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中國西北地區柴北緣賦煤區構造單元新厘定*

2016-03-03 05:42:41王佟,馮帆,王慶偉
西安科技大學學報 2016年1期

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中國西北地區柴北緣賦煤區構造單元新厘定*

王佟1,2,馮帆1,2,王慶偉3,劉天績2

(1.西安科技大學 地質與環境學院,陜西 西安,710054;2.中國煤炭地質總局 勘查研究總院,北京 100039; 3.中化地質礦山總局,北京 100013)

摘要:為對柴北緣賦煤區構造單元進行重新厘定,文章基于煤田地質構造特征并集成前人研究工作成果,從區域構造控制與煤系賦存狀況相結合的角度對柴北緣賦煤區構造單元進行了深入研究,認為柴北緣賦煤區可新厘定為““三隆三凹(五小凹區)”即3個三級單元,11個四級單元,具體為:①東部構造分區。整體地貌呈現三隆夾兩凹的構造形態,3條隆起從南至北依次為綠梁山-錫鐵山-埃姆尼克山、歐龍布魯克山山前斷裂和宗務山隆起條帶,2個凹陷由南向北為烏蘭凹陷和德令哈凹陷;②中部構造分區。該中間構造分區整體構造形態為兩隆兩凹,2個凹陷一為綠南凹陷一為魚卡-紅山凹陷,前者為低應變區,褶皺構造發育,后者為高應變區,為主要含煤區段;兩個隆起是交叉歸并隆起,南為歐龍布魯克山-牦牛山隆起帶,北為達肯大坂隆起帶,二者在羊腸子溝一帶逐漸歸并為一;③西部構造分區。本區整體構造格局為一隆一凹,山前凹陷處于柴達木盆地邊緣,沉積厚度較厚,而綠南凹陷的西部區域也同賽南凹陷處于同一盆地區帶。該研究是首次從煤田地質角度對柴北緣賦煤區構造單元的新厘定。

關鍵詞:柴北緣賦煤區;構造單元;煤田構造特征;厘定

0引言

構造單元劃分是大地構造研究成果的表達形式之一,是對地質演化規律的高度概括和總結,可以作為油氣盆地分析及成礦地質背景或地質災害預測的基礎,用于對煤炭資源聚煤規律服務[1]。柴北緣地區不僅有豐富的煤炭資源,也有豐富的油氣資源,前人雖對柴達木盆地構造單元的劃分方案較多[2],但未形成主導性的歸屬與劃分方案。先后有學者基于不同認知而劃分出不同的單元,如高延林等將之劃為4個三級單元即柴南緣火山巖漿弧帶、南祁連弧后陸緣帶和柴達木-華隆隆起帶,大單元將其歸為塔-柴板塊柴達木板段[3];而程裕淇等基于整體構造形跡將之全部歸為二級構造單元,劃為4個單元:即柴北緣、宗務隆山、西秦嶺3個褶皺帶和1個柴達木地塊[4];青海地質人員在做區域地質調查時,將之仍劃為4個二級單元,但是其劃分方案與前述程裕淇的劃分方案卻不完全一致,其具體為2臺2褶帶,2臺為歐龍布魯克臺隆和柴達木臺坳,2褶帶為柴北緣臺緣褶帶和柴北緣殘山斷褶帶[5]。統觀而言,前述幾種分類方案均是從區域地質、礦產地質(油氣)為基礎,對柴北緣地區構造單元的一種括定,難以滿足現代煤礦生產的需要。且截至今日針對柴北緣地區對基于煤田聚煤構造及賦煤規律而進行構造單元的劃分方案迄今還沒有述及。故而,針對柴北緣煤田構造及其展布特點,對柴北緣賦煤構造帶構造單元新厘定具有十分重要的現實意義。

圖1 柴北緣煤田構造綱要圖Fig.1 Tectonic outline of the north margin of the Qaidam Basin coalfield

1構造特征

柴北緣地處柴達木盆地的東北部,形態狀近長方形,其南北寬65 km,東西長440 km,面積近3 000 km2.在整體構造界限上,南部被冷湖-陵間-埃南斷裂(或稱柴北緣斷裂帶)區隔、北界為賽什騰山北-達肯大坂-宗務隆山山前斷裂帶、東到德令哈凹陷的大浪-土爾崗構造帶的東端鄂拉山斷裂、西起阿爾金山前的冷湖三號。

