庆阳沙井子矿区地质特征及成煤环境浅析_李奇峰.pdf

1732023 年第 2 期李奇峰：庆阳沙井子矿区地质特征及成煤环境浅析李奇峰：庆阳沙井子矿区地质特征及成煤环境浅析收稿日期 2022-08-06作者简介 李奇峰（1974），男，甘肃西和人，1998 年毕业于西安科技大学水文地质及工程地质专业，本科，高级工程师，从事水文地质、工程地质、煤田地质勘查等工作。李奇峰：庆阳沙井子矿区地质特征及成煤环境浅析李奇峰：庆阳沙井子矿区地质特征及成煤环境浅析庆阳沙井子矿区地质特征及成煤环境浅析李奇峰（甘肃煤田地质局一四六队，甘肃 平凉 744000）摘 要 庆阳沙井子矿区蕴藏煤炭资源量 50 余亿吨，资源赋存条件优越，根据对本区地质构造特征、地层分布及岩相组合变化特征分析，在印支运动之后至燕山中期，地壳不均衡缓慢沉降控制着侏罗系沉积的全过程，在岩性和岩相组合上形成了多旋迴结构的延安组含煤岩系及资源量丰富的多层可采煤层。关键词 地质构造特征；成煤环境；庆阳沙井子矿区中图分类号 P618.11 文献标识码 A doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.02.060Analysis on Geological Characteristics and Coal-forming Environment of Shajingzi Mining Area in QingyangLi Qifeng(The 146th Team of Gansu Coal Geology Bureau,Gansu Pingliang 744000)Abstract:The Shajingzi mining area in Qingyang contains more than 5 billion tons of coal resources with superior resource occurrence conditions.According to the analysis of the characteristics of geological structure,stratigraphic distribution and lithofacies assemblage in this area,from the Indosinian movement to the Middle Yanshan period,the crust unbalanced slow subsidence controls the whole process of Jurassic sedimentation,and the coal-bearing series of Yanan formation with polycyclic structure and multi-layer exploitable coal seams with rich resources are formed in the combination of lithology and lithofacies.Key words:characteristics of geological structure;coal-forming environment;Qingyang Shajingzi mining area庆阳沙井子矿区主要包括刘园子煤矿、沙井子中部毛家川井田、马福川井田，沙井子西部钱阳山井田，以及沙井南部详查区，面积约 450 km2。在侏罗纪沉积期，本区构造运动对成煤环境形成控制作用，使区内的含煤地层及煤层主要保留在沙井子断褶带中西部较宽缓的向、背斜构造带中，形成了南北向延展的带状富煤带，蕴藏煤炭资源量 50 余亿吨，煤层均属低灰、低硫、高挥发分、中高发热量的长焰煤类，开发前景良好。