山西煤田構(gòu)造及控煤構(gòu)造特征

倪 倩

（山西地質(zhì)礦產(chǎn)科學(xué)技術(shù)館，山西太原030012）

山西煤田構(gòu)造及控煤構(gòu)造特征

倪 倩*

（山西地質(zhì)礦產(chǎn)科學(xué)技術(shù)館，山西太原030012）

山西構(gòu)造位于華北板塊的中部變形區(qū)，是我國煤炭資源最豐富的地區(qū)之一。結(jié)合前人研究成果，通過對山西地質(zhì)特征和構(gòu)造演化背景進行分析研究，劃分褶皺控煤構(gòu)造、逆沖控煤構(gòu)造和伸展控煤構(gòu)造3大控煤構(gòu)造類型，并論述其構(gòu)造特征。

構(gòu)造特征；地質(zhì)背景；構(gòu)造演化

1 概述

山西地處華北平原西側(cè)，構(gòu)造上位于華北板塊南北擠壓變形帶之間的中部變形區(qū)，是呂梁—太行斷塊主體組成部分。山西煤炭資源豐富，具有工業(yè)開采價值的含煤地層主要為石炭系、二疊系和侏羅系。本文通過對山西地質(zhì)特征和構(gòu)造演化背景進行分析研究，論述控制煤田的構(gòu)造特征，以期能夠為后期煤炭資源及其他相關(guān)能源的勘探開發(fā)提供一定幫助和指導(dǎo)。

2 地質(zhì)背景

2.1 大地構(gòu)造背景

根據(jù)板塊學(xué)說的觀點山西是華北板塊的組成部分，華北板塊屬歐亞板塊，位于中國大陸的東部，發(fā)育自中生代，南部的秦嶺大別造山帶和北部的蒙古—興安造山帶是南北邊界。中國大陸是由眾多較穩(wěn)定的地塊經(jīng)多次構(gòu)造運動后拼合而成的復(fù)式大陸，地球動力學(xué)環(huán)境復(fù)雜，東部發(fā)育太平洋板塊向歐亞的俯沖作用，西南受印度板塊向北碰撞產(chǎn)生的擠壓作用，北部受西伯利亞板塊的阻擋或向南擠推作用。這些構(gòu)造作用對山西所屬的華北板塊構(gòu)造格局發(fā)育與演化具有重要影響作用。

2.2 區(qū)域構(gòu)造格局

本文在板塊構(gòu)造—地球動力學(xué)理論指導(dǎo)下，以地層劃分和對比、沉積建造、侵入巖漿活動和變質(zhì)變形等地質(zhì)記錄為基礎(chǔ)，以不同規(guī)模相對穩(wěn)定的古老陸塊區(qū)和不同時期的造山系大地構(gòu)造相分析為主線，以特定區(qū)域主構(gòu)造事件形成的優(yōu)勢大地構(gòu)造相的時空結(jié)構(gòu)組成和存在狀態(tài)為劃分構(gòu)造單元的基本原則。

潘桂棠等將華北板塊劃分為大青山—冀北巖漿雜巖陸塊、鄂爾多斯陸塊、晉冀陸塊、豫皖陸塊和疊加裂陷盆地系5個二級構(gòu)造單元，二級構(gòu)造單元又進一步劃分為若干三級構(gòu)造單元。山西境內(nèi)構(gòu)造格局的形成和區(qū)劃是以中生代以來形成的斷塊為基礎(chǔ)，可劃分為5個二級構(gòu)造單元和若干次級構(gòu)造單元（圖1）。

3 構(gòu)造演化

山西地質(zhì)歷史主要經(jīng)歷了褶皺基底形成、沉積蓋層發(fā)育和地殼活化沉積堆積3個階段。

3.1 褶皺基底形成階段

褶皺基底形成階段包含前五臺、五臺和呂梁3個構(gòu)造期。前五臺時期表現(xiàn)為若干分散的古陸核，主要發(fā)育以褶皺為主的旋扭構(gòu)造。五臺早期陸核間形成現(xiàn)今呈北東東向的裂陷槽，邊沉積邊形成剝離斷層，晚期發(fā)育擠壓和上沖推覆作用下形成的各種褶皺和韌性剪切帶。呂梁早期主要識別特征是發(fā)育裂陷槽閉合基礎(chǔ)上形成的巨型坳陷；晚期以發(fā)育軸面外傾的次級歪斜倒轉(zhuǎn)褶曲的復(fù)向斜為主。

