內(nèi)蒙古自治區(qū)準格爾煤田老三溝井田地層研究新認識

李 維

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京市海淀區(qū)，100083；2.內(nèi)蒙古地質(zhì)工程有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市，010010)

準格爾煤田位于鄂爾多斯盆地北部伊盟隆起東緣，整體為一穩(wěn)定構(gòu)造單元。老三溝井田位于準格爾煤田中部礦區(qū)北段，井田面積63.46 km2。作為國家煤田規(guī)劃區(qū)，2013年，老三溝井田被確定為產(chǎn)能40億m3/a煤制天然氣配套煤炭資源井田，預(yù)計2019年投產(chǎn)。為了該井田順利開采利用，充分認識井田地層等地質(zhì)條件意義重大。

2015年以前，先后有內(nèi)蒙古煤田地質(zhì)局153勘探隊和內(nèi)蒙古地質(zhì)工程有限責(zé)任公司來此勘查，共計施工鉆孔75個，鉆探工程量47919.25 m，提交各類勘查報告7份。前人報告一致認為，本區(qū)9#煤層以下灰?guī)r為中奧陶統(tǒng)馬家溝組(O2m)灰?guī)r。鑒于最新勘探地質(zhì)資料及三維地震成果，本文對老三溝井田9#煤層下基巖地層提出新的不同認識。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

準格爾煤田大地構(gòu)造屬華北地臺鄂爾多斯臺坳，鄂爾多斯臺坳經(jīng)歷了多旋回構(gòu)造發(fā)展階段，形成具有多次坳陷疊加的古-中生代盆地。鄂爾多斯臺坳可進一步劃分為4個三級構(gòu)造單元，其由北向南為河套斷陷、伊盟隆起、賽烏蘇坳陷和伊陜斜坡。伊盟隆起由北向南又可分為3個四級構(gòu)造單元，即烏蘭格爾凸起、杭錦旗凹陷和伊金霍洛旗凸起，準格爾煤田位于伊金霍洛旗凸起東部邊緣，如圖1所示。

圖1 準格爾煤田大地構(gòu)造位置示意圖

2 以往地質(zhì)工作及認識

從20世紀50年代起，準格爾煤田就由地質(zhì)、煤炭、石油及冶金、建材等部門的地質(zhì)隊伍從各自不同的角度進行了大量的地質(zhì)勘查及科研工作。老三溝井田勘查工作主要集中在2000年以后，其主要的地質(zhì)勘查工作如下：

(1)2004-2006年，內(nèi)蒙古煤田地質(zhì)局153勘探隊在老三溝井田西部區(qū)(簡稱“原老三溝井田”，下同)開展了詳查勘探工作,勘查面積13.32 km2，完成1∶5000地質(zhì)及水文地質(zhì)填圖各30 km2，鉆探18孔，工程量共計10294.87 m(其中水文孔1孔，工程量602.31 m)，地球物理測井10141 m，采集各類樣品218件/組，提交了《內(nèi)蒙古自治區(qū)準格爾煤田老三溝井田勘探報告》。

(2)2013年12月-2014年5月，內(nèi)蒙古地質(zhì)工程有限責(zé)任公司在原老三溝井田進行補充勘探，勘查面積13.32 km2，施工鉆孔7個，進尺4449.08 m。2014年6月編制了《內(nèi)蒙古自治區(qū)準格爾煤田老三溝井田補充勘探報告》。

(3)2011年-2014年12月，由中央地質(zhì)勘查基金全額投資，在準格爾煤田國家規(guī)劃區(qū)內(nèi)進行“準格爾煤田布爾陶亥—田家石畔地段煤炭普查”工作，勘查區(qū)總面積1439.01 km2，老三溝井田位于該勘查區(qū)東北部。普查階段在老三溝井田主要完成1∶5萬地形地質(zhì)測繪，2 km測線間距、4 km聯(lián)絡(luò)線間距二維地震勘探137.39 km2；鉆探完成鉆孔35個，總工程量24631.66 m。

(4)2013年7月-2014年10月，由內(nèi)蒙古地質(zhì)工程有限責(zé)任公司承擔(dān)完成了老三溝井田詳查工作，鉆探完成探煤鉆孔55個，工程量39469.67 m；水文工程鉆孔9個，工程量6411.74 m，并提交了詳查報告。

