宁中矿区侏罗纪延安期同沉积构造分析

收稿日期：２０１４?０８?２２作者简介：曹大文（１９６８－），男，四川荣县人，高级工程师，从事煤炭地质勘查工作。ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－２７９８．２０１４．１１．０１７宁中矿区侏罗纪延安期同沉积构造分析曹大文（甘肃煤炭地质勘查院，甘肃兰州　７３００００）摘　要：宁中矿区位于鄂尔多斯盆地西南缘。同沉积构造背斜与向斜的鉴定主要根据同一沉积期沉积厚度的分析来判断，通过中侏罗世延安期延安组厚度、煤层厚度、煤层间距等方面分析得出结论，同沉积构造贯穿整个成煤过程，所揭示煤层厚度和间距变化规律为正确对比煤层打下坚实的理论基础。并可为其他含煤盆地构造和聚煤作用分析提供参考。关键词：宁中矿区；同沉积构造；煤层厚度中图分类号：Ｐ６１８．１１　　　文献标识码：Ｂ　　　文章编号：１００５?２７９８（２０１４）１１?００４７?０４　　同沉积构造在一切沉积盆地（包括聚煤盆地）都有发育，尤其在一些大型的或沉积厚度较大的盆地更为常见，同沉积作用对含煤性影响巨大，引起煤系地层、煤层厚度的巨大变化［１］。鄂尔多斯盆地是我国大型的聚煤盆地，中侏罗世是其历史上重要的成煤期，研究分析成煤期的同沉积构造特征具有重要的地质意义。宁中矿区通过地震工作，未发现断层，以下同沉积构造分析主要针对同沉积褶皱展开。１　地质背景矿区位置地处鄂尔多斯西南缘。西南靠近西秦岭造山带，东与稳定的鄂尔多斯盆地本部相接，西与贺兰山相连，见图１。区内大部分地区为第四系覆盖，仅在沟谷中出露下白垩统志丹群，但出露面积颇小。据钻孔揭露，区内所见地层自下而上有：上三叠统、侏罗系、下白垩统和第四系。中侏罗统延安组是区内主要含煤地层。延安组的层序地层序列基本由河流冲积体系转变为湖泊－三角洲沉积体系［２］。根据岩性、岩相和地层垂向层序特征，将其划分为三段。每段顶部从下至上分别沉积煤层煤５－１、煤４－１、煤３层等较稳定分布的可采煤层［１］，不可采煤层较多，煤层总数多达十几层。区内构造以煤５层底板等高线图观之，煤系总体为一个向北西缓倾的单斜构造。次级构造中断层不发育，以褶皱为主，为短轴状的宽缓背斜（隆起）和向斜（凹陷），见图２。由南向北分述如下：平定背斜：位于勘查区南部，总体呈北东东方向展布。区内延伸长度约１３ｋｍ，在勘查区东部消失。轴部一带延安组地层厚度小甚至缺失，只有相对凹陷呈鞍部有薄煤层及延安组地层沉积，背斜总体较为宽缓，北翼倾角５～１０°。图１　宁中矿区区域位置图２　宁中矿区构造纲要潭腊向斜：位于平定背斜和西头背斜之间，总体呈北东向展布，幅度相对较小。延伸长度约１１ｋｍ７４问题探讨　总第１８３期至１４勘查线消失，轴线附近延安组地层厚度大于两翼，向斜两翼倾角３～７°。西头背斜：位于勘查区中南部，总体呈北东方向曲形展布。区内延伸长度大于１５ｋｍ。在相对较高的隆起，轴部一带延安组地层厚度小。背斜总体较为宽缓，两翼倾角３～６°。院子向斜：位于勘查区中部，总体呈北东向蛇形斜穿勘查区展布，为勘查区的主要构造。在勘查区东北部幅度变缓至消失，区内延伸长度大于３０ｋｍ。轴部一带延安组地层厚度达８０～１１０ｍ，由多个凹陷呈起伏状相连，向斜总体宽缓，两翼倾角均小于３°。南桥背斜：位于院子向斜和安定咀向斜之间，呈北东向展布，幅度相对较小。区内延伸长度约１２ｋｍ。延安组地层厚度小于两侧向斜，厚度一般在７０ｍ以下。总体较为宽缓，两翼倾角４～８°。安定咀向斜：位于勘查区北部，沿北东东向展布。区内延伸长度约１２ｋｍ。轴部一带延安组地层厚度大于１００ｍ，向斜轴部较为宽缓，两翼倾角小于４°。２　同沉积构造特征表现矿区总的构造形态为向北西倾斜的单斜构造，次级的各背、向斜轴线弯曲以“Ｓ”型为主，轴部宽短，两翼倾角平缓，两翼地层均由上三叠统延长组、下侏罗统富县组以及中侏罗统延安组、直罗组和安定组等组成。同沉积褶皱的鉴定主要是根据同一沉积期厚度的分析来判断的［３］。下面选取延安组厚度、煤层总厚度及煤层间距来分析。２．