準(zhǔn)格爾煤田構(gòu)造特征及聚煤規(guī)律研究

馮翠榮+馬海軍

摘要：準(zhǔn)格爾煤田位于華北板塊之鄂爾多斯盆地東北邊緣，煤田總的構(gòu)造輪廓為一個(gè)東部隆起，西部凹陷，走向近似南北，向西傾斜的單斜構(gòu)造。本文揭示了準(zhǔn)格爾煤田構(gòu)造格局具有南北分區(qū)的基本特征，建立了5級(jí)賦煤構(gòu)造單元?jiǎng)澐址桨?；根?jù)區(qū)域不整合面和區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力轉(zhuǎn)化面，將研究區(qū)含煤巖系劃分為兩個(gè)二級(jí)層序構(gòu)造層序，分別對(duì)應(yīng)于下部的太原組下段主體和上部的太原組—山西組；其中二級(jí)層序進(jìn)一步識(shí)別出3個(gè)三級(jí)層序；揭示了含煤巖系的沉積環(huán)境，分析了準(zhǔn)格爾煤田晚石炭—早二疊世各層序的聚煤規(guī)律，找出了各煤層富煤帶中心的分布。

關(guān)鍵詞：準(zhǔn)格爾煤田；賦煤構(gòu)造單元；聚煤規(guī)律

The structure characterristics and Coal Accumulating Law of Zhungeer coalfield

FengcuirongMahaijun

Coal Geological Survey Institute of Inner MongoliaHohhot010000

Abstract：coalfield is located in the northeast edge of North China plate in Erdos Basin， coal total tectonic outline for an Eastern uplift， western depression， to approximately north-south， tilt westward monocline. This paper reveals the Zhungeer coalfield structure with the North-South Division basic features， the establishment of the 5 coal tectonic unit division scheme； according to the regional unconformity surface and regional tectonic stress change face， the study area coal-bearing strata are divided into two two order sequences tectonic sequence， respectively corresponding to the lower portion of the Benxi group and the main the upper section of the Taiyuan - Shanxi group； wherein the two order sequence further identified 3 three order sequences； reveals the coal-bearing strata sedimentary environment analysis of Zhungeer coalfield， the late Carboniferous-Early Permian coal accumulation law of each sequence， find out the coal seam coal rich zone center distribution.

Keyword： Zhungeer coalfield； coal structure unit； the rule of coal gathering

引言

準(zhǔn)格爾煤田位于內(nèi)蒙古西南部鄂爾多斯高原的東北邊緣，行政隸屬于鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗。煤田北起東孔兌鄉(xiāng)，南至馬柵一帶，東臨黃河，西至納林陶亥鎮(zhèn)、罕臺(tái)鎮(zhèn)一帶，與東勝煤田相接。準(zhǔn)格爾煤田處于鄂爾多斯盆地的次級(jí)構(gòu)造單元—準(zhǔn)格爾撓褶，總體構(gòu)造是一個(gè)走向近于南北，傾角15°以下，具有波狀起伏的向西南傾斜的單斜構(gòu)造，含煤巖系總體傾向西南，與準(zhǔn)格爾煤田結(jié)晶基底的總體形態(tài)基本一致[1]。準(zhǔn)格爾煤田屬石炭二疊紀(jì)煤田，石炭紀(jì)含煤地層主要包括太原組下段和太原組上段，為本區(qū)主要含煤地層；其次為二疊系下統(tǒng)山西組。之前對(duì)準(zhǔn)格爾煤田煤質(zhì)的研究較多，對(duì)整個(gè)煤田構(gòu)造及聚煤規(guī)律的研究較少。因此，深入研究準(zhǔn)格爾煤田構(gòu)造、層序地層特征及其沉積環(huán)境特征，揭示石炭—二疊系煤田聚煤規(guī)律特征，對(duì)今后準(zhǔn)格爾煤田煤炭資源開(kāi)發(fā)具有重要意義。