以上老三溝井田地質(zhì)勘查工作報告均認為本井田9#煤層以下基巖為中奧陶統(tǒng)馬家溝組(O2m)灰?guī)r。

3 地層研究新認識

準格爾煤田老三溝井田在區(qū)域大地構(gòu)造控制下，其形成、發(fā)育、演化的過程中經(jīng)歷了多次構(gòu)造沉降、抬升與剝蝕，形成多期不整合，以前認為煤系地層下不整合在中奧陶系馬家溝組(O2m)上。此次通過三維地震勘探成果，結(jié)合巖性特征及沉積古地理相，提出石炭系太原組(C2t)大部不整合在寒武系上統(tǒng)炒米店組(∈3c)上，局部不整合在中太古界烏拉山群(ArW)上，詳見表1。

表1 老三溝井田新、原認識地層對比表

本次地層劃分新方案基于以下幾點證據(jù)：

(1)證據(jù)一：三維地震勘探成果解釋與鉆孔驗證。最新的老三溝井田三維地震勘探成果共解釋了3處古隆起，分別位于老三溝井田北部(平面形態(tài)為半圓形)、中部(平面形態(tài)為月牙形)及南部(平面形態(tài)為三角形)，老三溝井田基底形態(tài)和鉆孔平面布置情況如圖2和圖3所示。

圖2 老三溝井田基底形態(tài)圖

古隆起在三維地震時間剖面上表現(xiàn)為波組上突，較零亂，與兩邊波組特征不同；上部煤層波組上突，伴有假象斷層，如圖4所示。由于古隆起的存在，它破壞了灰?guī)r頂界面的完整性，導(dǎo)致老三溝井田中部、北部、南部各有部分地段中奧陶馬家溝組(O2m)、寒武系地層缺失。與石炭系上統(tǒng)太原組(C2t)不整合接觸的古隆起為中太古界烏拉山群(ArW)，巖性組合上部為弱變質(zhì)花崗巖，下部為黑云二長片麻巖，本次勘查ZKK4-10鉆孔和ZKK5-10鉆孔揭露了該地層，如圖5所示。

(2)證據(jù)二：鉆孔巖性特征。依據(jù)“中國地層表”(2014)劃分方案，對比區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告1∶20萬等資料，準格爾煤田早古生代地層劃分及巖性特征如表2所示。

由表2可知，本區(qū)奧陶系灰?guī)r顏色為還原色，巖性為泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，多為厚層狀，奧陶系地層典型特征為豹皮狀灰?guī)r、厚層狀灰?guī)r，而寒武系灰?guī)r顏色則為氧化色，巖性為灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、頁巖，多為薄層狀，寒武系地層典型特征為竹葉狀灰?guī)r。從老三溝井田最新勘探成果分析，通過鉆孔ZKX4-9、ZKK4-9主、X1及SY2對比，如圖6所示，本井田灰?guī)r巖性呈現(xiàn)以下特征：顏色以灰黃-紫紅色為主，下部顏色較深，巖性為灰?guī)r、泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r夾砂巖，標志層竹葉狀灰?guī)r、紫紅色灰?guī)r。與本區(qū)露頭標本巖性對比，老三溝井田灰?guī)r為一套灰黃-灰褐-紫紅色薄層白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r夾頁巖薄層，如圖7所示，并以薄層竹葉狀灰?guī)r與上伏三山子組地層分界，溶蝕現(xiàn)象不發(fā)育，僅見稀疏的小溶孔，如圖8所示?；谝陨蠋r性特征對比分析可知，老三溝井田石炭系太原組(C2t)大部不整合在寒武系上統(tǒng)炒米店組(∈3c)上，而非中奧陶系馬家溝組(O2m)。

(3)證據(jù)三：沉積古地理相圖與古構(gòu)造分析。依照《內(nèi)蒙古區(qū)域地質(zhì)志》(1982)的鄂爾多斯盆地沉積古地理相圖資料，對比陳安清的鄂爾多斯地塊早古生代盆地古構(gòu)造演化規(guī)律研究成果，如圖9、圖10所示，分析可知老三溝井田從中寒武統(tǒng)開始大面積受海侵作用接受沉積，但到中奧陶馬家溝期本井田處于烏蘭格爾凸起邊緣，屬于古陸并未接受海相碳酸鹽巖沉積。由此可知，老三溝井田石炭系(C2t)直接不整合在寒武系上統(tǒng)炒米店組(∈3c)上，而非中奧陶系馬家溝組(O2m)。

