石嘴山礦區(qū)構造特征與演化

＊吳天才 李剛 房正榮 孫軍強

（1.寧夏回族自治區(qū)煤炭地質(zhì)局 寧夏 750002 2.寧夏回族自治區(qū)國土資源調(diào)查監(jiān)測院 寧夏 750002）

石嘴山礦區(qū)位于寧夏北端，行政區(qū)劃屬石嘴山市惠農(nóng)區(qū)管轄。是新中國初期寧夏建設的第一座煤炭工業(yè)基地，為寧夏社會經(jīng)濟發(fā)展作出了重要貢獻。

石嘴山礦區(qū)位于華北陸塊、鄂爾多斯地塊和阿拉善地塊、銀川斷陷盆地的北端，除了早期北東斷陷運動影響，晩古生代以來還受到青藏高原北東方向擴展的影響，特殊的構造位置造就了石嘴山礦區(qū)特殊的地質(zhì)條件。

1.礦區(qū)地層特征

石嘴山礦區(qū)僅東北部有基巖出露，其余均被第四系所覆蓋。根據(jù)鉆孔揭露情況，礦區(qū)地層由老至新有：石炭系羊虎溝組、石炭二疊系太原組、二疊系山西組、石盒子組、孫家溝組、古近系和第四系[1]。

礦區(qū)內(nèi)主要含煤地層為石炭二疊系太原組和二疊系山西組。太原組為海陸交互相沉積，巖性以灰?guī)r、泥巖、粉砂巖、中細粒砂巖及煤層為主；山西組為陸相沉積，巖性為泥巖、粉砂巖、長石石英各粒級砂巖及煤層。礦區(qū)共含煤20余層，其中可采者7層，各可采煤層煤類以1/3焦煤為主，部分為氣煤、氣肥煤和肥煤。

2.區(qū)域構造

石嘴山礦區(qū)所在的銀川盆地為一斷陷盆地[2]，盆地東西兩側(cè)受兩條向盆地內(nèi)部傾斜的正斷層控制，西側(cè)為賀蘭山東麓斷裂，東側(cè)為黃河斷裂，兩斷裂之間還發(fā)育有北東向次一級斷層；盆地的北端為一條走向近東西、傾向南的正斷層，為正義關斷裂（見圖1）。

圖1 石嘴山礦區(qū)構造位置圖

(1)賀蘭山東麓斷裂

賀蘭山東麓斷裂為一組呈雁列式排列的斷層，礦區(qū)西側(cè)稱為扁溝-樹龍溝斷層。斷層總體走向北北東，平面上表現(xiàn)為波狀延伸；斷層傾向東，傾角60°以上，在剖面上呈上陡下緩的鏟形，深部止于黃河斷裂[3]（見圖2）。

地貌上賀蘭山東麓斷裂西側(cè)是隆起的山地，東側(cè)為沉降的盆地，斷層崖普遍發(fā)育[3]；斷裂西側(cè)出露花崗巖、長城系、石炭系等，而斷裂西側(cè)第四系和古近系沉積數(shù)千米。

賀蘭山東麓斷裂具有多期性活動特點，形成于燕山期，為壓扭性逆斷層，喜馬拉雅期由于構造應力場的變化，轉(zhuǎn)換為正斷層，大體完成于上新世晚期[3]。

(2)黃河斷裂

黃河斷裂也有多條分支斷層，在礦區(qū)東側(cè)稱為黃河西斷層，屬推測斷層。斷層走向北北東，斷面總體向北西傾斜，淺部傾角約70°，深處變緩[3]（見圖2）。

圖2 石嘴山礦區(qū)走向方向剖面示意圖[4]

黃河斷裂在地震剖面上顯示清晰，另外沿黃河在局部地段可發(fā)現(xiàn)斷層崖，在青年農(nóng)場一帶發(fā)現(xiàn)兩處新近系干河溝組與石炭系羊虎溝組直接接觸[3]，成為黃河斷裂的直接證據(jù)。

黃河斷裂是銀川盆地展布最長、切割最深的一條斷裂，斷裂形成于燕山期，起初也為擠壓逆沖性質(zhì)，新生代以來轉(zhuǎn)為拉張性質(zhì)，第四紀活動強烈[3]。