上述3個構(gòu)造期均伴隨大量巖漿侵入，形成區(qū)域變質(zhì)的緊閉褶皺構(gòu)造，從而組成了山西的褶皺變質(zhì)基底。

3.2 沉積蓋層發(fā)育階段

沉積蓋層發(fā)育階段包含晉寧、加里東、海西和印支4個構(gòu)造期。呂梁運動后至印支運動前，山西的地殼由活動階段轉(zhuǎn)入相對穩(wěn)定發(fā)展階段，發(fā)育了幾乎遍及全省的石炭—二疊紀含煤巖系。該階段雖然也經(jīng)歷了多次地殼運動，但構(gòu)造變動均表現(xiàn)為具天平式擺動的不均衡升降，及由此引起的地層間斷和缺失。

3.3 地殼活化沉積堆積階段

地殼活化沉積堆積階段包含燕山和喜馬拉雅2個構(gòu)造期。中侏羅世—早白堊世的燕山運動，使山西全境產(chǎn)生了一系列以北東向為主的褶皺和壓性斷層及相應(yīng)的北西向張性斷層和北西西向扭性斷層，形成了一系列的隆起和凹陷構(gòu)造。伴隨地殼變動，部分地區(qū)有巖漿侵入和火山噴發(fā)。進入白堊紀后，山西又逐漸穩(wěn)定，主要構(gòu)造特征是準平原化。新生代受喜馬拉雅運動的影響，山西處于拉張狀態(tài)，首先是中條山以南地區(qū)下陷接受磨拉石相堆積，晉北有玄武巖噴出。新近紀開始，沿山西中部開始形成一系列斜列的裂陷盆地，下陷的同時接收沉積，呈箕狀構(gòu)造特征。

4 控煤構(gòu)造特征

山西的主要控煤構(gòu)造根據(jù)構(gòu)造運動的改造作用方式、影響程度和分布范圍并且在側(cè)重考慮對煤系地層及相關(guān)地層影響程度的條件下，可分為3大類：褶皺控煤構(gòu)造、逆沖控煤構(gòu)造和伸展控煤構(gòu)造。

4.1 褶皺控煤構(gòu)造及其特征

褶皺構(gòu)造是山西的主要賦煤構(gòu)造類型之一，多為燕山運動的產(chǎn)物，呈一系列大型北北東向的復(fù)式褶皺構(gòu)造。沁水和西山復(fù)向斜的主體部分分別構(gòu)成沁水煤田和太原西山煤田，河?xùn)|復(fù)式單斜為河?xùn)|煤田，其余分別發(fā)育霍西煤田、寧武煤田和大同煤田。復(fù)向斜構(gòu)造使山西石炭—二疊紀含煤地層得以大面積保存，煤層的空間展布也主要受控于向斜構(gòu)造的形態(tài)特征。

4.1.1 大同云崗復(fù)向斜

大同云崗復(fù)向斜是大同煤田主體賦煤構(gòu)造，位于陰山板緣帶以南，山西塊體北部的云崗塊坳，東北以青磁窯斷裂為界，東以口泉—鵝毛口斷裂與大同裂陷盆地相鄰，西為煤層露頭線，南以洪濤山背斜與寧武煤田相隔。該向斜呈長軸狀展布，軸向北北東—北東，向北西傾伏，西北翼寬緩，東南翼陡峻。地層出露東南老，西北新，石炭紀—白堊紀地層區(qū)域性地傾向盆內(nèi)。向斜內(nèi)部構(gòu)造發(fā)育不均衡，東部和東南部構(gòu)造較復(fù)雜，北部和西北部構(gòu)造相對簡單。