圖3 鉆孔平面布置圖

圖4 古隆起在時間剖面上的特征

4 新認識的重要意義

準格爾煤田老三溝井田地層研究新認識對后期井田煤炭開采及煤田地質(zhì)勘探有重要意義，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

(1)從巖溶地下水系統(tǒng)的角度看，老三溝井田基底的新認識會對碳酸鹽巖含水系統(tǒng)的水文地質(zhì)單元劃分及含水單元內(nèi)地下水類型產(chǎn)生影響，從而為老三溝井田水文地質(zhì)開采條件分析提供新依據(jù)。

(2)老三溝井田地層新認識為該井田先期煤炭開采巷道布置、礦井設(shè)計等提供了準確的地質(zhì)依據(jù)，避免煤炭開采過程中由于地層認識差異所帶來的不確定性風(fēng)險。

(3)老三溝井田地層新認識為區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造演化的認識提供了新證據(jù)，有利于準格爾煤田地質(zhì)特征研究取得新成果。

圖5 老三溝井田ZKK4-10與ZKK5-10地質(zhì)鉆孔內(nèi)部分巖心照片

年代地層(系)巖石地層(組)巖性描述顏色巖性典型特征厚度/m化石志留系缺失-----奧陶系寒武系馬家溝組淺灰-深灰泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r厚層狀灰?guī)r、豹皮狀灰?guī)r74～183大量多門內(nèi)化石三山子組灰白-灰黃白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖226牙形刺、三葉蟲炒米店組灰黃-灰褐-紫紅薄層白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r頁巖薄層竹葉狀灰?guī)r117～170頂部海浪沖擊甚劇,三葉蟲大部解體,少見完整者張夏組淺灰-黃灰夾褐紅、紫紅鮞狀灰?guī)r、假鮞狀灰?guī)r鮞狀灰?guī)r87～110三葉蟲饅頭組淺灰-黃灰夾褐紅、紫紅頁巖、砂質(zhì)灰?guī)r砂質(zhì)灰?guī)r27～53三葉蟲

圖6 老三溝井田灰?guī)r鉆孔對比圖

圖7 炒米店組紫色白云質(zhì)灰?guī)r(露頭標本)與ZKJ611鉆孔紫色白云質(zhì)灰?guī)r對比圖

圖8 炒米店組竹葉狀灰?guī)r(露頭標本)與X1鉆孔竹葉狀灰?guī)r對比圖

圖9 寒武紀古地理相圖與古構(gòu)造圖

5 結(jié)論

本文通過對內(nèi)蒙古自治區(qū)準格爾煤田老三溝井田地層的相關(guān)研究，得出以下結(jié)論：

(1)利用準格爾煤田老三溝井田最新勘探成果資料，從三維地震勘探成果解釋、施工鉆孔巖性特征及沉積古地理相與古構(gòu)造等角度分析，證實老三溝井田9#煤層以下基底大部為寒武系上統(tǒng)炒米店組(∈3c)灰?guī)r，局部為中太古界烏拉山群ArW弱變質(zhì)花崗巖，而并非是先前認識的中奧陶統(tǒng)馬家溝組(O2m)灰?guī)r。

(2)準格爾煤田老三溝井田后期設(shè)計、開采生產(chǎn)依賴于老三溝井田地層新認識，目前關(guān)于該井田的深層次地質(zhì)研究甚少，尤其是地層認識方面。后期井田勘探開發(fā)的同時應(yīng)加強地質(zhì)研究工作，不斷總結(jié)井田地質(zhì)規(guī)律，為井田順利開發(fā)利用及區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造演化研究提供新依據(jù)。

圖10 中奧陶世古地理相圖與古構(gòu)造圖注：左圖據(jù)《內(nèi)蒙古區(qū)域地質(zhì)志》修改，右圖據(jù)陳安清(2010)修改