陜北三疊紀(jì)煤田子長(zhǎng)礦區(qū)貫屯井田瓦窯堡地層沉積環(huán)境分析

宋 景，王 璐，褚俊潔

(1.陜西省一九四煤田地質(zhì)有限公司，陜西 銅川 727000；2.陜西陜煤韓城礦業(yè)有限公司桑樹(shù)坪二號(hào)井，陜西 渭南 715400)

0 引言

貫屯井田位于子長(zhǎng)礦區(qū)中部，大地構(gòu)造位置處于鄂爾多斯盆地的延安斜坡上，總體構(gòu)造形態(tài)為一向西緩傾的單斜構(gòu)造，地層傾角小于3°，發(fā)育有寬緩的波狀起伏，構(gòu)造屬簡(jiǎn)單類。井田在勘探工作后，由于井田西部施工鉆孔稀疏，對(duì)區(qū)域沉積環(huán)境及煤層對(duì)比分析研究不足，導(dǎo)致井田西部應(yīng)為3號(hào)煤層對(duì)比為5號(hào)煤層，使5號(hào)煤層可采范圍變小，3號(hào)煤層可采面積變大，對(duì)煤礦實(shí)際生產(chǎn)中造成了重大決策性錯(cuò)誤；因此煤礦后期經(jīng)過(guò)補(bǔ)充勘探后，收集了區(qū)域大量地質(zhì)資料及區(qū)內(nèi)施工的鉆孔資料，綜合分析認(rèn)為井田在三疊紀(jì)晚期-早侏羅紀(jì)受古構(gòu)造影響，地層不均勻抬升，瓦窯堡地層受大范圍的沖刷剝蝕，使井田西部區(qū)內(nèi)瓦窯堡第5段地層缺失，第4段地層保存不全，主采5號(hào)煤層沖刷剝蝕殆盡；研究瓦窯堡地層沉積環(huán)境分析對(duì)井田煤層對(duì)比及后期煤礦接續(xù)工作面布置具有重要指導(dǎo)意義。

1 地質(zhì)背景

陜北三疊紀(jì)煤田子長(zhǎng)礦區(qū)處于鄂爾多斯盆地的延安斜坡中部。鄂爾多斯盆地為中生代大型內(nèi)陸坳陷盆地，在地質(zhì)歷史上大致經(jīng)歷了二疊紀(jì)海相沉積到中新代陸相沉積的發(fā)展階段，晚三疊世發(fā)育成為大型泊水湖泊。晚三疊世末該湖盆演化為成煤沼澤，如圖1所示。印支運(yùn)動(dòng)時(shí)期使盆地整體抬升，遭受沖刷剝蝕，發(fā)育成丘陵地貌，在沉積上實(shí)現(xiàn)了由海相、過(guò)渡相向陸相的轉(zhuǎn)變，使盆地自晚三疊世以來(lái)發(fā)育完整和典型的陸相碎屑巖沉積體系，它的發(fā)展和演化客觀記錄了這個(gè)大型淡水湖盆從發(fā)生、發(fā)展到消亡的歷史。晚三疊紀(jì)瓦窯堡地層以湖泊-三角洲相體系沉積為主；早侏羅世早期，盆地開(kāi)始下降接受了紅色充填式堆積，再到延安組地層沉積在子長(zhǎng)一帶屬深湖相沉積不含煤。

2 井田含煤地層及沉積相

子長(zhǎng)礦區(qū)三疊系上統(tǒng)瓦窯堡組(T3w)為井田的含煤地層，從下至上劃分為5個(gè)含煤段，含煤層(煤線)30余層，最多34層，具對(duì)比意義的煤層6層，含煤層依次為1、2、3-1、3、4、5、6號(hào)煤層，其中3、4、5號(hào)煤為可采煤層，1、2、3-1、6號(hào)煤為不可采煤層；通過(guò)對(duì)貫屯井田區(qū)內(nèi)128個(gè)鉆孔資料分析，井田內(nèi)瓦窯堡組地層厚度變化在265.12～371.64 m，平均厚度290.67 m，煤層總平均厚度9.55 m，含煤系數(shù)平均為3.1%。由于井田西部含煤地層瓦窯堡組由于受沉積后期沖刷剝蝕，瓦窯堡組第5段缺失、第4段保存不全，延安組第一、二、三段全區(qū)分布。

圖1 鄂爾多斯盆地晚三疊世瓦窯堡期古地理示意Fig.1 Paleogeography of the late triassic Wayaopu period in Ordos basin

2.1 三疊系上統(tǒng)瓦窯堡組第一段(T3w1)

