古河流沖蝕對廣旺礦區(qū)煤系分布的影響

黃祥寬

（四川廣旺能源發(fā)展（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，四川廣元 628017）

·煤田地質(zhì)·

古河流沖蝕對廣旺礦區(qū)煤系分布的影響

黃祥寬

（四川廣旺能源發(fā)展（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，四川廣元 628017）

廣旺礦區(qū)開采歷史悠久，淺部資源所剩不多。受多期次構(gòu)造影響，煤層賦存條件復(fù)雜，煤系受沖蝕現(xiàn)象普遍。為延續(xù)礦區(qū)煤炭生產(chǎn)，通過收集現(xiàn)有勘查、研究成果及礦井生產(chǎn)過程中形成的地質(zhì)資料，對影響礦區(qū)煤層穩(wěn)定性的主要地質(zhì)因素——古河流沖蝕進(jìn)行分析研究，確定了沖積物源區(qū)主要為秦嶺造山帶，沖積方向總體為自北向南，聚煤中心在不同的時(shí)段東西各異，遷移頻繁。須三段以廣旺礦區(qū)中西部的白水—揀銀巖—楊家?guī)r為聚煤中心，須四段以礦區(qū)中部的陳家?guī)X—唐家河為聚煤中心，須五段以礦區(qū)東部的趙家壩—代池壩為聚煤中心。而白田壩組由于同期和后期沖刷，聚煤中心又分為礦區(qū)西部的寶輪院—楊家?guī)r、中部的白水—陳家?guī)X—唐家河兩個(gè)。明確了廣旺礦區(qū)富煤區(qū)沿東西走向的間斷式分布特征。

煤系；古河流沖蝕；影響；廣旺礦區(qū)

廣旺礦區(qū)煤炭開采歷史悠久，但對煤系有關(guān)地質(zhì)構(gòu)造演化、沉積環(huán)境分析及對含煤的影響等方面基礎(chǔ)研究不足，加之處于南北向構(gòu)造帶與東西向構(gòu)造帶交會(huì)處，受多期次構(gòu)造影響，煤層沉積環(huán)境動(dòng)蕩、賦存條件復(fù)雜，煤系受沖蝕現(xiàn)象普遍。為指導(dǎo)礦區(qū)深部資源勘探工作，對整個(gè)礦區(qū)的煤系賦存狀況進(jìn)行分析研究，特別是對煤系廣泛分布的古河流沖刷帶進(jìn)行研究，對認(rèn)識煤系賦煤規(guī)律、開展深部資源勘探等具有重要的指導(dǎo)作用。

1 廣旺礦區(qū)煤層賦存概述

廣旺礦區(qū)大致沿東西走向分布于川北廣元、旺蒼、南江等市（縣），礦區(qū)含煤巖系主要為上三疊統(tǒng)須家河組、中下侏羅統(tǒng)白田壩組。其中礦區(qū)西端的寶輪院井田煤層為中、下侏羅統(tǒng)白田壩組，煤層薄、煤層厚度不穩(wěn)定、夾矸多、煤質(zhì)差。礦區(qū)中東部煤層為上三疊統(tǒng)須家河組，煤層厚度較穩(wěn)定，但煤層薄、夾矸多，煤層內(nèi)在灰分高。

廣旺礦區(qū)的煤種分別為長焰煤、焦煤、貧瘦煤、貧煤、無煙煤等。由于廣旺礦區(qū)為陸相含煤沉積，因此煤層薄、穩(wěn)定性差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜（圖1）。礦區(qū)有可采或局部可采煤層共27層，煤層傾向（由西到東）從東南、西南、南、東南依次漸變，在平面圖上呈橫臥反寫的緩S型，煤層厚度0.30～2.00 m，一般為0.40～1.20 m，屬極薄煤層和薄煤層。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般由3～5個(gè)煤分層組成；煤層延續(xù)3～5 km即尖滅，僅少數(shù)超過10 km，煤層層位對比困難。

