甘肃省酒泉北山地区白土沟盆地找煤方向研究.pdf

190地质与勘探引言甘肃省河西走廊地区是甘肃省重要的工农业生产基地，分布有全国最大的镍及贵金属生产基地和甘肃省重要的钢铁、石油、建材、制糖工业基地。长期以来，区内煤炭产需矛盾较为突出，尤其是地处河西走廊以北的酒泉地区严重缺煤，全区每年需从新疆、宁夏及省内其他地区调入原煤约1000万吨。随着地区工、农业的不断发展，以及区内生产小窑资源的不断枯竭，煤炭的供应缺口将不断增大，更大量的煤炭将需要从邻省、区调入。由于长距离运输，煤炭价格居高不下，严重阻碍当地经济的进一步发展。因此，加快该区煤炭资源勘查工作，缓解煤炭供求矛盾，不仅可以促进当地工农业生产的进一步发展，而且通过“以煤代薪”，解决当地居民燃料问题，有效保护当地脆弱的生态环境。但酒泉地区煤炭资源勘查程度较低，现有探明量及产量均远远不能满足区内工农业发展需求。21世纪初，在位于酒泉北山地区南侧的白土沟盆地施工时探得煤孔1个，揭露该盆地赋存中侏罗统沙婆泉群煤系地层，但未见煤层。针对上述情况，本文以白土沟盆地为研究区，通过研究区域以往地质资料，分析该区含煤地层沉积环境及构造演化特征，采用更加直观清晰的构造演化剖面对构造变化进行推演，指出该区应重点从盆地的中部向北部边沿，乃至断层上盘超覆的花岗岩之下寻找被逆复的下盘煤层。一、区域地质背景1.区域地层本区地层区划属天山兴安地层区北山分区红柳园小区。归于河西陇东地层区北山小区(甘肃省区域地质志，1989)，或北山雅布赖盆地地层区。区内发育地层由老至新有：中元古界长城系白湖群（Chbh）、中元古界蓟县系平头山群（Jxpn）、下石炭统红柳园组（C1h）、中侏罗统沙婆泉群(J2sh)、上侏罗统沙枣河组（J3s）、第四系(Q)。其中，中侏罗统沙婆泉群（J2sh）是区域内对煤层成因有影响的主要地层，其岩性主要为灰白色、灰色细砾岩、含砾粗砂岩、粗砂岩，灰黑色泥岩、炭质泥岩及煤层组成，沉积基底为闪长花岗岩。2.区域构造本区属天山兴蒙造山带。区域构造位置在柳园天仓构造带的东端。该带总体上呈北西西向，在平面上略呈反“S”形弯曲，研究区位于双塔堡尖山子断层以东部分。区内断裂按走向分类，存在东西向、北西西向、北西向、北北西向和北东向等多个断层组。煤系地层的分布受控于NWW向和EW向构造。二、研究区地质背景1.研究区地层研究区主要赋存第四系(Q)、上第三系上新统疏勒河组（N2s）上侏罗统沙枣河组（J3s）、中侏罗统沙婆泉群（J2sh）、华力西中期花岗岩等5套地层。华力西中期花岗岩：研究区内侵入岩发育，全为华力西中期，共有4次侵入活动，具有基性中性酸性的典型演化特征，主要为二长花岗岩和花岗闪长岩。为煤系地层的基底。中侏罗统沙婆泉群(J2sh)：研究区内沙婆泉群地层主要出露在探矿权边界的西北侧。根据区内以往地质资料显示，该地层岩性主要由白色、灰色细砾岩、含砾粗砂岩、粗砂岩，灰黑色泥岩、炭质泥岩及煤层组成，为本区的含煤地层，其沉积基底为花岗闪长岩。上侏罗统沙枣河组(J3s)：研究区内上侏罗统沙枣河组地层出露范围较大，岩性为浅红、紫红、红褐、浅灰、黄绿色砾岩、粗粒砂岩、细粒砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩及泥岩。与下伏的中侏罗统沙婆泉群地层呈平行不整合接触。上第三系上新统疏勒河组（N2s）：在研究区的南部有零星分布。下部为紫红色砂质砾岩，上部为砖红色泥岩、砂质泥岩及红色含砾粉质粘土，局部含石膏。与下伏的中侏罗统沙婆泉群为假整合或不整合接触。