■妙軍科
(陜西省煤田地質(zhì)局一九四隊 陜西銅川 727000)
大同煤田航空遙感地質(zhì)填圖解譯技巧說明
■妙軍科
(陜西省煤田地質(zhì)局一九四隊 陜西銅川 727000)
山西同煤集團規(guī)劃開發(fā)區(qū)現(xiàn)有三大井田(東周窯、潘家窯及馬道頭)均已設(shè)計為一千萬噸級礦井,潘家窯等井田實際產(chǎn)能與設(shè)計能力相差較遠,以往煤田地質(zhì)資料已難以滿足現(xiàn)有礦井建設(shè)需要。為此集團公司于2013年7月適時實施"大同煤田石炭系西南部地形地質(zhì)航測項目"。 力求應用航空遙感地質(zhì)調(diào)繪解譯先進技術(shù),盡快高效詳實查明整個大同煤礦開發(fā)區(qū)地層層序;所有煤層空間儲存狀況;重點查明地表所有影響礦井建設(shè)的構(gòu)造體,如外露和半隱伏的大小褶皺,斷層和巖漿體狀態(tài)。通過項目實施,配合后續(xù)定點鉆探和區(qū)域電法物探等手段,獲取全面完整準確的煤田地質(zhì)基礎(chǔ)資料,就能基本滿足同煤集團礦區(qū)未來規(guī)劃需求,有效降低礦井產(chǎn)能建設(shè)風險。
航空遙感調(diào)繪解譯基礎(chǔ)資料產(chǎn)能建設(shè)
本次只所以短時間內(nèi)獲取到詳實完整準確的大量原始一手資料,除了應用常規(guī)地質(zhì)填圖方法外,關(guān)鍵是快速掌握1:5000航測遙感正射影像圖解譯技巧。特別是注重實地踏勘與航片解譯驗證相結(jié)合,隨時不斷仔細總結(jié)分析野外各類型地質(zhì)體宏觀特征以及對應航片影像標志。對解譯不清的深溝陡崖,特別是口泉大斷陷西北向三公里以內(nèi),地層起伏上翹較劇烈的大小溝谷梁峁,地毯式測繪逢溝必進遇梁必翻。一些較為隱蔽的小褶皺小斷層裂隙泉系列K標志層等盡數(shù)編錄。
圖1 石炭系、奧陶系、寒武系和太古界地層
1.1 測區(qū)地層特征
下古生界沉積時,即加里東運動時期整個山西省地殼總體沉降,表現(xiàn)為南部相對不斷抬升,北部相對不斷下降,并一直延續(xù)到中奧陶紀。因此整個山西省地層揭露寒武紀與中、下奧陶紀沉積厚度之總和,總是北厚南薄。
上古生界沉積時,即海西運動期本區(qū)地殼在總體沉降時處于北部相對抬升,南部相對下降的過程??刂破涞貙映练e厚度是南厚北薄。到了海西期運動最后一幕,或者印支運動開始,本區(qū)地殼整體抬升,并且北部相對比南部抬升幅度大,使沉積的晚古生界遭受剝蝕、夷平、改造;以后下侏羅系永定莊組以微角度不整合超覆其上,再經(jīng)歷燕山早—中期運動改造,從而控制了整個大同煤田的周邊范圍;因此形成現(xiàn)如今石炭二疊紀煤炭的賦存范圍厚度、接觸關(guān)系等特征。這均是由地層沉積時古地理景觀與地層后期改造因素疊加造成的。
侏羅紀,即進入燕山運動時期,古地理景觀為北高南低,致使侏羅系的沉積南厚北薄,后經(jīng)燕山早—中期構(gòu)造運動的改造,侏羅系以及比侏羅系更早的所有地層,均遭受嚴重剝蝕,形成了各種構(gòu)造形跡。燕山晚期—喜山期運動使本區(qū)一直抬升,遭受剝蝕,且東南部抬升幅度大,剝蝕更為嚴重,近地表地層云崗組影響最大,因而侏羅紀的賦存特征是古地理景觀與構(gòu)造運動的改造綜合造成的,其中構(gòu)造運動是主要因素。
