大同煤田航空遥感地质填图解译技巧说明

2015-02-23妙军科

地球 2015年10期

关键词：煤田灰岩泥岩

■妙军科

（陕西省煤田地质局一九四队陕西铜川 727000）

大同煤田航空遥感地质填图解译技巧说明

■妙军科

（陕西省煤田地质局一九四队陕西铜川 727000）

山西同煤集团规划开发区现有三大井田（东周窑、潘家窑及马道头）均已设计为一千万吨级矿井，潘家窑等井田实际产能与设计能力相差较远，以往煤田地质资料已难以满足现有矿井建设需要。为此集团公司于2013年7月适时实施"大同煤田石炭系西南部地形地质航测项目"。力求应用航空遥感地质调绘解译先进技术，尽快高效详实查明整个大同煤矿开发区地层层序；所有煤层空间储存状况；重点查明地表所有影响矿井建设的构造体，如外露和半隐伏的大小褶皱，断层和岩浆体状态。通过项目实施，配合后续定点钻探和区域电法物探等手段，获取全面完整准确的煤田地质基础资料，就能基本满足同煤集团矿区未来规划需求，有效降低矿井产能建设风险。

航空遥感调绘解译基础资料产能建设

0 引言

本次只所以短时间内获取到详实完整准确的大量原始一手资料，除了应用常规地质填图方法外，关键是快速掌握1:5000航测遥感正射影像图解译技巧。特别是注重实地踏勘与航片解译验证相结合，随时不断仔细总结分析野外各类型地质体宏观特征以及对应航片影像标志。对解译不清的深沟陡崖，特别是口泉大断陷西北向三公里以内，地层起伏上翘较剧烈的大小沟谷梁峁，地毯式测绘逢沟必进遇梁必翻。一些较为隐蔽的小褶皱小断层裂隙泉系列K标志层等尽数编录。

图1 石炭系、奥陶系、寒武系和太古界地层

1 测区地层

1.1 测区地层特征

下古生界沉积时，即加里东运动时期整个山西省地壳总体沉降，表现为南部相对不断抬升，北部相对不断下降，并一直延续到中奥陶纪。因此整个山西省地层揭露寒武纪与中、下奥陶纪沉积厚度之总和，总是北厚南薄。

上古生界沉积时，即海西运动期本区地壳在总体沉降时处于北部相对抬升，南部相对下降的过程。控制其地层沉积厚度是南厚北薄。到了海西期运动最后一幕，或者印支运动开始，本区地壳整体抬升，并且北部相对比南部抬升幅度大，使沉积的晚古生界遭受剥蚀、夷平、改造；以后下侏罗系永定庄组以微角度不整合超覆其上，再经历燕山早—中期运动改造，从而控制了整个大同煤田的周边范围；因此形成现如今石炭二叠纪煤炭的赋存范围厚度、接触关系等特征。这均是由地层沉积时古地理景观与地层后期改造因素叠加造成的。

侏罗纪，即进入燕山运动时期，古地理景观为北高南低，致使侏罗系的沉积南厚北薄，后经燕山早—中期构造运动的改造，侏罗系以及比侏罗系更早的所有地层，均遭受严重剥蚀，形成了各种构造形迹。燕山晚期—喜山期运动使本区一直抬升，遭受剥蚀，且东南部抬升幅度大，剥蚀更为严重，近地表地层云岗组影响最大，因而侏罗纪的赋存特征是古地理景观与构造运动的改造综合造成的，其中构造运动是主要因素。

白垩纪沉积时，测区古地理景观总体东南高、西北低，则地层沉积西北厚、东南薄。燕山晚期构造运动使地壳整体抬升，但东南部抬升幅度较大，西北部较小，东南部则剥蚀情况比西北部平整。喜山期运动使东区继续抬升，进一步剥蚀改造，形成现如今白垩系地层空间赋存特征。

1.2 测区地层岩性及航空影像特征

野外填图就是认石头辨地层看地形观地貌。首先要根据地层岩性颜色沉积旋回梯次等大致断定属于哪一组段，其次根据相似梯次向上或向下追索出沉积旋回幅度最大序列底部的最厚层含砾中粗粒砂岩层，从K1---K21定名为系列标志层作为组段划分的依据。

