赤城煤田地质构造及其控煤作用_马永辉.pdf

第41卷第6期 2013年12月 煤田地质与勘探Vol. 41 No.6 Dec. 2013 COALGEOL汇盯.Y control action on coal; fault-fold zones; Chicheng coal field 赤城煤田位于甘肃省崇信县南部，为陇东黄土 高原丘陵沟整区。目前，在该区已发现4.52亿t煤 炭资源，形成北部开采区和中、南部勘探区。北部 开采区探明煤炭资源量1.26亿t，已建有3对小型 矿井，总设计生产能力84万向；中、南部勘探区 已分别探明煤炭资源量0.78亿t和2.48亿t，规划 建设90万t/a和240万t/a两对矿井。 在大地构造上，研究区地处六盘山东麓、鄂尔 多斯盆地西缘断裙带的南端。其南接秦岭造山带， 西南侧与六盘山弧形构造带相连，东北部毗邻鄂尔 多斯盆地中的天环向斜，大地构造位置独特（图1t1。 通过近几年的地质勘查工作，对研究区的地质、 构造及含煤情况有了大致了解，但仅局限于浅部及 较小范围。本文通过对现有资料的分析研究，以期 收稿日期2012-10-03 对本区深部及更大范围的煤炭资源赋存情况、控煤 构造及找煤方向进行预测，为今后的地质勘查工作 提供参考。 1 研究区地质特征 1.1地层 研究区地层从老到新发育有上三叠统延长群 {T3yn）、保罗系下统富县组J1f、保罗系中统延安组 J2y）、直罗组J2z）、安定组J2a）、自噩系下统志丹群 K1zh）、新近系甘肃群Ngn）和第四系（Q）等地层。除 白主系下统志丹群（Klzh）和新近系甘肃群Ngn）在 沟谷中有出露外，其他地层均被第四系黄土覆盖。 本区的含煤地层为保罗系中统延安组J2Y）。延安 组中，自上而下可见1-5号共5个煤组（煤层）。其中 作者简介马永辉（1968一），男，甘肃灵台人，高级工程师，从事煤田地质与勘探工作． ChaoXing 12 煤田地质与勘探 第41卷 阴山 飞。气 0 100 200 300 krη 图1研究区大地构造位置图 Fig. I Geotectonic situation of the study area 1、2号煤层为局部可采或零星可采煤层；3、4号煤 组（煤层）为局部或大部分可采煤层；5号煤层为主要 可采煤层，厚度。～40.83m，煤层结构复杂，赋存范 围较广，为研究区主要勘查、开采对象。 1.2 构造特征 1.2.1相皱 研究区位于鄂尔多斯盆地西缘断裙带的南端， 其特点是榴皱和断裂走向基本一致，断裂和背、向 斜伴生，断裂多为高角度的压性和压扭性断裂。由 于区域上受SW－阳向挤压应力的作用，总体构造 呈NNW向的S形构造。研究区位于梁龙背斜与周 家寨背斜之间，受平铜断裂（Fl）和狼窝坝断裂（F9 的控制，构造形态为一宽缓的向斜，两翼被走向逆 断层切割破坏（图2）。 a.梁龙背斜在研究区东侧，为区内规模较大的 榴曲构造，背斜轴部由三叠系组成，轴向N66。W，向 南则逐渐转为N40。W，两翼对称，倾角在25。以内。 b.赤城向斜位于研究区的中西部，向斜东翼 为梁龙背斜西翼，为一轴向NNW-SSE、向SE倾伏 的宽缓向斜。浅部倾角较大，可达40。左右，深部 倾角变缓，南北向延展长达10M。向斜轴部含煤 地层埋深超过1200 m，为赤城煤田的深部地带。 c.周家寨背斜位于赤城煤田东侧，背斜轴部 和西翼由中保罗统延安组组成，东翼由中保罗统直 El向斜 因背斜 [SJ逆断Ji IS]正断层－ F, 图2研究区构造纲要图 Fig. 2 Structural outline of the study area 罗组和延安组组成。背斜走向近SN，基本和赤城向 斜中南段平行，两翼倾角不对称，西翼较缓而东翼 较陡，西翼被周家寨断层（F6）切割，东翼被狼窝坝 断层破坏，向南背斜倾伏很深。 1.2.2断裂 a.乎铜逆断层σ1位于梁龙背斜之东侧，走 向呈向北东凸出的弧形，北段走向NW向，向南渐 变成近SN向，断层面西倾，倾角为70。左右，上盘 （西盘）主要地层为下自要统六盘山群和中保罗统延 安组煤系，下盘（东盘）主要地层为下白辈统志丹群。 