白堊紀沉積時,測區(qū)古地理景觀總體東南高、西北低,則地層沉積西北厚、東南薄。燕山晚期構(gòu)造運動使地殼整體抬升,但東南部抬升幅度較大,西北部較小,東南部則剝蝕情況比西北部平整。喜山期運動使東區(qū)繼續(xù)抬升,進一步剝蝕改造,形成現(xiàn)如今白堊系地層空間賦存特征。
1.2 測區(qū)地層巖性及航空影像特征
野外填圖就是認石頭辨地層看地形觀地貌。首先要根據(jù)地層巖性顏色沉積旋回梯次等大致斷定屬于哪一組段,其次根據(jù)相似梯次向上或向下追索出沉積旋回幅度最大序列底部的最厚層含礫中粗粒砂巖層,從K1---K21定名為系列標志層作為組段劃分的依據(jù)。
1.2.1 太古界(Ar)
集寧群(Arj):巖性為紫紅色、褐紅色的花崗片麻巖。航空影像特征:暗紫褐色斑塊狀。
1.2.2 古生界(Pz)
1.2.2.1 寒武系(∈)
(1)毛莊組(∈1m):底部為一層厚約1米含孔雀石的含礫石英砂巖;下部為紫紅、褐紅色泥巖,頁理發(fā)育;上部為灰綠色泥巖夾薄層灰質(zhì)白云巖及石膏條帶。航空影像特征:暗紫褐色斑塊狀條帶狀。
(2)徐莊組(∈2x):下部暗紫紅色頁巖夾粉砂質(zhì)白云巖、石英砂巖、泥巖及泥灰?guī)r等,上部灰色中厚層狀結(jié)晶灰?guī)r夾薄層生物碎屑灰?guī)r。航空影像特征:暗紫灰色條帶狀。
(3)張夏組(∈2z):下部為灰黃色中厚層泥質(zhì)條帶狀灰?guī)r,上部為淺灰色薄層灰?guī)r、泥質(zhì)條帶狀灰?guī)r夾薄層鮞粒狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r。航空影像特征:黃灰色條帶狀。
(4)崮山組(∈3g):為淺灰色薄層灰?guī)r,夾紫色、淺灰色竹葉狀灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r。航空影像特征:紫灰色條帶狀。
(5)長山組(∈3c):底部為一層含海綠石的竹葉狀灰?guī)r。中上部為灰黃色薄層灰?guī)r、中厚層灰?guī)r夾紫紅色竹葉狀灰?guī)r。航空影像特征:紫灰色條帶狀。
(6)鳳山組(∈3f):底部為灰黃色竹葉狀灰?guī)r,下部為灰黃色中厚層泥質(zhì)條帶灰?guī)r及竹葉狀灰?guī)r,上部為灰黑色、灰黃色中厚層白云質(zhì)灰?guī)r。航空影像特征:黃灰色條帶狀。
1.2.2.2 奧陶系(O)
(1)冶里組(O1y):下部為薄層泥質(zhì)條帶、竹葉狀灰?guī)r、灰綠色泥巖。上部含燧石結(jié)核白云巖,頂部為淺色薄層泥質(zhì)白云巖。航空影像特征:暗灰色條帶狀。
(2)亮甲山組(O1l):底部多為含燧石結(jié)核白云巖,下部為灰色、灰白色中厚層白云巖夾薄層泥質(zhì)白云巖、灰黃色薄層細砂巖,白云巖含較多燧石條帶,上部為中厚層白云巖夾白云質(zhì)灰?guī)r或鈣質(zhì)白云巖。航空影像特征:灰色條帶狀及斑塊狀。
(3)下馬家溝組(O2x):下部為灰黃色、灰褐色中厚層狀泥灰?guī)r、灰?guī)r,上部多為灰色及淺灰色泥質(zhì)灰?guī)r。頂部為一薄層純灰?guī)r。航空影像特征:灰褐色條帶狀及斑塊狀。
1.2.2.3 石炭系(C)
(1)本溪組(C2b):上部為灰黑色及灰色泥巖、砂巖、砂質(zhì)泥巖;中部有一薄層灰黑色石灰?guī)r,厚2.30-5.70m;下部為青灰色及灰褐色鋁土質(zhì)泥巖,厚4.35-7.60m;底部為一薄層呈條帶狀或團塊狀的褐鐵礦,定名為標志層(K1俗稱“鐵鋁質(zhì)泥灰?guī)r”)。航空影像特征:灰褐色條帶狀。