(3)正義關斷裂

正義關斷裂是賀蘭山北段的一條規(guī)模宏大的斷裂，總體走向近東西，斷層面傾向南，傾角50°～70°，在銀川盆地屬隱伏斷裂。正義關斷裂伴生的許多斷層，其中F2和F4斷層構成石嘴山礦區(qū)的北邊界。

賀蘭山東麓斷裂以西正義關斷裂在地表有明顯錯斷，斷裂兩側(cè)出露不同時代的地層；賀蘭山東麓斷裂以西正義關斷裂表現(xiàn)為隱伏性質(zhì)，但根據(jù)鉆探資料，斷裂上盤第四系和古近系不整合于二疊系、石炭系之上[1]，下盤第四系和古近系不整合于寒武系之上[4]。

正義關斷裂是一條具有多期活動的斷裂帶，最早活動于印支期，以擠壓逆沖為主，經(jīng)歷燕山期和喜馬拉雅期，第四紀以來主要表現(xiàn)為走滑運動[3]。

(4)銀川斷裂

銀川斷裂是銀川盆地內(nèi)的一條隱伏構造，為正斷層，北部止于正義關斷裂，在石嘴山礦區(qū)西側(cè)走向北北東，傾向西，傾角45°～77°，斷距自南向北逐步變小。銀川斷裂由二維地震勘探發(fā)現(xiàn)，屬第四紀活動斷層[3]。

3.礦區(qū)構造特征

石嘴山礦區(qū)除東北部與正義關斷裂的次生斷層相接以外，其余四周均以煤層露頭為界，鉆探及地震成果顯示，礦區(qū)內(nèi)發(fā)育有多條斷層，控制了含煤地層的展布和煤層的連續(xù)性。

(1)礦區(qū)主要構造

F1斷層位于礦區(qū)西北部，是礦區(qū)最大的斷層，延展大于10km，為一逆斷層，走向北北東，與地層走向一致，傾向北北西，傾角28°～63°，斷距50～340m[1]。

F22斷層位于礦區(qū)南部，逆斷層，走向北北西，傾向南南西，傾角65°，斷距50～100m。

除F1、F22斷層外，礦區(qū)較大的斷層還有北端有近東西向的F2、F4斷層，在南部有近東西向的F23、F24等斷層。另外礦區(qū)還發(fā)育有70余條斷層，多集中于礦區(qū)中部及南部，斷層規(guī)模均較小，斷距由幾米到幾十米不等，走向主要有近 EW向和近NE，多為逆斷層（見圖3）。

圖3 石嘴山礦區(qū)主要斷層分布示意圖

(2)對構造的新認識

石嘴山礦區(qū)歷經(jīng)多年資源勘查工作，根據(jù)以往地質(zhì)認識，石嘴山礦區(qū)總體為一寬緩向斜構造（石嘴山向斜），向斜軸由北向南大部分被F1斷層切割，兩翼地層不對稱，東南翼稍緩，西北翼略陡，向斜兩端及附近地層傾角較大[1]。

本次研究發(fā)現(xiàn)，礦區(qū)主體構造為F1斷層，斷層兩盤均為單斜形態(tài)，無形成褶曲的五大要素，石嘴山向斜事實上并不存在。F1斷層兩盤傾向相反，主要是由于斷層兩盤相對運動形成的拖曳構造，斷層上盤的煤層露頭附近地層傾向與斷層下盤基本一致，因此，礦區(qū)是受到斷層破壞的單斜構造（見圖4）。

圖4 石嘴山礦區(qū)傾向方向剖面示意圖（第2勘查線）

4.礦區(qū)構造演化

古元古代為中朝古陸塊結晶基底形成階段，位于華北古陸塊西緣的賀蘭山地區(qū)接受了陸緣環(huán)境三角州相的砂泥質(zhì)夾碳酸鹽巖沉積,經(jīng)呂梁運動，隆起接受剝蝕；中元古代時華北板塊由于拉張沉陷形成陸緣盆地，賀蘭山地區(qū)沉積了陸緣濱海-淺海相碎屑巖建造的黃旗口組，后期隨海水加深又形成了臺緣淺灘相碳酸鹽巖建造的王全口組；新元古代本區(qū)全部上升為陸，遭受風化剝蝕[5]。