1 地质构造位置1.1 鄂尔多斯盆地西缘断褶带庆阳沙井子矿区位于鄂尔多斯盆地西缘断褶带中段，其自东而西依次为沙井子断褶带、青龙山断褶、蟠龙坡断褶带，呈叠瓦状排列（图 1）。因多次构造运动挤压、隆起、剥蚀程度不一，西部蟠龙坡断褶带、中部青龙山断褶带内已无中生代侏罗系延安组含煤地层赋存，仅东部沙井子断褶带尚有延安组含煤地层赋存。1.2 沙井子断褶带沙井子断褶带位于鄂尔多斯盆地西缘断褶带东条带，带内发育有次一级的背斜构造 12 个，断裂构造 20 多条。这些构造形迹分别赋存于白垩系和侏罗系与其以下地层中，且表现形式不尽相同：凡是在白垩系地层中赋存的背斜，一般幅度很小（几米至几十米），两翼倾角平缓，轴向多为南北向，大小形状不一且呈孤独状出现；凡是赋存于侏罗系及其以前地层中的背斜，一般幅度大（数百米），轴向近南北，两翼明显，且多呈西翼缓、东翼陡，大部分为长轴背斜，与两侧的向斜呈平行排列，且在褶曲翼部常有同期挤压性断裂相伴。2 地层发育特征矿区范围内基岩露头较少，除一些较大沟谷中1742023 年第 2 期零星出露下白垩统上段地层（K1zh2）外，大多被第四系松散砂砾石层及黄土所覆盖。依据钻探揭露，区内中生代地层从老到新依次有：三叠系上统延长群（T3yn），侏罗系（J），白垩系下统志丹群（K1zh）。2.1 三叠系（T）三叠系上统延长群（T3yn）为本区煤系地层基底，厚度一般在 500 m 以上，岩性以浅灰绿色中、细粒砂岩为主，夹灰绿色粉砂岩及薄层黑灰色泥岩，偶见灰白色粗砂岩。突出的岩性特征是分选性较好，多具平行层理、微波状层理及薄层状粒序层理，偶见混浊状层理（为湖泊相水底地滑成因标志），为浅湖及滨湖砂滩相沉积物。含较丰富的植物化石，以碎屑居多。2.2 侏罗系（J）从老到新主要划分为以下四个岩层组：（1）侏罗系下统富县组（J1f）。矿区内富县组（J1f）主要分布于矿区北部，厚度变化较大，常呈鸡窝状，是印支运动后在三叠系顶面古地形凹坑地带填平补齐作用而沉积的，来源于西部隆褶带的古风化壳残积物，是短暂河流或洪积相沉积。（2）侏罗系中统延安组（J2y）。延安组是矿区含煤地层，是一套陆相碎屑岩夹生物有机岩沉积。区内平均厚度 300400 m，区内总体呈西北厚东南薄，向斜中心较厚而背斜处较薄。据岩性、岩相组合特征，延安组（J2y）可划分为四个地层段（J2y1-J2y4）、八个中型沉积旋迴（第-第沉积旋迴），每段均由两个沉积旋迴组成。每个旋迴的岩性均呈现下粗上细的粒度组合，即下部为灰白色粗、中、细粒砂岩，上部为深灰色粉砂岩、灰黑色砂质泥岩、泥岩夹碳质泥岩及煤层。顶部第旋迴一般不含煤，上部第旋迴在个别钻孔仅见不可采薄煤。中-下部第-第沉积旋迴为本井田延安组地层中的主要含煤岩段，共含 810 个煤组，均有规律地赋存在各旋迴层的中至上部，其中每个中型旋迴层的上部至顶部均有一层全区连续分布、大部或全区可采的中厚至厚煤层赋存。本区延安组早-中期各旋迴沉积环境的变迁为六次周期性的扇形三角洲背景下的平原分流河道、间湾充填淤浅而泥炭沼泽化滨、浅湖相细碎屑泥质沉积。延安组沉积晚期全区演变为浅-中深湖相，结束了沉积扇三角洲及其上的泥炭沼泽（煤）相沉积。各段均含有植物化石，以锥叶蕨-拟刺葵-拟银杏植物组合为主。（3）侏罗系中统直罗组（J2z）。为一套半干旱气候条件下沉积的黄、绿、紫等杂色河湖相沉积物，平均厚度100 m左右，呈明显的北薄南厚之规律。（4）侏罗系中统安定组（J2a）。为一套遭受强烈风氧化作用，在干旱河、湖相环境中沉积的以紫褐、棕红色为主的杂色碎屑岩沉积，色调比直罗组深。赋存区平均厚度为 120 m 左右，以暗紫红、紫褐色等较深色调及粒度普遍较细，分选较好，与直罗组相区别。（5）侏罗系上统芬芳河组（J3f）。仅见及于区内构造最低点-九条硷杨咀子向斜南部倾伏端，厚度最大可达 100 m，其上部为浅紫红色、浅灰绿色含砾细砂岩及中粒砂岩，分选极差，为典型的山麓冲、洪积相泥石流堆积。2.3 白垩系（K）矿区内普遍分布，平均厚度 200 m 左右。