１　延安组厚度沉积特征延安组为一套湖泊三角州沉积。沉积相包括前三角洲、三角洲前缘和三角洲平原［４］。岩性为灰、灰白、深灰色粗、中、细粒砂岩、粉砂岩及灰黑、黑色泥岩、炭质泥岩和煤层，多为均匀层理、微波状层理、脉状层理及水平纹理。富含植物化石及其碎片，完整的植物化石中多见锥叶蕨化石。砂岩中含有炭屑、黄铁矿结核等。本组地层厚度１．８４～１５５．１２ｍ，平均６３．６７ｍ。与下伏富县组为平行不整合接触。延安组的地层厚度变化同构造形态关系密切，从图３可以看出，厚度等值线在潭腊、院子、安定咀三个向斜中心厚度大，最大厚度超过１００ｍ；平定、西头、南桥三个背斜轴部的厚度最小，最南部平定背斜核部部分厚度为零，直罗组直接同三叠延长组不整合接触。２．２　煤层厚度沉积特征延安组煤层总厚度：煤田内延安组含煤１～１４层，煤层层数总体上由东向西、由北向南减少。图３　延安组厚度等值线图延安组的含煤性同本区的构造形态特别是次级褶曲有着紧密的关系。总的规律是隆起区含煤性差，凹陷区含煤性较好。延安组地层平均厚度约６６ｍ，含煤系数１８．９６％。煤层总厚０．５～２８ｍ，平均总厚度为１２ｍ。煤层总厚度变化较大，变化经向斜核部向背斜轴部，由大变小，见图４。图４　延安组煤层总厚度等直线延安组所含煤层可以全区或局部追踪对比的主要有４个可采煤层。从整个鄂尔多斯盆地聚煤规律和盆地煤层对比编号，从上至下，分别为李宝芳著《鄂尔多斯中部层序地层及沉积体系分析》中的煤３、煤４－１、煤４－２和煤５－１层。煤５－１层为主要可采煤层，其发育于延安组第一段顶部。除南部剥蚀区和东部的无煤区外，区内煤３、煤４－１、煤４－２和煤５－１［２］（甘肃煤田习惯编号煤２、煤５、煤６、煤８），其中煤５－１广泛分布，层位稳定。可采面积和分布面积分别占勘查区面积的５７％和８２％。是区内较稳定的大部可采煤层，也是主要可采煤层，其资８４２０１４年１１月　　　　　　　　　　曹大文：宁中矿区侏罗纪延安期同沉积构造分析　　　　　　　　　　第２３卷第１１期源量占总资源量的７０％左右。其厚度及变化规律同煤层总厚度一致。反映在谭腊、院子、安定咀向斜的核部及两翼分布厚煤区，煤层厚度大于３．５ｍ；反之，在南桥、西头等背斜核部，则多有薄煤区，厚度０．８～１．３ｍ，见图５。煤３、煤４－１、煤４－２煤层，因煤层本身厚度小，表现也相对弱一些，但厚度变化均有相同的规律性特征。鉴于篇幅关系其厚度变化，再不做详细介绍。图５　煤５－１层厚度等值线２．３　煤层间距特征煤层间距是同沉积构造的重要反映。煤３与煤４－１层间距平均２３ｍ，煤４－１与煤４－２层间距平均１１ｍ，煤４－２与煤５－１层（组）间距平均２６ｍ，见表１。表１　煤层间距统计ｍ　　煤层间距煤３－与煤４－１煤４－１－煤４－２最大４３．８８３７．６６最小５．６１．４平均２３．１８１１．０１煤层间距煤４－２－煤５－１煤４－１－煤５－１最大６２．４８３．１最小２．４７２．９８平均２６．３３４２．０７从表１中可以看出，各层煤间间距变化非常大，常用的煤层平均间距来进行煤层的追踪和对比方法在矿区内进行煤层对比是不正确的。以分布面积最大的煤４－１层和煤５－１层（组）间距为例，间距最小２．９８ｍ，最大８３．１０ｍ，平均４２．０７ｍ。但从间距等值线图可以看出：尽管煤层间距变化大，但有明显的变化规律，煤层间距也遵循向斜（凹陷）轴部间距大，背斜（隆起）轴部间距小的规律，见图６。综上所述，煤田在侏罗纪延安组期有着较为稳定的构造环境。通过延安组厚度等值线、煤层总厚度等值线、主要可采煤层煤５－１层厚度等值线、煤层间距等值线都反映出相似的形态特征，其厚度背斜顶薄翼厚，向斜则核部沉积厚而两翼薄。充分反映了该区乃至整个盆地，延安期沉积时具有明显的同沉积构造特征［１，５］。并可以断定同沉积作用贯穿了整个延安期沉积过程的始终。图６　煤４－１与煤５－１层间距等值线３　同沉积构造对煤层的影响１）　同沉积作用与古隆起关系密切，煤系沉积时基底形态对延安组的厚度与含煤性产生影响。同沉积的构造行迹在延安组沉积之前，就已产生，显示出雏形［６］。本区延安组沉积时基底起伏不平，下侏罗统富县组是填平补齐的产物。