第四系(Q)：分布广泛，尤其在各山间凹地或小盆地甘肃省酒泉北山地区白土沟盆地找煤方向研究彭翔甘肃煤炭地质勘查院【摘要】以酒泉北山地区南侧的白土沟盆地为研究区域，以前人钻探地质资料为基础，采用更加直观清晰的构造演化剖面，分析盆地含煤地层沉积环境及构造演化特征，为下一步找煤工作提供依据。【关键词】含煤地层；地质特征；找煤方向【DOI】10.12316/j.issn.1674-0831.2023.15.064191地质与勘探中更多，但厚度较小。2.含煤地层中侏罗统沙婆泉群（J2sh）为本区主要含煤地层，地层可分为上下两个岩组。上岩组为非含煤段，由砾岩、粗砂岩、砂质泥岩构成，属河流相河漫滩相滨湖相沉积。岩相组合表现为以河流相为主的河床河漫滩滨湖相紧密共生，其表现为以底部细中粒的河床相开始，向上相继出现河漫滩湖相的粉砂岩、泥岩沉积。上岩组由三个沉积旋回组成，每个旋回从粗粒岩性开始，细粒岩性结束。厚度约为55.15m。下岩组为含煤段，由为灰黑色泥岩、灰白色粗砂岩、煤层构成，岩相组合表现为以河流相为主的河床相、河漫滩泥炭沼泽相紧密共生。平面上呈相互过渡关系。可大致划分为5个沉积旋回，各旋回表现为底部以河床相的粗砂岩、含砾粗砂岩开始，向上相继出现河漫滩相和河漫滩泥炭沼泽相的细砂岩、泥岩、煤层。3.研究区构造本区主体由北西西南东东向的向斜构造和与向斜构造轴平行的一系列断层组成（如图1所示）。图1研究区地质图（1）褶皱研究区主要褶皱为白土沟向斜。该向斜轴呈北西西南东东向，北东翼陡，南西翼缓。向斜盆地为中新生代微型盆地，开始于燕山早期，完成于喜山期。盆地充填物主要为侏罗系、下白垩统及第三系、第四系等。（2）断裂在白土沟向斜的北东翼上见有多条断层。F3断层：逆断层，走向北西，北东倾，断距不清，为盆地北部边界。F2断层：逆断层，走向北西，北东倾，断距约120m，受其影响，煤层倾角变陡。纵观研究区构造复杂程度为中等。（3）岩浆活动研究区内侵入岩十分发育，出露在白土沟盆地边缘。为区内中新生代盆地的主要沉积基底，也是含煤地层的基底。区内侵入岩时代均为华力西中期，各岩体按侵入顺序可分为四次，由老至新依次为基性的辉长岩，中性的石英闪长岩或闪长岩，中酸性的花岗闪长岩、二长花岗岩及酸性花岗岩，形成一个基性岩中性岩酸性岩的比较完整的岩浆侵入旋回。另外，由于区内岩浆岩为海西中期花岗岩，早于侏罗系地层形成之前，因此岩浆岩活动对研究区煤系地层没有影响。三、煤层1.含煤性研究区煤层赋存于中侏罗统沙婆泉群地层中，为找煤的主要目的层。煤层位于下岩组，含煤5层，其中煤1和煤2为可采煤层，煤3、煤4和煤5为不可采煤层，分别叙述如下：（1）煤1层：煤1位于中侏罗统沙婆泉群顶部，其间接顶板多为灰白色厚层状含砾粗砂岩、粗砂岩。厚01.52m，结构单一，不含夹矸或含一层夹矸，连续性差，为不稳定较稳定煤层。（2）煤2层：煤2位于中侏罗统沙婆泉群中上部，煤层顶、底板大多为灰白色厚层状粗砂岩，砂岩中普遍含煤屑。厚02.94m，结构单一，多含一层夹矸。为不稳定较稳定煤层。煤2和煤1的间距为5.7123.96m。（3）煤3层：煤3位于中侏罗统沙婆泉群第中部，煤层顶大多为灰白色厚层状粗砂岩，砂岩中普遍含煤屑，底板大多为灰白色厚层状含砾粗砂岩或砾岩，底板岩性普遍比顶板粗。厚00.55m，全部不可采，结构简单，为不稳定煤层。（4）煤4层：煤4位于中侏罗统沙婆泉群中下部，煤层顶大多为灰白色厚层状粗砂岩，砂岩中普遍含煤屑，底板大多为灰白色厚层状含砾粗砂岩或砾岩，底板岩性普遍比顶板粗。厚00.9m，含夹矸1层，结构简单，局部可采，为不稳定煤层。