圖1 廣旺礦區(qū)主要構(gòu)造及井田分布簡圖Figure 1 A sketch of main structures and minefields distribution in Guangwang mining area

煤層傾角8°～63°，總體上呈西緩東陡的趨勢，西端的寶輪院井田較緩（＜25°），中東端的代池壩、唐家河井較陡（25°～45°），趙家壩井田大于45°。

2 地質(zhì)構(gòu)造

2.1 構(gòu)造分期

廣旺礦區(qū)米倉山構(gòu)造帶在成煤期前后（中-新生代）構(gòu)造演化，可分為6個(gè)主要階段[1]，即：晚三疊世之前的前碰撞期、晚三疊世至早侏羅世之間的同碰撞期、中侏羅世至早白堊世早期之間構(gòu)造平靜期、白堊紀(jì)期間的陸內(nèi)變形期、古新世至始新世早期的疊加構(gòu)造變形期、始新世晚期以來的整體隆升期。不同階段分別對廣旺礦區(qū)的含煤建造的海相碳酸鹽巖基底、復(fù)雜的含煤建造沉積結(jié)構(gòu)、被北東向走滑構(gòu)造左旋錯(cuò)斷的東西向沖斷構(gòu)造級褶皺構(gòu)造控制下的單斜主體構(gòu)造、含煤建造沉積蓋層的疊加改造及剝蝕，起著決定性的控制作用。

2.2 構(gòu)造控制下的古地理環(huán)境

與構(gòu)造演化相對應(yīng)，在四川盆地晚三疊世古地理環(huán)境（圖2）總體控制下，廣旺礦區(qū)含煤建造受三個(gè)區(qū)域性的不整合面的控制和影響，即：雷口坡組（T3l）與須家河組（T3xj）之間、須家河組（T3xj）與白田壩組（J1-2b）之間、蓬萊鎮(zhèn)組（J3p）與劍門關(guān)組（K1j）之間。三個(gè)不整合面在米倉山南緣地區(qū)體現(xiàn)為平行不整合，表明中三疊世至早白堊世時(shí)期，米倉山地區(qū)升降運(yùn)動(dòng)頻繁，水平運(yùn)動(dòng)較弱。

圖2 四川盆地晚三疊世古地理略圖（據(jù)施振生等[5]）Figure 2 Late Triassic paleogeographic sketch map of Sichuan Basin(after Shi Zhensheng et al)[5]

朱如凱等認(rèn)為，晚三疊世的四川盆地具有雙物源-造山帶和克拉通，上三疊統(tǒng)以三角洲和湖泊沉積體系為主，須家河組一段、三段、五段主要為湖泊沉積體系，二段、四段、六段為三角洲體系[13]。程立雪對廣元地區(qū)須家河組研究確立了沖積扇、河流、湖泊三角洲、湖泊、海相三角洲、海岸等六種沉積體系類型，須家河組一段、二段為海陸過渡相→海相沉積模式，三段、四段、五段為盆周邊緣沖積扇→河流→三角洲/扇三角洲→湖泊沉積模式，具體又細(xì)分為沖積扇→辮狀河三角洲→湖泊、沖積扇→扇三角洲→湖泊兩種沉積模式[17]。

動(dòng)蕩的古地理沉積環(huán)境，造就了廣旺礦區(qū)煤層灰分高、煤層分岔頻繁、煤層沖刷多見，煤層對比困難的幾大特征。

3 煤系受沖蝕狀況

3.1 煤系基底沖刷

廣旺礦區(qū)須家河組煤系以下發(fā)現(xiàn)兩組沖刷，對煤系基底進(jìn)行改造和控制。

表1 廣旺礦區(qū)地層簡表Table 1 Simplified Guangwang mining area stratigraphic time table

須家河組第一段（T3xj1）與雷口坡組（T2l）間的沖刷。T3xj1由灰色、黃色、灰黑色薄層泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖夾薄煤層、煤線等組成。中部夾一層厚約1～10余米灰白色石英砂巖，質(zhì)純、堅(jiān)硬、層位穩(wěn)定，局部有煤層賦存其下。往下與雷口坡組間的沖刷不整合，主要控制煤系基底。