加里東旋回早期，賀蘭山地區(qū)表現(xiàn)為裂陷沉降，由于海侵持續(xù)擴大，形成一套由陸源碎屑海岸—淺海陸棚—臺地邊緣淺灘—臺地潮坪相—陸棚內(nèi)緣斜坡相組成的陸緣坳陷帶沉積（奧陶系、寒武系）；加里東旋回后期，賀蘭山地區(qū)褶皺隆升，海水退卻，并遭受長期剝蝕[5]。

華力西旋回早期，賀蘭山地區(qū)延續(xù)隆起，晩石炭世由于拉張作用，賀蘭山地區(qū)再度裂陷，海水時進時退，沉積了黑山組、臭牛溝組濱淺海相碎屑巖-碳酸鹽建造及靖遠組、羊虎溝組、太原組海陸交互相碎屑含煤建造，并發(fā)育多級旋回；中二疊世，又陸續(xù)沉積了山西組、下石盒子組、上石盒子組河流相碎屑巖[5]。

印支旋回期間為陸相盆地形成期，賀蘭山地區(qū)連續(xù)沉積了孫家溝組、劉家溝組、和尚溝組曲流河相和二馬營組辮狀河流相碎屑巖建造；早三疊世，賀蘭山地區(qū)隆升變成陸地，造成沉積間斷；中三疊世賀蘭山山間盆地形成了山麓-河湖相石英砂巖建造及雜色砂巖建造[6]；中三疊世末的印支運動，使晚古生代—中三疊世地層普遍發(fā)生褶皺和斷裂[5]，正義關斷裂形成于此期，北部的黃旗口組、阿不切亥組、桌子山組逆沖至南部的石盒子組之上，由于構造作用沉積地層發(fā)生傾斜變形，現(xiàn)石嘴山礦區(qū)內(nèi)的F1、F21等斷層形成。

燕山旋回賀蘭山地區(qū)經(jīng)歷了多期構造，受到近東西向的擠壓，賀蘭山逐漸上升并接受風化剝蝕，同時產(chǎn)生近南北向中小型寬緩褶皺和逆沖斷層[5]，黃河斷裂、賀蘭山西麓斷裂和銀川斷裂形成于此時，但均表現(xiàn)為逆沖性質(zhì)，現(xiàn)銀川盆地所在區(qū)域抬升形成“斷隆”，晚二疊世以來地層大多被剝蝕殆盡，并缺失侏羅紀和白堊紀地層沉積；同時，形成了現(xiàn)石嘴山礦區(qū)內(nèi)的F22、F26等逆斷層，太原組和山西組的煤層、炭質(zhì)頁巖等軟弱巖層也發(fā)生規(guī)模較小的斷層。

喜馬拉雅旋回階段，構造活動漸趨活躍，在北西-南東向的區(qū)域伸展背景下，受三個方向板塊的共同作用，賀蘭山地區(qū)受力兩極分化，西部繼續(xù)褶皺隆起，東部強烈沉陷[6]，賀蘭山東麓斷裂、黃河斷裂、銀川斷裂的性質(zhì)轉(zhuǎn)為正斷層，銀川坳陷盆地逐漸形成，現(xiàn)石嘴山礦區(qū)內(nèi)形成了F23、F25等正斷層；盆地中生代或寒武系、奧陶系之上沉積了清水營組河湖相紅色砂泥質(zhì)含膏鹽建造、干河溝組辮狀河相為主的紅色粗碎屑巖夾砂泥巖建造及沖積洪積礫巖、砂石層及厚度不等的風成黃土[5]（見圖5）。

圖5 石嘴山礦區(qū)構造演化圖

5.結論

（1）石嘴山礦區(qū)位于銀川斷陷盆地的北端，其構造特征與賀蘭山東麓斷裂、黃河斷裂、正義關斷裂等密切相關。

（2）石嘴山礦區(qū)總體為一單斜構造，受F1斷層影響，斷層兩盤形成了拖曳構造，破壞了單斜形態(tài)。

（3）石嘴山礦區(qū)構造形態(tài)形成于印支期，后期在燕山期和喜馬拉雅期接受了改造，造成了礦區(qū)構造的復雜性。