据中保罗统延安组煤系逆覆于下白噩统志丹群地层 之上，推断其断距大于400m。该断层对梁龙背斜 的东翼煤系破坏较大。 b.狼窝坝逆断层（F9为研究区西部边界断 层，走向NW，呈向NE凸出的弧形，断面西倾， 倾角40。～60。，断距大于300m，延展长度7km左 右。在唐帽山至煤坡子一带露头处，可观测到三叠系 黄绿色砂岩逆覆于保罗纪煤系之上。 c.周家寨逆断层（F6断层下盘的白主系下统 砾岩出露地表，上盘的中保罗统逆覆于白辈系砾岩 之上。地表测得断层走向NlO。W，倾向东，倾角60。， 其垂直断距250m 左右，SN走向延展约7km，断 层以东为周家寨背斜。 2 构造控媒作用分析 2.1 构造序次 综合分析研究区构造线交切关系和构造活动涉 及的地层时代等，结合区域构造演化的过程，研究 区内构造演化的先后次序可归纳为印支期一燕山 早期（第I幕←燕山中期（第H幕）一燕山中晚期（第 田幕）斗霞山晚期（第W幕〉喜马拉雅期［2］。 ChaoXing 第6期马永辉赤城煤田地质构造及其控煤作用13 2.2 构造控煤史及沉积环境演化 本区含煤岩系延安组的形成受古构造、古地理 等综合地质因素的控制，但从根本上讲，主要受控 于地史上的构造运动。中晚三叠世，早印支运动结 束了我国“南海北陆”的古地理环境而形成中国大 陆，鄂尔多斯大型内陆盆地应运而生。晚三叠世末 的晚印支运动，使地壳大面积上升，中上三叠统延 长群露出水面而遭受不同程度的剥蚀。燕山运动初 期，盆地处于缓慢沉降状态，在其侵蚀面上沉积了 杂色砂质泥岩和粉砂岩的下保罗统富县组。早保罗 世末，发生了燕山运动第I幕，盆地抬升，富县组 和出露的中上三叠统延长群再次受到剥蚀，风化后 的长石砂岩因硬质颗粒流失（主要为石英粒）而高岭 土化，进而形成铝土层，造成了延安组与下伏延长 群或富县组的平行不整合接触。在短暂的沉积间断 之后，地壳叉开始缓慢下降，沉积了厚度较稳定、 分布较广泛的中保罗统延安组含煤岩系。因陆源碎 屑物质丰富和沉积均衡补偿作用，造成盆地内湖泊 多次淤积而形成沼泽、泥炭沼泽环境，加之气候温 湿，湖泊三角洲土壤矿物质多，营养丰富，有利于 植物大量生长，奠定了大面积聚煤作用的物质基础。 随后，由于构造活动，潮湿与半干旱气候交替出现， 形成了一套以河流相、湖泊相为主无煤层沉积的直 罗组和安定组。由于基底构造的不均匀升降，使研 究区的沉积环境频繁发生变化，进而影响了煤系的 形成及空间分布［3）。 2.3 基底构造的控煤作用 基底构造对本区主要可采煤层一－5号煤的控 制作用比较明显。本区含煤岩系延安组的沉积基底 是三叠统延长群，晚印支运动使三叠统延长群遭受 不同程度的榴皱、断裂和剥蚀，整体形成了本区东 高西低、北高南低的古地理形态，局部发育有次级 塌陷，这种古基底形态可以从下保罗统富县组的沉 积厚度北部较薄、中部和南部较厚、局部缺失得到 印证，富县组的沉积对凹凸不平基底起到了“填平 补齐”的作用。在5号煤组（煤层）形成前，沉积了巨 厚的煤层底板，其厚度变化规律与富县组地层相似， 分布范围几乎遍布全区，煤层底板沉积后的进一步 “填平补齐”使成煤的古基底更加平坦开阔，为本区 的厚煤层一－5号煤层的大范围、较稳定沉积奠定 了古地理基础。但在5号煤层形成时，局部泥炭沼 泽基底依然凹凸不平，引起的煤层厚度变化表现在 底板起伏不平而顶板界面较平坦，煤层向基底凸起 的方向逐渐变薄，煤分层或夹砰被基底隆起地段隔 开而呈现不连续等特征，这些都是基底构造控制煤 层厚度变化的结果［4）。 2.4 同沉积构造的控煤作用 聚煤期一般为构造相对平稳期，聚煤作用主要 是在缓慢沉降的构造背景下发生的。通过对研究区 煤系及煤层的厚度分析发现，无论是倾向还是走向 上，煤系和煤层的厚度都存在差异。在倾向上，研 究区西部煤系厚172～326m，平均263m, 5号煤层 厚O～4.17m，平均3.44m；东部煤系厚121～234m, 平均168m, 5号煤层厚0～40.83m，平均12.24m。 