徐—宿弧形構(gòu)造帶格局及對(duì)其前緣煤（巖）層的影響

吳金聯(lián)，尚德鋒

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局325地質(zhì)隊(duì)，安徽淮北 235037）

0 引言

徐（州）—宿（州）弧形構(gòu)造帶位于華北板塊東南緣、郯廬斷裂西側(cè)，蔣河向斜和閘河向斜是徐—宿地區(qū)主要的儲(chǔ)煤構(gòu)造，分布著徐州煤田、淮北煤田與淮南煤田等，是我國(guó)重要煤炭基地。對(duì)這一重要的構(gòu)造帶，不少學(xué)者對(duì)徐—宿地區(qū)特征進(jìn)行過研究[1～11]，認(rèn)為推覆構(gòu)造及其弧形展布主要受向南運(yùn)動(dòng)和東部郯廬深斷裂的擠壓控制；部分學(xué)者對(duì)分布在該區(qū)的一些煤礦構(gòu)造特征進(jìn)行了詳細(xì)分析[12～18]，認(rèn)為該區(qū)斷裂和褶皺對(duì)煤層具有控制作用，這對(duì)研究徐—宿地區(qū)能源礦產(chǎn)的空間展布、形成的構(gòu)造背景以及進(jìn)一步找礦勘探具有重要的指導(dǎo)意義。

筆者長(zhǎng)期在該區(qū)從事煤田地質(zhì)調(diào)查和找礦勘探工作，工作資料顯示煤礦、石灰?guī)r礦等一系列礦床的空間展布受徐—宿弧形構(gòu)造控制。該弧形構(gòu)造為一大型褶皺—逆沖斷層推覆體，其中的煤層產(chǎn)狀變化較大，局部地層發(fā)生倒轉(zhuǎn)，且逆沖推覆斷層發(fā)育造成煤層重復(fù)分布的特征，其前緣下部可能存在被逆掩的煤層。本文通過對(duì)蔣河煤田地質(zhì)研究和徐—宿弧形構(gòu)造分析，對(duì)該區(qū)尋找能源礦產(chǎn)和勘查起到一定的指導(dǎo)作用。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

徐—淮地區(qū)是呈半圓形構(gòu)造帶，北起山東省郯城市經(jīng)江蘇省徐州市、安徽省淮北市、宿州市，斷續(xù)延伸到滁州市定遠(yuǎn)縣以北（圖1）。徐—宿弧形構(gòu)造位于半圓構(gòu)造中宿北斷裂以北到徐州以南的部分。沿弧形構(gòu)造帶外緣，自北向南依次有豐沛、張大屯、蔣河、劉橋等煤田，其形成時(shí)代為石炭紀(jì)—二疊紀(jì)。蔣河煤田的岱橋湯廟勘探區(qū)的礦體研究表明，煤層受徐—宿弧形構(gòu)造帶的逆沖斷層切割，造成煤層重復(fù)，部分倒轉(zhuǎn)，斷層附近煤層產(chǎn)狀較陡，對(duì)煤層開采造成影響。

圖1 徐-淮半圓形構(gòu)造與有關(guān)構(gòu)造關(guān)系示意圖Figure 1.Schematic diagram of the relationship of the Xu-Huai semicircle structure and related structures

2 徐—宿弧形構(gòu)造分帶

徐—宿弧形構(gòu)造帶是徐—淮半圓形構(gòu)造中宿北斷裂以北徐州以南的中間段，也是基巖出露和構(gòu)造要素連續(xù)性最好的地區(qū)。出露地層有晚元古代震旦系，古生代的寒武系、奧陶系、上石炭統(tǒng)、二疊系以及中生代下三疊統(tǒng)，并顯示自東向西逐漸變新。其中寒武—奧陶系地層常構(gòu)成背斜的山脊，石炭—二疊系地層常構(gòu)成向斜盆地，緊密線性褶皺和逆沖斷層?？煞譃槲鍌€(gè)褶皺—逆沖斷帶（巖席）（圖2），它們是：淮北—蕭縣—拾屯沖斷帶（Ⅰ）、烈山—永固沖斷帶（Ⅱ）、黃營(yíng)子—孤山寨、淮北—蕭縣—拾屯沖斷帶（Ⅲ）、夾溝—潘塘沖斷帶（Ⅳ）和欄桿—張集沖斷帶（Ⅴ）。其中，Ⅰ帶西前緣為蔣河向斜，Ⅰ和Ⅱ之間形成蕭縣背斜和閘河向斜，Ⅱ和Ⅳ之間為皇葳峪復(fù)式背斜，Ⅴ帶東部為黑風(fēng)嶺背斜。所有背、向斜均以北東走向、向北西突出的弧形構(gòu)造。