上部第二段主要为干旱气候条件下的河湖相浅紫红至紫红色各粒度砂岩夹砂质泥岩、泥岩；下部第一段为典型的山麓相巨厚层状紫红色砾岩，偶夹同色透镜状粗砂岩。3 地质构造特征控制沙井子断褶带含煤地层各种构造形迹的构造作用力是长期、多次、继承性的以东西向压应力为主，构造形变先形成褶皱，并向西倾斜，然后形成断裂，再经剥蚀作用。构造活动主要发生于延安组地层沉积之后的燕山早期构造运动及侏罗系地层沉积之后，白垩系地层沉积之前的燕山中期构造运动主幕，使沙井子断褶带内的含煤地层及煤层主要保留在中、西部较宽缓的向、背斜构造带中。燕山中期构造运动之后沉积的下白垩统两段地层，下段为巨厚的杂色砾岩层，上段紫杂色砂、泥岩层，其构造形态较为简单，为一套由西向东缓倾的单斜层，其上零星发育有幅度很小、独立存在的鼻状小背斜，这些小背斜往往是下伏延安组中的大背斜在燕山晚期构造运动中继承性的小活动在白垩系下统地层中的反映。燕山晚期构造运动虽对前期构造有继承性，但以区域性总体上升并向东倾斜为特点，隆起阶段发生长期的沉积间断，缺失白垩系上统沉积。在而后的沉降阶段沉积了局部分布的第三系红色砂、泥岩及半胶结的砾岩。喜马拉雅期构造运动先以总体隆起为特点，对第三系及下伏白垩系地层均有冲刷、剥蚀作用，但1752023 年第 2 期李奇峰：庆阳沙井子矿区地质特征及成煤环境浅析李奇峰：庆阳沙井子矿区地质特征及成煤环境浅析对埋藏更深的中侏罗统延安组含煤岩系破坏及影响不大。4 结论综上所述，根据本区地质构造特征及区内侏罗系下统富县组，中统延安组、直罗组、安定组，上统芬芳河组各地层分布、厚度及岩性、岩相组合变化特征可总结出侏罗纪沉积期本区构造运动对沉积建造，岩相古地理的控制作用，再配合古气候、古植被的研究，可得出本区侏罗系各组地层具有如下沉积演变规律：（1）以强烈挤压、隆起、剥蚀为特色的印支运动主幕造就了高低差异较大、起伏不平的三叠系顶面（主要是上统延长群）古地形。侏罗纪初期在零星分布的最低凹地带首先沉积了以残积相（亦称古风化壳）为主的富县组地层，对残缺的古地形进行了初步夷平。（2）印支运动之后至燕山中期构造运动期约七千万年的地壳不均衡缓慢沉降控制着侏罗系沉积的全过程。随着富县组及延安组沉积早期厚层砂岩对古地形的逐渐夷平，古地理环境由印支运动以前的湖泊相依次转变为运动后的多旋迴扇三角洲平原泥炭沼泽河湖相山麓相；古气候由半湿润温暖潮湿半干旱干旱，逐渐演变。其中控制扇三角洲平原化环境发育的构造运动是在总体缓慢沉降的过程中又发生周期性的震荡运动，配合温暖潮湿的古气候条件，在中侏罗世早期沉积了厚达 400余米，在岩性和岩相组合上具有多旋迴结构的延安组含煤岩系。期间受古地理环境及古气候控制，森林植被多次大规模繁衍生长、死亡、持续堆积，后期埋藏形成了资源量丰富的多层可采煤层。（3）直罗组及安定组地层沉积期，地壳沉降速度逐渐加快，气候变得炎热干旱，植被减少，沉积介质由延安组沉积时的还原环境逐渐变化为直罗、安定期的氧化环境，铁质氧化使岩石中多带红色，且越向上氧化强度越高，使干旱河湖中沉积的安定组细碎屑呈现一片紫红-紫褐色色调。至侏罗系上统芬芳河组沉积期，因经历了短暂的以隆起、褶皱、剥蚀为主的燕山早期构造运动（二幕），古地理环境演变为以干旱的山麓相为主，在最低凹地带沉积了局部-零星分布、成分复杂、以紫红色为主的冲洪积相砂、砾岩。（4）侏罗系沉积之后的燕山中期构造运动以全区剧烈挤压为特色，形成褶皱、隆起、断裂、剥蚀现象，改变了侏罗系原始简单的构造面貌，并使处于背斜轴部及北部断裂上升盘等构造高带的延安组中部以上地层及煤层遭受剥蚀破坏，但对中-下部的主要含煤岩段及煤层影响不大。【参考文献】1 宿敬北，何静.陇东环县沙井子矿区煤系与聚煤作用 J.山东工业技术，2013（13）：145-146.2 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