該段自瓦窯堡組底界至1號(hào)煤層頂面，全區(qū)分布，下部為灰色中 -細(xì)粒砂巖夾灰黑色泥巖、粉砂巖及薄煤層，具波狀層理及水平層理；中上部為灰黑色砂質(zhì)泥巖，灰色粉砂巖夾灰白色中 -細(xì)粒砂巖、黑色泥巖夾不可采的1號(hào)煤層，具水平、微波狀層理，含植物碎片化石；為一套河流 -湖泊相沉積。

據(jù)鉆孔資料，該段地層厚78.50～106.68 m，平均92.88 m。與下伏永坪組地層整合接觸。

2.2 三疊系上統(tǒng)瓦窯堡組第2段(T3w2)

該段自1號(hào)煤層頂面至2號(hào)煤層頂面，全區(qū)分布，下部為一套巨厚層灰綠、灰白色中粒砂巖，具有波狀交錯(cuò)層理；中下部以泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、中細(xì)粒砂巖為主，夾不可采的2號(hào)煤層；中上部巖石具微波狀層理，含植物化石碎片；該地層沉積韻律明顯，粒序結(jié)構(gòu)清楚，為較典型的河流相-濱湖沼澤相沉積。

據(jù)鉆孔資料，該段地層厚48.37～160.38 m，平均94.23 m。

2.3 三疊系上統(tǒng)瓦窯堡組第3段(T3w3)

該段自2號(hào)煤層頂面至3號(hào)煤層頂面，全區(qū)分布，底部為厚層狀灰色白色細(xì)粒砂巖，含黃鐵礦結(jié)核；下部為灰黑色砂質(zhì)泥巖、泥巖夾薄層灰色粉、細(xì)粒砂巖及薄煤層，具水平層理；中上部為灰色粉、細(xì)粒砂巖夾灰黑色砂質(zhì)泥、泥巖具微波層理，含黃鐵礦結(jié)核；上部或頂部沉積大部可采3號(hào)煤，中下部為3-1煤，巖相組合上反映為為濱湖三角洲 -淺湖泊沼澤沉積相。

據(jù)鉆孔資料，該段地層厚42.92～83.93 m，平均58.61 m。

2.4 三疊系上統(tǒng)瓦窯堡組第4段(T3w4)

該段自3號(hào)煤層頂面至油頁(yè)巖(K1)標(biāo)志層底面，分為2個(gè)沉積旋回，分別含4、5、6號(hào)煤層。各旋回底部主要為灰白色中 -細(xì)粒砂巖，向南部粒度變細(xì)，該段地層煤礦區(qū)西部由于受后期沖刷剝蝕，僅東部保存該段。為前緣三角州相。下部為灰黑色砂質(zhì)泥巖夾薄層灰色粉砂巖，具微波狀層理及水平層理；中部為灰色粉砂巖、細(xì)粒砂巖夾灰黑色砂質(zhì)泥巖、薄煤層及不可采的4號(hào)煤層，具波狀層理，含植物化石碎片。為濱湖三角州沉積 -沼澤相沉積；上部為黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖，具水平層理，含大量植物化石，頂部為不可采的6號(hào)煤層，大部可采的5號(hào)煤層(K2)位于6號(hào)煤之下。

據(jù)鉆孔資料，該段地層厚0～55.75 m，平均37.28 m。

2.5 三疊系上統(tǒng)瓦窯堡組第5段(T3w5)

該段自油頁(yè)巖(K1)底面至富縣組底。下部為黑色泥巖、油頁(yè)巖及夾薄層黃綠色鋁土質(zhì)泥巖，層位較穩(wěn)定，定為標(biāo)志層(K1)。巖性灰黑 -黑色，致密，易分化為薄片狀，含油，油頁(yè)巖中夾數(shù)層含鋁土質(zhì)泥巖薄層，顏色呈淺黃灰色、灰白色，團(tuán)塊狀，較致密，易風(fēng)化、遇水變軟、粘手、弱可塑；中部為灰黑色砂質(zhì)泥巖、泥巖夾薄層灰色粉砂巖和細(xì)粒砂巖。具波狀層理及小型交錯(cuò)層理；上部厚層狀灰綠、灰白色中粒砂巖，夾粉砂巖薄層；該段地層在因受后期沖刷剝蝕，井田西部缺失，僅井田東部殘存。

據(jù)鉆孔資料，該段地層厚0～15.09 m，平均7.67 m。

3 沉積環(huán)境分析

鄂爾多斯盆地在印支運(yùn)動(dòng)時(shí)期主要表現(xiàn)為大型內(nèi)陸型沉積，以垂向的升降運(yùn)動(dòng)為主；瓦窯堡組早期，總體為一走向北西，向西傾伏，南陡北緩的不對(duì)稱向斜構(gòu)造；瓦窯堡晚期盆地中部受定邊-吳堡斷裂影響，北部地勢(shì)相對(duì)較高，廣泛發(fā)育河流相沉積；南部為盆地坳陷區(qū)，以湖泊沉積為主；通過(guò)對(duì)大量鉆孔瓦窯堡地層的分析，瓦窯堡組地層在沉積時(shí)地殼垂直升降運(yùn)動(dòng)十分頻繁，表現(xiàn)為湖泊水體的擴(kuò)張與進(jìn)退頻繁，周期較短，造成煤層層數(shù)較多，無(wú)厚煤層的發(fā)育特征。