圖2 徐—宿弧形構(gòu)造帶構(gòu)造綱要圖Figure 2.Structural outline of the Xu—Su arc structural belt

淮北—蕭縣—拾屯沖斷帶（Ⅰ）：是推覆體最前緣的沖斷層帶，由淮北市經(jīng)蕭縣向北延伸被徐州—蘇塘斷裂所截，穿過這條斷層向北在拾屯以東與烈山—永固斷層合并。南段東部被烈山—永固逆沖斷巖席逆掩，平面上呈豆莢狀展布。東西寬15km，南北兩端明顯縮減。其中以蕭縣—淮北之弧形山脊前緣的主要逆沖斷層即淮北—蕭縣—拾屯沖斷層為邊界，下盤（西側(cè)）是蔣河向斜，賦存大量煤層；上盤為寒武—奧陶紀(jì)地層組成的背斜山脊以及由石炭—二疊紀(jì)地層組成的閘河向斜。東北與烈山—永固逆沖斷帶相接。

烈山—永固逆沖斷帶（Ⅱ）：由兩條分支弧形山系構(gòu)成。西部山系自南部平山集以南，向北經(jīng)烈山延伸到王場(chǎng)以北呈NNE 向弧形展布。東支山系自馬橋以南，向北經(jīng)青谷、雙頂山、永固繼續(xù)向北延伸，總體呈近SN 向，并向西呈弧形展布。兩支山系的西側(cè)各有一條規(guī)模較大的主沖斷層，在華家湖以北匯合，形成一個(gè)總的沖斷帶向北延伸，逆沖在閘河向斜之上。

黃營(yíng)子—孤山寨沖斷帶（Ⅲ）：南自符離集，向北經(jīng)蠻頂山、皇藏峪延伸到江蘇被徐州—蘇塘斷裂帶所截。它包括皇藏峪背斜和三堡—七里溝向斜的范圍，最大寬度達(dá)8km。

夾溝—潘塘沖斷帶（Ⅳ）：以夾溝—三堡（東）逆沖斷層為界與三堡—七里溝向斜相接。主體部分由曹村復(fù)背斜和支河向斜組成。沖斷層主要分布在復(fù)背斜區(qū)，在南段夾溝一帶，斷層密度較大。北部在潘塘附近被白堊系—古近系地層覆蓋。總寬度20km，延伸長(zhǎng)70km。

欄桿—張集沖斷帶（Ⅴ）：位于支河向斜之東70 km寬范圍，大部分被第四系覆蓋，只有零星的震旦系地層出現(xiàn)。逆沖斷層主要使震旦系逆掩在寒武系之上，呈弧形展布。主沖斷層為張集—欄桿沖斷層，黑峰嶺飛來峰是沖斷層的殘留巖席。

3 徐—宿弧形構(gòu)造帶前緣煤層地質(zhì)特征

徐—宿弧形構(gòu)造帶的前緣為淮北—蕭縣—拾屯沖斷帶，緊鄰該帶向西為蔣河向斜，向斜地層為上石炭統(tǒng)—二疊系，賦存大量煤層，為著名的蔣河煤田。

3.1 蔣河煤田地質(zhì)特征

3.1.1 地層

本煤田地層主要由石炭系和二疊系地層組成（見圖3），詳述如下。

（1）石炭系。本區(qū)僅有上統(tǒng)，地表出露較少。上統(tǒng)本溪組（C2b）：平行不整合于奧陶系老虎山組白云巖之上，整合伏于太原組地層之下的一套碎屑巖層。上部以紫色、黃綠色砂巖、頁巖為主夾煤層，下部以紫色為主含鐵鋁巖系的泥巖、頁巖，厚約22m；上統(tǒng)太原組（C2t）：出露不全，與下伏本溪組為整合接觸，厚約150m。其巖性為灰色頁巖，灰色細(xì)砂巖和灰?guī)r互層（灰?guī)r有12 層），上部灰?guī)r含燧石結(jié)核，含薄煤約11層，但可采者不多，其頂部的一層生物碎屑灰?guī)r作為標(biāo)志層K1，與二疊系山西組分界（圖4）。

