遼源西安煤礦含煤盆地演化及找煤方向

王國臣，李 鑫，杜紅波

吉林省煤業(yè)集團有限公司，吉林 長春 130012

0 引言

具有百年開采歷史的遼源煤礦正處于“資源枯竭”階段，已影響該地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和人文建設(shè)，煤炭資源的再開發(fā)正是當前遼源地區(qū)亟待解決的重中之重問題。作者有機會與原長春地質(zhì)學院劉占聲教授共同研究“吉林省煤田分布特征和預(yù)測”，就遼源老礦區(qū)的成煤構(gòu)造環(huán)境、含煤層位、煤礦保存條件，煤礦勘探與開采等方面問題進行了探討研究，以此為契機對遼源西安老礦深部及外圍找礦預(yù)測獲取了科學創(chuàng)新性調(diào)查研究成果。

1 含煤盆地地質(zhì)概況

遼源西安煤礦坐落于遼源市西安區(qū)，中生代含煤盆地的東南端。該盆地是遼河源北西向晚侏羅紀斷陷式火山含煤盆地向西北的延伸部分，遼源盆地與遼河源盆地具有同根同源的特征。在遼源盆地的北東和南西兩側(cè)被高角度正斷層控制，顯示了狹長型火山斷陷盆地形態(tài)。北西延展至遼源東遼縣轄區(qū)內(nèi)，盆地以凹陷形式演化，晚侏羅紀火山巖和含煤巖系的堆積表現(xiàn)向北東方向超伏形式擴展形態(tài)，使遼源盆地形態(tài)的明顯向北擴大，其西南側(cè)仍受北西向斷裂控制。在遼河源—遼源火山盆地的西南側(cè)，彼鄰東豐—平崗斷陷式火山含煤盆地，該盆地延展到平崗地區(qū)轉(zhuǎn)向北，在大水缸地區(qū)該盆地與遼源盆地匯合成近南北向云頂鎮(zhèn)（大水缸）晚侏羅紀盆地，在遼源盆地和平崗—大水缸盆地之間即為白泉北西向隆起。在研究區(qū)內(nèi)遼源市—大水缸盆地實際上是一個北西向延展，向南西方向凸出的弧形火山含煤盆地的基本構(gòu)造，它控制著盆地內(nèi)晚侏羅紀德仁期火山噴發(fā)，久大期湖沼相沉積、安民期火山噴發(fā)，以及長安期河流相—湖沼相至湖相的沉積環(huán)境，從而造就了兩期火山噴發(fā)和兩期含煤沉積相的多元地層層序疊層結(jié)構(gòu)的地層特征。

2 含煤盆地演化過程

在盆地內(nèi)德仁期火山噴發(fā)面積較大，其火山巖組合是下部以中性安山巖類夾玄武質(zhì)安山巖組合，發(fā)育有杏仁狀安山巖、安山角礫巖、凝灰?guī)r等，在上部的安山巖中間夾中酸性英安巖和流紋巖，組成了德仁組（J31d）火山巖。德仁組火山巖堆積各地不等，一般厚度在200～500m；進入第一期火山間歇期—久大期，主要沉積了河流相與湖沼相相間發(fā)育的環(huán)境期，但在盆地的中心地帶主要是湖沼相沉積為主，其巖性以砂礫巖、砂巖、泥巖夾煤層，可采煤層多層，巖相相間變化，但由于遼源盆地較大，其湖沼相分布范圍有所擴大，此間歇期雖然時間較短，但分布面積大于遼河源盆地，其成煤范圍也將大于遼河源盆地，久大組（J32j）沉積厚度約200m左右。進入安民期即盆地的第二次火山噴發(fā)期，安民組（J33a）主要以安山巖熔巖和火山碎屑巖為主，間夾正常沉積的粗碎屑巖，其巖性組合是安山巖，氣孔杏仁狀安山巖、安山質(zhì)角礫巖、夾礫巖、砂礫巖，頂部以凝灰質(zhì)巖石增多，其沉積厚度100～400m不等；晚侏羅紀長安期火山活動進入逐漸消亡時期，長安期盆地以轉(zhuǎn)入正常凹陷盆地的河流相、湖沼相和湖相沉積環(huán)境，其盆地凹陷范圍有所縮小，僅盆地中心區(qū)域發(fā)育，其盆地的發(fā)育特點是顯示了由西南向東北方向的掀斜式凹陷特征，即長安期在下部以河流相廣泛分布，其上發(fā)育了湖沼相沉積地層，并顯示了間歇交替的特征，表現(xiàn)出含煤地層層數(shù)多、煤層較薄。但向盆地中心地帶湖沼相地層發(fā)育，連續(xù)性較好，煤層較厚，沿走向延伸穩(wěn)定。在長安期的中晚期進入了湖相沉積環(huán)境，湖相地層覆蓋了長安組（J34ca）的大部，在盆地東北側(cè)和西端有超伏下伏地層的現(xiàn)象，長安組（J34ca）沉積厚度在400～600m間（圖1）。

