冀西北紅土梁煤礦區(qū)下花園組“下段”的層位厘定

張樹勝，謝明忠，張果員，李萬陽，范志強(qiáng)

（1.河北省煤田地質(zhì)局第四地質(zhì)隊(duì)，河北宣化 075100；2.河北省煤田地質(zhì)勘查院，河北邢臺(tái) 054000）

冀西北紅土梁煤礦區(qū)下花園組“下段”的層位厘定

張樹勝1，謝明忠2，張果員1，李萬陽1，范志強(qiáng)1

（1.河北省煤田地質(zhì)局第四地質(zhì)隊(duì)，河北宣化 075100；2.河北省煤田地質(zhì)勘查院，河北邢臺(tái) 054000）

通過對(duì)冀西北尚義盆地紅土梁煤礦區(qū)勘查鉆孔巖心分析及地表露頭觀察，發(fā)現(xiàn)該區(qū)含煤巖系原下花園組“下段”與中段之間并不是傳統(tǒng)認(rèn)為的連續(xù)沉積，二者之間有明顯斷層跡象。經(jīng)巖性對(duì)比，雜色之下花園組“下段”與下花園組上覆的九龍山組一致，尤其是“下段”火山巖、泥巖礫石成分，在尚義盆地煤系基底，也就是下花園組沉積的物源區(qū)不存在相應(yīng)巖性，明確排除了該段為下花園組早期沉積的可能性。綜合各方面資料，可以說明下花園組“下段”應(yīng)為九龍山組，是斷層逆沖過程中夾在斷層間的殘片。

層位厘定；下花園組；九龍山組；紅土梁煤礦區(qū)；尚義；冀西北

紅土梁煤礦區(qū)位于河北省西北部的尚義煤田東部，區(qū)內(nèi)分布有張礦集團(tuán)尚義礦業(yè)有限公司所屬的大壩溝、大陽坡、大永勝等生產(chǎn)礦井，并有已關(guān)閉的紅土梁等礦井，含煤地層為侏羅系中統(tǒng)下花園組。含煤巖系出露區(qū)周邊大部分以斷層分隔，北為尚義—平泉深斷裂（F1），東、南為紅土梁—大陽坡逆斷層（F2）（圖1）。以往地質(zhì)資料[1-4]按巖性將本區(qū)下花園組劃分為上、中、下三段：下段為雜色砂礫巖段；中段以灰色砂、泥巖為主，并含有具工業(yè)價(jià)值煤層；上段也為灰色，含較多礫巖，僅含薄煤層和煤線。近期，河北省煤田地質(zhì)四隊(duì)受張礦集團(tuán)委托在該區(qū)進(jìn)行了補(bǔ)充地質(zhì)勘探，在大壩溝和大陽坡礦井深部施工了部分鉆孔并開展了二維地震勘探工作。新的地質(zhì)資料揭示，上述下花園組“下段”并非屬于下花園組，而應(yīng)為紅土梁-大陽坡逆斷層（F2）與其伴生斷層（F2-1）之間的九龍山組“斷片”（圖2）。

紅土梁煤礦區(qū)所產(chǎn)煤類主要為不黏煤和貧煤，屬于優(yōu)質(zhì)動(dòng)力用煤，主要供出口韓國、日本等國，是河北省壩上地區(qū)重要的煤產(chǎn)地。研究該區(qū)地層、構(gòu)造對(duì)指導(dǎo)地質(zhì)勘探和煤礦生產(chǎn)具有現(xiàn)實(shí)意義，并且可為深入研究尚義盆地沉積歷史及尚義-平泉深斷裂的構(gòu)造演化提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