1.區(qū)域構(gòu)造背景

準(zhǔn)格爾煤田大地構(gòu)造位置位于鄂爾多斯盆地伊盟隆起的東北緣（圖1）。早、中奧陶世，地殼整體下降，海水入侵，到中奧陶世末，華北大陸板塊受加里東運(yùn)動(dòng)的影響，整體上升，形成大陸，處于古隆起剝蝕狀態(tài)[2]。經(jīng)歷了早古生代強(qiáng)烈的風(fēng)化剝蝕，致使區(qū)內(nèi)缺失了早古生代、泥盆紀(jì)及早石炭世的地層。晚石炭世到三疊紀(jì)晚期，地殼緩慢升降，全區(qū)才開(kāi)始下降接受沉積，形成太原組和山西組煤層。在此期間，整個(gè)盆地北部具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和繼承性，表現(xiàn)出克拉通盆地的發(fā)育特征，地層產(chǎn)狀平緩，地形變化較小。早白堊世早期區(qū)內(nèi)發(fā)生了強(qiáng)烈的抬升，經(jīng)過(guò)這次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的改造，造成了研究區(qū)與東勝煤田的差異性沉積，同時(shí)在西低東高的構(gòu)造格局下形成了西厚東薄的地層形態(tài)。到晚白堊世，由于燕山運(yùn)動(dòng)的影響，使本區(qū)地層發(fā)生了平緩的波狀褶皺和斷裂[3]，且伴隨巖漿活動(dòng)，在東孔兌普查區(qū)的北部及小魚(yú)溝勘探區(qū)西北部鉆孔中的志丹群下部發(fā)現(xiàn)玄武巖[4]。晚白堊世—古新世，區(qū)內(nèi)又經(jīng)歷了一次以擠壓隆升為主的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，白堊系部分地層剝蝕殆盡。由于板塊處于西太平洋強(qiáng)烈活動(dòng)帶中，多次發(fā)生的燕山運(yùn)動(dòng)遍及全區(qū)，最后形成了北東向的構(gòu)造帶。新生代的地表運(yùn)功特點(diǎn)與中生代基本一致，它的構(gòu)造線方向仍以北東東向?yàn)橹?。燕山運(yùn)動(dòng)晚期，地殼再度上升，形成今日地貌的雛形。endprint

2.煤田構(gòu)造格局

2.1斷裂與褶皺

準(zhǔn)格爾煤田地層整體向南西方向傾斜，發(fā)育北西向的褶皺和斷裂構(gòu)造。準(zhǔn)格爾煤田內(nèi)斷裂構(gòu)造不發(fā)育，僅見(jiàn)到幾條稀疏的張性斷層，且集中分布在煤田中部，主要有龍王溝正斷層、焦稍溝正斷層、田家石畔正斷層等。該區(qū)構(gòu)造的發(fā)育具有規(guī)律性，斷層的活動(dòng)具有由黃河一帶向盆地方向減弱的趨勢(shì)，黃河邊發(fā)育正斷層，而向西方向逐漸為撓曲構(gòu)造，撓曲構(gòu)造發(fā)育的最新地層為侏羅系[5]。褶曲、斷裂、撓曲等構(gòu)造線方向以北西向?yàn)橹?，如田家石畔正斷層，由榆?shù)灣開(kāi)始向北西方向延伸約20km，斷面傾向南西，下降盤(pán)地層傾角可達(dá)70°～80°，斷距約200m。區(qū)內(nèi)斷裂多數(shù)發(fā)生在淺部，造成奧陶系灰?guī)r與煤系地層直接接觸，對(duì)煤層開(kāi)采有一定影響。

準(zhǔn)格爾地區(qū)構(gòu)造特征以老趙山梁背斜為界，南北有一定的差異。該背斜與雙棗子向斜相伴而生，位于榆樹(shù)灣以北老趙山梁—馬場(chǎng)嘴一帶，呈東西向傾伏，東接呂梁山，延伸約30km，軸部出露奧陶紀(jì)灰?guī)r，兩翼為煤系地層。老趙山梁背斜往北至楊四圪嘴地層走向北東至北北東，傾向北西一般傾角5°～15°。準(zhǔn)格爾礦區(qū)煤田中東部發(fā)育有軸向呈NNE的短軸背向斜，如窯溝背斜、東溝向斜、西黃家梁背斜、焦家圪卜向斜、賈巴壕背斜。南部有走向近E-W的老趙山梁背斜、雙棗子向斜，軸向呈NWW的田家石畔背斜、沙溝背斜、沙溝向斜，走向近S-N的罐子溝向斜。斷裂、撓曲方向與呂梁山和呼和浩特—河曲斷裂方向一致，多為北北東向。

2.2賦煤構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/p>

準(zhǔn)格爾煤田屬于華北賦煤構(gòu)造區(qū)內(nèi)鄂爾多斯盆地北部賦煤構(gòu)造帶內(nèi)的三級(jí)賦煤構(gòu)造單元。準(zhǔn)格爾煤田的基本構(gòu)造特征具有分段性，從煤系賦存狀況為出發(fā)點(diǎn)，根據(jù)研究區(qū)沉積、斷裂構(gòu)造展布特點(diǎn)，北部以窯溝—西黃家梁北東向構(gòu)造帶為界，南部以老趙山梁—田家石畔構(gòu)造帶為界，將準(zhǔn)格爾煤田由北至南劃分為三個(gè)段：A北部含煤段；B中部含煤段；C南部含煤段。劃分方案見(jiàn)表1，圖2。