圖1 含煤巖系地層柱狀示意圖Fig.1 Columnar sketchmap of coal-bearing rock series

進入晚侏羅紀末期遼源地區(qū)發(fā)生了由西南向北東方向的強烈擠壓運動。本次構(gòu)造變動對盆地侏羅紀地層產(chǎn)生了決定性構(gòu)造形變，在區(qū)內(nèi)形成了遼源北西向弧形向斜構(gòu)造（圖2）。

圖2 褶皺構(gòu)造分布示意圖Fig.2 Schematic diagram of fold structure

遼源向斜在大水缸地區(qū)轉(zhuǎn)向北，與平崗—大水缸向斜復(fù)合成大水缸南北向向斜并向北方向延伸，其中間的白泉背斜向北西傾伏消亡于大水缸地區(qū)，該背斜的核部為強烈隆起的花崗巖塊，同時發(fā)生了強烈的由南西向北東的推移擠壓作用，使遼源向斜的西南翼抬升，在盆地內(nèi)形成次級背向斜構(gòu)造，使長安組（J34ca）含煤地層褶皺抬升。在遼源向斜的西南翼還發(fā)育了軸向（北西向）斷階式正斷層組合，即向核部依次下降的組合正斷層帶，使長安組、安民組和久大組的連續(xù)性受到破壞，在向斜核部地段巖層產(chǎn)狀平穩(wěn)，斷裂破壞較小，轉(zhuǎn)入東北翼，地層產(chǎn)狀平緩（向斜的東南端），長安組地層出露地表，顯示了長安組與安民組、久大組的正常接觸關(guān)系（圖3）。

在遼源向斜形成過程中，橫切褶皺軸的北東向張性正斷層發(fā)育，特別是與區(qū)域性北東向斷裂作用復(fù)合后，北東向斷裂帶更發(fā)育，對遼源向斜構(gòu)造發(fā)生了強烈的切割作用，將北西向遼源向斜構(gòu)造切割成數(shù)塊，每塊依次由東向西的、由北西向向北北西方向扭動，從而使遼源向斜成為向西南凸出向北北西方向延伸的弧形展布形態(tài)。在第三紀時期，一些大型北東向斷裂帶成為第三紀玄武巖噴發(fā)的重要構(gòu)造通道；遼源向斜的東北翼，老頭山北東向斷裂帶以西地段發(fā)育一組北西向斷裂，該組斷裂是向斜北翼走向正斷層組合構(gòu)造帶的代表性斷裂，斷層面產(chǎn)狀傾向西南，傾角50°左右。這些北西向構(gòu)造斷層使西南盤長安組下降，被埋伏在泉頭組（k1q）之下，從而保護了長安組含煤巖系；進入白堊紀泉頭期，遼源向斜西南翼和北東翼兩翼發(fā)育的北西向斷層繼續(xù)發(fā)生相向型下降運動，從而沉積了泉頭期的洪坡積和河流沖積向堆積、其沉積厚度大于300m，覆蓋了長安組（J34ca）；進入第三紀遼源地區(qū)發(fā)生了北東向斷裂構(gòu)造變動，在其與北西向斷裂交匯部位導(dǎo)引了玄武巖漿噴發(fā)，形成中心式噴發(fā)的玄武巖蓋，如老道山、猛虎亮山、一座營山等玄武巖蓋，這些塊狀分布的玄武巖蓋不僅覆蓋了泉頭組（k1q）,客觀上同時覆蓋了長安組（J34ca）（圖4）。泉頭組和玄武巖(β)的沉積雖然客觀上保護了遼源地區(qū)的多元含煤地層結(jié)構(gòu)，同時也給煤炭的普查勘探和采礦帶來了困難與誤導(dǎo)，因此揭開覆蓋層尋找隱伏含煤礦層將是今后指導(dǎo)找礦的重要方向。

