洲雜色巖系,含煤性差。

1.四川含煤盆地

四川含煤盆地(川滇近海盆地北部)位於中國西南東部,西北和東北分別與龍門山和大巴山相連。它是中國晚三疊世最大的含煤沈積盆地。

四川盆地在早、中三疊世幾乎完全隆升,形成東高西低、自東向西平緩傾斜的箕狀盆地。在晚三疊世,它是川滇近海盆地的壹部分。晚三疊世早期,僅在盆地西側有由淺海泥質巖和碳酸鹽巖組成的洪水塌陷洞穴建造。中期,小塘子組含煤碎屑沈積向東擴展並重疊,含煤性普遍較差。晚期全區普遍發育以陸相為主的須家河組含煤碎屑沈積。盆地基底的地臺性和晚三疊世含煤沈積的穩定性使煤層覆蓋了盆地的大部分地區。燕山運動和喜馬拉雅運動對本區影響不大。大部分地區煤系為緩向西北傾斜的單斜構造,邊緣有不同程度的褶皺和斷裂。

上三疊統須家河組是四川盆地的主要含煤地層,是壹套由黑色碳質頁巖和灰色砂巖組成的河流沖積相-湖泊相含煤沈積巖系。該組可分為6段,其中1、3、5為頁巖夾煤泥和砂巖,2、4、6為砂巖夾頁巖和煤系,但各段發育程度不同。在盆地西部底部,角礫巖與下伏的小塘子組呈假整合接觸,而在盆地東部,角礫巖多疊加在老地層上,頂部與上覆的白田壩組呈假整合接觸。須家河組* * *含薄煤層20余層,分布穩定,其中可采煤層1 ~ 9層,總厚度5 ~ 10m,最大29m。

2.鄂爾多斯含煤盆地

鄂爾多斯含煤盆地位於中國北方賀蘭山東部,地跨陜、蒙、寧、甘等省。它是華北古生代-三疊紀盆地因印支運動整體隆升而萎縮後形成的大型內陸坳陷沈積盆地,繼承了構造穩定的特點。

鄂爾多斯盆地三疊系侵蝕面上廣泛沈積了侏羅系含煤巖系,包括下侏羅統富縣組和中侏羅統延安組的河流沈積和湖泊沈積。延安組含煤性最好,在空間上形成環縣和延安兩大沈積中心。此外,上三疊統瓦窯堡組也含有煤。

中侏羅統延安組是鄂爾多斯盆地的主要含煤地層,厚度100 ~ 300 m,最大厚度600m,是壹套陸相含煤碎屑巖沈積。下段為寶塔山段,主要由灰白色、肉紅色塊狀斜層理粗砂巖和細砂巖組成,底部為粗砂巖夾細礫石,上部為灰黑色泥質粉砂巖和頁巖。上段稱為棗園段,主要由灰色、灰綠色砂巖夾灰黑色、深灰色頁巖、泥巖組成。除盆地中部以富縣-慶陽-華池-吳起-子長-延安為界的地區外,其余地區為河流相、三角洲相、泛濫平原相和沼澤相。該組含可采中厚煤層10 ~ 12層,煤層最大厚度可達10m。

3.準噶爾含煤盆地

準噶爾含煤盆地位於新疆天山北麓,基底為海西地槽褶皺帶和前寒武紀穩定地塊,早、中侏羅世形成大型不對稱波狀坳陷沈積盆地。凹陷中心位於盆地南部,主要凹陷方向為近東西向,下侏羅統八道灣組和中侏羅統西山窯組為該盆地主要含煤地層,夾在兩者之間的下侏羅統三工河組不含煤。

八道灣組由灰綠色和深灰色砂巖、砂質泥巖和頁巖組成,分為三個巖性段,下部為洪水沖積沈積,中下部為湖濱三角洲沈積,中上部為湖泊沈積。該組厚度變化較大,壹般為200 ~ 700 m,煤層多為10 ~ 20層,多為中厚煤層,也有極厚煤層。

西山窯組由灰色、灰綠色、灰黃色和紫紅色砂巖、碳質泥巖夾煤層和菱鐵礦薄層組成,以湖泊三角洲沈積為主。巖性穩定,但厚度變化較大(100 ~ 1600 m)。該組中上部煤層多達20 ~ 40層,單層最大厚度48m,煤層最大累計厚度182.82m;:上部煤層不發育。

