内蒙古自治区准格尔煤田老三沟井田地层研究新认识

2019-06-05李维

中国煤炭 2019年5期

李维

(1.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京市海淀区，100083；2.内蒙古地质工程有限责任公司，内蒙古自治区呼和浩特市，010010)

准格尔煤田位于鄂尔多斯盆地北部伊盟隆起东缘，整体为一稳定构造单元。老三沟井田位于准格尔煤田中部矿区北段，井田面积63.46 km2。作为国家煤田规划区，2013年，老三沟井田被确定为产能40亿m3/a煤制天然气配套煤炭资源井田，预计2019年投产。为了该井田顺利开采利用，充分认识井田地层等地质条件意义重大。

2015年以前，先后有内蒙古煤田地质局153勘探队和内蒙古地质工程有限责任公司来此勘查，共计施工钻孔75个，钻探工程量47919.25 m，提交各类勘查报告7份。前人报告一致认为，本区9#煤层以下灰岩为中奥陶统马家沟组(O2m)灰岩。鉴于最新勘探地质资料及三维地震成果，本文对老三沟井田9#煤层下基岩地层提出新的不同认识。

1 区域地质概况

准格尔煤田大地构造属华北地台鄂尔多斯台坳，鄂尔多斯台坳经历了多旋回构造发展阶段，形成具有多次坳陷叠加的古-中生代盆地。鄂尔多斯台坳可进一步划分为4个三级构造单元，其由北向南为河套断陷、伊盟隆起、赛乌苏坳陷和伊陕斜坡。伊盟隆起由北向南又可分为3个四级构造单元，即乌兰格尔凸起、杭锦旗凹陷和伊金霍洛旗凸起，准格尔煤田位于伊金霍洛旗凸起东部边缘，如图1所示。

图1 准格尔煤田大地构造位置示意图

2 以往地质工作及认识

从20世纪50年代起，准格尔煤田就由地质、煤炭、石油及冶金、建材等部门的地质队伍从各自不同的角度进行了大量的地质勘查及科研工作。老三沟井田勘查工作主要集中在2000年以后，其主要的地质勘查工作如下：

(1)2004-2006年，内蒙古煤田地质局153勘探队在老三沟井田西部区(简称“原老三沟井田”，下同)开展了详查勘探工作,勘查面积13.32 km2，完成1∶5000地质及水文地质填图各30 km2，钻探18孔，工程量共计10294.87 m(其中水文孔1孔，工程量602.31 m)，地球物理测井10141 m，采集各类样品218件/组，提交了《内蒙古自治区准格尔煤田老三沟井田勘探报告》。

(2)2013年12月-2014年5月，内蒙古地质工程有限责任公司在原老三沟井田进行补充勘探，勘查面积13.32 km2，施工钻孔7个，进尺4449.08 m。2014年6月编制了《内蒙古自治区准格尔煤田老三沟井田补充勘探报告》。

(3)2011年-2014年12月，由中央地质勘查基金全额投资，在准格尔煤田国家规划区内进行“准格尔煤田布尔陶亥—田家石畔地段煤炭普查”工作，勘查区总面积1439.01 km2，老三沟井田位于该勘查区东北部。普查阶段在老三沟井田主要完成1∶5万地形地质测绘，2 km测线间距、4 km联络线间距二维地震勘探137.39 km2；钻探完成钻孔35个，总工程量24631.66 m。

(4)2013年7月-2014年10月，由内蒙古地质工程有限责任公司承担完成了老三沟井田详查工作，钻探完成探煤钻孔55个，工程量39469.67 m；水文工程钻孔9个，工程量6411.74 m，并提交了详查报告。

以上老三沟井田地质勘查工作报告均认为本井田9#煤层以下基岩为中奥陶统马家沟组(O2m)灰岩。

3 地层研究新认识

准格尔煤田老三沟井田在区域大地构造控制下，其形成、发育、演化的过程中经历了多次构造沉降、抬升与剥蚀，形成多期不整合，以前认为煤系地层下不整合在中奥陶系马家沟组(O2m)上。此次通过三维地震勘探成果，结合岩性特征及沉积古地理相，提出石炭系太原组(C2t)大部不整合在寒武系上统炒米店组(∈3c)上，局部不整合在中太古界乌拉山群(ArW)上，详见表1。

表1 老三沟井田新、原认识地层对比表

本次地层划分新方案基于以下几点证据：

(1)证据一：三维地震勘探成果解释与钻孔验证。最新的老三沟井田三维地震勘探成果共解释了3处古隆起，分别位于老三沟井田北部(平面形态为半圆形)、中部(平面形态为月牙形)及南部(平面形态为三角形)，老三沟井田基底形态和钻孔平面布置情况如图2和图3所示。

