隴東煤田羅川勘查區(qū)煤層分布特征及成煤模式

張革勝, 師國輝, 閆 偉

(甘肅煤田地質(zhì)局一四六隊(duì)，蘭州 744000)

羅川勘查位于隴東正裝勘查區(qū)東南緣，勘查區(qū)東西長約25km，南北寬約10km，面積230.0km2，靠近陜西彬縣北部(圖 1)。行政區(qū)劃上屬于甘肅省慶陽市正寧縣。通過對羅川勘查區(qū)侏羅系延安組煤層的分布特征進(jìn)行了分析研究，分析研究認(rèn)為三疊系頂面形態(tài)對羅川勘查區(qū)煤層展布有控制作用，控制作用的力度由下往上依次減弱。

1 勘查區(qū)構(gòu)造

羅川勘查區(qū)處于鄂爾多斯盆地西南緣，陜北單斜的南端，渭北撓褶帶北緣，煤田的展布受渭北隆起北坡次級(jí)凹陷(和子午嶺隆起西部凹陷)的控制(圖 1)，具體構(gòu)造位置屬第家川背斜的西北翼。區(qū)內(nèi)總體構(gòu)造形態(tài)為一走向北東-南西，傾向北西，傾角平緩的單斜構(gòu)造(小于15°)。在第家川背斜西北冀的基礎(chǔ)上發(fā)育有次級(jí)寬緩褶皺，由北向南主要有樊家灣向斜、唐興-王臺(tái)向斜、高家梁背斜、第家川背斜。區(qū)內(nèi)無斷層及巖漿活動(dòng)(圖2)。

(1)第家川背斜。位于本區(qū)南部，屬中生代早期印支運(yùn)動(dòng)和早燕山運(yùn)動(dòng)作用下的古隆起，在中燕山運(yùn)動(dòng)期間逐漸形成寬緩背斜，軸向北東-南西，背斜核部延安組及以上侏羅系缺失，延長群直接被侏羅系覆蓋，地層傾角均小于10°。

(2)樊家灣向斜。位于本區(qū)北部，總體為近東西向，略呈向南突出的弧形。兩翼分布地層為延安組、直羅組和安定組。

(3)唐興-王臺(tái)向斜。唐興-王臺(tái)向斜軸從本區(qū)南邊界偏西向東北方向延伸，延伸長度約5km。兩翼分布地層為延安組、直羅組和安定組，傾角10°～16°，其軸部煤層較兩翼厚度增大。

(4)高家梁背斜。位于本區(qū)東南部，實(shí)際為勘查區(qū)中部古隆起的延伸，兩翼分布地層為延安組、直羅組和安定組。

2 勘查區(qū)地層

羅川勘查區(qū)位于鄂爾多斯盆地西南緣，與盆地內(nèi)相比，缺失新近系、涇川組、羅漢洞組，新近系在勘查區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)，但在勘查區(qū)以西的一些溝谷中可見及。區(qū)內(nèi)地層從上到下以次為：第四系(Q)、環(huán)河組(K1h)、洛河組(K1l)、宜君組(K1y)、安定組(J2a)、直羅組(J2z)、延安組(J2y)、 富縣組(J1f)及延長群(T3yn)。其中侏羅系延安組為煤系地層；沉積基底為三疊系延長群(圖3)。

圖1 渭北隆起及周緣構(gòu)造單元關(guān)系圖(據(jù)參考文獻(xiàn)[8])Figure 1 Relationship between Weibei uplift and periphery structural elements (after reference [8])

圖2 勘查區(qū)構(gòu)造Figure 2 Exploration area structures

3 煤系地層及煤層特征

3.1 含煤地層

侏羅系延安組(J2y)為含煤地層，依據(jù)其巖性及沉積特征，可以把延安組劃分為三個(gè)段，這與區(qū)域上延安組的三段五旋回是相吻合的。

第一段(J2y1)：為次要含煤段，煤層賦存于其頂部，編號(hào)為煤8，屬不穩(wěn)定煤層。底界面起自三疊系或者富縣組頂界面，頂界面至煤8層頂界。主要分布在本區(qū)的中、東部，本段厚度最小厚度0.40m，最大厚度20.27m，平均厚度6.05m。

第二段(J2y2)：為本區(qū)主要含煤段，全區(qū)大部分布，煤層位于其頂部，煤層編號(hào)分別為煤5-1和煤5-2，煤5-2屬較穩(wěn)定煤層。該段厚度變化較大，最小厚度2.90m，最大厚度75.32m，平均厚度31.39m。

第三段(J2y3)：為次要含煤段，煤層位于其底部，編號(hào)為煤2-1、煤2-2，屬不穩(wěn)定煤層。頂界面為直羅組底界，本段最小厚度2.70m，最大厚度34.66m，平均厚度10.37m。

3.2 煤層特征

羅川勘查區(qū)從上到下共有三個(gè)煤層組，編號(hào)依次為煤2組(煤2-1、煤2-2)，煤5組(煤5-1、煤5-2)，煤8，各煤層特征如下表:

表1 煤層特征表Table 1 Coal Seam feature table

3.2.1 煤2組

煤2組包括煤2-1及煤2-2兩層煤，在勘查區(qū)僅西南部的L704孔、西北部部分鉆孔見及，兩層煤間距1.72～5.47m，平均2.76m，屬區(qū)內(nèi)泥炭沼澤相不發(fā)育時(shí)的零星沉積(圖4)。