在旺蒼東河剖面，銅街子組頂部為花崗巖、灰?guī)r、泥灰?guī)r、硅質(zhì)巖成份的半棱角-半磨圓礫石組成的礫巖，沈中延等分析認(rèn)為屬山麓河流堆積，揭示出雷口坡組與銅街子組間存在一個(gè)不整合面[9]。

3.2 煤系蓋層沖刷

須家河組與白田壩組間的不整合，控制了煤系頂界發(fā)育。因此，廣旺礦區(qū)主要含煤為須家河組。盡管在廣旺礦區(qū)西段的寶輪院井田、中段的唐家河井田、東段的代池壩井田的下侏羅統(tǒng)白田壩組有局部可采煤層，但受白田壩組第二段（J1-2b2）與第一段（J1-2b1）間、千佛崖組與白田壩組（J1-2b3）間、下沙溪廟組與千佛崖組（J2q）間、上沙溪廟組（J2s）與下沙溪廟組（J2xs）間自下往上發(fā)育的四組沖刷作用，白田壩組的煤層不僅分布零散，且煤層薄、夾矸多、灰份高，規(guī)模開采的價(jià)值?。▓D3）。

3.3 煤系同期主要沖刷期次及分布

由于沖積扇、三角洲、辮狀河三角洲的廣泛分布，廣旺礦區(qū)的含煤巖系-上三疊統(tǒng)須家河組、中下侏羅統(tǒng)白田壩組，含煤巖系受沖蝕的狀況不僅發(fā)生在組與組之間，組內(nèi)不同巖層也存在沖刷作用。這是廣旺礦區(qū)煤層零散、斷續(xù)分布的主要原因，煤巖層對比困難。

為了更清楚的顯示沖刷對含煤地層的影響，將廣旺礦區(qū)各主要井田煤層及粗碎屑巖分布自西向東列表（表2）。

圖3 廣旺礦區(qū)須家河組主要沖刷示意圖Figure 3 A schematic diagram of main scouring in Xujiahe Formation,Guangwang mining area

從表2中可以看出，廣旺礦區(qū)主要含煤地層內(nèi)自東向西存在三個(gè)主要沖刷面（不整合面，表中虛線表示）。即須家河組三段與四段之間、須家河組四段與須家河組五段之間（礦區(qū)中西部）、須家河組與白田壩組之間，三大沖刷面對煤層的分布起主要控制作用。其中，須家河四段與須家河三段之間、須家河組與白田壩組之間兩大沖刷貫穿整個(gè)礦區(qū)。特別是須家河組四段、須家河組五段二亞段的巨大砂體的影響和控制，廣旺礦區(qū)聚煤中心在不同的時(shí)段東西各異，遷移頻繁。須家河組三段以廣旺礦區(qū)中西部的白水-揀銀巖-楊家?guī)r為聚煤中心，須家河組四段以礦區(qū)中部的陳家?guī)X-唐家河為聚煤中心，須五段以礦區(qū)東部的趙家壩-代池壩為聚煤中心。而白田壩組由于同期和后期沖刷，聚煤中心又分為礦區(qū)西部的寶輪院-楊家?guī)r、中部的白水-陳家?guī)X-唐家河兩個(gè)。自須家河三段、四段、五段，至白田壩組，地層由老到新，整個(gè)礦區(qū)主要聚煤中心在沖刷帶的控制下，呈現(xiàn)出礦區(qū)中西段、礦區(qū)中段、礦區(qū)東段，以及礦區(qū)西段和中段“擺動(dòng)式”的分布現(xiàn)象。

3.4 沖刷物源區(qū)