4.1.2 寧武—靜樂復(fù)向斜

寧武—靜樂復(fù)向斜是寧武煤田主體賦煤構(gòu)造，為較完整的向斜構(gòu)造盆地，北以王萬莊斷層為界，西以春景洼—西馬坊斷裂帶為界，東以蘆家莊—婁煩斷裂帶為界，南為煤層露頭線。該向斜構(gòu)造呈北北東向長軸狀展布，兩翼邊緣地層傾角較大，向盆內(nèi)傾斜，盆內(nèi)中心平緩。石炭二疊紀和侏羅紀含煤地層并存。東西側(cè)翼逆沖斷層發(fā)育，地層傾角較陡，向斜內(nèi)部構(gòu)造發(fā)育不均衡，北部構(gòu)造復(fù)雜，中部及南部構(gòu)造較簡單。

4.1.3 太原西山復(fù)向斜

太原西山復(fù)向斜是太原西山煤田的主體賦煤構(gòu)造，為規(guī)模相對較小的向斜構(gòu)造盆地，西以白家灘—西社斷層為界，南東以晉祠斷層和清徐交城大斷裂為界。該盆地主要發(fā)育石炭系、二疊系和三疊系，區(qū)域性地傾向盆內(nèi)。可劃分為2個構(gòu)造區(qū)，西部以軸向近南北的向斜為特征，主要有獅子河—馬蘭向斜和水峪貫—泉泉寺向斜，是太原西山復(fù)向斜的主體組成部分；東部發(fā)育以北東東向正斷層構(gòu)成的地壘組合。

4.1.4 沁水復(fù)向斜

沁水復(fù)向斜是沁水煤田的主體賦煤構(gòu)造，為大型復(fù)式向斜構(gòu)造盆地。北為五臺山隆起，東為太行山隆起，南為中條山—王屋山隆起，西為太岳山隆起。該向斜呈寬長軸狀展布，地層走向為北北東向，由石炭系、二疊系和三疊系組成，區(qū)域性地傾向盆內(nèi)。盆地內(nèi)褶皺構(gòu)造相對發(fā)育，以北北東向和南北向的長軸及短軸褶皺為主，東西向褶皺展布于北部太原東山、陽泉和盂縣一帶，北東向褶皺分布在陵川一帶。斷裂構(gòu)造局部發(fā)育。

4.1.5 汾西復(fù)向斜

汾西復(fù)向斜是霍西煤田的主體賦煤構(gòu)造，由2個右行斜列的復(fù)向斜組成，即陽泉曲—汾西復(fù)向斜和克城—南灣里復(fù)向斜。其北西受龍門—呂梁隆起控制，西為紫荊山斷裂帶，北東以汾介斷層與晉中新裂陷相隔，東以霍山斷裂帶與太岳山隆起毗鄰，南東以上團柏斷層、羅云山斷層、龍祠斷層與臨汾新裂陷相接。陽泉曲—汾西復(fù)向斜總體展布方向為北北東，西部較寬廣，東部狹窄，地層產(chǎn)狀平緩，次級構(gòu)造較發(fā)育。克城—南灣里復(fù)向斜總體呈近南北向展布，發(fā)育有一系列雁行斜列的次級褶曲。

4.1.6 河?xùn)|復(fù)式單斜

河?xùn)|復(fù)式單斜位于鄂爾多斯向斜盆地東部邊緣，是河?xùn)|煤田的主體賦煤構(gòu)造。其東界和南界以離石斷裂帶、紫荊山斷裂帶、龍祠斷層和鄉(xiāng)寧斷撓帶與偏關(guān)一神池隆褶帶和呂梁—五臺隆褶帶相鄰，西以黃河為界與鄂爾多斯盆地主體相連。地層走向近南北，總體向西傾斜，自東向西依次出露石炭系、二疊系、三疊系。東部邊緣為陡坡帶，地層傾角較大。北部為走向近南北向西傾斜的單斜，中部離石形成典型的東部翹起、向西傾沒的鼻狀構(gòu)造。南部為走向北東、傾向北西的單斜。

