隴東環(huán)縣沙井子礦區(qū)煤系與聚煤作用

【摘 要】甘肅隴東環(huán)縣沙井子地區(qū)，處在鄂爾多斯盆地西緣斷褶帶的南段東側(cè)—沙井子斷褶帶的西部，侏羅系煤系與聚煤作用有其特殊性，本文對其沉積環(huán)境與聚煤作用進行詳盡對比，分析成煤原因與煤質(zhì)特點，以做后期礦區(qū)開發(fā)利用參考。

【關(guān)鍵詞】沉積環(huán)境；聚煤作用；成煤

0 引言

煤炭資源多賦存于沉積盆地中，而沉積盆地在一定時期內(nèi)則是板塊內(nèi)的負向單元。中國含煤盆地的形成、演化及其聚煤規(guī)律受中國大陸古板塊演化背景的控制[1]。目前國內(nèi)外對聚煤作用的研等究較多[2，5]，如金高峰[6]運用層序地層學原理，對華南二疊紀含煤盆地和侏羅紀鄂爾多斯含煤盆地進行研究，建立了被動大陸邊緣盆地和陸相坳陷盆地的地層層序沉積模式和層序聚煤模式，并對兩者聚煤作用作了簡要對比；邵龍義等[8]運用鉆井巖心、測井及層序地層學的有關(guān)理論、方法，對位于揚子地塊西緣、四川攀枝花地區(qū)的寶鼎盆地的含煤巖系進行了層序地層學與聚煤作用研究。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

甘肅沙井子礦區(qū)地層區(qū)劃屬華北地層區(qū)鄂爾多斯西緣分區(qū)馬家灘-平?jīng)鲂^(qū)（據(jù)《鄂爾多斯盆地聚煤規(guī)律及煤炭資源評價》[10]，1996））。該區(qū)域地層總特征與華北地層區(qū)基本一致，從老到新沉積有薊縣系賀蘭山群上部、寒武系、奧陶系中—下統(tǒng)、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系下統(tǒng)、上第三系和第四系。西緣斷褶帶北起內(nèi)蒙河套地塹南側(cè)的桌子山東麓，經(jīng)寧東鴛鴦湖、馬家灘、甘肅甜水堡、沙井子、華亭、向南直抵渭北大斷裂西延帶，南北長600余km；西起賀蘭山—六盤山東側(cè)之予旺—炭山—固原張性大斷裂，東至萌城—張家山大型逆斷層，東西寬40-70km，總面積3萬余km2。（見圖1）。

H.沙井子背斜；K.劉園子西側(cè)背斜；J.楊家嘴子背斜；L.花家灣背斜

圖1 西緣斷褶帶構(gòu)造簡圖

2 侏羅系含煤特征與聚煤作用

（1）地層特點，本礦區(qū)含煤層沉積地層由老到新敘述如下：三疊系（T），區(qū)內(nèi)廣泛分布，但普遍埋藏較深，自下而上依次為中統(tǒng)紙坊組（T2zh）和上統(tǒng)延長群（T3yn）；侏羅系（J），自下而上依次為下統(tǒng)富縣組（J1f），中統(tǒng)延安組（J2y）、直羅組（J2z）、安定組（J2a），上統(tǒng)芬芳河組（J3f）。

富縣組（J1f） 富縣組在本區(qū)為下伏延長群（T3yn）沉積之后經(jīng)歷印支運動，在凹凸不平的古侵蝕地形基礎(chǔ)上填平的產(chǎn)物，多在古地形低凹地帶呈雞窩狀產(chǎn)出，厚度巖性變化很大。

延安組（J2y）是在逐漸夷平的古地形上廣泛發(fā)育的扇三角洲平原環(huán)境下沉積的一套灰黑色含煤巖系。在沙井子斷褶子帶延安組地層分區(qū)，因其主要沉積環(huán)境為溫濕氣候條件下多次發(fā)育的扇三角洲平原分流河道沉積體系，因此沉積了一套多旋迴結(jié)構(gòu)，每個旋迴均為下粗上細粒度組合，即下部為灰白至淺灰色粗、中、細粒砂巖，上部為深灰至黑色粉砂巖、泥巖及煤層。

直羅組（J2z）巖性為灰綠、紫灰、紫紅等雜色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖及砂質(zhì)泥巖，中夾細砂巖，底部為厚層狀含礫粗砂巖。

安定組（J2a）巖性為灰褐、紫褐、灰黃等雜色泥巖（呈團塊狀，稱疙瘩狀泥巖），粉砂質(zhì)泥巖夾砂巖，上部夾薄層白云質(zhì)泥灰?guī)r及灰?guī)r。