从富县组厚度等值线图就可以看出（见图７），本区侏罗沉积时基底起伏不平。富县组厚度１．２０～４６．６４ｍ，其厚度的变化较大，大致反映基底的起伏。根据富县组地层等厚线图反映，有南、北两个古隆起。南部隆起发展为现在的平定背斜－西头背斜，北部背斜大致是现在南桥背斜的位置。基底形态对延安组的沉积和含煤性产生了重要的影响。煤５－１层形成时，煤层除勘查区东部为湖泊无煤层外均有分布。基底隆起对含煤地层和煤层厚度有着密切的关系，总体表现在隆起区（背斜）含煤地层和煤层总厚度较小。隆起区延安组含煤地层平均厚度小于３０ｍ，煤层总厚度小于５ｍ，而整个延安组平均厚度为６３．６７ｍ，煤层平均总厚度为１２．０７ｍ。２）　延安组及煤层沉积过程直接受同沉积构造活动的影响。在相同时间内沉积厚度的变化说明不同地区沉降幅度和沉积速度不同。沉降较快、沉积厚度较大的向斜部位沉积速度快，沉积物中也常见流水条件下堆积的较粗碎屑物；沉积较慢、沉积厚度小的背斜顶部，沉积速度慢，沉积物常为静水条件下的细碎屑物，这是成煤期同沉积作用的直接影响，９４２０１４年１１月　　　　　　　　　　曹大文：宁中矿区侏罗纪延安期同沉积构造分析　　　　　　　　　　第２３卷第１１期致使向隆起部位，煤系和煤层沉积逐渐变薄，向凹陷区逐渐增厚。煤层同沉积作用影响，与接受沉积时的补偿条件有关。有些地段沉降较慢而稳定，大体上与植物遗体的堆积速度相平衡，形成较厚的煤层；而另一些地段，由于近湖，水动力条件较弱，只有较少沼泽沉积物，形成细碎屑岩和较薄煤层，如勘查区东部的部分钻孔，仅有不可采的薄煤层，含煤性差［１，７］。图７　富县组厚度等值线图３）　同沉积构造作用在成煤期后得到持续，对煤系和煤层的赋存状态影响重大。成煤时南部隆起区煤层和煤系沉积厚度均小，在后期隆起持续上升，地层、煤层遭受直罗组沉积时河流的冲刷被剥蚀，这是造成本区隆起部位煤系煤层缺失的主要原因。在勘查区南部多数钻孔中，直罗组的粗砂岩或含砾粗砂岩含有较多的碳屑和煤线，反映出对延安组上部煤层不同程度的冲刷，南部背斜轴部附近含煤地层和煤层被剥蚀殆尽。河流的冲刷和地层剥蚀主要是由于直罗组沉积期盆地南部抬升的结果。并且体现出延安组从上至下，煤层从煤３到煤５－１剥蚀和冲刷的范围由大逐渐变小的规律。４　同沉积构造分析的重要意义同沉积构造不同于后期构造，活动贯穿于成煤过程的始终，对其分析研究有着重要意义：１）　正确把握区内含煤地层的厚度变化规律，正确划分地层，指导地层对比。２）　准确掌握区内煤层剥蚀区分布、厚度变化及煤层间距变化规律，对煤层对比有着关键性的指导作用。抛弃了常规的平均厚度、平均煤层间距来对比煤层的方法，而是在煤层对比过程中统一到煤层厚度、煤层间距变化的同沉积规律上。３）　同沉积构造在一切沉积盆地（包括聚煤盆地）都有发育，但单独对其进行详细分析的实例很少，鲜有对煤层间距变化规律的分析，在此基础上正确运用到煤层对比就更少。本区的同沉积构造分析将丰富鄂尔多斯盆地和其他含煤盆地同沉积构造方面的研究内容。５　结　语通过构造特征与煤系地层厚度、煤层厚度、煤层间距的分析，总结出同沉积构造贯穿成煤期始终，甚至对成煤期后也有影响。煤系地层和煤层厚度都反映出：背斜顶薄翼厚，向斜则核部沉积厚而两翼薄的规律［８－１０］，煤层的间距也服从这一规律。进一步掌握了煤层聚集和赋存的规律。宁中矿区是鄂尔多斯盆地西南缘煤炭资源最为丰富的矿区之一，位于盆地陕北单斜的南端。矿区内煤层层数多，最多达１４层，岩性直接标志少，煤层对比困难。同沉积构造分析得到的规律性认识成为矿区，甚至整个煤田勘查过程中煤层对比工作的重要依据，并成功指导了矿区煤层对比和勘查工作，从而顺利完成矿区普查，提交资源量数十亿吨。参考文献：［１］　煤炭部地质局．中国煤田地质学（上册）［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社，１９７９：１６０－１６７．［２］　李宝芳，李　祯，林畅松．鄂尔多斯中部层序地层及沉积体系分析［Ｍ］．北京：地质出版社，１