1.2.1 太古界（Ar）

集宁群（Arj）：岩性为紫红色、褐红色的花岗片麻岩。航空影像特征：暗紫褐色斑块状。

1.2.2 古生界（Pz）

1.2.2.1 寒武系（∈）

（1）毛庄组（∈1m）：底部为一层厚约1米含孔雀石的含砾石英砂岩；下部为紫红、褐红色泥岩，页理发育；上部为灰绿色泥岩夹薄层灰质白云岩及石膏条带。航空影像特征：暗紫褐色斑块状条带状。

（2）徐庄组（∈2x）：下部暗紫红色页岩夹粉砂质白云岩、石英砂岩、泥岩及泥灰岩等，上部灰色中厚层状结晶灰岩夹薄层生物碎屑灰岩。航空影像特征：暗紫灰色条带状。

（3）张夏组（∈2z）：下部为灰黄色中厚层泥质条带状灰岩，上部为浅灰色薄层灰岩、泥质条带状灰岩夹薄层鲕粒状灰岩、白云质灰岩、生物碎屑灰岩。航空影像特征：黄灰色条带状。

（4）崮山组（∈3g）：为浅灰色薄层灰岩，夹紫色、浅灰色竹叶状灰岩、鲕状灰岩。航空影像特征：紫灰色条带状。

（5）长山组（∈3c）：底部为一层含海绿石的竹叶状灰岩。中上部为灰黄色薄层灰岩、中厚层灰岩夹紫红色竹叶状灰岩。航空影像特征：紫灰色条带状。

（6）凤山组（∈3f）：底部为灰黄色竹叶状灰岩，下部为灰黄色中厚层泥质条带灰岩及竹叶状灰岩，上部为灰黑色、灰黄色中厚层白云质灰岩。航空影像特征：黄灰色条带状。

1.2.2.2 奥陶系（O）

（1）冶里组（O1y）：下部为薄层泥质条带、竹叶状灰岩、灰绿色泥岩。上部含燧石结核白云岩，顶部为浅色薄层泥质白云岩。航空影像特征：暗灰色条带状。

（2）亮甲山组（O1l）：底部多为含燧石结核白云岩，下部为灰色、灰白色中厚层白云岩夹薄层泥质白云岩、灰黄色薄层细砂岩，白云岩含较多燧石条带，上部为中厚层白云岩夹白云质灰岩或钙质白云岩。航空影像特征：灰色条带状及斑块状。

（3）下马家沟组（O2x）：下部为灰黄色、灰褐色中厚层状泥灰岩、灰岩，上部多为灰色及浅灰色泥质灰岩。顶部为一薄层纯灰岩。航空影像特征：灰褐色条带状及斑块状。

1.2.2.3 石炭系（C）

（1）本溪组（C2b）：上部为灰黑色及灰色泥岩、砂岩、砂质泥岩；中部有一薄层灰黑色石灰岩，厚2.30-5.70m；下部为青灰色及灰褐色铝土质泥岩，厚4.35-7.60m；底部为一薄层呈条带状或团块状的褐铁矿，定名为标志层（K1俗称“铁铝质泥灰岩”）。航空影像特征：灰褐色条带状。

（2）太原组（C3t）：岩性主要为灰白、灰色中粗粒石英砂岩、砂砾岩，灰色、灰黑色砂质泥岩、泥岩及煤层组成，共含煤10层，其中4、5、8、9号为主要可采煤层，在煤层的顶、底板及煤层中，含有黑色炭质泥岩和灰褐色的高岭质泥岩及高岭岩。底部为一层灰白、黄褐色的中粗砂岩，厚1.40-9.10m，平均4.03m，定名为标志层（K2俗称“晋祠砂岩”）。航空影像特征：灰及灰黑色斑块状。

1.2.2.4 二叠系（P）

（1）山西组（P1s）：岩性多为深灰色、灰黑色砂质泥岩，灰白色砂岩，含有三层不连续的薄煤层。均不可采，有时仅为一条煤线。底部为灰白色砂砾岩及中粗砂岩，厚度为2.10-13.20m，平均6.33m，定名为标志层（K3俗称“北岔沟砂岩”）。航空影像特征：灰及灰褐色条子布状斑块状。

（2）下石盒子组（P1x）：岩性以紫、黄、灰、绿色及杂色砂质泥岩、泥岩与灰白色、黄绿色砂岩互层为主，底部有一层灰白、灰紫色的砂岩或砂砾岩(K4俗称“窑子头砂岩”或叫“骆驼脖子砂岩”)。航空影像特征：灰及杂褐色条子布状斑块状。