圖3 蔣和煤田地質(zhì)簡(jiǎn)圖Figure 3.Geological sketch of the Jianghe coalfield

圖4 蔣和煤田綜合柱狀圖Figure 4.Compiled column of the Jianghe coalfield

（2）二疊系。為本區(qū)主要含煤地層，與太原組整合接觸。

下統(tǒng)山西組（P1s）：厚90～120m，以灰黑色頁巖砂質(zhì)頁巖、灰白色細(xì)—粗粒砂巖為主，間夾薄層碳質(zhì)頁巖，一般含C、D煤層，其中D煤層為可采煤層（圖4）。

下石盒子組（P1x）：厚180～210m，上部巖石含有紫色斑塊，黑色頁巖，砂質(zhì)頁巖，和灰白色細(xì)—中粒砂巖，約含煤層1～6層，可采煤層F、G底部有一層淺灰色鋁土頁巖K2，以它與山西組分界。

上統(tǒng)上石盒子組（P2s）：下段厚100～130m，為灰—淺灰色，紫紅色斑塊頁巖和砂質(zhì)頁巖夾砂巖，偶含薄煤層，厚0.39m。中、上段厚約430m，以灰紫色頁巖及砂質(zhì)頁巖為主，夾灰白色細(xì)至中粒砂巖，下部含1～2層薄煤。

上統(tǒng)石千峰組（P2sh）：主要為紅色砂礫碎屑巖及粘土頁巖，不含煤，交錯(cuò)層理發(fā)育，厚500m左右。

3.1.2 構(gòu)造

本區(qū)位于蕭縣復(fù)背斜的西翼，即徐—宿弧形構(gòu)造帶前緣之蔣河向斜。區(qū)域構(gòu)造線方向?yàn)楸北毕?，褶皺發(fā)育，多為復(fù)式褶皺，斷裂亦很發(fā)育，以走滑及逆斷層為主，斜切斷層次之。

含煤地層走向?yàn)?0°～45°，傾向?yàn)?00°～315°之間，傾角一般為20°～40°，局部因受斷層影響而變陡近60°～倒轉(zhuǎn)。

（1）褶皺

蕭縣復(fù)背斜西翼為蔣河礦區(qū)，與閘河煤田之間以蕭縣背斜相隔，在該背斜的西北翼，沿程蔣山—瓦子口一帶的山麓西側(cè)分布，西南端距劉橋煤田約13km。

（2）斷層

本區(qū)為徐—宿弧形構(gòu)造帶前緣，斷裂發(fā)育，正、逆斷層較多，如煤田內(nèi)的岱橋湯廟勘探區(qū)共被11條斷層切割，劃分成五個(gè)井田。11 條斷層中，有三個(gè)為逆斷層，其余均為正斷層。

3.1.3 巖漿巖

區(qū)域內(nèi)主要發(fā)育閃長(zhǎng)巖，順構(gòu)造斷層，在地層虛脫部位侵入于煤系地層中或在頂、底板出現(xiàn)，使煤層變薄或被吞沒，部分或全部烘烤成天然焦或變質(zhì)為無煙煤，或因穿插分隔，煤層被支離、間夾多層巖漿巖，嚴(yán)重破壞煤層的連續(xù)性，少部分離煤層較遠(yuǎn)的地層中，對(duì)其無影響。

3.2 煤層地質(zhì)特征

3.2.1 含煤地層

區(qū)含煤巖系為二疊系下統(tǒng)山西組和下石盒子組。

山西組（P1S）：厚約123m，巖性為灰—深灰色細(xì)粒砂巖，砂質(zhì)頁巖和頁巖互層，含煤三層，兩層不可采，一層可采，自下而上命名為C煤層及D煤層（組），C煤層常被古河床沖刷或花崗斑巖吞蝕而變薄為不可采煤層，D煤組有時(shí)分為兩個(gè)分層，其中一層可采。

下石盒子組（P1x）：與山西組為連續(xù)沉積，據(jù)鉆孔資料大致可劃分為二段。下段：厚101.02m，為本區(qū)主要含煤帶，含煤4層，H、G、F、E煤層，其中G、F兩層可采，其它不可采。底部有一層鋁土質(zhì)頁巖作為標(biāo)志層K2（見圖4）與山西組分界，上段：厚113.20m。巖性為灰色頁巖夾砂質(zhì)頁巖及砂巖，并常見有紫紅色斑塊頁巖。

