木里煤田構造特征及沉積充填過程研究

譚富榮，魏云迅，劉偉剛，杜芳鵬，雒 錚

木里煤田構造特征及沉積充填過程研究

譚富榮1，魏云迅1，劉偉剛2，杜芳鵬1，雒 錚1

(1.中國煤炭地質總局航測遙感局，陜西 西安 710199；2. 陜西省能源化工研究院，陜西 西安 710054)

通過研究木里煤田構造特征、沉積充填序列來探討研究區侏羅紀以來構造-沉積演化過程。研究結果表明：（1）研究區發育兩組斷裂——北西西向—北西向逆沖斷斷裂和北東—南西向右行走滑斷裂，北西西向—北西向斷裂相對發育，定型于晚燕山期；北東—南西向右行走滑斷裂定型較晚，屬喜馬拉雅期的產物。褶皺形態以線狀褶皺和等厚褶皺為主，屬喜馬拉雅期的產物。斷裂-褶皺構成了單向沖斷型復式向斜、單向沖斷型復式背斜、對沖型復式向斜；（2）木里煤田侏羅系主要發育三角洲相、曲流河相、湖泊相；（3）木里煤田經歷了斷陷沉積期（侏羅紀）、隆升剝蝕期（白堊紀-漸新世）、廣盆沉積期（中新世）、褶皺沖斷期。

木里煤田；構造特征；沉積充填；構造-沉積演化

木里煤田位于青藏高原東北緣，是青海省兩大重要的煤炭資源分布區之一。眾多學者對木里煤田的多個礦區的構造特征［1-3］、沉積相特征［4］、層序地層格架［5］、煤炭資源賦存類型［6］及天然氣水合物成因［7-10］進行了研究，而對于構造經歷了多期次疊加復合、改造的木里煤田整個區域斷裂-褶皺組合樣式及其構造演化并未進行過深入探討，這直接影響了對煤田范圍內煤炭資源的客觀評價。本文以木里煤田為研究對象，通過對區內褶皺和斷裂的幾何學和木里煤田的沉積充填過程來解釋木里煤田形成的動力學背景，揭示研究區燕山期以來的構造演化過程，為研究區煤炭資源開發提供理論指導。

1 構造特征

木里煤田所在的中祁連地塊大地構造演化經歷了前石炭紀古大陸克拉通演化階段、石炭紀-三疊紀新大陸克拉通化階段、侏羅紀-第四紀殘留盆地演化改造階段，構成了現今的格局［11］。木里煤田整體構造形態為一構造線呈北西向展布的大型復式向斜，伴生有斷層。復式向斜樞紐線軸跡基本沿大通河展布，南翼發育石炭系、二疊系、三疊系，北翼由石炭系、陸相二疊系、三疊系組成，核部西段在木里—江倉一帶由侏羅系和上三疊統默勒群組成，中段和東段主要由上三疊統阿塔寺組和尕勒得寺組構成，沿大通河流域有零星白堊系和第三系分布。

1.1 斷裂特征

區內發育兩組不同趨勢方位的斷裂，分別為北西向—北西西向逆沖斷斷裂、北北東—南南西向走滑斷裂。北西西向—北西向斷裂主要分布于中祁連南緣斷裂以北的區域，即主要分布于聚乎更礦區、冬庫礦區、外力哈達礦區—柴達爾礦區。斷裂斷面傾向以南西為主，斷面傾角在50°～65°，斷裂控制了薊縣系、三疊系、侏羅系和第三系的分布。北北東—南南西向走滑斷裂延伸不太遠，在走向上位移一般都較小，在0.5 km以內，常常錯斷了先期形成了北西—北西西向斷裂，斷裂控制了薊縣系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系的分布。