芬芳河組（J3f）下部為灰紫、棕紅色塊狀礫巖，上部為淺紫紅、淺灰綠色含礫中細粒砂巖。

（2）含煤性與聚煤作用

本礦區(qū)含煤地層中侏羅統(tǒng)延安組（J2y）按巖性、巖相組合規(guī)律共可劃分為四段八個沉積中旋迴（每段均含兩個中旋迴，段與中旋迴皆從下向上分別編號為J2y1、J2y4及J2y11、J2y48）。含煤地層中至下部三段平均厚230.05m，為主要含煤巖段，共含10個煤組、26個獨立煤層，自下而上依次編號為煤10層（組）、煤9層（組）、煤8組、煤1組。其中煤10、煤9均以1-2個獨立煤層出現(xiàn)，煤8組、煤7組至上部煤1組中常各含2-3個獨立煤層，分別編號為煤8-3、煤8-2、煤1-1。各煤組中的獨立煤層均有規(guī)律地賦存在延安組下至中部的六個中型含煤旋迴中，具有對應(yīng)的分布及組合關(guān)系，有如下規(guī)律：

①延安組下部第一段第Ⅰ旋迴（J2y11）又分為兩個亞旋迴。第一階段為盆地古地形夷平期，沉積了延安組第一段下部的Ⅰ旋迴層（J2y11），含煤10-煤7組。

本區(qū)三疊系延長群地層沉積后，發(fā)生的印支運動，強烈地東西向擠壓，出現(xiàn)褶皺及大規(guī)模的隆起、斷裂，而不均勻剝蝕使整個西緣斷褶帶形成了高低起伏不平的原始古地形及沙井子斷陷盆地。侏羅紀初期地殼開始沉降，接受了來自東西兩側(cè)的碎屑巖初期充填，這些早期沉積物對原始古地形起到了局部“夷平作用”。先充填的低凹地帶被覆水而沼澤化，依次沉積了零星分布的煤10、煤9層及局部分布的煤8組。在J2y11地層沉積較厚地帶，其中下部一般可劃分出三個亞旋迴，下部兩個亞旋迴成煤環(huán)境最差，下亞旋迴的沉積使含煤盆地古地形趨于平整，逐漸向準平原化環(huán)境過渡，其上沉積了上亞旋迴地層及煤7組，其中煤7-3位于該亞旋迴中部，分布面積較廣，但普遍較薄不可采，位于上亞旋迴上部的煤7-1連續(xù)大面積分布，大部可采。Ⅰ旋迴為聚煤古地形逐步夷平期，為煤層穩(wěn)定沉積，創(chuàng)造了良好的聚煤條件。

②延安組中部—第一段第Ⅱ旋迴至第三段第Ⅵ旋迴（J2y12-J2y36）為含煤盆地穩(wěn)定發(fā)展期，由五次周期性發(fā)育的扇三角洲體系控制下的下粗上細的碎屑巖及中上部分別含一個煤組的中型旋迴層所組成，其組合及分布規(guī)律如下：

位于下部的Ⅱ旋迴（J2y12）中部含煤6組，其中的煤6-3，煤6-2為零星分布的不可采薄煤層，煤6-1分布面積較大，但大部地段薄而不可采，無開采及工業(yè)利用價值。

從Ⅱ旋迴上部至Ⅵ旋迴分別含煤5、煤4、煤3、煤2、煤1等五個重要煤組，共同組成了礦區(qū)最具勘查開發(fā)及利用價值的富煤巖段及4.5個中型旋迴層，這些旋迴層及各煤組具有以下共同特點：

都是在較穩(wěn)定沉積環(huán)境及成煤條件控制下形成的，各旋迴層上部所含煤組多由2-3個獨立煤層所組成：位于煤組下層位的獨立煤層，煤5-2、煤4-2、煤4-3、煤2-2、煤1-2等均為局部或零星分布的不穩(wěn)定不可采的薄煤，無開采利用價值；位于煤組上層位的獨立煤層—煤5-1、煤4-1、煤3-1、煤2-1、煤1-1等均為層位穩(wěn)定，為全礦區(qū)連續(xù)分布可采的中厚—厚煤層。每個煤組中所含下部不可采層與上部可采層的間距一般均在幾米至十余米之間。

主要可采煤層煤5-1、煤4-1、煤1-1均賦存在每個旋迴及煤組的最上部，反映了每個中型旋迴層沉積的最后階段是綜合成煤條件最好的時期。

五個旋迴上部所含五層可采煤層相比較，Ⅱ旋迴上部的煤5-1層平均厚4.85m，厚度變化大，結(jié)構(gòu)較復雜；Ⅲ旋迴上部的煤4-1厚度變化在0.80-5.27m之間，Ⅴ旋迴上部的煤2-1厚度變化在0.84-7.39m之間，Ⅵ旋迴上部的煤1-1厚度變化在0.80-5.48m之間，這三層煤一般均為中厚煤層，煤層結(jié)構(gòu)簡單；Ⅳ旋迴上部的煤3-1厚度變化在0.90-5.01m之間，一般穩(wěn)定在2.00-2.80m之間，結(jié)構(gòu)最簡單；由此可見，Ⅱ-Ⅵ旋迴層聚煤環(huán)境變化規(guī)律為初期較穩(wěn)定型→中期穩(wěn)定型→后期的較穩(wěn)定型。煤5-1聚煤時間最長，平均厚度最大；其次為煤7-1平均總厚1.87m，及煤3-1平均總厚2.18m；煤8-3平均總厚2.43m；煤1-1平均總厚2.19m、煤4-1平均總厚1.96m及煤2-1平均總厚1.63m較薄。各煤層的厚煤帶多分布于向斜軸及其兩翼，主要受聚煤期古洼地的控制。