3.2.2 可采煤層

山西組含煤1～4層，煤層總厚度平均2.83m，可采煤層總厚度平均為1.48m，含煤系數(shù)為2.59%。煤層編號(hào)自下而上為C、D 煤層（組），C 煤層極不穩(wěn)定，僅個(gè)別鉆孔有煤層揭露；D 煤層，下距灰?guī)r標(biāo)志層（K1）40～58m，一般45m左右，上距標(biāo)志層（K2）61～82m；D煤層厚0～2.83m,平均1.48m，D 煤層為山西組主要可采煤層，屬較穩(wěn)定煤層。

下石盒子組含煤2～11 層，煤層總厚度平均10.54m，可采煤層總厚平均7.13m，含煤系數(shù)為5.06%。煤層編號(hào)自上而下為H、G、F 煤組。H 煤組（層）極不穩(wěn)定，F(xiàn) 煤組下距（K2）12～16m，上距G 煤組17～23m 左右；F 煤層煤厚0～4.78m，平均1.63m，為大部可采煤層。G 煤組上距（K3）130～180m，下距F 煤層17～23m，下距（K2）28～44m；G1、G2兩煤層間距為5.00～11.00m；G 煤層煤厚0.36～3.04m，平均2.08m，G1、G2煤層為不穩(wěn)定煤層，局部可采；頂?shù)装鍨轫搸r及砂質(zhì)頁巖或花崗斑巖。

4 討論

根據(jù)在本區(qū)多年勘查研究發(fā)現(xiàn)，徐—宿弧形構(gòu)造對(duì)礦產(chǎn)特別是煤層影響較大，煤層被弧形構(gòu)造帶中的逆沖斷層切錯(cuò)，造成煤層重復(fù)、變陡，部分煤（巖）層倒轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，并對(duì)后期開采帶來一定影響。作如下分析。

4.1 徐—宿弧形構(gòu)造帶形成和演化

晚古生代沉積之后，印支期揚(yáng)子板塊向華北板塊俯沖，導(dǎo)致大別山超高壓變質(zhì)塊體和膠南—蘇北超高壓變質(zhì)塊體的向北向南和向北仰沖并在該區(qū)和張八嶺地區(qū)的變質(zhì)基底內(nèi)形成韌性變形的糜棱巖帶。在這個(gè)過程中除在膠南—蘇北和大別山兩個(gè)造山帶前緣形成前陸褶皺沖斷帶之外，也在張八嶺（皖東）即膠南—蘇北推覆體西界側(cè)面斷坡之西形成褶皺帶，使中朝大陸板塊蓋層發(fā)生褶皺，在漸近變形過程中形成半圓形褶皺帶，或稱之為徐—淮推覆體。根據(jù)《中國(guó)東部徐—淮地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造格局及其形成背景》（徐樹桐等,1993）可將構(gòu)造要素的變形分為兩個(gè)主要階段：

第一階段：為張八嶺側(cè)面斷坡西側(cè)潛造山帶的生成階段，中朝板塊沉積蓋層褶皺和小巖體侵入，褶皺可能大致平行于側(cè)面斷坡走向。隨著縮短增大，變成不對(duì)稱褶皺，并在其倒轉(zhuǎn)翼和底部產(chǎn)生滑脫面及分支疊瓦狀沖斷層，同時(shí)侵入小巖脈。

第二階段：在側(cè)面斷坡的繼續(xù)作用下，弧形中部推覆體沿主滑面向西發(fā)生位移。已形成褶皺向西傳播漸近變形改造成同斜—平臥褶皺（主要在推覆體前緣），已形成的疊瓦狀沖斷層同時(shí)在推覆體內(nèi)發(fā)育成不同層次的具體斷坡—斷坪結(jié)構(gòu)的階梯狀沖斷層，并在斷坡處形成第二期不對(duì)稱背斜和后部的寬緩向斜，南北兩端的褶皺在這個(gè)變形期間發(fā)生旋轉(zhuǎn)而成弧形。