柴北緣整體構造組合由3個隆起帶夾3條凹陷組成,其主體構造展布為北西至北西西,3個隆起自南至北為:錫鐵山-埃姆尼克山隆起帶、綠草山-歐龍布魯克山-牦牛山隆起帶和賽什騰山-達肯大坂山-宗務隆山隆起帶。3條凹陷帶由南向北為賽昆凹陷、魚卡-烏蘭凹陷和德令哈凹陷。但是由于西側阿爾金左行走滑斷裂牽引作用,次級斷裂構造體系多發育,構造行跡自西向東多呈反“S”形展布。盆地的形成受制于構造作用,同樣構造的作用也影響含煤巖系地層沉積變化規律,加上后期的構造改造,對煤系賦存規律的控制更是至關因素。論文通過遙感資料的解譯與野外驗證調查分析,從微觀厘正到宏觀整體控制,在前人構造綱要圖件的基礎上重新編制了柴北緣構造綱要圖(圖1)。

2劃分依據

煤田構造單元的確立主要依據基底構造、沉積地層、構造特征和含煤巖系內煤層展布等[5-7],文中基于柴北緣基底構造在借鑒前人劃分依據基礎上,建立了柴北緣煤田構造單元劃分方案。

2.1 基底構造特征

柴達木盆地是西域板塊的組成部分,位于古亞洲構造域和特提斯-喜馬拉雅構造交界帶,被大型斷裂帶與四周構造單元區隔。如鄂拉山斷裂在東部與西秦嶺造山帶區隔、西部被阿爾金山斷裂與塔里木盆地區隔、南部被昆北斷裂帶與東昆侖造山帶區隔、北部被宗務隆山-青海南山斷裂與南祁連褶皺系相區隔(圖2),中間凹陷即柴北緣區域沉積有中新生界厚地層,古老的基巖地層僅在盆地的北緣出露[6-7]。總體而言,柴北緣區域基底地貌呈現隆、凹相間,斷裂區隔,其基底起伏斷連控制著新生地層如侏羅系地層的空間發育。在凹陷區域形成沉降中心,如德令哈巨厚沉積區、魚卡-烏蘭巨厚沉積區和賽昆巨厚沉積區等(圖3)。所以,基底構造(尤其是NW和NEE斷裂)所控制的古地貌特性控制了中新生代地層的發育,進而為構造單元的區劃提供了依據[8]。

圖2 柴達木盆地區域地質構造環境[6]Fig.2 Regional geotectonic enviroment of Qaidam Basin

圖3 鄂博粱Ⅰ號-魚卡構造剖面圖Fig.3 Structural section for Eboliangn-Yuka

2.2 侏羅系沉積特征

如前所言,柴北緣侏羅系地層的發育受制于基底地貌,故而孕育的侏羅系煤系地層也在凹陷區內發育,因為沉降中心即在此區域。煤系地層形成之后,被后期的構造如逆沖推覆構造和阿爾金走滑斷裂的改造,致使柴北緣地區的侏羅系煤系地層變形改造強烈,斷-褶狀構造發育典型,但是呈現較為明顯的規律性。

2.2.1早侏羅世末-中侏羅世初聚煤

塔里木地塊相對與柴達木地塊進行的向北作用的非對稱角度推力,致使后者順時針旋轉,造成了地層的抬升和沉陷,如冷湖-南八仙之南西區域的地層抬升及大煤溝和魚卡凹陷盆地形成,且凹陷盆地多受控于賽什騰山-宗務隆山板塊邊緣的斷裂。由于整體性非對稱力的作用,在沉積凹陷區水體向東、向北作大規模遷移,聚煤作用的產生也是沿著水體的遷移方向在發展,從大煤溝開始,煤系地層小煤溝組第1段受控于斷陷盆地初期基底地形變化和水體均不大,僅在辮狀河三角洲平原上形成了規模和厚度均較小的A,B煤組;隨著第1段沉積區的填平補齊作用,加之構造運動的減弱,有工業價值的C和D組煤在辮狀河三角洲平原、濱淺湖和湖灣環境下形成,直至小煤溝組第4段沉積期由于炎熱干旱氣候環境的到來,早侏羅世聚煤作用也隨之停止。縱觀而言,早侏羅世聚煤作用在沉積范圍和聚煤規模上均較小,僅有大煤溝區塊含煤地層發育較厚,聚煤作用稍強。主要發生在早侏羅世的大煤溝地區。

2.2.2中侏羅世聚煤

塔里木地塊在中侏羅世對柴達木地塊進行北東方向持續作用,由舊時的伸展環境變為擠壓而致使新的構造環境開始形成,原有的沉積環境也隨之漸變,過去的沉積區域如冷湖和鄂博梁地區沉積開始間斷,而新的下陷區塊如魚卡、大煤溝成為新的沉降中心開始接受沉積,沉降中心沿四周緑梁山、賽什騰凹陷一路走來,具有早斷陷后坳陷的沉積特征。

由上而知,三隆三陷控制了煤系地層的發育與空間展布,在隆起帶煤系地層由于抬升而變淺,遭遇斷裂破壞,在凹陷帶由于沉積的持續,煤系地層發育較厚,埋藏較深。聚煤作用也因三隆三陷而呈現差異,在斷陷盆地、沖積平原上聚煤作用強,如魚卡、老高泉和大煤溝的M7和F煤組就是最好的證明。