4.2 逆沖控煤構(gòu)造及其特征

對控制煤田的形成具有決定意義的斷裂構(gòu)造主要有離石大斷裂、口泉斷裂帶、春景洼—西馬坊和蘆家莊—婁煩斷裂組、交城大斷裂、霍山大斷裂、太行山大斷裂和管頭—河底斷裂。

4.2.1 離石大斷裂

離石大斷裂是鄂爾多斯與呂梁—太行斷塊的分界，南北長約270km，臨汾—運城新裂陷中襄汾古城、侯馬禮元隱伏斷裂可能為其南延部分。該斷裂近南北向，北段為雁行排列的逆沖斷層，中段及南段為近南北向鋸齒狀逆沖斷裂。離石大斷裂西側(cè)地層下降，保留了石炭二疊紀含煤巖系及其上覆地層，為河?xùn)|煤田的東緣，與霍西煤田以呂梁山相隔。

4.2.2 口泉斷裂帶

口泉斷裂帶自大同鎮(zhèn)川堡經(jīng)口泉、懷仁鵝毛口至山陰上神泉，為走向北北東—北東的雁行排列逆沖斷層組，延展長約100km，為多期活動斷裂，構(gòu)成云崗塊坳即大同煤田邊界，南東與桑干河新裂陷相鄰。

4.2.3 春景洼—西馬坊和蘆家莊—婁煩斷裂組

該斷裂組展布于蘆芽山與云中山之間，北東起自雁門關(guān)，南西至婁煩縣，走向北北東，逆沖斷裂帶相向成對，是寧武塊坳即寧武煤田的東、西邊界斷裂。

4.2.4 交城大斷裂

交城大斷裂自汾陽向陽村北，總體呈北東走向，延展180km，為多期活動斷裂，表現(xiàn)為一樞紐斷裂，構(gòu)成晉中新裂陷的北界，也是太原西山煤田的南東和東部邊緣。

4.2.5 霍山大斷裂

霍山大斷裂沿霍山西側(cè)自靈石峪口、軍寨至洪洞廣勝寺，南北走向，延展長約60km，構(gòu)造形跡復(fù)雜。新生代以來多期活動強烈，也是臨汾裂陷的東北端，構(gòu)成霍西煤田的東緣。

4.2.6 太行山大斷裂

太行山大斷裂展布于太行山中、南段，在山西內(nèi)延展長320km，總體走向北北東向，表現(xiàn)為主干斷裂為主的一束平行的斷裂帶，并伴有與其平行的緊密褶曲，為沁水塊坳與太行山塊隆的分界斷裂。中南段影響到石炭二疊系，構(gòu)成沁水煤田的東緣。

4.2.7 管頭—河底斷裂

管頭—河底斷裂是鄂爾多斯斷塊的南緣，鄉(xiāng)寧礦區(qū)南部邊界。該斷裂由河底逆斷層、管頭逆斷層、石灰窯逆斷層等組成，北東向延展25km，北端為離石大斷裂所截，南西端與禹門口龍門頭北東向褶斷帶相接，為臨汾裂陷帶的北西邊界。

4.3 伸展賦煤構(gòu)造及其特征

伸展賦煤構(gòu)造是喜馬拉雅運動的產(chǎn)物，新生代印度板塊向北移動，與歐亞板塊碰撞，產(chǎn)生近南北向右旋平移運動，在大范圍內(nèi)產(chǎn)生北西—南東向拉張應(yīng)力，從而在山西范圍內(nèi)形成了一系列走向北東—北北東呈雁行式排列的裂陷盆地。

4.3.1 桑干裂陷盆地

桑干裂陷盆地寧武煤田北部朔南礦區(qū)賦煤構(gòu)造，位于此裂陷盆地的西南部，北為擔(dān)水溝斷層，南以王萬莊斷層與寧武—靜樂復(fù)向斜相隔，西為黑駝山隆起，東與大同裂陷盆地主體相連。區(qū)內(nèi)全為新生界松散層覆蓋，發(fā)育走向近南北的褶曲和北東向正斷層，煤層埋深一般為300～600m，賦煤面積不大。