(2)太原組(C3t):巖性主要為灰白、灰色中粗粒石英砂巖、砂礫巖,灰色、灰黑色砂質(zhì)泥巖、泥巖及煤層組成,共含煤10層,其中4、5、8、9號為主要可采煤層,在煤層的頂、底板及煤層中,含有黑色炭質(zhì)泥巖和灰褐色的高嶺質(zhì)泥巖及高嶺巖。底部為一層灰白、黃褐色的中粗砂巖,厚1.40-9.10m,平均4.03m,定名為標志層(K2俗稱“晉祠砂巖”)。航空影像特征:灰及灰黑色斑塊狀。
1.2.2.4 二疊系(P)
(1)山西組(P1s):巖性多為深灰色、灰黑色砂質(zhì)泥巖,灰白色砂巖,含有三層不連續(xù)的薄煤層。均不可采,有時僅為一條煤線。底部為灰白色砂礫巖及中粗砂巖,厚度為2.10-13.20m,平均6.33m,定名為標志層(K3俗稱“北岔溝砂巖”)。航空影像特征:灰及灰褐色條子布狀斑塊狀。
(2)下石盒子組(P1x):巖性以紫、黃、灰、綠色及雜色砂質(zhì)泥巖、泥巖與灰白色、黃綠色砂巖互層為主,底部有一層灰白、灰紫色的砂巖或砂礫巖(K4俗稱“窯子頭砂巖”或叫“駱駝脖子砂巖”)。航空影像特征:灰及雜褐色條子布狀斑塊狀。
(3)上石盒子組(P2s):巖性主要是一套雜色的砂巖、砂礫巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖以及細粒砂巖與砂質(zhì)泥巖互層;底部為黃褐色含礫粗砂巖(K6俗稱“小峪口砂巖”)。K6其下紫褐色斑塊狀粘土巖(K5俗稱“桃花泥巖”)也可作為區(qū)分上下石盒子組的輔助標志層。航空影像特征:雜褐色條子布狀斑塊狀。
(4)石千峰組(P2sh):上部為黃綠色含礫砂巖、粉砂巖及砂質(zhì)泥巖,中部紫紅色砂巖、泥巖互層,局部夾1-2層泥灰?guī)r,下部為黃綠色含礫砂巖及紫紅色粉砂巖。底部為灰綠色含礫中-粗粒砂巖(K7俗稱“睡佛寺砂巖”)。航空影像特征:亮雜色條子布狀斑塊狀。
1.2.3 中生界(M z)
1.2.3.1 侏羅系(J)
(1)永定莊組(J1y):上段(J1y2)為雜色細砂巖、粉砂巖、泥巖,夾中粒砂巖;下段(J1y1)為灰色、淺黃色粉砂巖、細砂巖,有時夾厚層狀中細粒砂巖。底部為灰白、淺灰色礫巖透鏡體或含礫粗砂巖(K8俗稱“馬道頭砂巖”)。航空影像特征:淺雜色條子布狀斑塊狀。
(2)大同組(J2d):巖性為深灰、灰黑色細粉砂巖夾煤層及灰白色中粗粒砂巖,其底部為數(shù)米厚的淺灰色含礫石英粗砂巖(K11俗稱“大米砂巖”)。航空影像特征:雜褐色及灰黑色斑塊狀。
(3)云崗組(J2y):上段(J2y2)為紫紅、雜色巖系。以粗砂巖、細砂巖,粉砂巖為主;底部為灰色巖系。以泥巖和細砂巖互層為主,夾中粒砂巖。下段(J2y1)為白色、灰白色砂巖夾礫巖。局部夾二層可采煤;底部為灰白色厚層狀石英質(zhì)砂礫巖(K21俗稱“火石巖”)。航空影像特征:灰褐色及灰色斑塊狀。
1.2.3.2 白堊系(K)
(1)左云組(K1z):下部為淺灰色-紫灰色礫巖夾泥巖及鈣質(zhì)礫巖,底部礫石分選較差,礫徑1~15cm,泥質(zhì)膠結(jié)。中部為紅色泥巖與淺灰色礫巖為主,中下部夾大量泥灰?guī)r團塊及灰綠色泥巖。上部為紅色泥巖夾紫紅色泥巖、泥灰?guī)r團塊。航空影像特征:紫褐色及雜色斑塊狀。