（3）上石盒子组（P2s）：岩性主要是一套杂色的砂岩、砂砾岩、泥岩、砂质泥岩以及细粒砂岩与砂质泥岩互层；底部为黄褐色含砾粗砂岩(K6俗称“小峪口砂岩”)。K6其下紫褐色斑块状粘土岩（K5俗称“桃花泥岩”）也可作为区分上下石盒子组的辅助标志层。航空影像特征：杂褐色条子布状斑块状。

（4）石千峰组（P2sh）：上部为黄绿色含砾砂岩、粉砂岩及砂质泥岩，中部紫红色砂岩、泥岩互层，局部夹1-2层泥灰岩，下部为黄绿色含砾砂岩及紫红色粉砂岩。底部为灰绿色含砾中-粗粒砂岩（K7俗称“睡佛寺砂岩”）。航空影像特征：亮杂色条子布状斑块状。

1.2.3 中生界（M z）

1.2.3.1 侏罗系（J）

（1）永定庄组（J1y）：上段（J1y2）为杂色细砂岩、粉砂岩、泥岩，夹中粒砂岩；下段（J1y1）为灰色、浅黄色粉砂岩、细砂岩，有时夹厚层状中细粒砂岩。底部为灰白、浅灰色砾岩透镜体或含砾粗砂岩(K8俗称“马道头砂岩”)。航空影像特征：浅杂色条子布状斑块状。

（2）大同组（J2d）：岩性为深灰、灰黑色细粉砂岩夹煤层及灰白色中粗粒砂岩，其底部为数米厚的浅灰色含砾石英粗砂岩(K11俗称“大米砂岩”)。航空影像特征：杂褐色及灰黑色斑块状。

（3）云岗组（J2y）：上段（J2y2）为紫红、杂色岩系。以粗砂岩、细砂岩，粉砂岩为主；底部为灰色岩系。以泥岩和细砂岩互层为主，夹中粒砂岩。下段（J2y1）为白色、灰白色砂岩夹砾岩。局部夹二层可采煤；底部为灰白色厚层状石英质砂砾岩(K21俗称“火石岩”)。航空影像特征：灰褐色及灰色斑块状。

1.2.3.2 白垩系（K）

（1）左云组（K1z）：下部为浅灰色-紫灰色砾岩夹泥岩及钙质砾岩，底部砾石分选较差，砾径1~15cm，泥质胶结。中部为红色泥岩与浅灰色砾岩为主，中下部夹大量泥灰岩团块及灰绿色泥岩。上部为红色泥岩夹紫红色泥岩、泥灰岩团块。航空影像特征：紫褐色及杂色斑块状。

（2）助马堡组（K2z）：底部以紫红色含砾砂质泥岩与灰白色中厚层状含砾粗砂岩互层为主，夹砂质泥岩及粘土岩；中下部为暗紫红色砂质泥岩夹灰绿色含砾粗砂岩；中上部为灰绿色、紫红色细砂岩、含砾泥岩为主；上部为紫红色砂质泥岩夹灰白色中细粒石英砂岩及粉砂岩。航空影像特征：紫褐色斑块状。

1.2.4 新生界（K z）

1.2.4.1 新近系（N）

（1）汉诺坝组（βN1h）：灰色、灰黑色橄榄玄武岩夹红色粘土，具杏仁状和气孔状构造，杏仁体多数为泥质。航空影像特征：灰褐色斑点状。

（2）静乐组（N2j）：以棕红色半固结亚粘土及亚砂土为主，夹不稳定的钙质结核，底部局部发育有砾石层。。航空影像特征：棕灰色斑块状。

1.2.4.2 第四系（Q）

（1）下更新统（Q1）：为棕黄色半固结亚砂土亚粘土，夹钙质结核和砾石层及薄层钙质粘土及流砂层。航空影像特征：黄灰色片块状。

（2）中更新统（Q2l）：灰及灰褐色亚砂土亚粘土及砂层，夹少量钙质结核。航空影像特征：灰褐色片块状。

（3）上更新统（Q3）：上部为灰黄色及灰褐色亚砂土、砂类土、砂层、砾石层等。下部为灰及灰黄色砂砾石层，夹灰绿及棕红色泥灰岩。上部为灰黄色亚砂土夹两层古土壤层。航空影像特征：黄灰色整块状。

（4）全新统（Q4）：岩性以灰色灰绿色浅红色红黄色粉砂质粘土粉土为主。航空影像特征：浅灰色条带状及块状。

2 测区构造

2.1 褶皱

大同侏罗纪煤田总体呈NE向不对称向斜构造，主向斜轴在南部为NE向，北部为近SN向，两者呈斜接关系。在向斜的东及东南翼边缘，地层倾角变陡，呈直立甚至倒转。但离开断层带，在向斜轴部方向，地层倾角很快变为10°以下。向斜主轴位于大同煤田东南侧，构成东陡西缓的不对称向斜构造。