1.1 構(gòu)造

尚義煤田在大地構(gòu)造位置上處于中朝準(zhǔn)地臺(tái)（Ⅰ）、燕山沉陷帶（Ⅱ）、冀西陷折斷束（Ⅲ）、宣龍復(fù)向斜（Ⅳ）、萬全凹陷（Ⅴ）的西北部邊緣。尚義-平泉深斷裂全長(zhǎng)約450 km，為尚義煤田北緣邊界斷層。主要由密集的、平行排列的高角度逆斷層、旁側(cè)逆沖斷層（如F5、F6、F2）、擠壓破碎帶組成。該斷裂發(fā)生于太古宙末，后期活動(dòng)頻繁[11]。紅土梁-大陽坡逆斷層為尚義-平泉深斷裂之旁側(cè)逆沖斷層之一，全長(zhǎng)約25 km，斷層走向由近東西向至北東，為一略向東南突出之弧形逆斷層，斷層面傾向北-北西，地表露頭傾角60°～80°，最大斷距3 000 m。該斷層使下花園組逆沖覆于上侏羅統(tǒng)后城組之上，并構(gòu)成紅土梁煤礦區(qū)的南部和東部邊界。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)略圖Figure 1 Sketch geological map of study area

圖2 A—A＇剖面示意圖Figure 2 A schematic diagram of A-A’section

東溝向斜為軸向近東西向轉(zhuǎn)為北東20°，中部向東南突出的一弧形向斜，長(zhǎng)6～8.5 km。軸部出露地層為后城組，兩翼為九龍山組和下花園組，傾角27°～50°。紅土梁煤礦區(qū)主體位于東溝向斜之東南翼，礦區(qū)總體構(gòu)造形態(tài)為東西—北東向展布、向北西傾斜的單斜構(gòu)造。地層走向?yàn)榻鼥|西向轉(zhuǎn)為北東向，地層傾向由北轉(zhuǎn)為北西，傾角為35°～45°。

1.2 地層

尚義煤田含煤地層下花園組的基底地層是新太古界紅旗營(yíng)子巖群，上覆地層依次為侏羅系中統(tǒng)九龍山組、上統(tǒng)后城組以及第四系。紅旗營(yíng)子巖群為一套主要由花崗片麻巖、黑云母角閃片麻巖、石英長(zhǎng)石片麻巖等組成的古老變質(zhì)巖，主要出露于礦區(qū)北部外圍。新生界分布于溝谷和斜坡地帶，厚度一般小于20 m。下花園組及其上覆地層特征為：

1.2.1 侏羅系中統(tǒng)下花園組

以往地質(zhì)資料依據(jù)紅土梁煤礦區(qū)地表露頭和鉆孔揭露資料將下花園組按巖性劃分為上、中、下三段。

下段為一套沖、洪積相、山麓相沉積。主要由紫紅、灰紫、灰綠色礫巖、砂礫巖及砂質(zhì)泥巖組成，局部為灰色中粗粒石英砂巖、礫巖、砂礫巖。礫石成分以石英巖、片麻巖為主，見中酸性火成巖，礫徑0.2～20 cm，分選性差，磨圓度多呈次棱角狀，少量呈次圓狀。主要為基底式膠結(jié)，砂泥質(zhì)充填，少數(shù)為鈣質(zhì)膠結(jié)。在地表該段以斷層關(guān)系逆沖于后城組之上（圖3a）。本次揭露最大厚度大于340 m。

中段為主要含煤段。巖性主要為灰色、淺灰色、白灰色礫巖、砂礫巖、砂巖，次為灰色、深灰色砂質(zhì)泥巖、泥巖及黑色炭質(zhì)泥巖，泥質(zhì)巖中常含植物化石，含煤6～17層。該段平均厚度350 m。以往有的地質(zhì)資料認(rèn)為中段與下段為不整合接觸關(guān)系。

上段與中段為連續(xù)沉積關(guān)系，巖性主要為淺灰—灰白色礫巖，夾中細(xì)粒砂巖、灰色砂質(zhì)泥巖，少量砂礫巖及炭質(zhì)泥巖，夾煤線，局部含炭化植物化石。平均厚度100 m左右。