图2 老三沟井田基底形态图

古隆起在三维地震时间剖面上表现为波组上突，较零乱，与两边波组特征不同；上部煤层波组上突，伴有假象断层，如图4所示。由于古隆起的存在，它破坏了灰岩顶界面的完整性，导致老三沟井田中部、北部、南部各有部分地段中奥陶马家沟组(O2m)、寒武系地层缺失。与石炭系上统太原组(C2t)不整合接触的古隆起为中太古界乌拉山群(ArW)，岩性组合上部为弱变质花岗岩，下部为黑云二长片麻岩，本次勘查ZKK4-10钻孔和ZKK5-10钻孔揭露了该地层，如图5所示。

(2)证据二：钻孔岩性特征。依据“中国地层表”(2014)划分方案，对比区域地质调查报告1∶20万等资料，准格尔煤田早古生代地层划分及岩性特征如表2所示。

由表2可知，本区奥陶系灰岩颜色为还原色，岩性为泥灰岩、白云质灰岩，多为厚层状，奥陶系地层典型特征为豹皮状灰岩、厚层状灰岩，而寒武系灰岩颜色则为氧化色，岩性为灰岩、白云质灰岩、页岩，多为薄层状，寒武系地层典型特征为竹叶状灰岩。从老三沟井田最新勘探成果分析，通过钻孔ZKX4-9、ZKK4-9主、X1及SY2对比，如图6所示，本井田灰岩岩性呈现以下特征：颜色以灰黄-紫红色为主，下部颜色较深，岩性为灰岩、泥灰岩、白云质灰岩夹砂岩，标志层竹叶状灰岩、紫红色灰岩。与本区露头标本岩性对比，老三沟井田灰岩为一套灰黄-灰褐-紫红色薄层白云质灰岩、泥灰岩夹页岩薄层，如图7所示，并以薄层竹叶状灰岩与上伏三山子组地层分界，溶蚀现象不发育，仅见稀疏的小溶孔，如图8所示。基于以上岩性特征对比分析可知，老三沟井田石炭系太原组(C2t)大部不整合在寒武系上统炒米店组(∈3c)上，而非中奥陶系马家沟组(O2m)。

(3)证据三：沉积古地理相图与古构造分析。依照《内蒙古区域地质志》(1982)的鄂尔多斯盆地沉积古地理相图资料，对比陈安清的鄂尔多斯地块早古生代盆地古构造演化规律研究成果，如图9、图10所示，分析可知老三沟井田从中寒武统开始大面积受海侵作用接受沉积，但到中奥陶马家沟期本井田处于乌兰格尔凸起边缘，属于古陆并未接受海相碳酸盐岩沉积。由此可知，老三沟井田石炭系(C2t)直接不整合在寒武系上统炒米店组(∈3c)上，而非中奥陶系马家沟组(O2m)。

图3 钻孔平面布置图

图4 古隆起在时间剖面上的特征

4 新认识的重要意义

准格尔煤田老三沟井田地层研究新认识对后期井田煤炭开采及煤田地质勘探有重要意义，主要表现在以下几个方面。

(1)从岩溶地下水系统的角度看，老三沟井田基底的新认识会对碳酸盐岩含水系统的水文地质单元划分及含水单元内地下水类型产生影响，从而为老三沟井田水文地质开采条件分析提供新依据。

(2)老三沟井田地层新认识为该井田先期煤炭开采巷道布置、矿井设计等提供了准确的地质依据，避免煤炭开采过程中由于地层认识差异所带来的不确定性风险。

(3)老三沟井田地层新认识为区域地质构造演化的认识提供了新证据，有利于准格尔煤田地质特征研究取得新成果。

图5 老三沟井田ZKK4-10与ZKK5-10地质钻孔内部分岩心照片

年代地层(系)岩石地层(组)岩性描述颜色岩性典型特征厚度/m化石志留系缺失-----奥陶系寒武系马家沟组浅灰-深灰泥灰岩、白云质灰岩厚层状灰岩、豹皮状灰岩74～183大量多门内化石三山子组灰白-灰黄白云质灰岩、白云岩白云质灰岩、白云岩226牙形刺、三叶虫炒米店组灰黄-灰褐-紫红薄层白云质灰岩、泥灰岩页岩薄层竹叶状灰岩117～170顶部海浪冲击甚剧,三叶虫大部解体,少见完整者张夏组浅灰-黄灰夹褐红、紫红鲕状灰岩、假鲕状灰岩鲕状灰岩87～110三叶虫馒头组浅灰-黄灰夹褐红、紫红页岩、砂质灰岩砂质灰岩27～53三叶虫