(2)助馬堡組 (K2z):底部以紫紅色含礫砂質(zhì)泥巖與灰白色中厚層狀含礫粗砂巖互層為主,夾砂質(zhì)泥巖及粘土巖;中下部為暗紫紅色砂質(zhì)泥巖夾灰綠色含礫粗砂巖;中上部為灰綠色、紫紅色細砂巖、含礫泥巖為主;上部為紫紅色砂質(zhì)泥巖夾灰白色中細粒石英砂巖及粉砂巖。航空影像特征:紫褐色斑塊狀。
1.2.4 新生界(K z)
1.2.4.1 新近系(N)
(1)漢諾壩組(βN1h):灰色、灰黑色橄欖玄武巖夾紅色粘土,具杏仁狀和氣孔狀構(gòu)造,杏仁體多數(shù)為泥質(zhì)。航空影像特征:灰褐色斑點狀。
(2)靜樂組(N2j):以棕紅色半固結(jié)亞粘土及亞砂土為主,夾不穩(wěn)定的鈣質(zhì)結(jié)核,底部局部發(fā)育有礫石層。。航空影像特征:棕灰色斑塊狀。
1.2.4.2 第四系(Q)
(1)下更新統(tǒng)(Q1):為棕黃色半固結(jié)亞砂土亞粘土,夾鈣質(zhì)結(jié)核和礫石層及薄層鈣質(zhì)粘土及流砂層。航空影像特征:黃灰色片塊狀。
(2)中更新統(tǒng)(Q2l):灰及灰褐色亞砂土亞粘土及砂層,夾少量鈣質(zhì)結(jié)核。航空影像特征:灰褐色片塊狀。
(3)上更新統(tǒng)(Q3):上部為灰黃色及灰褐色亞砂土、砂類土、砂層、礫石層等。下部為灰及灰黃色砂礫石層,夾灰綠及棕紅色泥灰?guī)r。上部為灰黃色亞砂土夾兩層古土壤層。航空影像特征:黃灰色整塊狀。
(4)全新統(tǒng)(Q4):巖性以灰色灰綠色淺紅色紅黃色粉砂質(zhì)粘土粉土為主。航空影像特征:淺灰色條帶狀及塊狀。
2.1 褶皺
大同侏羅紀煤田總體呈NE向不對稱向斜構(gòu)造,主向斜軸在南部為NE向,北部為近SN向,兩者呈斜接關(guān)系。在向斜的東及東南翼邊緣,地層傾角變陡,呈直立甚至倒轉(zhuǎn)。但離開斷層帶,在向斜軸部方向,地層傾角很快變?yōu)?0°以下。向斜主軸位于大同煤田東南側(cè),構(gòu)成東陡西緩的不對稱向斜構(gòu)造。
2.2 斷層
大同煤田為一雙紀煤田,下部為石炭-二疊紀含煤巖組,上部為侏羅系含煤巖組。在大同煤田的中西部及南部,以石炭系含煤巖組為主要目標層。經(jīng)多期構(gòu)造運動的影響,測區(qū)位于大同向斜的中部及北部,斷裂構(gòu)造最為發(fā)育,褶皺構(gòu)造較少且多被斷裂構(gòu)造所破壞,特別是中小型斷裂尤為突出;區(qū)域性主干斷裂山陰-懷仁-大同斷裂則位于盆地東部邊緣一帶。
受區(qū)域應力場所制約,主要表現(xiàn)為兩期,燕山運動構(gòu)造應力場為北西-南東方向擠壓,形成大同向斜;喜山運動構(gòu)造應力場發(fā)生較大變化,主要受右旋剪切拉張作用,使原先形成的壓性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)閺埿?,其表現(xiàn)形式為以小型褶皺構(gòu)造為主,伴有斷裂構(gòu)造及煤層陷落柱。
圖2 小裕煤礦溝口附近小型逆斷層
圖3 鵝毛口西部馬路邊正斷層
斷裂絕大部分都是高角度正斷層,落差一般介于10m-20m,通過地震解譯的最大斷層落差為230m左右。這些斷層往往組成地
塹、地壘或階梯狀的型式。斷層的走向大致可分為3組:NW至NNW向,NE向和EW向。
2.2.1 NW至NNW向斷層