1.2 褶皺特征

褶皺軸面和樞紐產狀決定了褶皺類型和形態，同時也反映了褶皺變形的應力場方位。木里煤田褶皺軸面傾角較大，一般為75°～85°，軸面主體傾向N，NNE和S，SSW，樞紐傾伏角一般為4°～7°。按照褶皺的樞紐和軸面產狀分類原則，屬于直立水平褶皺，該區的構造趨向呈300°～310°方向。在平面上，該區多發育一些線狀對稱褶皺，多形成一些延伸較遠的背向斜構造。在S0極點等值線圖上，褶皺兩翼的地層傾角多在20°～40°之間，整體呈現為中等變形程度的褶皺形態（圖1）。在鄰近斷層附近的局部地區，褶皺形態相對較為緊密，地層傾角50°～60°，局部地層發生倒轉，區內褶皺翼間角大多在90°～120°之間，轉折端大多圓滑，屬于開闊褶皺和平緩褶皺。剖面上，褶皺形態表現為縱彎作用機制下發育的等厚褶皺的特征（圖2）。反映其形成時以南北向對稱擠壓為主，總體應變方式為純剪應變，無明顯單一倒向。

圖1 木里煤田褶皺要素赤平投影圖（下半球投影）Fig.1 Stereographic diagram of fold elements in Muli coal field

1.3 斷裂-褶皺組合樣式

為了客觀反映區內構造空間展布特征，系統將研究區內斷裂-褶皺的組合樣式分為以下3類主要組合方式：單向沖斷型復式背斜、單向沖斷型復式向斜、對沖型復式向斜。

1.3.1 單向沖斷型復式背斜

研究區內單向沖斷型復式背斜主要表現為一系列斷面南傾的近東西向斷裂向北沖斷，沖斷過程中形成背斜，從而使背斜夾持于較大的沖斷層之間。區內單向沖斷型復式背斜分布于木里煤田聚乎更礦區，構成了聚乎更礦區的主體部分（圖3），背斜兩翼地層均較陡，褶皺樞紐西段呈近東西向延伸，東段轉向北東向與北部的三井田-一露天北背斜連接成一體，使三井田-一露天向斜在東端仰起閉合，東西延伸17 km左右。在剖面上呈現了線狀褶皺的特征。由于近東西向斷裂和北北西向斷裂的發育使得地層成斷塊狀分布。

1.3.2 單向沖斷型復向斜

圖2 默勒礦區第八勘探線剖面圖Fig.2 Profile of the eighth prospecting line in Moeller mining area

圖3 木里煤田聚乎更礦區斷裂構造示意圖Fig.3 Fracture structure diagram of Juhugeng mining area in the Muli Coalfield

圖4 江倉礦區地質簡化圖Fig.4 Geological simplified graph of Jiangcang mining area

單向沖斷型復向斜在研究區內表現為位于兩條或多條斷面北傾的逆沖斷層之間的向斜，主要分布于江倉礦區（圖4），整體為一近東西向延伸的透鏡狀，軸跡基本沿娘姆吞河延伸，向斜軸跡在西段呈北西向展布，中東段呈現出近東西向延伸，略呈“∽”型。兩翼在近地表地層傾角變化大，北翼傾角一般在60°～87°之間，南翼傾角50°～60°，深部突變為30°～40°，至軸部傾角更緩，在剖面上呈現出了不對稱的箱狀褶皺的特征，在平面上展布表現為線狀向斜。在向斜北翼，上三疊統默勒群和下侏羅統大西溝組逆沖于窯街組之上，南翼窯街組逆沖于新近系之上，從而造成在南翼斷層附近含煤巖系的重復出現，形成一個斷面北傾的單向沖斷型復式向斜。

1.3.3 對沖型復式向斜

對沖型斷裂復式向斜，分布于木里煤田東南段的外力哈達、熱水、柴達爾礦區，基本特征表現為北西-南東向兩條逆沖斷層對著一個中心相對逆沖。復式向斜構造線呈北西—南東向展布，復式向斜南北兩翼為一系列緊閉的背向斜構成，而向斜核部由一整體向南西向傾斜的單斜組成。復式向斜呈北西—南東向，斷層極為發育，斷面南西方向，在斷層構造延伸方向東段呈北西向展布，在中段折向北北西，西段呈現出北西向。斷層南西側薊縣系逆沖于上侏羅統享堂組之上，斷面傾角較陡，在60°左右，在該區段北東側，發育斷面北東呈北西向延伸的斷層，斷層北東向上三疊統、陸相二疊系逆沖于中侏羅統窯街組之上，從而構成了呈北西—南東向展布的蝴蝶結狀對沖型復式向斜。核部由外力哈達—熱水礦區構成，整體呈現以向南西傾的單斜地層，主要由中侏羅統窯街組和上侏羅統享堂組構成，地層傾角在30°～60°，發育一系列北東方向延伸的走滑斷層，將礦區內的侏羅系切割成斷塊狀，在斷層附近地層傾角較大，并且次級斷層較為發育，而處在默勒礦區由于位于穩定地塊中部，受南北向擠壓構造變形極其微弱，多形成一些寬緩的復式向斜，其兩翼基本對稱，地層傾角都在50°左右，形成開闊向斜。