4.海拉爾-二連含煤盆地群

海拉爾-二連含煤盆地群位於中國東北部,是亞洲已知最大的早白堊世盆地群。由約150個盆地組成,其中壹些盆地含煤極其豐富,儲量大,煤層厚,埋藏淺,還有壹些盆地富含油氣。盆地群發育在海西褶皺帶上,內部形成幾個大的凹陷和隆起帶,大多較長,面積數百平方公裏,總體方向為NNE-NE。含煤地層為下白堊統紮其諾爾群,分為海拉爾地區大磨拐河組和伊敏組,二連地區巴彥花組。

大磨拐河組(下含煤段)由砂礫巖、砂質泥巖和煤層組成,下部為礫巖和砂礫巖、泥巖、薄粉砂巖和灰白色凝灰質粗砂巖;中部為灰色或灰黃色礫巖、砂巖、泥巖、煤層;上部為黃灰色凝灰質粗砂巖,砂巖與泥巖互層煤層線。由河床相、泛濫平原相和沼澤相沈積而成,局部地區有火山巖。該組含煤5 ~ 20層,單層厚度2 ~ 10~90m,累計厚度10~90m。主煤層位於含煤段中部,厚度4 ~ 30m,最大厚度44.85m

伊敏組(含煤上段)由灰白色粉砂巖、砂巖、泥巖、碳質頁巖夾礫巖和砂礫巖組成,含煤10層。底部灰白色粉砂巖與下伏大磨拐河組粗砂巖、礫砂巖呈假整合接觸,頂部被第三系不整合覆蓋,厚度550.9米,該組為湖沼相沈積,分布廣泛。海拉爾地區壹般含3 ~ 4個煤組,每個煤組含1 ~ 5層煤,煤層累計厚度為10~50m ~ 50m。

(3)中生代沈積鐵礦

中生代沈積鐵礦床可分為海相沈積鐵礦床和湖相沈積鐵礦床。

中國滇西中生代海相沈積鐵礦床以楚格紮、江波、尖吉鐵礦床為代表,含鐵層位為上三疊統的灰巖、泥灰巖、砂巖頁巖或三合洞組的灰巖、白雲巖、泥灰巖、砂巖頁巖。此外,四川鹽源-木裏地區的褐鐵礦和菱鐵礦也屬於此類礦床。

中生代湖相沈積鐵礦床以法國洛林鐵礦床和中國綦江鐵礦床、華亭鐵礦床為代表。洛林型鐵礦分布在靠近法德邊界的洛林地區,礦區面積1100 km2,向東延伸至盧森堡境內。鐵礦體呈多層產出於侏羅系下阿林砂巖和上阿林泥灰巖之間,厚度相近的礦層和非礦層互層,規模巨大,單層厚度1 ~ 6m,累計厚度60m。綦江型鐵礦主要分布在中國四川綦江和貴州北部。鐵礦賦存於侏羅紀含煤砂巖頁巖中,呈層狀或似層狀、透鏡狀,以中小規模為主。華亭式鐵礦主要分布在甘肅省六盤山以東的華亭地區。鐵礦床產於白堊紀粘土巖或砂質頁巖中。礦體呈層狀,延伸範圍大,厚度小於1m,多為小型鐵礦床。

(4)中生代沈積錳礦

中國中生代沈積錳礦以鬥南錳礦為代表。這類礦床分布於滇東南的燕山、建水壹帶,以及滇東南-越南北部古陸的北緣。典型礦床有鬥南錳礦、白縣錳礦和燕子角錳礦。含錳巖系為壹套鈣質泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、泥巖,向西過渡為泥灰巖、灰巖、白雲巖,假整合在個舊灰巖上,厚度700多米。鬥南錳礦床產於粉砂巖和泥巖中,有多層石灰巖和十幾層錳礦層。礦石由褐錳礦、鈣菱錳礦和方解石組成。白色錳礦物產於白雲石中,為含塊狀、脈狀方解石的氧化錳礦薄層,與頂底板白雲石灰巖呈過渡關系。

國外中生代沈積錳礦主要有墨西哥的莫蘭戈錳礦、匈牙利的烏爾庫特錳礦、摩洛哥的艾米尼錳礦和澳大利亞的格魯特錳礦。前兩者產於侏羅紀的石灰巖、泥灰巖、粘土巖和頁巖中,後兩者分別產於白堊紀的石灰巖、白雲巖和砂巖以及下白堊統的粉砂質粘土巖和砂巖中。