4.3.2 滹沱裂陷盆地

滹沱裂陷盆地位于忻州區(qū)定襄的滹沱河谷地，展布地面呈魚鉤狀。盆地發(fā)育于五臺塊隆之上。北邊界以代縣、繁峙縣滹沱河上游呈北東向延伸，南界為五臺山山前斷裂所限，沿山前向西南延伸至忻州到定襄滹沱河，南沿由系舟山斷裂限定。基本無含煤地層賦存。

4.3.3 晉中裂陷盆地

晉中裂陷盆地四周為斷裂所圍限，為全掩蓋型裂陷盆地。主體為向西北掀斜的箕狀凹陷，北東向和北西向次級斷裂發(fā)育。鉆孔資料證實區(qū)內(nèi)新生界之下有三疊系和侏羅系賦存。地震資料解釋奧陶系界面深3～6km，石炭—二疊紀含煤地層保存完好，但埋藏很深。

4.3.4 臨汾裂陷盆地

臨汾裂陷盆地是霍西煤田南部的重要賦煤構(gòu)造，為全掩蓋型裂陷盆地。呈北北東—北東向展布，區(qū)內(nèi)北東向和近東西向次級斷裂發(fā)育。盆地沉積中心大致在洪洞—甘亭—臨汾一帶。安居—武池斷裂以北石炭—二疊紀含煤地層保存完好，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。

4.3.5 運城裂陷盆地

運城裂陷盆地呈北東向展布，為全掩蓋型裂陷盆地。盆地沉積中心大致位于運城市永濟縣開張鎮(zhèn)—鹽湖區(qū)龍居鎮(zhèn)一帶。區(qū)域構(gòu)造分析認為，在盆地形成前，該區(qū)為山西區(qū)域性扭動構(gòu)造南部翹起端的最高部位，石炭—二疊紀含煤地層已被大量剝蝕，但盆地形成相對較早，在古近系（下第三系）下可能會有零星煤系地層殘留。

4.3.6 芮城裂陷盆地

芮城裂陷盆地展布于中條山以南直至黃河，呈北東東向延伸至平陸錐子山的西面，為潼關(guān)—三門峽裂陷部分。裂陷內(nèi)沉積古近系、新近系及第四系，厚度不等。

5 結(jié)論

（1）山西屬于華北板塊板內(nèi)構(gòu)造，早期形成過程中作為華北板塊的一部分參與構(gòu)造變動，經(jīng)歷了古陸基底演化，板內(nèi)構(gòu)造演化及裂陷盆地形成3個主要階段，逐漸形成了現(xiàn)今的山西主要構(gòu)造格局。

（2）山西主要聚煤期為晚古生代石炭—二疊紀含煤巖系，聚煤前期的基底形成及后期的構(gòu)造運動對煤系地層的改造作用形成了現(xiàn)在山西的主要以北東—北北東走向為主的構(gòu)造走向形跡的煤田構(gòu)造格局，呈南北分塊，東西分帶的特征。

（3）山西的地質(zhì)歷史主要經(jīng)歷了褶皺基底形成、沉積蓋層發(fā)育和地殼活化沉積堆積3個階段。每個階段的發(fā)育均經(jīng)歷了不同的構(gòu)造期，褶皺基底形成階段包含前五臺、五臺和呂梁3個構(gòu)造期；積蓋層發(fā)育階段包含晉寧、加里東、海西和印支4個構(gòu)造期；地殼活化沉積堆積階段包含燕山和喜馬拉雅2個構(gòu)造期。

（4）山西的主要控煤構(gòu)造根據(jù)構(gòu)造運動的改造作用方式、影響程度和分布范圍并且在側(cè)重考慮對煤系地層及相關(guān)地層影響程度的條件下，可分為褶皺控煤構(gòu)造、逆沖控煤構(gòu)造和伸展控煤構(gòu)造3大類。

（5）今后山西煤炭資源勘探的重點應(yīng)考慮控煤構(gòu)造影響下賦煤帶內(nèi)勘探程度較低的區(qū)域。

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A

1004-5716(2015)09-0113-04

2015-04-21

2015-04-30

倪倩（1980-），女（漢族），山西大同人，工程師，現(xiàn)從事地質(zhì)勘查及相關(guān)工作。