1.2.2 侏羅系中統(tǒng)九龍山組

本組為煤系直接蓋層，區(qū)域上與下伏下花園組為平行不整合關(guān)系，研究區(qū)以逆沖斷層（F6）關(guān)系覆于下花園組之上。其巖性主要為紫紅、灰紅色夾灰綠、灰、白灰色礫巖、砂礫巖、中粗粒砂巖，夾少量紫紅色砂質(zhì)泥巖。礫石成分主要為石英巖、片麻巖，上部有火山碎屑巖和沉積巖。多呈次棱角—次圓狀，分選性差，礫徑以5～10 cm者居多，大者可達(dá)30～ 80 cm，砂泥質(zhì)充填或鈣質(zhì)膠結(jié)。厚度大于300 m。

1.2.3 侏羅系上統(tǒng)后城組

主要為黃綠、灰褐、紫紅、黃灰色礫巖，間夾透鏡狀砂巖。礫石成份以角閃片麻巖、花崗片麻巖、黑云母片麻巖為主，少量為石英巖、硅質(zhì)灰?guī)r、千枚巖及紫紅色砂質(zhì)泥巖等。礫石直徑為5～10 cm，最大者可達(dá)1 m以上。上部礫石粗大，下部較小。無分選或分選性極差，泥質(zhì)、凝灰質(zhì)充填，疏松。與下伏九龍山組為平行不整合接觸關(guān)系。厚度大于500 m。

2 下花園組“下段”層位的厘定

下花園組“下段”在地表沿F2斷層呈帶狀斷續(xù)出露于大壩溝井田和原紅土梁煤礦東側(cè)，巖性主要為紫紅色、黃灰色礫巖，夾砂巖和泥巖，以斷層關(guān)系逆沖于后城組之上。與上覆灰色含煤段接觸處的巖石破碎，風(fēng)化嚴(yán)重，界線不清（圖3b）。紅土梁等各礦井在勘探和生產(chǎn)期間先后施工鉆孔60余個(gè)，一般是在揭露到相當(dāng)于6號(hào)煤層的層位即終孔于中段，僅部分鉆孔是在揭露“下段”紅色地層幾米后終孔，沒有一個(gè)鉆孔揭穿“下段”地層。本次補(bǔ)充勘探在大壩溝和大陽坡井深部施工鉆孔6個(gè)，以BK3號(hào)鉆孔揭露“下段”雜色地層厚度最大，為340 m（真厚），其他孔揭露厚度14.60～42.59 m。綜合各鉆孔資料，“下段”巖石特征及其與上覆地層之間接觸關(guān)系論述于下。

（1）多數(shù)鉆孔僅揭露了“下段”頂部地層，其顏色主要為紫紅色，也有綠灰色和黃灰色，巖性有礫巖、砂巖及少量泥巖。BK3孔揭露厚度較大，以礫巖為主，夾細(xì)砂巖和粉砂巖。上部58 m呈黃灰色，其余以紫紅、灰紫色為主，夾綠灰色。礫巖的礫石直徑一般小于50 mm，多數(shù)屬于中礫巖，礫石成分主要為石英巖、花崗片麻巖、片麻巖等變質(zhì)巖，偶見火成巖和泥巖。分選性和磨圓度均較差，礫石多數(shù)呈次棱角狀。砂泥質(zhì)充填，基底式—孔隙式膠結(jié)，因含硅、鈣質(zhì)，巖石一般較堅(jiān)硬致密。多數(shù)礫巖呈厚層塊狀，層理不明顯，部分因夾砂、泥巖條帶顯示出大型交錯(cuò)層理。BK3鉆孔揭露的“下段”中泥質(zhì)巖比例較小，以夾層出現(xiàn)，多數(shù)為紫紅色、綠灰色，少量為灰色，一般呈厚層塊狀，局部顯示水平—緩波狀層理。其他鉆孔揭露的“下段”具有與之類似的巖性特征。這些巖性特征與九龍山組相似，無明顯差別（圖3d，圖3f），但與后城組差異較大（圖3c）。