2 侏羅系沉積充填特征

2.1 大西溝組

木里煤田的大西溝組與下伏上三疊統尕勒得寺組呈平行不整合接觸，與上覆窯街組呈整合接觸，廣泛分布于柴德爾井田以西的外力哈達、默勒、江倉、弧山、木里等礦區。下部為灰白色細礫巖、粉砂巖夾灰黑色粉砂質泥巖及煤層的組合，含植物化石，上部灰白色砂巖，夾灰、灰黑色泥巖。通過對木里煤田西部的木里煤礦聚乎更剖面、中部外力哈達礦區剖面和東部熱水礦區牡丹溝剖面實測、分析，得到較為完整的大西溝組剖面（圖5）。

煤田西部木里煤礦聚乎更剖面大西溝組厚約350 m。下部為灰白色中—厚層石英礫巖、石英砂巖，分選中等，磨圓屬次圓狀，向上遞變為灰白色、灰黃色中層狀含礫細砂巖、細砂巖、碳質泥巖、泥巖。砂巖發育槽狀交錯層理、板狀交錯層理、平行層理，平行紋層內有顆粒定向排列，特別是云母的排列更為明顯，層面可見到剝離線理，為典型的上部水流機制的產物，水動力強。

煤田中部外力哈達礦區大西溝組由灰白色粗砂巖、細砂巖及綠灰色泥巖組成，并含有菱鐵礦層，在剖面上表現為兩個向上變細的正旋回。下部垂向上表現為向上逐漸變細的正粒序韻律，發育小型板狀交錯層理、槽狀交錯層理，具有沖刷—充填構造，未見化石，可解釋為辮狀河三角洲的分流河道沉積環境；中部為一套砂質泥巖—泥巖，發育水平層理和透鏡狀層理，可見到浪成波痕及生物介殼和植物殘體，在區域上構成了可采煤層的頂底板，解釋為分流間灣沉積環境。剖面上分流河道和分流間灣構成了該剖面大西溝組的主體沉積環境。

圖5 牡丹溝大西溝組沉積相剖面圖（單位：m）Fig.5 Sedimentary facies profile of Daxigou formation in Mudangou

煤田東部熱水牡丹溝剖面厚206 m，剖面上呈現出粒度向上變細(圖5)，為一套灰褐色粉砂質泥巖、泥巖和灰白色粗砂巖構成，夾有泥巖、煤層、細砂巖。底部為黃灰色粘土狀細砂巖和煤層，向上遞變為灰白色粗砂巖和黃綠色粉砂質泥巖，見大量菱鐵礦結核，硅質膠結，粗砂巖呈疊瓦狀定向排列，剖面上呈現出透鏡狀，向上過渡為粉砂質泥巖、碳質泥巖、泥巖，泥巖頂面見沖刷構造，剖面上泥巖、粉砂巖與粗砂巖、細砂巖呈現出大體上相等的特征，該段屬于典型的曲流河沉積體系。中部為薄層褐黃色細砂巖、粉砂巖夾有薄層碳質泥巖、粉砂質泥巖，砂巖發育小型波狀交錯層理和槽狀交錯層理，泥巖中發育水平層理，偶見鈣質結核，解釋為曲流河河流堤岸沉積。剖面上部為灰黑色粉砂巖、細砂巖，夾有碳質泥巖、粉砂質泥巖，整體呈現出向上變細的韻律，局部層段出現向上變粗的韻律，夾有碳質泥巖和粉砂巖層段，含有植物根部化石，粉砂巖中見大量的深灰色菱鐵礦，屬三角洲平原沉積。頂部為灰黑色、灰綠色薄層細砂巖、粉砂巖夾有薄層泥巖、粉砂質泥巖，含有串珠狀菱鐵礦，見沖刷—充填構造，交錯層理，解釋為三角洲前緣沉積環境。