3.3 斷裂、褶皺構造特征

柴達木盆地是在前侏羅紀柴達木板塊基礎上發育起來的中、新生代陸內沉積盆地。構造格局上為圍限于阿爾金山褶皺帶、祁連山褶皺帶和東昆侖山之間的凹陷盆地構造單元。在晚三疊世末,三大造山系之間的柴達木陸塊相對下沉并產生向造山帶下的陸內俯沖,接受了早期的沉積。燕山早期,祁連山和昆侖山兩大山系向盆地逆沖,形成各自的斷裂體系,破壞了原有的沉積地質體的連續性。嗣后阿爾金的左旋運動加入,致使盆地內構造變形達到前所未有的強度,改變了舊有的沉積環境和構造單元,不僅造成盆地內部普遍的斷裂和褶皺變形,而且使早期構造得到進一步加強或破壞,奠定了現今的柴達木盆地構造格局。前述構造的演變對柴達木盆地中、新生代以來的沉積過程中的含煤地層巖系地層及聚煤作用產生了極為深刻的影響[9-17]。

在南北向上斷裂系統以逆沖斷裂系統為主要特征,依次有祁連山-柴北緣斷裂系統和東昆侖山-柴達木盆地南緣斷裂系統,柴達木盆地被前述斷裂系統分隔為多個偏東西向狹長條帶。而東西向上,自西向東被阿爾金斷裂、鄂拉山走滑斷裂、和甘森-小柴旦斷裂所表現出來的北東、南西向走滑-逆沖斷裂系統所切割為多個斷塊。由此可將柴達木盆地劃分為不同的構造單元,該構造單元是長期地質構造演化的結果,但是這個結果是呈現出南北向、東西向規律性,控制了柴達木盆地基本構造格局。

而且,被東西、南北向斷裂系統所切割的柴達木盆地各組成小塊內構造又呈現背斜構造為主,且在走滑斷層控制之下,褶皺的軸向呈現北西-南東向,在不對稱應力之扭動之下其組合呈現雁行陣列和反“S”形(圖4),條帶性明顯,可劃歸為5個構造條帶近20個小構造區(表1)。

2.4 含煤巖系展布特征

在區域性構造控制之下(圖1),含煤巖系也被劃格為不同區塊,呈現出與區域構造特性的一致性,因而柴達木盆地內含煤巖系分布也具有北西西-南東東向展布。在3條隆起帶上,由于地層的抬升,煤層埋深變淺,利于開采,但是在抬升過程中難免不被構造破壞,所以含煤塊段縱橫向連續性差、面積小,此種類型的煤礦多以小型為主;而在3條凹陷區內,煤系地層埋深較深(魚卡煤礦除外),受構造改造程度較低,煤塊連續性較好,易于設計大型煤礦進行開采。整體規律而言,含煤塊段以馬海-南八仙斷裂與紅山-錫鐵山斷裂為界而呈現如下規律。

2.4.1馬海-南八仙斷裂西部

煤礦主要有新高泉煤礦、老高泉煤礦和圓頂山煤礦等,含煤層位多為中侏羅統大煤溝組,地理上煤礦床分布在賽什騰山及其山前地帶。而下侏羅統煤層僅分布在潛西地區。

圖4 柴達木盆地北緣主要背斜構造展布圖Fig.4 Distribution plan of main anticlines in the north margin of Qaidam Basin

2.4.2馬海-南八仙斷裂與紅山-錫鐵山斷裂之間的中間區帶

主要含煤層位為中侏羅統大煤溝組,局部可采煤層也發育于大煤溝-西大灘地區,但為下侏羅統小煤溝組。該中間地帶是煤炭最為富集的地區,煤層厚度較大,最易發現大礦,在本區段分布的較大規模煤礦有大煤溝組露天礦和魚卡煤礦等。

2.4.3紅山-錫鐵山斷裂東部

主要可采煤層為大煤溝組,由于含煤沉積較差,煤炭資源稟賦較弱,后期的構造作用破壞,致使沒有大規模的煤礦存在。根據區內次級構造,又可將本區劃分成桑格賦煤條帶,北帶由宗務山逆沖推覆構造前鋒控制,柏樹山煤礦在開采;中間歐龍山布魯克-牦牛山逆沖斷裂控制的歐南礦、旺尕秀煤礦等;南部的愛南礦,位于埃姆尼克山山前。

3劃分結果

在前人工作的基礎上[2-5,9-17],根據柴北緣構造的分區分帶性以及煤田構造特征,對柴北緣構造單元進行基于煤田構造和賦煤規律特性而作重新劃分,劃分結果如圖5所示(見表1)。