（2）“下段”與中段之間，不論在顏色上還是巖性上均呈突變關(guān)系。各孔均以中段的灰色砂巖或泥巖，向下突變?yōu)椤跋露巍钡淖霞t色或綠灰色礫巖、泥巖，彼此之間以斷層關(guān)系接觸，斷面兩側(cè)巖石裂隙和動(dòng)力滑面發(fā)育，巖心破碎，破碎帶寬度由幾米至幾十米。

圖3 下花園組“下段”、九龍山組和后城組巖石特征Figure 3 Lithologic characteristics of Xiahuayuan Formation“l(fā)ower sector”,Jiulongshan Formation and Houcheng Formation

各鉆孔揭露的下花園組“下段”的頂部，即與中段接觸部位，當(dāng)其巖性為泥巖和粉砂巖（細(xì)砂巖）時(shí)，一般呈紫紅色且裂隙發(fā)育，巖心破碎；巖性為礫巖或粗砂巖時(shí)，往往呈現(xiàn)為黃灰色，并向下漸變?yōu)榛易仙蜃霞t色，同時(shí)，其巖心比較完整，裂隙不發(fā)育。分析其形成機(jī)理，應(yīng)當(dāng)是粉砂巖和泥巖的硬度和強(qiáng)度與上覆中段地層巖性接近，所以在受力后的破碎程度也相同。而礫巖和砂巖的硬度和強(qiáng)度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上覆巖石，在受力后的破碎程度也小。地表水和地下水沿?cái)鄬訋虻叵聺B透、運(yùn)移過程中，使斷層帶兩側(cè)巖石中的赤鐵礦發(fā)生水化作用，F(xiàn)e2O3轉(zhuǎn)變?yōu)镕e2O3·nH2O，形成褐鐵礦，巖石也由原來的紫紅色變?yōu)辄S灰色。礫巖和砂巖的滲透率一般要高于泥巖和粉砂巖，所以更容易使赤鐵礦水化，形成黃灰色。

（3）上、“下段”地層傾角存在明顯差異。本次施工的6個(gè)鉆孔揭露的下花園組上段和中段地層傾角均在45°左右，但“下段”地層傾角普遍小于25°（圖3g，圖3h，圖4c，圖4e）。

（4）“下段”僅在紅土梁煤礦區(qū)的東側(cè)有出露，并在大壩溝、大陽坡和原紅土梁煤礦井田范圍內(nèi)施工的鉆孔中有揭露。在尚義煤田其他地區(qū)未見出露，鉆孔中也未揭露，如尚義縣城南ZK1號(hào)鉆孔，下花園組灰色含煤地層以角度不整合關(guān)系直接覆于紅旗營(yíng)子巖群變質(zhì)巖之上，變質(zhì)巖頂部4 m具有明顯的古風(fēng)化殼特征（圖4a、圖4b）。

綜上所述，紅土梁煤礦區(qū)所有鉆孔都未發(fā)現(xiàn)下花園組“下段”與中段之間呈連續(xù)過度的正常沉積關(guān)系，相反，無一例外的在顏色、巖性和地層傾角方面表現(xiàn)為突變關(guān)系。尤其是兩段地層接觸面兩側(cè)的巖石裂隙和動(dòng)力滑面發(fā)育、巖心破碎的特征，在表明其屬于斷層關(guān)系的同時(shí)，也排除了二者之間屬于“不整合”關(guān)系的可能——區(qū)域內(nèi)下花園組之下沒有相當(dāng)?shù)牡貙訉游?；不整合不能出現(xiàn)在“組”內(nèi)。地表露頭雖然因風(fēng)化致使斷層面顯示不清晰，但兩段接觸部位兩側(cè)巖石比較破碎，也支持?jǐn)鄬诱f。

“下段”分布面積約10 km2，而尚義煤田面積大于500 km2，相比而言，“下段”分布范圍極其局限。在一個(gè)內(nèi)陸山間盆地中，出現(xiàn)如此巨大的沉積環(huán)境差異，并形成厚度大于340 m的地層，在地質(zhì)理論上難以解釋。