大西溝組在橫向上表現為：總體呈現出由東向西粒度逐漸變粗，由瓦烏斯?多索卡的礫巖—木里、孤山溝、江倉及江撐山等地為不穩定的灰白色石英礫巖、含礫石英砂巖—熱水礦區北部邊緣的默勒、外力哈達、海德爾地區，大西溝組以紫紅色、灰綠色、黃白色等雜色近緣洪積相的泥質角礫巖、鮞粒菱鐵質泥巖、長石砂巖為特征；碎屑成分成熟度和結構成熟度表現為東西較低，中部較高；顏色由西部灰色、灰黑色向中部遞變為灰白色；在剖面上表現為向上粒度變細的正韻律層序。

2.2 窯街組

窯街組與下伏大西溝組呈整合接觸，與上覆享唐組呈平行不整合接觸。窯街組在研究區廣泛分布。窯街組主體由下部的煤系地層和上部的非煤系地層。煤系主要表現為：為一套粗砂巖向上遞變為粉砂巖的序列，夾有煤層、碳質泥巖；厚度變化較大，在江倉一帶達到600 m，向東西逐漸變薄，在東部有的默勒該套煤系地層僅有12 m；巖性在橫向上表現為西部較粗，東部較細。

非煤系主要以細碎屑巖沉積為主，由粉砂巖、泥巖、碳質泥巖、油頁巖、泥灰巖、生物灰巖等，基本不含煤。其主要表現為：橫向上分布穩定，巖性變化較小；顏色由下部的灰黑色向上遞變為灰綠色、紫色、灰褐色等；厚度在木里鎮北部的弧山礦區達到最大，向東西逐漸減薄、尖滅，表明在窯街期沉積的晚期其沉積中心可能位于弧山、聚乎更一帶；窯街組巖相在木里地區主要為河流相沉積，在東部熱水一帶為湖泊三角洲相沉積，從其沉積相的展布特征也從側面反映其在窯街期早期物源可能主要來自于西部。總體上，窯街組沉積期呈現出一套湖平面相對上升的格局，從而形成了早期的粗碎屑沉積組合和晚期的細碎屑沉積組合。

2.3 享堂組

享堂組各地巖性相似，均為干旱氣候條件下的河流-淺湖相沉積。大通河流域巖性為下部灰白色含礫砂巖，中部為灰綠色、紫紅色、黃綠色砂礫巖、砂巖及粘土巖，上部為紫紅色粘巖夾雜色砂巖。木里坳陷的享堂組，屬于斷陷盆地湖沼相沉積。巖性可分為上下兩部分。下部以灰白色、灰綠色厚層狀砂巖、細砂巖和粉砂巖為主，夾含礫粗砂巖及鈣質結核；上部是紫色、暗紫紅色、紫褐色細砂巖與同色粉砂巖互層，出露厚度1 704 m，與下伏窯街組平行不整合接觸。

在中南祁連地區最西部的克希旦爾干德兩側的半截溝、釣魚溝，享堂組也有零星出露，為一套紫紅色碎屑巖。出露厚度大于326 m，為強烈氧化環境下的山麓堆積。

3 構造演化探討

本次研究中，筆者試圖通過木里煤田沉積-充填過程的研究，結合區域地質背景綜合解釋研究區的構造演化過程。由于研究區內侏羅系、白堊系、新近系均為不整合接觸，屬不同的構造層和沉積旋回，因而將研究區成因分侏羅紀、白堊紀、中新世、上新世—全新世4個構造階段分別探討。

早侏羅世晚期，由于區域性的引張作用［12］，在中祁連地區形成大通河斷陷盆地群，沉積了大西溝組的粗碎屑巖組。礫巖層的廣泛發育，低的礦物、結構成熟度反映物源區和沉積區之間有較大的地形高差。根據對大西溝組的分布及其巖相特征的系統分析，該盆地群分別是由一系列互不溝通的凹地組成的沉積區，僅在這些相互分隔的凹地內接受了早侏羅世晚期的沉積。在這一時期，各個洼陷互不連通，在局部地區發育了辮狀河、曲流河沉積。