為測區(qū)的主要發(fā)育斷層,空間上多呈束狀集中發(fā)育,斷層面呈舒緩波狀,無論是在走向上或傾向上均顯示此特征。落差在走向上變化不大,此組斷層對煤層及其頂?shù)装鍘r石的完整性破壞較嚴重。
2.2.2 NE向斷層
該類斷層面多呈鋸齒狀,落差沿走向變化較大。據(jù)以往井田資料反映,此組斷層空間上分布相對較少,斷層之間的間距較大,一般圍繞斷層兩側(cè)小斷層相對較少。
2.2.3 E-W向斷層
主要是扭性為主的斷層,斷層面比較平直光滑,有時可見水平擦痕。斷層往往形成斷裂帶或斷層群。此組斷層與NW向斷層相交后,煤層及其頂?shù)装鍘r石被嚴重破壞,對煤層的掘進與開采影響極大。
由于本區(qū)受燕山運動影響較大,區(qū)內(nèi)絕大多數(shù)斷層發(fā)生在燕山中晚期,因此東周窯、潘家窯井田中大部分斷層為隱伏斷層,地表均未見出露。在測區(qū)東部、東南部侏羅系地層以及地質(zhì)年代更早地層出露的地方,斷層較發(fā)育,出露位置相對較好。
測區(qū)內(nèi)巖漿巖活動為三期,一是印支期煌斑巖,主要呈巖床式侵入,對石炭-二疊系煤層破壞嚴重;二是燕山期輝綠巖侵入和玄武巖噴發(fā)。輝綠巖呈巖墻侵入,主要為NE與NNE向,偶見NW向,巖墻寬度一般1米左右,最大3米。玄武巖噴發(fā)主要在煤田西北部舊高山一帶。此期的巖漿巖對含煤地層影響甚微。三是煤田外圍有新生代喜馬拉雅期的玄武巖分布,在西北部為新近系的漢諾壩玄武巖,在東北部大同陽高一帶為第四紀玄武巖,即著名的大同火山群。
3.1 喜山期玄武巖(βN1h):
黑色,隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,主要由基性斜長石、輝石以及少量橄欖石組成。侵位于白堊系左云組地層之中,大多為中心式噴發(fā),呈巖丘形式產(chǎn)出,直接覆蓋在左云組或者助馬堡組地層之上,對周圍圍巖的產(chǎn)狀、巖性造成了一定程度的影響。在地面上形成大小不等的山包,絕對年齡值在0.413億年。
圖4 吳家窯村附近輝綠巖墻
3.2 燕山期輝綠巖(βμ)
墨綠色,較硬,具有球狀風化特征。風化后呈黃綠色,垂直節(jié)理發(fā)育,并有方解石脈充填。礦物成分主要為基性斜長石、輝石、角閃石以及觸變暗色礦物,具氣孔狀構(gòu)造。基本全部呈巖墻形式展布。切穿白堊系以及以下地層。巖墻走向大部分為NE向,傾向近于直立,寬度1~3m,長度幾米到幾十米甚至數(shù)公里不等。巖體的同位素年齡值為1.15~1.4億年。
3.3 印支期煌斑巖(χ)
黑色,含大量云母斑晶,風化后呈灰黃色,主要礦物有斜長石、黑云母,次生礦物有方解石、磁鐵礦等,長石多已被方解石交代。絕對年齡值在2.2億年左右。
4.1 水文地質(zhì)
大同煤田位于大同盆地之西,介于口泉山脈、牛心山脈之間,呈北東-南西向不對稱向斜構(gòu)造,東南翼窄,地層傾角陡,地形及構(gòu)造復雜;西北翼寬廣,地層平緩,構(gòu)造簡單。煤田四周為強烈上升的中高山地形,煤田內(nèi)部呈低山丘陵,溝谷發(fā)育,相對高差200-300m。
區(qū)內(nèi)沉積巖厚度達數(shù)百米,從地表第四系至煤系基底,均為泥質(zhì)巖和碎屑巖相間成層,巖石膠結(jié)密實,裂隙少,且無常年性地表逕流及大型地表水體,因此地下水補給來源貧乏,巖石含水性從上至下逐漸變?nèi)?,中深部、深部石盒子組、山西組、太原組、本溪組地層含水性極弱。