孫東[1]研究表明，須家河組、白田壩組內(nèi)廣泛分布的礫巖物源并非來自米倉山構(gòu)造帶，可能來自更北側(cè)的秦嶺造山帶。淡永[8]等根據(jù)野外剖面和鉆井剖面研究發(fā)現(xiàn)，米倉山—大巴山前緣上三疊統(tǒng)須家河組四段（須四段）中廣泛發(fā)育的以硅質(zhì)巖礫石為主的礫巖層，為一套沖積扇礫巖，其礫石也來源于南秦嶺地區(qū)。王金琪[10]研究認(rèn)為，須下盆沉積物源以北方秦嶺為主，其次是康滇古陸，而非西北方的“古龍門山”。結(jié)合構(gòu)造演化和四川盆地古地理環(huán)境，廣旺礦區(qū)須家河組、白田壩組含煤巖系沖刷物源，主要來源于秦嶺造山帶。

表2 廣旺礦區(qū)各主要井田主要煤、巖層層位分布表（自西向東）Table 2 Data sheet of each main minefield main coal seams and strata horizons distribution in Guangwang mining area(from west to east)

3.5 沖刷方向

米倉山上三疊統(tǒng)須家河組四段沖積扇礫巖，礫石分選較差，磨圓相對較好，礫巖層為0～70 m，由北東向南西減薄[8]。印支早幕，龍門山及川西北地區(qū)，作為西秦嶺縫合帶及盆中、漢南隆起間的海灣，沉積主體是河流碎屑物自北向南、西南對海灣進(jìn)行充填[10]，結(jié)合物源區(qū)及沉積區(qū)北南分布的位置關(guān)系，以及沉積物分布的指向，廣旺礦區(qū)煤系主要受沖刷方向?yàn)楸?南或北東-南西方向（圖4）。廣旺礦區(qū)多年的生產(chǎn)實(shí)踐資料證明，煤層沿東西走連續(xù)性差、呈幾百米、數(shù)千米至十千米的間斷式分布，且沿東西方向的煤層巖層對比困難；而沿自北而南的傾向方向煤層相對穩(wěn)定，變化較小。煤層分布特征與沖刷方向一致。

圖4 晚三疊世晚期(T3xj4-6)川北廣元沉積模式及河流發(fā)育特征(據(jù)李偉[20])Figure 4 Sedimentary model and channel development features in Guangyuan,northern Sichuan during later Late Triassic Epoch (T3xj4-6)(after Li Wei)[20]

4 煤層受古河流沖蝕的影響

廣旺礦區(qū)共有可采或局部可采煤層共27層，但由于受古河流沖蝕的影響，造成礦區(qū)內(nèi)各井田煤層的差異性賦存特征。具體呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)。

煤層穩(wěn)定性差，跨井田煤巖組對比困難。受古河流沖刷的影響，廣旺礦區(qū)原始成煤環(huán)境十分動(dòng)蕩，造成自西往東的二十余個(gè)井田（礦段），煤層延續(xù)3～5 km即尖滅，僅少數(shù)超過10 km，煤層層位對比困難。

煤種呈現(xiàn)區(qū)塊性分布，井田與井田間煤種出現(xiàn)差異，但基本呈現(xiàn)按變質(zhì)程度的高低自西向東由低到高的變化趨勢，如寶輪井田、凡家?guī)r井田、楊家?guī)r井田以長焰煤和氣煤為主，王家溝、須家河井田以肥煤、肥氣煤為主，中部的榮山、揀銀巖及白水井田以肥煤、肥焦煤、焦煤為主，往東唐家河井田焦煤為主，再往東的趙家壩、代池壩則以瘦煤、貧瘦煤為主，直到東端的南江縣水洞井田則為無煙煤。

煤質(zhì)分布與煤巖組地層受沖刷程度大致呈反比例關(guān)系，煤巖組地層受沖刷程度高的區(qū)域，煤層的煤質(zhì)較差，受沖刷程度低的區(qū)域，煤質(zhì)較好。從廣旺礦區(qū)總體上看，西端受沖刷程度高，煤質(zhì)較差，東端受沖刷程度低，煤質(zhì)較好。從局部上看，寶輪院井田受沖刷程度高，煤質(zhì)較差，中、東端的榮山、唐家河等井田，受沖刷程度相對較低，煤質(zhì)較好。