表1 柴北緣區內大的構造條帶與對應小型構造區

在柴北緣南北向上研究區構造單元表現出明顯的分帶特征,具有3條隆起帶及其間的3個凹陷盆地,尤其在東部構造分區內,表現得更為完整和突出(圖5)。劃分的3個凹陷之間具有一定的連續性和相關性,組成3條北西-南東向展布的凹陷帶,由南向北,依次為賽南凹陷、魚卡-烏蘭凹陷、德令哈凹陷。前述凹陷呈斜列式不規則雁行展布,構成柴北緣塊斷帶“3條隆起、3個凹陷”的三高三低起伏構造格局。

圖5 柴北緣塊斷帶構造單元劃分圖Fig.5 Tectonic units classification of the northmargin of Qaidam Basin block-faullted belt①賽什騰山北-達肯大板-宗務隆山山前斷裂帶 ②歐龍布魯克山-牦牛山斷裂帶 ③賽什騰山-錫鐵山-埃姆尼克山山前斷裂帶 ④陵間斷裂帶 ⑤馬海-南八仙斷裂帶 ⑥紅山-錫鐵山斷裂帶 ⑦阿爾金斷裂帶 ⑧鄂拉山斷裂帶

4結論

根據柴北緣構造的分區分帶性以及煤田構造特征,對柴北緣構造單元進行重新劃分,并在前人工作的基礎上加以集成綜合,厘定結果為三隆三凹(五小凹陷區)。

1)東部構造分區,整體地貌呈現三隆夾兩凹的構造形態,3條隆起從南至北依次為綠梁山-錫鐵山-埃姆尼克山、歐龍布魯克山山前斷裂和宗務山隆起條帶,2個凹陷由南向北為烏蘭凹陷和德令哈凹陷;

2)中部構造分區,該中間構造分區整體構造形態為兩隆兩凹,2個凹陷一為綠南凹陷一為魚卡-紅山凹陷,前者為低應變區,褶皺構造發育,后者為高應變區,為主要含煤區段;兩個隆起是交叉歸并隆起,南為歐龍布魯克山-牦牛山隆起帶,北為達肯大坂隆起帶,二者在羊腸子溝一帶逐漸歸并為一;

3)西部構造分區,本區整體構造格局為一隆一凹,山前凹陷處于柴達木盆地邊緣,沉積厚度較厚,而綠南凹陷的西部區域也同賽南凹陷處于同一盆地區帶。該研究是首次立足于煤田地質構造特征,從區域構造控制與煤系賦存狀況相結合的角度,對柴北緣賦煤區構造單元劃分方案而進行地新厘定,具有一定的實際意義。

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A new division of the structural units of the north Qaidam coal zone in northwest China

WANG Tong1,2,FENG Fan1,2,WANG Qing-wei3,LIU Tian-ji2

(1.CollegeofGeologyandEnvironment,Xi’anUniversityofScienceandTechnology,Xi’an710054,China;

2.GeneralProspectingInstitute,ChinaNationalAdministrationofCoalGeology,Beijing100039,China;

3.ChinaChemicalGeologyandMineBureau,Beijing100013,China)

Abstract:On the basis previous work such as the coalfield tectonic features,regional tectonic control and coal reserves condition perspective,the paper divides the coal zone of northern Qaidam into three units in large scale and eleven units in small scale.The result is:①Eastern Structure Division:From south to north there are three uplift belts,the Lveliangshan-Xitieshan-Aimnikeshan uplift belt,the Oulongbulukeshan-Maoniushan uplift belt,and the Zongwulongshan uplift belt,the structural pattern is three uplift belts and two depression basins.②Central configuration partition:Because of the merge of the Oulongbulukeshan-Maoniushan uplift belt and Dakedaban uplift belt,the structural pattern shows two uplift belts and two depression basins,in the north is North Qaidam major coal-bearing zone named as Yuka-Hongshan depression basin,and in the south is low strain region,the fold is developing.③western construct Subdivision:Because of the merge of the Xitieshan-Aimunikeshan uplift zone and the Saishitengshan uplift zone,the structural features exhibit one uplift belt and depression basin,the Sainan depression zone in the southern mountain,the Jurassic sedimentary is deep,also at the edge of the Qaidam Basin,and the Lvnan west extension of the recess.The new determined tectonic units study is the first from the perspective of Coalfield Geology in North Qaidam coal areas,which is a very important practical significance.

Key words:coal zone in north Qaidam; tectonic units; coalfield structural feature; division

中圖分類號:P 54;TD 163

文獻標志碼:A

通訊作者:王佟(1959-),男,甘肅會寧人,博士,教授級高工,E-mail:wangtong517@126.com

基金項目:國家973基礎研究計劃(2013CB227901)

收稿日期:*2015-11-23責任編輯:楊忠民

文章編號:1672-9315(2016)01-0024-07

DOI:10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2016.0105

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