3.層序地層特征

層序地層格架的建立主要依賴于關(guān)鍵沉積層面的識(shí)別及其中沉積相的配置關(guān)系的分析[6]。針對(duì)準(zhǔn)格爾煤田石炭—二疊紀(jì)含煤地層的巖相及區(qū)域性構(gòu)造不整合面、河流沖刷面、河道砂體的發(fā)育特征等，在本次研究中提出3個(gè)三級(jí)層序（SQ1-SQ3）的劃分方案，并建立了準(zhǔn)格爾煤田的石炭—二疊紀(jì)層序地層格架。晚石炭—早二疊世早期主要為一套陸表海障壁海岸沉積，晚期隨著海水的退去，發(fā)育近海河流—三角洲沉積體系，總體為一海平面下降、盆地進(jìn)積的沉積序列[7]；根據(jù)區(qū)域不整合面和區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力轉(zhuǎn)化面將研究區(qū)含煤巖系劃分為兩個(gè)二級(jí)層序構(gòu)造層序，分別對(duì)應(yīng)于下部的太原組下段主體和上部的太原組上段—山西組；其中二級(jí)層序進(jìn)一步識(shí)別出3個(gè)三級(jí)層序（SQ1-SQ3），太原組下段底至太原組上段9號(hào)煤層底為SQ1，9號(hào)煤層底至太原組頂界為SQ2，山西組獨(dú)立劃分為SQ3（如圖3）。

由圖3可以看出，層序1、層序2沉積時(shí)期主要為陸表海盆地有障壁海岸沉積，三角洲沉積體系次之，只發(fā)育高位體系域和海侵體系域，低位體系域在華北陸表海東部發(fā)育，未延伸到研究區(qū)；層序3沉積期海水退卻，盆地演化為陸相，主要發(fā)育河流—三角洲沉積體系，發(fā)育低水位、海侵和高位體系域。

4.晚石炭—早二疊世含煤盆地聚煤規(guī)律

準(zhǔn)格爾煤田含煤地層層序地層格架中，層序I沉積期主要處于瀉湖、潮坪、障壁島沉積環(huán)境，煤層極不發(fā)育，僅有部分薄煤層；層序II煤層主要發(fā)育在海侵體系域早期，該期構(gòu)造較穩(wěn)定，可容空間的增加速率與泥炭堆積速率達(dá)到平衡，有利于煤層的發(fā)育，形成了煤田范圍內(nèi)廣泛分布的8、9號(hào)煤層，以及極為發(fā)育的6號(hào)煤層；在層序III沉積期，煤層主要發(fā)育在海（湖）侵體系域早期，該時(shí)期可容空間逐步增大，能夠?yàn)槟嗵慷逊e提供場(chǎng)所，利于聚煤作用發(fā)生，形成5號(hào)煤層。

4.1晚石炭—早二疊世層序I聚煤規(guī)律

準(zhǔn)格爾煤田層序I沉積期包括太原組上段9號(hào)煤底板至太原組下段之底全部地層，其中太原組一段中幾乎不含具有工業(yè)價(jià)值的煤層，主要煤層為太原組下部的10號(hào)煤。該時(shí)期煤層總厚度較小，一般在1.4m以內(nèi)，主要集中于劉三圪旦井田附近，主要沉積環(huán)境為三角洲平原，另外龍口鎮(zhèn)、榆樹(shù)灣一帶也有少許煤層發(fā)育，厚度均在1.2m以內(nèi)（圖4）。

4.2晚石炭—早二疊世層序II聚煤規(guī)律

該時(shí)期的巖相古地理格局主要表現(xiàn)為西部主要為泛濫平原，東部以砂巖含量的高值為河道依據(jù)，劃分出主體河道，南北向?yàn)橹?。在青春?45號(hào)鉆孔附近向南分叉形成曲流河三角洲以南河流分叉，演變?yōu)榍骱尤侵蓿l(fā)育三角洲平原。層序2沉積期物源方向由北向南，海侵方向由東北逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闁|南方向。準(zhǔn)格爾煤田層序II沉積期主要包括太原組9號(hào)煤底板至北岔溝砂巖之底的全部地層，該層序含有準(zhǔn)格爾煤田最為重要的煤層：6號(hào)和9號(hào)煤層。該層序煤層厚度較大，平均值達(dá)到20.7m，富煤中心一個(gè)位于黑岱溝—酸刺溝—西蒙蒙達(dá)一帶，呈E-N方向，另一個(gè)為孔兌溝一帶。煤層主要發(fā)育在在河流—三角洲沉積體系背景下，有利的泥炭聚集區(qū)位于三角洲平原、分流間灣附近（圖5）。