縱觀填圖區(qū)內(nèi)部,大范圍內(nèi)水文地質(zhì)條件簡單。但與地形、地貌、地質(zhì)構(gòu)造相適應的河成階地,基巖風化殼與沖積層潛水及地表水有水力聯(lián)系地帶,巖石富水性較好。
大同向斜軸部及波狀起伏的小型洼地,易匯集地下水,富水性較好,低洼河谷地段上各組不同地層分別出現(xiàn)自流。
4.2 工程地質(zhì)
石炭-二疊紀主要可采煤層底板均以砂巖為主,未見有遇水膨脹泥化巖層存在,太原組含水層含水性極弱,頂?shù)装宓姆€(wěn)定性不受地下水的影響。各煤層頂板除直接偽頂(炭質(zhì)泥巖)穩(wěn)定性差,巖石較為軟弱外,老頂巖石穩(wěn)定均較好。
侏羅系各主要可采煤層頂板以砂巖為主,部分為炭質(zhì)泥巖,底板為粉砂巖、細砂巖及炭質(zhì)泥巖。除頂板直接偽頂穩(wěn)定性較差外,老頂巖石一般均較穩(wěn)定。煤層底板在發(fā)育有炭質(zhì)泥巖及泥巖時,會產(chǎn)生底鼓現(xiàn)象。
4.3 環(huán)境地質(zhì)
由于大同煤田開采歷史悠久,因此存在由于煤礦開采所造成的一系列環(huán)境問題,本次填圖工作將一些規(guī)模較大、穩(wěn)定性較差、危害性較大的不良地質(zhì)體均進行了比較詳細的調(diào)查。查明了不良地質(zhì)現(xiàn)象的類型,確定了其分布范圍和規(guī)模、以及治理狀況等,并且簡單分析了其成因。
由于區(qū)內(nèi)以往廢棄小窯較多,且開采情況不明,所造成的采空區(qū)及其積水問題應該在以后的煤層開采過程中引起足夠的重視,杜絕煤礦突水事故發(fā)生。
[1] 《大同礦區(qū)侏羅紀煤田地質(zhì)總論》,大同礦務局編,1996年.
[2] 《大同侏羅紀含煤地層沉積環(huán)境與聚煤特征》,山西礦業(yè)學院 大同礦務局,1991年.
[3]《大同晚古生代含煤盆地演化研究》,太原理工大學碩士學位論文,2006年.
[4]《大同煤礦集團有限責任公司潘家窯井田儲量核實報告》,山西煤炭地質(zhì)115勘查院,2012年.
[5]《大同煤田馬道頭井田 (石炭二疊紀)煤炭資源勘探地質(zhì)報告》,山西省地質(zhì)勘查局二一七地質(zhì)隊,2009年.
[6] 《大同煤田左云縣同煤同發(fā)東周窯井田補充勘探報告》,山西省地質(zhì)勘查局二一七地質(zhì)隊,2010年.
[7] 《大同市焦煤礦有限責任公司一礦0.45-0.90Mt/a機械化升級改造礦井地質(zhì)報告》,由陜西省煤田地質(zhì)局一九四隊,2009年.
[8]《大同焦煤二礦補充勘探地質(zhì)報告》,陜西省煤田地質(zhì)局一九四隊,2010年.
[9]侯貴廷等,2001年17(3)期,晉北地區(qū)中元古代巖墻群的地球化學特征和大地構(gòu)造背景,巖石學報,352~357.
[10]辛成華,2013年S1期,大同煤田北部巖漿巖分布規(guī)律研究,煤炭科學技術(shù).
[11]郝阜森,2003年13卷第9期,大同煤田斷裂構(gòu)造及發(fā)育規(guī)律,科技情報開發(fā)與經(jīng)濟.
P5[文獻碼]B
1000-405X(2015)-10-200-3
妙軍科(1968~),男,1988年畢業(yè)于陜西省水利學校,工程師,研究方向為煤田煤礦地質(zhì)及水工環(huán)地質(zhì)。