圖3 地層綜合柱狀圖Figure 3 Comprehensive stratigraphic column

圖4 煤2組分布圖Figure 4 Coal group No.2 distributions

3.2.2 煤5組

煤5組是本區(qū)的主要可采煤層，位于延安組第二段的頂部，由煤5-1和煤5-2構(gòu)成，煤5-1主要分布在勘查區(qū)的中北部(圖5),由煤5-2沉積分層形成，厚度0.30～2.60m，平均1.26m，煤層分布面積53.44 km2，可采面積約25.24km2，與其上覆的煤2-2間距為6.02～15.65m，平均10.91m。煤5-1屬局部可采的不穩(wěn)定煤層，是區(qū)內(nèi)的次要可采煤層。

圖5 煤5-1分布圖Figure 5 Coal No.5-1 distributions

煤5-2為本區(qū)主要可采煤層，最小厚度0.35m，最大厚度4.43m，平均厚1.99m，分布面積為153.15km2，可采面積為118.33km2，與其上覆煤5-1的間距最小為1.68m，最大為5.58m，，平均2.21m。厚度變化有一定規(guī)律，結(jié)構(gòu)簡單-較簡單，煤類單一，確定煤5-2屬大部分可采的較穩(wěn)定煤層。煤5-2具有西南部較厚，向東部變薄的特點(diǎn)，中、厚煤層主要分布在本區(qū)的西南部(圖6)，可采面積占詳查區(qū)面積的51%。

圖6 煤5-2分布圖Figure 6 Coal No.5-2 distributions

3.2.3 煤8

煤8位于延安組第一段的上部，煤8厚度為0.40～3.12m，平均1.37m，其分布面積約35.20km2，可采面積約21.94km2，與其上覆的煤5-2間距為27.61～64.58m，平均45.26m。煤8集中分布于本區(qū)中東部的凹陷帶內(nèi)，呈北東條帶狀連續(xù)分布(圖7)。

圖7 煤8分布圖Figure 7 Coal No.8 distributions

3.3 煤層總厚度及三疊系頂界面標(biāo)高圖

如圖8、 圖9煤層總厚度等值線圖的厚度走向形態(tài)與三疊系頂界面凹陷走向形態(tài)是一致的,體現(xiàn)了三疊系沉積基底對煤層的控制。

圖8 煤層總厚度等值線圖Figure 8 Isogram of total coal thicknesses

圖9 三疊系頂面標(biāo)高等值線圖Figure 9 Isogram of Triassic top surface elevations

4 煤系地層及煤層特征

延安組由第一段到第三段含煤性由弱到強(qiáng)到弱,反映了成煤沉積環(huán)境交替的變化。煤層的厚度變化，主要受起伏不平的三疊系基底古構(gòu)造形態(tài)控制。勘查區(qū)西北端、東南部和東北端的基底古隆起部位延安組沉積變薄或缺失，相應(yīng)形成三個(gè)無煤區(qū)；反之，基底凹陷部位煤層層數(shù)多，厚度大。總體的一個(gè)特征是：基底隆起部位，煤層層數(shù)減少，煤層厚度變薄甚至缺失；基底凹陷部位，煤層層數(shù)增多，厚度增大。這一特征在周邊的其它勘查區(qū)塊中也普遍存在(圖10)。

本區(qū)煤8嚴(yán)格受三疊系基底古構(gòu)造形態(tài)控制，與其底部的富縣組(J1f)成正相關(guān)關(guān)系，三疊系凹陷部位是煤8形成的有利部位，也是富縣組(J1f)生成的有利部位。在適合泥炭沼澤發(fā)育的部位，往往形成條帶狀分布的工業(yè)煤層，在不利于泥炭沼澤發(fā)育的深水區(qū)或者剝失區(qū)，煤8缺失。由于煤8沿凹陷軸部呈條帶狀分布，有側(cè)向物源補(bǔ)給，形成了煤8具有底硫高灰分的特點(diǎn)。煤8的以上特點(diǎn)，在渭北隆起斜坡帶其它次級(jí)凹陷中也有類似情況存在。

煤5組形成時(shí)期，泥炭沼澤相廣泛發(fā)育，是區(qū)內(nèi)最有利的成煤時(shí)期，三疊系基底對煤5的影響減弱，但受基底影響的凹陷仍然是最有利于成煤的部位，沿凹陷往往形成較厚的工業(yè)煤層。

煤2組形成時(shí)期，三疊系頂面形態(tài)對成煤基本無應(yīng)響，泥炭沼澤不發(fā)育，僅局部一些地方有零星沼澤相，一般沒有工業(yè)價(jià)值，代表了本區(qū)成煤建造的結(jié)束。

根據(jù)本區(qū)三個(gè)煤層組的分布特征及基底凹陷對成煤作用的控制，本區(qū)的成煤建造模式大致如(圖10)所示。

圖10 羅川勘查區(qū)沉積模式圖Figure 10 Luochuan exploration area sedimentary model

5 結(jié)論

總體來看，無論本區(qū)勘查成果或者是相鄰區(qū)的勘查成果，都表明渭北隆起斜坡帶的三疊系凹陷部位是成煤的有利部位，可以形成淺而富的工業(yè)煤層。因此，渭北隆起斜坡帶三疊系凹陷部位是區(qū)域內(nèi)找煤的重要方向。