2.2 断层

大同煤田为一双纪煤田，下部为石炭-二叠纪含煤岩组，上部为侏罗系含煤岩组。在大同煤田的中西部及南部，以石炭系含煤岩组为主要目标层。经多期构造运动的影响，测区位于大同向斜的中部及北部，断裂构造最为发育，褶皱构造较少且多被断裂构造所破坏，特别是中小型断裂尤为突出；区域性主干断裂山阴-怀仁-大同断裂则位于盆地东部边缘一带。

受区域应力场所制约，主要表现为两期，燕山运动构造应力场为北西-南东方向挤压，形成大同向斜；喜山运动构造应力场发生较大变化，主要受右旋剪切拉张作用，使原先形成的压性断裂转变为张性，其表现形式为以小型褶皱构造为主，伴有断裂构造及煤层陷落柱。

图2 小裕煤矿沟口附近小型逆断层

图3 鹅毛口西部马路边正断层

断裂绝大部分都是高角度正断层，落差一般介于10m-20m，通过地震解译的最大断层落差为230m左右。这些断层往往组成地

堑、地垒或阶梯状的型式。断层的走向大致可分为3组：NW至NNW向，NE向和EW向。

2.2.1 NW至NNW向断层

为测区的主要发育断层，空间上多呈束状集中发育，断层面呈舒缓波状，无论是在走向上或倾向上均显示此特征。落差在走向上变化不大，此组断层对煤层及其顶底板岩石的完整性破坏较严重。

2.2.2 NE向断层

该类断层面多呈锯齿状，落差沿走向变化较大。据以往井田资料反映，此组断层空间上分布相对较少，断层之间的间距较大，一般围绕断层两侧小断层相对较少。

2.2.3 E-W向断层

主要是扭性为主的断层，断层面比较平直光滑，有时可见水平擦痕。断层往往形成断裂带或断层群。此组断层与NW向断层相交后，煤层及其顶底板岩石被严重破坏，对煤层的掘进与开采影响极大。

由于本区受燕山运动影响较大，区内绝大多数断层发生在燕山中晚期，因此东周窑、潘家窑井田中大部分断层为隐伏断层，地表均未见出露。在测区东部、东南部侏罗系地层以及地质年代更早地层出露的地方，断层较发育，出露位置相对较好。

3 测区岩浆岩

测区内岩浆岩活动为三期，一是印支期煌斑岩，主要呈岩床式侵入，对石炭-二叠系煤层破坏严重；二是燕山期辉绿岩侵入和玄武岩喷发。辉绿岩呈岩墙侵入，主要为NE与NNE向，偶见NW向，岩墙宽度一般1米左右，最大3米。玄武岩喷发主要在煤田西北部旧高山一带。此期的岩浆岩对含煤地层影响甚微。三是煤田外围有新生代喜马拉雅期的玄武岩分布，在西北部为新近系的汉诺坝玄武岩，在东北部大同阳高一带为第四纪玄武岩，即著名的大同火山群。

3.1 喜山期玄武岩（βN1h）：

黑色，隐晶质结构，块状构造，主要由基性斜长石、辉石以及少量橄榄石组成。侵位于白垩系左云组地层之中，大多为中心式喷发，呈岩丘形式产出，直接覆盖在左云组或者助马堡组地层之上，对周围围岩的产状、岩性造成了一定程度的影响。在地面上形成大小不等的山包，绝对年龄值在0.413亿年。

图4 吴家窑村附近辉绿岩墙

3.2 燕山期辉绿岩（βμ）

墨绿色，较硬，具有球状风化特征。风化后呈黄绿色，垂直节理发育，并有方解石脉充填。矿物成分主要为基性斜长石、辉石、角闪石以及触变暗色矿物，具气孔状构造。基本全部呈岩墙形式展布。切穿白垩系以及以下地层。岩墙走向大部分为NE向，倾向近于直立，宽度1~3m，长度几米到几十米甚至数公里不等。岩体的同位素年龄值为1.15~1.4亿年。

3.3 印支期煌斑岩（χ）

黑色，含大量云母斑晶，风化后呈灰黄色，主要矿物有斜长石、黑云母，次生矿物有方解石、磁铁矿等，长石多已被方解石交代。绝对年龄值在2.2亿年左右。