（5）煤5层：煤5位于中侏罗统沙婆下部，顶板大多为灰白色厚层状含砾粗砂岩或砾岩，厚00.1m，为零星分布的薄煤线或煤线。2.煤质区内煤层宏观特征为褐黑色、沥青光泽，煤岩类型以亮煤为主，具条带状结构。初步判定：煤1为低中灰、中硫、高热值长焰煤；煤2为中灰、中高硫、中高热值长焰煤，均为较好的民用煤。192地质与勘探四、研究区地层及构造演化分析1.地层沉积分析北山地区在海西运动中完成由海到陆的变迁，在近南北向挤压应力的作用下，形成东西向巨型隆起带和断裂为主的区域构造格架。印支运动又使本区的巨型隆起带在近南北向挤压应力作用下复杂化，进一步形成一系列近东西向的次级坳陷和隆起，白土沟小型盆地就是这样的次级长条状坳陷之一。中侏罗世时，白土沟盆地内部地势低洼处有河流、湖泊和沼泽发育，为含煤岩系中侏罗统沙婆泉群（J2sh）提供了沉积场所，沙婆泉群不整合沉积在华立西中期花岗岩基底上。晚侏罗世时，白土沟盆地沉降幅度加大，使上侏罗统沙枣河组（J3s）沉积范围扩大，超复在中侏罗统沙婆泉群之上（如图2所示）。图2研究区地层剖面图沙婆泉群在盆地北部出露，虽然在南部、西北部、东南部被上侏罗统沙枣河组、第三系等上复地层掩盖，但是沙婆泉群的岩相组合主要表现为以河流相为主的河床相、河漫滩泥炭沼泽相紧密共生，还有冲洪积扇相及扇间发育的泥炭沼泽相。分析其原始沉积分布方向应当与白土沟盆地走向基本一致，所以盆地南部、西北部、东南部的上复地层掩盖区之下很可能有含煤地层沙婆泉群赋存。2.构造演化分析燕山运动在本区表现较强烈。受近南北向挤压应力的影响，白土沟盆地南北两侧向盆地中心挤压，使向斜褶皱加剧，进而在盆地北部边缘先产生近东西向的逆断层F3，切割破坏了盆地北缘部分煤系（如图3所示）。图3研究区构造演化剖面图（1）在近南北向挤压应力的继续作用下，盆地北部又产生了近东西向的逆断层F2，使上盘煤系被抬升到浅部，还使煤系地层倾角变陡至6070（如图4所示）。图4研究区构造演化剖面图（2）五、找煤前景探讨通过对研究区含煤地层和构造的综合分析，对本区找煤前景得出以下初步认识：1.研究区中侏罗统沙婆泉群含煤岩系的沉积，受北山地区次级凹陷白土沟盆地的控制，盆地内低洼的北西南东方向有利于山麓相、河流相湖泊相、沼泽相、泥沼相沉积体系含煤地层的沉积，进而被上侏罗统和第三系超复沉积掩盖，因此从沉积的角度分析，今后找煤重点应选择沿白土沟盆地走向在沙婆泉群出露区的西北和东南方向开展。2.沙婆泉群含煤岩系在白土沟盆地沉积后，因受燕山运动的影响，白土沟向斜盆地褶皱加剧，尤其向斜北翼倾角变大，进而产生了北西南东向盆地边缘逆断层向南逆冲，一方面切割破坏了北翼煤系和煤层，同时也在逆断层下保护了部分煤层，所以，从构造的角度分析，在倾向（北东南西）上找煤，应重点从盆地的中部向北部边沿，甚至F3上盘花岗岩之下寻找被逆复的下盘煤层。而白土沟盆地的南部主要是上侏罗统沙枣河组超复中侏罗统沙婆泉群的沉积范围，不是找煤的重点方向。参考文献：1江彪，王登红，马玉波，蒲秀浪，刘建宏，樊新祥，赵吉昌，等.北山及其相邻地区主要矿床类型、找矿新进展及方向J.地质学报，2022，96（06）：2206-2216.2马国林、张启林，等.甘肃省煤炭资源潜力评价R.甘肃煤炭地质勘查院，2010.3马国林、张子祥，等.甘肃省金塔县白土沟盆地煤炭资源普查报告R.甘肃煤炭地质勘查院，2007.4云龙，张进，王驹，等.甘肃北山南部活动断裂的发现及其区域构造意义J.地质力学学报，2021，27（02）：195-207.作者简介：彭翔（1988），男，汉族，湖北当阳人，本科，工程师，研究方向：煤田地质勘查及勘查工程数据统计研究。