③延安組上部第四段（J2y4）為聚煤作用的萎縮退覆期，從巖性、巖相角度分析，第四段（J2y4）為淺湖至半深湖相無煤或極弱含煤碎屑巖段，是含煤盆地聚煤作用萎縮退覆期的產(chǎn)物。

3 含煤沉積環(huán)境影響

礦區(qū)位于祁呂系西緣斷褶帶東部的沙井子斷褶帶周邊，中部為內(nèi)陸斷陷盆地。中侏羅世由于該盆地的長期不均衡沉降，來自東西兩側(cè)，西部青龍山及蟠龍坡隆褶帶物源區(qū)的碎屑沉積物對盆地進行大規(guī)模的周期性充填。在古氣候環(huán)境下，植被大面積周期性生長繁殖、死亡堆積，在長期的非均衡補償條件下，形成了平均厚達319.55m的延安組陸相山間盆地型含煤巖系。

按區(qū)內(nèi)延安組地層的巖性垂向組合特點，將延安組（J2y）共劃分為四段（J2y1-J2y4）。其中下部的三個含煤巖段為一套水進型沖積扇—內(nèi)陸湖泊扇三角洲及其上的小型分流河道沉積體系，其西部外圍靠近青龍山逆斷層處發(fā)育著廣泛的沖積扇朵葉體；上部第四段從不含煤的深湖相細碎屑（指粉砂巖、砂質(zhì)泥巖及泥巖）夾薄層泥灰?guī)r開始，向上過渡為淺湖—濱湖沙灘沉積體系。第四段總體為粒度向上變粗的湖泊向湖泊三角洲過渡的水退型沉積類型。按巖性、巖相、含煤性等垂向組合特征及水進—水退型三角洲體系含煤巖系旋迴結(jié)構(gòu)劃分原則，又可將本勘探區(qū)的延安組四段地層按沉積順序自下而上劃分為八個中型沉積旋迴（J2y11，J2y12，J2y23-J2y48），即每段地層皆由兩個沉積旋迴組成。

4 構(gòu)造影響

西緣斷褶帶在多次的構(gòu)造運動中，形成了由西向東疊瓦狀排列，以壓性為主的構(gòu)造成分。以平?jīng)鰹榻纾辈繕?gòu)造線走向為南北向，南部形成了即不像隴西系的“右旋”旋卷構(gòu)造，屬鄂爾多斯盆地西側(cè)的二級構(gòu)造單元，對該區(qū)中侏羅統(tǒng)延安組含煤建造起破壞和改造作用。

西緣斷褶帶中段由三條由西向東逆沖的壓性大斷裂和西部一條近南北向張性大斷裂分隔的三個次級斷褶帶組成。自東而西依次為沙井子斷褶帶，青龍山斷褶帶及蟠龍坡斷褶帶，由西向東呈疊瓦狀排列。因多次構(gòu)造運動擠壓、隆起、剝蝕程度不一，西部蟠龍坡斷褶帶及中部青龍山斷褶帶內(nèi)已無中生代侏羅系延安組含煤地層賦存。

東部的沙井子斷褶帶為西緣斷褶帶中段三個斷塊中唯一侏羅系中統(tǒng)延安組含煤地層及煤層賦存的斷塊，其東、西分別以萌城—張家山逆斷層及青龍山—彭陽逆斷層為界，寬11-17km；北起隴東北端甜水堡，南至平?jīng)鲆员保L200余km。在西緣斷褶帶北部甜水堡，中部沙井子中至西側(cè)均蘊藏著埋藏較淺的煤炭資源。

沙井子斷褶帶中至西部的兩個較大向斜構(gòu)造及兩翼為各可采煤層厚煤帶分布區(qū)，并受向斜軸南北延伸方向之控制，呈南北向連續(xù)分布，形成連續(xù)可采的帶狀富煤帶。

5 結(jié)論

中侏羅統(tǒng)的沉積盆地中延安組四段八個沉積旋迴，其中六個含煤沉積，共形成10個煤組、26個獨立煤層，是本區(qū)煤田形成的基本條件。頻繁多次發(fā)育的扇三角洲平原分流河道沉積體系的水進水退的變遷，使得本區(qū)特厚煤層層數(shù)較少，厚度也較小。沉積相變頻繁而出現(xiàn)很多煤分層、煤分叉及變薄尖滅等現(xiàn)象。

西緣斷褶帶從區(qū)域范圍上決定了沙井子斷褶帶拗陷的自然聚煤能不被剝蝕而保存下了。斷褶帶決定了沙井子從中至西部的兩個較大向斜構(gòu)造及兩翼為各可采煤層厚煤帶分布區(qū)，并受向斜軸南北延伸方向之控制，呈南北向連續(xù)分布，形成連續(xù)可采的帶狀富煤帶。

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