第4勘探線沉積相剖面如圖2所示。

圖2 第4勘探線沉積相剖面Fig.2 Sedimentary facies profile of 4th exploration line

由圖2可知，井田由東向西瓦窯堡地層沉積相對(duì)比(煤層對(duì)比)情況，客觀地體現(xiàn)了早侏羅世瓦窯堡地層遭受沖刷剝蝕現(xiàn)象；井田東部的4-11鉆孔瓦窯堡地層保留比較完整，沉積相由濱湖 -三角洲相到沼澤相交替出現(xiàn)，體現(xiàn)出瓦窯堡組地層沉積時(shí)期，盆地內(nèi)部湖泊水體進(jìn)退現(xiàn)象；井田中西部的4-13鉆孔瓦窯堡地層被沖刷剝蝕，第4段(T3w4)保留不全，第5段嚴(yán)重缺失；相同層位被侏羅系下統(tǒng)富縣組地層填充補(bǔ)齊，表明井田西部晚三疊紀(jì) -早侏羅世時(shí)期，井田中西部地區(qū)瓦窯堡組地層遭受古河流的沖刷剝蝕，瓦窯堡地層缺失。

富縣組地層沉積在三疊系瓦窯堡組古剝蝕面之上，如圖3所示，印支運(yùn)動(dòng)時(shí)期，形成了一系列隆起與低洼地段相間的現(xiàn)象，至燕山運(yùn)動(dòng)初期運(yùn)動(dòng)處于平穩(wěn)時(shí)期，以夷平作用為主，沉積了早侏羅富縣組，富縣組的沉積受古地形制約，在低洼地處沉積厚度大，向隆起處變薄或尖滅。

井田內(nèi)富縣組地層不穩(wěn)定，主要分布于井田中西部，厚度變化較大，東部薄，西部厚，為河流相沉積；據(jù)勘查鉆孔資料厚0～51.01 m，平均19.70 m，與下伏地層為平行不整合接觸。巖性主要為一套灰褐色、紫紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖及中細(xì)粒石英砂巖為主，在井田中西部富縣組地層中有厚層狀淺灰黑色砂質(zhì)泥巖，含石英礫，礫徑1～8 cm，疏松，易風(fēng)化，易碎；地球物理測(cè)井時(shí)，由于井徑擴(kuò)大嚴(yán)重，造成測(cè)得長(zhǎng)、短源距伽瑪值呈高值反應(yīng)，計(jì)算出的密度也呈明顯似煤異常，且與井田東部5號(hào)煤層位相同，易誤判為5號(hào)煤層。

圖3 井田三疊紀(jì)地層頂面等高線Fig.3 Top contour of triassic strata in the mine field

4 結(jié)論

(1)子長(zhǎng)礦區(qū)貫屯井田在晚三疊紀(jì) -早侏羅世時(shí)期，井田中西部大范圍的瓦窯堡組地層遭受古河流的沖刷剝蝕，使瓦窯堡第5段嚴(yán)重缺失，第4段地層缺失或保存不全，其中5號(hào)煤被剝蝕缺失，可采范圍變小，資源儲(chǔ)量減少，對(duì)瓦窯堡第3段地層中3號(hào)煤層影響較小，導(dǎo)致侏羅紀(jì)下統(tǒng)的富縣組地層增厚。

(2)現(xiàn)井田東部煤礦先期開(kāi)采地段實(shí)際開(kāi)采5號(hào)煤層井巷工程揭露2條橫向?qū)挾?00～350 m左右的中細(xì)粒砂巖的沖刷帶，給煤礦正常接續(xù)布置工作面造成重大影響。分析研究井田內(nèi)沖刷剝蝕范圍對(duì)煤層對(duì)比和煤礦今后有效布置工作面接續(xù)安全生產(chǎn)有指導(dǎo)意義。

(3)井田通過(guò)補(bǔ)充勘探，區(qū)內(nèi)大致查明沖刷剝蝕的范圍，但受鉆探工程線距的制約，僅限于相鄰2個(gè)鉆孔之間，最終需要查明沖刷剝蝕邊界的準(zhǔn)確位置或擺動(dòng)范圍，建議礦方后期通過(guò)井下鉆探或?qū)ｍ?xiàng)地面鉆探工程予以控制。