本文以构造控矿为研究思路,围绕着盆地煤系矿产资源的赋存规律,从新的角度和思路研究了盆地构造-热演化历程及构造格局对煤系矿产资源赋存规律的控制作用。综合运用构造地质学、沉积学、煤地质学、非常规油气地质学、地球化学等多学科理论知识,通过资料收集整理、野外地质调查、样品实验测试分析、专题图件编制等技术方法,分析了鄂尔多斯盆地构造-热演化历程及赋煤带构造特征,查明了各赋煤带煤系矿产资源发育类型及时空分布规律,并探讨了盆地构造-热演化及构造格局对煤系矿产资源形成、富集、改造和分布的控制作用。最后,总结和建立了构造约束条件下的煤系矿产资源耦合成矿模式。鄂尔多斯盆地地处我国东、西部构造域的结合部位,是一个多构造体制、多演化阶段、多沉积体系、多原型盆地叠加的复合克拉通盆地。盆地构造格局的最终定位经历了三大构造演化阶段:盆地基底的形成、盆地的发育时期和盆地的后期改造。其中早古生代华北陆表海沉积和中生代内陆湖盆演化阶段是盆地石炭-二叠纪和侏罗纪煤系形成的重要时期,为煤系矿产资源的富集提供了基础地质条件,新生代以来盆地的后期改造,使得盆地煤系矿产资源重新调整、定位。自晚古生代以来,盆地埋藏史经历了五大演化阶段:晚石炭世至早三叠世盆地缓慢沉降阶段(Ⅰ段)、早中三叠世至晚三叠世末期快速沉降阶段(Ⅱ段)、三叠纪末至中侏罗世末波动沉降阶段(Ⅲ段)、中侏罗世末至晚白垩世末构造转换阶段(Ⅳ段)以及晚白垩世末至第四纪强烈隆升阶段(Ⅴ段),其内部不同构造单元的埋藏史具有一定的差异性。盆地各演化阶段的古地温总体高于现今地温,属于中温型盆地,尤其中生代晚期(晚侏罗世-早白垩世)地温梯度最高,高达3.3-4.52℃/100m,主要受深部岩石圈热活动增强的影响,中生代晚期早白垩世约140-100Ma发生一次重要的构造热事件所导致。结合盆地的埋藏史、热演化史和生烃史,盆地煤系气藏的形成可划分为深成变质作用控制下的初期生烃(晚三叠世-中侏罗世)、深成变质作用和区域热变质作用共同控制下的生烃高峰期(中侏罗世-晚白垩世)以及煤系气发生次生运聚的调整改造时期(晚白垩世以后)三个阶段。总体而言,鄂尔多斯盆地煤系烃源岩生烃高峰期较晚,后期调整改造除盆地边缘外,相对较弱,且断裂不发育,有利于煤系气的保存成藏。复杂的构造-热演化历程控制着盆地煤系矿产资源的形成、运(迁)移和聚(富)集成藏。在盆地构造演化过程中,煤系载体失去原有的完整性和连续性,在构造应力场的作用下,形成断裂、褶皱等构造,且随着构造应力场方向和强度的改变,平面上表现出一定的分区分带性,从而控制煤系矿产资源的空间分布。构造演化过程中的构造隆升和沉降控制着煤系气资源的保存以及煤系金属元素、砂岩型铀矿物源的形成,构造变革时期的热事件不仅可以提高煤系烃源岩的变质程度,促进生排烃,而且可以为煤系金属元素、砂岩型铀矿的形成运移提供物源和驱动力。鄂尔多斯盆地煤系矿产资源的最终定位受盆地现今构造格局的控制,盆地内部变形微弱、盆缘变形强烈是鄂尔多斯盆地构造格局最为显著的特点,因此盆地主体部分赋煤带煤系埋藏深度大,且构造变形微弱,有利于大型连续型煤系气藏的形成和保存,盆地周缘构造变形强度较大,岩浆热液和地下水流活动性强,加之靠近邻区物源区,有利于煤系金属元素、铀元素的迁移和富集。根据鄂尔多斯盆地煤系现今赋存特征及构造格局,将其划分为六个赋煤带:西缘褶皱逆冲赋煤带、东缘挠曲赋煤带、伊盟隆起赋煤带、天环坳陷赋煤带、陕北单斜赋煤带和渭北断隆赋煤带。不同的赋煤带其内部发育的构造样式决定了其煤系矿产资源的赋存规律。鄂尔多斯盆地西缘褶皱逆冲赋煤带发育典型的逆冲推覆构造带,平面上具有明显的分带性,随着逆冲推覆构造带位置的变化,煤系矿产的分布也表现出明显的差异性,根部带煤系剥蚀殆尽,但变质基底的出露可作为煤系金属矿产形成的物源区,中部带总体表现为宽缓的向斜,有利于煤系气的富集和保存,前锋带紧闭褶皱和断裂的高度发育,有利于煤系金属矿产、砂岩型铀矿的形成,前缘反冲带宽缓向斜和稀疏逆断层的发育,是煤系气赋存的有利区。