前已述及，紅土梁—大陽坡斷層（F2）為一延展長(zhǎng)度約25 km的逆沖斷層，據(jù)地質(zhì)填圖及鉆孔資料綜合分析，該斷層面地表露頭傾角陡，向下傾角漸變緩，整體斷層形態(tài)為鏟狀?！跋露巍币栽摂鄬訛榻纾鏇_于后城組之上。分隔“下段”與中段的斷層（F2-1），其走向與F2斷層（東段）大致平行，傾向、傾角也一致。根據(jù)區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)及斷層分布規(guī)律分析，該斷層與F2及F5、F6等斷層的性質(zhì)相同，同屬于尚義-平泉深斷裂的旁側(cè)逆沖斷層，只是其規(guī)模較小，可以視為F2的伴生斷層。

圖4 下花園組“下段”與中段界線兩側(cè)巖石特征Figure 4 Lithologic characteristics of both sides of boundary between Xiahuayuan Formation“l(fā)ower sector”and middle sector

“下段”地層僅局限于紅土梁煤礦區(qū)一隅，下花園組內(nèi)沒有其對(duì)應(yīng)層位可以對(duì)比。不論是從巖石組合還是巖性特征，與上覆九龍山組基本一致，沒有本質(zhì)區(qū)別，但與后城組存在較大差異。因此，該層段應(yīng)當(dāng)是在F2和F2-1逆沖過程中，被夾在兩條斷層之間的九龍山組“殘片”。

3 結(jié)論

尚義盆地原下花園組“下段”雜色巖石段為九龍山組。本區(qū)不存在與陽眷組[14]、永定莊組、富縣組[15]可對(duì)比的地層，該結(jié)論對(duì)研究尚義盆地沉積演化史具有重要意義。

本區(qū)下花園組“下段”、中段之間并非連續(xù)沉積關(guān)系，而為斷層關(guān)系，“下段”實(shí)為九龍山組在斷層逆沖過程中夾在斷層帶中的殘片，該觀點(diǎn)對(duì)研究“內(nèi)蒙地軸”與燕山沉陷帶之間的構(gòu)造活動(dòng)提供了啟示，尤其是對(duì)煤炭資源勘查具有重要指導(dǎo)意義。

[1]河北省煤管局138地質(zhì)隊(duì).河北省尚義縣紅土梁勘探區(qū)第一井田地質(zhì)勘探報(bào)告（詳查）[R].河北張家口：河北省煤炭工業(yè)管理局地質(zhì)勘探公司138地質(zhì)隊(duì)，1960.

[2]張家口地區(qū)煤炭工業(yè)公司地質(zhì)隊(duì).河北省尚義煤礦區(qū)紅土梁井田擴(kuò)大延伸補(bǔ)充勘探地質(zhì)報(bào)告（詳查）[R].河北張家口：張家口地區(qū)煤炭工業(yè)公司地質(zhì)隊(duì)，1983.

[3]河北煤田地質(zhì)勘探公司第四地質(zhì)隊(duì).河北省尚義縣城南找煤總結(jié)[R].河北宣化：河北煤田地質(zhì)勘探公司第四地質(zhì)隊(duì)，1990.

[4]張家口地區(qū)地質(zhì)隊(duì).河北省張家口市尚義煤礦大陽坡井礦井地質(zhì)報(bào)告[R].河北張家口：張家口地區(qū)地質(zhì)隊(duì)，1994.

[5]河北省煤田地質(zhì)局第四地質(zhì)隊(duì).河北省尚義煤田1∶2.5萬地質(zhì)填圖總結(jié)[R].河北宣化：河北省煤田地質(zhì)局第四地質(zhì)隊(duì)，1998.

[6]河北省煤田地質(zhì)局第四地質(zhì)隊(duì).河北省尚義煤田煙煤溝區(qū)普查勘探報(bào)告[R].河北宣化：河北省煤田地質(zhì)局第四地質(zhì)隊(duì)，2005.