4.2 弧形構(gòu)造對(duì)礦產(chǎn)勘查的影響

弧形構(gòu)造中沖斷帶前緣主斷層逆掩了部分煤系地層。如永固以北主斷面被第四系掩蓋，含煤巖系未出露地表，經(jīng)江蘇煤田二隊(duì)專家預(yù)測(cè)該地段主斷面之下被逆掩的含煤地層200～500m，埋深約200～1000m，分布面積50～100km2。又如烈山—永固沖斷帶前緣華家湖—平山集一帶的向斜之下被逆掩的含煤巖系，是尋找煤田的有利地段。

圖5 蕭縣瓦子口一帶構(gòu)造地質(zhì)剖面Figure 5.Structural and geological section across the Wazikou area,Xiaoxian County

徐—宿弧形構(gòu)造帶的前緣即淮北—蕭縣—拾屯沖斷帶出露地表的主斷面主要位于早、晚古生代地層之間。主斷面上盤是由寒武系和奧陶系組成的向西倒轉(zhuǎn)的斜臥褶皺。主斷面下盤即深部主滑面之上的沖斷巖席則被掩蓋在第四系之下，主要是奧陶系和石炭—二疊系組成巨型緊閉的平臥褶皺。褶皺的倒轉(zhuǎn)層序，據(jù)瓦子口—薛村一帶鉆孔控制，埋深在500～900m 以下。如果再往下鉆探，在埋深1200m 左右可能會(huì)發(fā)現(xiàn)二疊系煤層（見圖5）。

4.3 弧形構(gòu)造對(duì)礦山生產(chǎn)的影響

弧形構(gòu)造對(duì)該區(qū)煤礦生產(chǎn)也產(chǎn)生一定影響。蔣河向斜岱橋湯廟礦區(qū)煤系地層遭受破壞，煤層受斷層切割，煤巖層產(chǎn)狀較陡，部分倒轉(zhuǎn)，重復(fù)產(chǎn)生煤層。圖6 中16—2 孔與16—1 孔中的C、D 煤層被斷層切割，16—1 孔中的C、D 煤層上下重復(fù)出現(xiàn)，且中間煤層較陡。

根據(jù)開采礦山青大煤礦、鄭腰莊煤礦及黃莊煤礦的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，主采煤層中4煤層和中3煤層均受斷層破壞，上部煤層被斷開，且發(fā)生向西褶皺，下盤煤層又被斷層破壞，使煤層不連續(xù)（見圖7）。斷層附近要留30m 寬的防水煤柱，以防井下突水。由于煤巖層倒轉(zhuǎn)，青大煤礦的可采煤層上下重復(fù)，如D煤層在150m深度的產(chǎn)狀為100°∠60°，而在320m 深度的產(chǎn)狀為290°∠80°，在600m 深度的產(chǎn)狀為286°∠67°?？梢娫?40m左右煤層就開始倒轉(zhuǎn)。如此現(xiàn)象在鄭腰莊煤礦和黃莊煤礦均有出現(xiàn)，給礦山設(shè)計(jì)和開采帶來一定影響。

圖6 岱橋湯廟礦區(qū)16線剖面示意圖Figure 6.Line 16 profile across the Tangmiao mining area,Daiqiao

圖7 黃莊煤礦D4線剖面示意圖Figure7.Line D4 profile across the Huangzhuang coal mine

5 結(jié)論與建議

（1）徐—淮推覆體是一個(gè)統(tǒng)一的半圓形構(gòu)造帶，徐（州）—宿（縣）弧形構(gòu)造是這個(gè)半圓構(gòu)造中宿北斷裂以北、徐州以南的部分。該弧形構(gòu)造帶基巖出露和構(gòu)造要素連續(xù)性最好，寒武—奧陶紀(jì)地層常構(gòu)成背斜的山脊，石炭—二疊系地層常構(gòu)成向斜盆地，構(gòu)成緊密的線性褶皺和沖斷層。分為五個(gè)褶皺—沖斷帶（巖席）。

（2）弧形構(gòu)造前緣的蔣河向斜盆地是淮北重要的儲(chǔ)煤井田，受弧形構(gòu)造的影響，蔣河煤田煤系地層遭受破壞，煤層受到斷層切割，分布不連續(xù)，煤巖層產(chǎn)狀較陡，部分倒轉(zhuǎn)，煤層上下重復(fù)出現(xiàn)。另受煤層影響，防水煤柱加寬，給后期開采帶來一定影響。

（3）通過對(duì)弧形構(gòu)造的深入研究，還可能發(fā)現(xiàn)一些新的礦產(chǎn)地。