在走向上，北部煤系较薄而5号煤层较厚，结构简 单，而向南煤系逐渐变厚、5号煤层较薄、分叉或 尖灭（图3）。煤系及煤层厚度、结构的差异是受其形 成过程中的不均匀沉降、基底的局部隆起形成同沉 积背、向斜和在沉积过程中发育的次级断裂等同沉 积构造影响的结果。根据野外实测，在聚煤期前， 主压应力为阳向，聚煤期转向近EW向，在近EW 向挤压应力下，煤系的聚集主要受近SN向的梁龙 背斜和平铜逆断层、狼窝坝逆断层持续活动的影响， 因而该区煤系和煤层均沿SN向或NNW向呈条带状 展布。由于燕山运动使研究区总体处于相对下降过 程，但西部又受狼窝坝断裂活动的影响，下降相对 较多，沉积的保罗系较厚，而泥炭沼泽相环境持续 的时间较短且不稳定，沉积的煤层较薄，结构复杂； 而东部和北部下降相对较少，沉积的保罗系较薄， 但泥炭沼泽相环境持续的时间较长，沉积的煤层较 厚。这就造成了煤系和煤层虽大致沿SN向展布， 但其厚度在走向上和倾向存在着差异。 2.5 后期构造的改造作用 根据区域地质资料，发生在聚煤期后的燕山运动 藏变深，而背斜构造部位煤层埋藏变浅［5）。早自主世 后，燕山运动第皿、凹幕和喜山运动，进一步改造了 保罗系的空间形态在隆起部位，例如梁龙背斜、韩 （河〉斗申（峪）背斜的轴部，保罗系剥蚀殆尽；在拗陷部 位，例如华亭向斜、新窑向斜和赤城向斜，保罗系得 以保存。表现在白辈系直接超覆在煤系、煤层或三叠 系上统延长群之上，含煤沉积也被分割成东、西两 部分，背斜西翼煤层埋藏深度为420～1400 m，而 东翼由于平铜逆断层（Fl）的影响，煤层埋藏深度在 1 000 m以深。赤城向斜西翼为周家寨背斜东翼， 受狼窝坝逆断层（F9）的影响，煤层埋藏整体偏深， 一般在800-2000 m。 3 找煤方向 根据对研究区构造控煤因素的分析，赤城向斜西 翼的次级隆起区和梁龙背斜的东翼将是今后找煤工 ChaoXing 煤田地质与勘探第41卷14 NAm -- 3 伽0 3ω － 030 吨，“‘，‘，、 钊 0 0 钻乱相对位置示意网 0702 OCS1905 1103 图35号煤层厚度及夹研变化 Fig.3 The variation ofNo.5 coal seam and parting thickness 19.67/3一媒层厚度（m）／煤分层层数；（0.20,2）－在研厚度（时，夹研层数 作的主要靶区。根据区域构造及沉积环境分析，梁龙背 斜两翼具有相似的成煤环境和构造格局，西翼的赤城向 斜已经勘查验证，而东翼已有钻孔见到保罗系安定组， 只是埋藏较深而已，靠近背斜轴附近，煤系或煤层可 能被剥蚀，在背斜轴以东的区域，是今后找煤工作的靶 区。因受狼窝坝、逆断层σ9）的影响，赤城向斜西翼煤层 埋藏变深，但根据目前已获得的资料证实，赤城向斜 在南北两端抬升、翘起的趋势明显。因此，在狼窝坝、 逆断层与赤城向斜轴之间、赤城向斜西翼与周家寨背斜 东翼之间的区域，是今后开展找煤工作的重点区域［句。 4结论 a.研究区主要含煤地层为保罗系下统延安组， 其形成和分布受梁龙背斜、狼窝坝逆断层、平铜逆断 层的控制和影响，后期伴随着区域构造运动，又受到 了不同程度的改造。 b.研究区煤层主要赋存在赤城向斜等次级拗陷 内，赤城向斜形成过程中的基底构造、同沉积构造及 后期构造活动的改造进一步控制了煤层的分布范围、 埋藏深度和厚度等特征。 c.研究区煤系及煤层在裙皱和断裂构造的控制 下，总体呈南北条带状分布，并大致呈北部浅、南部 深、东部浅、西部深的特点。 d.根据构造控煤因素分析，预测研究区下一步 找煤工作的重点区域是梁龙背斜东翼的南北向条带、 狼窝坝逆断层与赤城向斜轴之间、赤城向斜西翼与周 家寨背斜东翼之间的区域。 目前，在研究区大约70km2的范围内，已探明 煤炭资源、4.52亿t，预测在赤城向斜内120km2和梁 龙背斜东翼300km2区域具有找煤前景。 参考文献 川谭永杰．鄂尔多斯盆地南缘构造变形及其演化[M）.徐州中 国矿业大学出版社，1992. 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