準(zhǔn)格爾煤田6號(hào)煤在山西省河?xùn)|煤田分叉成9號(hào)、10號(hào)、11號(hào)、12號(hào)煤層，這種自北而南的煤層分叉是由于自南而北的海水入侵造成的，海水所到之處，終止了泥炭發(fā)育，沉積了海相層，在準(zhǔn)格爾煤田的河流—三角洲平原聚煤作用發(fā)生時(shí)間較早而結(jié)束較晚，形成巨厚的6號(hào)煤層。受海水的影響，河?xùn)|煤田本期所形成的煤層還有硫分較高的現(xiàn)象。endprint

6號(hào)煤層的厚度變化，東西方向上規(guī)律性更強(qiáng)，在6號(hào)煤底板砂巖厚度增大時(shí)，煤層顯著變薄，而在底板砂巖薄或尖滅地帶，則煤層厚度增大，這種東西向的厚度變化規(guī)律顯然受南北向的河流控制。在河流活動(dòng)期間，河道兩側(cè)的泛濫盆地率先泥炭沼澤化，沉積了一定厚度的泥炭，隨著時(shí)間的推移，河道整體廢棄，泥炭沼澤擴(kuò)展到廢棄河道上。由于河道砂的壓實(shí)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于泛濫盆地的細(xì)碎屑沉積物，所以泛濫盆地的地形比較低洼，沉積了巨厚的煤層，而在原河道地形相對(duì)較高處，煤層變薄。

4.3晚石炭—早二疊世層序III聚煤規(guī)律

準(zhǔn)格爾煤田層序III沉積期主要包括山西組的全部地層，由于地殼整體抬升，該層序已經(jīng)從先前的三角洲—潮坪沉積體系逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殛懴嗫死ê恿鳌侵蕹练e體系，煤層分布南厚北薄。北部主要發(fā)育曲流（辮狀）河沉積，泛濫盆地內(nèi)不利于煤炭的形成，煤層最厚處位于準(zhǔn)格爾旗以北的玻璃溝B4號(hào)鉆孔附近（5.5m），主要位于河流與泛濫平原過(guò)渡地帶；中部稍厚，黑岱溝—酸刺溝一帶，煤層一般3m～ 6m；南部最厚，一般超過(guò)7.5m，煤層主要形成于三角洲平原環(huán)境，該時(shí)期三角洲沉積與河流沉積環(huán)境多變，導(dǎo)致5號(hào)煤層形成之后，三角洲平原環(huán)境被曲流河沉積所取代，并對(duì)煤層有一定的侵蝕作用，由巖心數(shù)據(jù)可知煤層的直接頂板多為砂巖，廣大的西部地區(qū)主要以河流沖積環(huán)境為主，成煤環(huán)境較差，煤層較薄，一般在3m以內(nèi)。該時(shí)期成煤作用主要發(fā)生在拉通河流—三角洲沉積背景下，有利的泥炭聚集區(qū)位于三角洲平原過(guò)渡帶、河流與泛濫平原過(guò)渡帶（圖6）。

該時(shí)期隨著陰山古陸穩(wěn)定上升，沉積區(qū)北高南低的古地理格局更加突出。海水向南完全退出本區(qū)，碎屑體系大規(guī)模地向南進(jìn)積。準(zhǔn)格爾煤田和中部完全被河流體系所占據(jù)。由于碎屑體系特別活躍，不利于泥炭沼澤的形成與發(fā)展，聚煤作用相比太原期微弱得多，富煤中心發(fā)生由北向南的遷移、已進(jìn)入了山西省境內(nèi)。

5.結(jié)論

本文分析了準(zhǔn)格爾煤田總的輪廓為一東隆西坳的單斜構(gòu)造，地層整體向南西方向傾斜，發(fā)育北西向的褶皺和斷裂構(gòu)造，揭示了賦煤構(gòu)造的分區(qū)分帶特征；提出了3個(gè)三級(jí)層序（SQ1-SQ3）的劃分方案，并建立了準(zhǔn)格爾煤田的石炭—二疊紀(jì)層序地層格架。從準(zhǔn)格爾煤田整體看，9號(hào)煤層在窯溝區(qū)發(fā)育最好，厚達(dá)4.01m，黑岱溝區(qū)次之，厚3.05m，南部詳查區(qū)變?yōu)榫植靠刹擅簩?。含煤性由北向南逐漸變差。6號(hào)煤層沉積中心在黑岱溝區(qū)，平均厚度26m；4、5號(hào)煤層在南部開(kāi)始變厚，到煤田南部發(fā)育最好?？梢哉J(rèn)為：準(zhǔn)格爾煤田自北向南，含煤富煤層位逐漸抬高的趨勢(shì)明顯。

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