中侏羅世，斷陷活動基本停止，地殼活動處于穩定階段，經過早侏羅世的剝蝕-夷平作用，地形高差縮小，相對湖平面上升，原來互不連通的洼地相互連通，湖盆范圍不斷擴大，形成一個統一的中侏羅世盆地，在這個盆地中沉積了窯街組下部的煤層和油頁巖。

中侏羅世晚期，氣候開始向干旱轉變，研究區基本構造格局并未發生大的變化，在大通河盆地內堆積了窯街組上部的雜色碎屑巖沉積組合。窯街組中部普遍發育一套粗碎屑巖系，表明沉積區與物源區之間的地形高差相對較大。窯街組上部普遍為一套以泥質巖為主的湖相沉積，相對缺少沖積扇等粗碎屑巖沉積，反映地形差異縮小，洼地轉變成為淺湖，盆地仍以坳陷沉降為主。

晚侏羅世早期，研究區及鄰區氣候由濕熱氣候轉變為炎熱干旱發生在晚侏羅世的燕山運動，研究區上升，盆地大范圍地萎縮。在一些殘存的湖泊盆地和小型山間盆地內分別堆積了享堂組的沉積。晚侏羅世末期的燕山運動結束了侏羅紀沉積盆地的形成演化歷史。

4 結論

1）木里煤田發育北西西向—北西向逆沖斷斷裂和北東—南西向右行走滑斷裂，北西西向—北西向斷裂相對發育，定型于晚燕山期；南北向走滑斷裂定型較晚，屬喜馬拉雅期的產物。

2）木里煤田范圍內的斷裂-褶皺主要以單向沖斷型復式向斜、單向沖斷型復式背斜、對沖型復式向斜。

3）木里煤田侏羅系廣發發育三角洲、曲流河、湖泊相。

4）木里煤田及鄰區經歷了侏羅紀斷陷-沉積期、白堊紀的隆升剝蝕期、中新世廣盆期和上新世以來的強烈沖斷期構成了現今的格局。

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The tectonic characteristics and sedimentary filling process of Muli coal field

TAN Furong1， WEI Yunxun1，LIU Weigang2，DU Fangpeng1，LUO Zheng1
（1.Aerial Photogrammetry and Remote Sensing Center，China National Administration of Coal Geology，Xi’an，710199，China；2.Shaanxi Povincial Institute Of Energy Resource Chemical Engineerring，Xi’an，710069，China）

By studying structure characteristics and sedimentary filling sequences， this paper discusses the Jurassic tectonic and sedimentary evolution process the study area， provides the basis for exploration and exploitation of coal resources in Muli Coal field. The result shows that： there are two groups of faults in the research area， which are NW-NWW thrust fault and NE-SW right lateral strike slip fault. NWW- NW fault formed in the late of Yanshan period isdeveloped. NE-SW right lateral strike slip fault is later and it is the outcome of Himalaya. Fold morphology is linear folds and thick folds， which is the results of Himalaya. Fault-fold constitutes a one-way thrust type compound syncline， one-way thrust type compound anticline， hedge type compound syncline. Delta facies， meandering river facies and lake facies are the main sedimentary facies in Jurassic of Muli Coal field .The coalfield went through of rift sedimentary period (Jurassic)， the period of uplift and denudation stage (cretaceous and the Oligocene)， wide basin sedimentary period (Miocene)， and the period of Fold-thrust

Muli Coal field； Tectonic characteristics； sedimentary； Structural-sedimentary evolution

P618.11

A

1673-9469（2017）03-0079-06

10.3969/j.issn.1673-9469.2017.03.017

2017-05-31

國家自然科學基金資助項目（41702144）；中國煤炭地質總局科技專項資金資助項目（2010-I-04）

譚富榮（1984-），男，陜西西鄉人，碩士，工程師，主要從事沉積盆地分析、能源地質研究。