盆地东缘整体大单斜的构造形态有利于煤系气保存成藏,其内部受不同构造样式发育的控制表现出一定的差异性,总体表现为背斜、正断层等开放性的地质构造有利于煤系气的逸散,向斜、逆断层等封闭性地质构造有利于煤系气的赋存。在构造-热演化历程和构造格局的控制下,鄂尔多斯盆地发育丰富的煤系矿产资源,主要包含煤系能源矿产(煤、煤系气、油页岩以及砂岩型铀矿)和煤系金属矿产(锂、镓、Al2O3等)。在平面上,鄂尔多斯盆地具有满盆皆煤,煤系气广泛分布,油页岩、砂岩型铀矿以及煤系金属矿产在盆地周缘较为发育的特点;垂向上,煤系能源矿产在石炭-二叠纪和侏罗纪煤系均有分布,煤系金属矿产主要分布在石炭-二叠纪煤系中。根据鄂尔多斯盆地煤系矿产资源在平面和垂向上的分布特征,以石炭-二叠纪与侏罗纪两大主要含煤岩系为载体,划分了不同时代煤系矿产资源的组合类型,其中石炭-二叠纪煤系矿产资源划分为鄂尔多斯盆地北部煤-煤系气-油页岩-煤系金属矿产组合、鄂尔多斯盆地南部煤-煤层气-煤系金属矿产组合、鄂尔多斯盆地西缘煤-煤系气-煤系金属矿产组合、鄂尔多斯盆地东缘煤-煤系气组合4种类型;侏罗纪煤系矿产资源划分为鄂尔多斯盆地北部煤-煤层气-砂岩型铀矿组合、鄂尔多斯盆地南部煤-煤层气-煤系页岩气-油页岩-煤系金属矿产-砂岩型铀矿组合、鄂尔多斯盆地西缘煤-煤系气-油页岩-砂岩型铀矿组合3种类型。通过煤岩显微组分鉴定定量、镜质组反射率、岩石热解、压汞实验等测试方法,盆地东北部石炭-二叠纪煤系煤层煤岩显微组分以惰质组和镜质组为主,煤的镜质组反射率变化范围在0.44-0.81%之间,为低成熟-成熟阶段。煤系泥页岩有机质含量分布在0.36-31.58%,平均值为5.46%,Ro分布在0.45-0.72%,平均值0.58%,为低成熟-成熟阶段。热解最高峰温分布在408-453℃,平均432℃,热解生烃潜量(S1+S2)较高,分布在3.25-82.82㎎/g,平均23.7㎎/g,有机质类型为Ⅲ型(腐殖型)和Ⅱ2型(腐泥-腐植型),主要为Ⅱ2型。不同的岩石储层具有不同的孔隙度和孔隙结构特征。煤层具有最高的孔隙度(10.4-18%,平均14.3%)和渗透率(2.17-2.93mD,平均2.6 mD),砂岩次之,孔隙度分布在10.1-13.0%,平均11.55%,渗透率分布在0.51-1.16 mD,平均0.84 mD,泥岩孔隙度(1.1-4.7%,平均2.48%)和渗透率(0.003-0.37 mD,平均0.1 mD)最低。因此,良好煤系烃源岩的发育,各储层空间上的相互叠置以及孔隙结构发育的差异性,构成了多套“生储盖组合”,有利于烃类气体的生成、保存和富集,构成短距运移、就近储集的煤系气成藏模式,是盆地煤系气耦合成藏的潜力区。因此,盆地的构造-热演化历程是煤系矿产资源耦合成矿的关键,主要体现在成矿时间和空间位置的耦合性。盆地稳定沉降阶段是煤系有机矿产形成的重要时期,无机矿产则主要形成于盆地的构造活动阶段,且二者在盆地构造-热演化的地质作用下,在成矿母质、成矿环境、成矿期以及赋存层位等方面均表现出明显的相关性和耦合性,在盆地多旋回演化-改造过程中的关键变革时期表现的更为明显,是煤系矿产资源耦合成矿的关键时期,期间发生的构造热事件不仅可以提高煤系烃源岩的变质程度,促进生排烃,而且可以为煤系金属矿产、砂岩型铀矿的形成运移提供物源,发生过程中所引起的构造应力、热应力和深源流体压力为煤系气和金属元素的运移提供驱动力,并且会促使岩石产生大量裂缝,作为煤系矿产资源有利的运移通道。