(5)中生代鹽類沈積

石膏、石鹽、芒硝、鉀鹽等鹽類礦床形成於不同地質歷史時期幹旱氣候條件下的封閉和半封閉沈積盆地,屬於蒸發沈積。成鹽盆地主要是構造盆地,明顯受斷裂控制。含鹽巖系基本分為兩類,即鹽化瀉湖相的白雲巖-灰巖-泥灰巖建造和海洋或內陸鹽湖相的紅色碎屑巖建造。

中生代沈積演化的顯著特點是陸相沈積類型分布廣泛,濕潤氣候帶和幹旱氣候帶的交替導致了多個成煤期和成鹽期的形成(王宏鎮等,1980)。早中三疊世是地質史上壹個著名的大範圍幹旱氣候時期。蒸發盆地中的石膏和鹽類礦床廣泛分布於華南、西歐和北美西部,大陸紅層遍布華北、中亞、印度、非洲中南部和南美洲的阿根廷西部,而反映濕潤氣候的含煤礦床僅見於澳大利亞東海岸、俄羅斯通古斯卡盆地和Vikhoyansk地區。晚三疊世-中侏羅世早期以潮濕氣候帶的擴張為特征。歐亞大陸多成煤環境,幹旱氣候區僅限於勞埃亞西南部、岡瓦納中北部和北美西部。特提斯海兩岸有過渡氣候帶,可見含膏鹽礦床和含煤礦床在時間和空間上交替出現。晚侏羅世至早白堊世的幹旱氣候有明顯的擴張。石膏和鹽類礦床廣泛分布於北美墨西哥附近、南美安第斯山脈、歐洲中南部、北非、西亞、中亞和中國西部,而成煤環境僅見於東北亞、印度中部和澳大利亞東部。早白堊世晚期至晚白堊世,幹旱氣候帶進壹步擴大和加強,在華南和中南半島、南美、中北非、中東和中亞等地均有石膏和鹽類礦床發育。

中國中生代鹽類礦床的時空分布與中國大陸的地質發展史密切相關(袁建奇等,1994)。早、中三疊世是古臺地鹽沈積的發育時期。鹽類礦床產於海相碳酸鹽巖系中,成鹽環境為臺地上的有限盆地,部分為臺地邊緣的淺海環境。鹽礦床具有發育面積大、含鹽層位穩定、含鹽巖系旋回少、剖面結構簡單等特點。這壹時期的揚子地臺位於北半球低緯度地區,屬於特提斯洋兩岸蒸發巖帶的東延部分。中下三疊統硬石膏分布面積超過40萬km2。石膏-硬石膏在長江沿岸各省均有沈積,巖鹽產於四川、鄂西、黔北、奉節等地。印支運動後,中國大陸經歷了廣泛而強烈的裂陷活動,進入了陸源碎屑巖和蒸發巖的強烈發育時期。鹽類礦床分布廣泛,鹽層面積小,厚度大,成鹽旋回多,剖面結構和物質成分復雜,礦床類型多樣。中生代主要含鹽盆地有新疆吐魯番盆地、青海柴達木盆地、雲南楚雄和安寧盆地、四川成都和南充盆地、湖北江漢盆地等。代表性礦床有中、下三疊統嘉陵江組和雷口坡組灰巖、白雲巖中的四川未夕式石鹽礦床,中、下侏羅統茶崖組紅色砂巖頁巖中的西藏芒康式石膏礦床,上白堊統海棠井組泥巖、粉砂質泥巖、礫石中的四川新津式芒硝礦床。

國外中生代鹽類礦床以鉀鹽大規模富集為特征,以摩洛哥的Hermite(三疊紀)、土庫曼斯坦的Carliuc-Karabil、烏茲別克斯坦的Geldak-Chubegatan(侏羅紀)、泰國的Shakongnakong、剛果的Holly(白堊紀)為代表。此外,歐洲中南部的三疊紀石鹽礦床,歐亞大陸沿英、法、德、克裏米亞、高加索、帕米爾、西昆侖的侏羅紀石鹽礦床,中東、西非、南美東部的白堊紀石鹽礦床也很重要(錢等,1994)。