[7]河北省煤田地質(zhì)局第四地質(zhì)隊(duì).河北省尚義縣紅土梁煤礦外圍區(qū)煤炭資源預(yù)查報(bào)告[R].河北宣化：河北省煤田地質(zhì)局第四地質(zhì)隊(duì)，2008.

[8]河北省煤田地質(zhì)局第四地質(zhì)隊(duì).河北省尚義縣小蒜溝區(qū)煤炭預(yù)查報(bào)告[R].河北宣化：河北省煤田地質(zhì)局第四地質(zhì)隊(duì)，2012.

[9]河北省煤田地質(zhì)局第四地質(zhì)隊(duì).河北省尚義縣城南區(qū)煤炭預(yù)查報(bào)告[R].河北宣化：河北省煤田地質(zhì)局第四地質(zhì)隊(duì)，2014.

[10]河北省煤田地質(zhì)局第四地質(zhì)隊(duì).張礦集團(tuán)尚義礦業(yè)有限公司地質(zhì)補(bǔ)充勘探總結(jié)[R].河北宣化：河北省煤田地質(zhì)局第四地質(zhì)隊(duì)，2016. [11]河北省地質(zhì)礦產(chǎn)局.河北省北京市天津市區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社，1989.

[12]河北省地質(zhì)局第三地質(zhì)大隊(duì).張家口地質(zhì)[R].河北張家口：河北省地質(zhì)局第三地質(zhì)大隊(duì)，1980.

[13]河北省地礦局第三地質(zhì)大隊(duì)，張家口市國土資源局.張家口地質(zhì)礦產(chǎn)[M].北京：地質(zhì)出版社，2013.

[14]謝明忠，張樹勝，田桂堃.冀西北侏羅系一個(gè)新的地層單位—陽眷組[J].地層學(xué)雜志，1996，20（2）：134-137．

[15]中國地層典編委會(huì).中國地層典（侏羅系）[M].北京：地質(zhì)出版社，2000：13-129．

Horizon Redefinition of Xiahuayuan Formation“Lower Sector”in Hongtuliang Coalmine Area,Northwestern Hebei

Zhang Shusheng1,Xie Mingzhong2,Zhang Guoyuan1,Li Wanyang1and Fan Zhiqiang1
(1.The Fourth Exploration Team,Hebei Bureau of Coal Geological Exploration,Xuanhua,Hebei 075100; 2.Hebei Provincial Coal Geological Exploration Institute,Xingtai,Hebei 054000)

Through exploration borehole core analysis and surface outcrop survey in the Hongtuliang coalmine area,Shangyi Basin, northwestern Hebei have found that the coal-bearing strata Xiahuayuan Formation“l(fā)ower sector”and middle sector is not originally considered continuous depositions,between them has obvious fault evidence.After lithologic correlation,variegated Xiahuayuan Formation“l(fā)ower sector”is consistent with the overlying Jiulongshan Formation,especially,the“l(fā)ower sector”volcanic rock,mudstone gravel composition,in Shangyi Basin coal measures basement,that is Xiahuayuan Formation deposit provenance,corresponding lithology inexistence.Thus expressly excludes possibility of the“l(fā)ower sector”is Xiahuayuan Formation early deposition.Integrated information from various aspects can determine the“l(fā)ower sector”should be belonged to Jiulongshan Formation,a kind of fragments sandwiched in fault during thrusting process.

horizon redefinition;Xiahuayuan Formation;Jiulongshan Formation;Hongtuliang coalmine area;Shangyi,northwestern Hebei

P534.52

A

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.02.02

1674-1803(2017)02-0006-05

張樹勝（1961—），男，教授級(jí)高工，畢業(yè)于北京煤礦學(xué)校，從事煤田地質(zhì)勘查和研究工作。

2016-09-19

責(zé)任編輯：宋博輦