圖3 遼源盆地北東向橫剖面構(gòu)造形態(tài)示意圖Fig.3 NE cross pro fi le structure sketchmap of Liaoyuan Basin

3 含煤地層特征

通過成煤的構(gòu)造環(huán)境、含煤巖系的層數(shù)及其與火山巖的關(guān)系，以及后期覆蓋層的疊加，斷裂構(gòu)造的改造等全面分析，現(xiàn)明確地認定遼源盆地中有兩套含煤巖系，即久大組（J32jd）和長安組（J34ca）。久大組在遼源盆地近百年開采歷史中尚未發(fā)現(xiàn)有關(guān)的開采資料，在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中也無相關(guān)的報導(dǎo)，使人們的找礦思路受到極大的限制。實際上在遼源盆地內(nèi)久大組分布廣、埋藏深，其礦產(chǎn)屬于再開發(fā)多屬隱伏在深部的豐富資源，它是今后遼源地區(qū)尋找煤炭資源的新的找礦方向；長安組分布較廣，埋藏深淺不一，多處已被開發(fā)，但仍有開發(fā)的潛力。經(jīng)綜合研究查明現(xiàn)遼源地區(qū)所有大小煤礦開采的煤礦均屬于同一含煤巖系，即長安組含煤層位。長期以來對其隸屬雖說法不一，在空間關(guān)系上各有紛說，普查勘探深度和廣度各不相同，主要受下列因素的影響所致，一是對長安組含煤巖系的成煤構(gòu)造環(huán)境、巖相古地理和巖相分布規(guī)律、構(gòu)成巖系的構(gòu)造形態(tài)展布研究程度不夠；二是長安組分布區(qū)大部分地段被泉頭組（k1q）覆蓋，其覆蓋程度和深度研究不等；三是第三紀玄武巖屬于中心式火山熔巖巖蓋，在普查勘探和采礦工作中往往被作為終止點，誤導(dǎo)了礦產(chǎn)分布的延伸分布特征的判定；四是遼源向斜內(nèi)發(fā)育的軸（走向）向斷層、橫向斷層、斜向斷層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)未作深入調(diào)查研究、往往鉆探打在斷階上或采礦追索到斷層面上往往作出無煤帶等結(jié)論，制約著普查勘探和采礦的深入展開；五是遼源盆地的西南緣受逆斷裂控制，使向斜西南緣長安組含煤巖系受斷層擠壓作用發(fā)生褶皺，或掩埋于斷層下盤構(gòu)造特征，往往見花崗巖即認為是盆地邊緣，嚴重制約了該地帶的繼續(xù)找礦工作；六是過往鉆探和采礦工作中一個很大的誤區(qū)是只要見到凝灰?guī)r就終孔或止步，嚴重障礙了對凝灰?guī)r及安山巖層之下久大組煤系地層的開發(fā)。

4 找煤方向

綜上所述，可認定遼源市地區(qū)賦存著豐富的煤炭資源，它不僅是可以向深部找礦，在區(qū)內(nèi)外圍及被遺忘的地區(qū)仍有找礦的潛力，即遼源西安礦區(qū)及外圍具有再開發(fā)的前景。西安礦及其外圍地區(qū)普查勘探新的找礦方向，首先應(yīng)著眼第一套含煤巖系——久大組（J32j）的普查勘探，其找礦方向有二：一是遼源盆地周邊地區(qū)淺層地帶久大組的調(diào)查，二是盆地深部久大組含煤巖系的勘探；其次是長安組（J34ca）含煤巖系中煤炭資源開發(fā)，其開發(fā)方向是對前述6條誤導(dǎo)因素的破解，也是對長安組煤層得以再開發(fā)，尤其是在區(qū)域面積分布上，認真根據(jù)成煤巖相的分布特征，煤層分布的連續(xù)性和穩(wěn)定性，以及被蓋層深埋地段的找礦具有廣泛的前景；第三是在平崗—大水缸向斜與遼源向斜交匯復(fù)合的南北向大水缸向斜以北延伸地區(qū)，將是未來找礦的重要方向區(qū)。

圖4 吉林省遼源西安礦及外圍區(qū)域地質(zhì)圖Fig.4 Xi'anmine and peripheral regional geologicmap of Liaoyuan, Jilin Province

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