煤層的缺失，三疊紀(jì)早、中期受緯向構(gòu)造帶（秦嶺）的影響，以南北向沖刷為主沉積特征，從而導(dǎo)致各井田三疊系煤層沿走向（總體上近東西）變化較大，連續(xù)性差，可采范圍間斷性出現(xiàn)；三疊紀(jì)后期及侏羅紀(jì)早期，受經(jīng)向構(gòu)造帶（燕山運(yùn)動(dòng)，青藏高原向東擠壓龍門山脈抬升）的影響，以西東向沖刷為主沉積特征，以致西端三疊系受到嚴(yán)重沖刷，含煤地層被沖蝕。

5 特征層位的找煤意義

根據(jù)廣旺礦區(qū)煤層受古河流沖刷的特征規(guī)律，可通過對礦區(qū)粗粒巖的分布規(guī)律，結(jié)合古構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的演化過程，可以從總體上把握礦區(qū)的含煤性及煤層分布規(guī)律，對礦區(qū)的深部煤層的勘查，具有重要的指示性意義。

具體地講，廣旺礦區(qū)西部，因在燕山期及以后的西東向沖刷作用的影響下，最主要的含煤地層須家河組第五段（T3xj5）缺失不全，如寶輪井田僅余須家河組第三段（T3xj3）與其上的白田壩（J1-2b1）呈不整合接觸，該兩段均含煤，但煤層薄且不穩(wěn)定，可采系數(shù)低，煤質(zhì)差，難以規(guī)模化開采，深部找煤意義不大。而廣旺礦區(qū)東部因以北南向的古沖刷作用為主，雖然造成須家河組及部分白田壩組的煤層沿走向變化大，呈現(xiàn)沿東西走向上的間斷不可采段，但在傾向上，各主要煤層的煤厚變化小，因而其深部的找煤意義要比西部大得多。

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Impact from Paleochannel Scouring on Coal Measures Distribution in Guangwang Mining Area

Huang Xiangkuan
(Production Technology Department,Sichuan Guangwang Energy Development(Group)Co.Ltd.,Guangyuan,Sichuan 628017)

Coal exploitation in the Guangwang mining area is time-honored with shallow part resource not much left.Coal hosting condition is complex,because of multi-staged tectonic movement;coal measures scouring phenomena are common.To continue coal production in the area has carried out analytic study on the paleochannel scouring,one of major geological factors impacting coal seam stability in the area through collecting and sorting of available geological data from exploration,studied results and mining production.The study has determined that the provenance mainly from the Qinling orogenic belt with water-current orientation from north to south as a whole,coal accumulation center frequently migrated in east or west from time to time.In the third member of Xujiahe Formation,coal accumulation center is in the midwest part of Guangwang mining area Baishui—Jianyinyan—Yangjiayan district;in the fourth member is in the middle part Chenjialing—Tangjiahe district,in the fifth member is in the east part Zhaojiaba—Daichiba district.While in the Baitianba Formation,since synchronous and succeeding scouring,coal accumulation center can be partitioned into two:west part Baolunyuan—Yangjiayan district and middle part Baishui—Chenjialing—Tangjiahe district.The study has determined that the coal-rich zones in the mining area have discontinuous distribution features from east to west,thus can guide and promote deep part resources exploration from theoretical probing.

coal measures;paleochannel scouring;impact;Guangwang mining area

P618.11

A

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.02.01

1674-1803(2017)02-0001-05

黃祥寬（1966—），男，四川瀘縣人，教授級高級工程師，工程碩士，1989年畢業(yè)于湘潭礦業(yè)學(xué)院（現(xiàn)湖南科技大學(xué)）煤田地質(zhì)與勘查專業(yè)，主要從事煤田地質(zhì)、礦井地質(zhì)及技術(shù)管理工作。

2016-08-19

責(zé)任編輯：宋博輦