金鸿山地区侏罗系地层划分和构造控煤分析

2020-09-18向科俊曹理葛胜伟李泽敏

陕西煤炭 2020年5期

向科俊，曹理，葛胜伟，李泽敏

(1.陕西天地地质有限责任公司，陕西西安 710054；2.陕西省一八六煤田地质有限公司，陕西西安 710065)

0 引言

青海省是我国煤炭资源较为缺乏的省份之一，煤炭资源的勘查、开发对缓解青海省及周边省份用煤的紧缺现状，支援青海、西藏地区的经济发展建设将起着极为重要的作用。金鸿山地区找煤工作开展较早，但成效甚微，工作区以往虽进行过较多的地质工作，但基本都以地质填图、槽探为主要手段，仅开展了少量的钻探工程，对地层、构造等基础地质研究不够深入。由于区内地层风化严重，又难以找到化石，所以对该区侏罗系地层的划分上一直存在分歧，没有定论。地层认识不同，直接导致构造认识不同，进而影响聚煤规律分析，最终影响地质勘探手段选择、工程布置、勘探成效等。通过最近几年在该区开展的煤炭资源调查和普查工作取得的勘查成果，分析归纳该区侏罗系地层划分和构造控煤资料，提出作者的观点。

1 以往侏罗系地层划分

区内地质勘查工作始于1955年，中国科学院地质研究所、中科院兰州地质研究室在该区开展的地质路线调查，后期石油系统在区内开展了大量工作。直到90年代后，煤田系统才在该区开展煤田勘查工作，其中有代表性的主要有：①1993年，青海煤炭地质一〇五勘探队在金鸿山地区开展了找煤工作，提交了《青海省金鸿山地区找煤地质报告》；②2002—2004年，青海煤炭地质勘查院和西安航测遥感院在阿尔金山南麓西段的茫崖石棉矿—金鸿山区段开展煤炭资源调查评价工作，提交了《青海柴达木西部茫崖地区煤炭资源调查评价报告》。

各阶段对侏罗系地层划分不尽相同，见表1。

表1 本区侏罗系地层划分沿革表

本次就1993年和2004年两次开展有钻探、槽探等实物工作量的勘查阶段侏罗系地层划分简要归纳如下。

1993年找煤报告将区内侏罗系划分为：下侏罗统小煤沟组(J1x)、中侏罗统大煤沟组(J2d)及上侏罗统红水沟组(J3h)。该报告将北边靠近F15断层的砂砾岩划分为小煤沟组；向南至F17断层(砂砾岩含煤段和页岩段)划分为大煤沟组；F17断层以南划分为红水沟组，如图1所示。认为区内地层展布南为大煤沟组、北为小煤沟组，地层倒转，总体构造形态为一倒转向斜构造。

图1 金鸿山煤矿地质素描图(1993年找煤报告)

2004年的调查报告将侏罗系分为下侏罗统小煤沟组(J1x)、中侏罗统大煤沟组(J2d)及上侏罗统采石岭组(J3c)。将F15断层以南的砂砾岩段划分为大煤沟组；将页岩段划分为小煤沟组；F17断层以南划分为采石岭组。和1993年找煤报告刚好相反，认为南为小煤沟组、北为大煤沟组，总体构造形态为一北倾单斜构造。

2 本次侏罗系地层划分

2.1 岩石地层学方法

岩性法：①地质填图。通过对该区1∶2.5万地质填图，本区侏罗系地层基本全区分布，呈东西向条带式展布。野外发现1993年找煤工作填绘的地质界线较为准确，但在北部老山前，划分下侏罗统小煤沟组与古元古界的界线时，普遍偏南，而且其岩性与大煤沟组相似，均为砂砾岩，很难区分，应为一套地层。页岩段主要为灰黑、黄绿色的泥岩和页岩，叶理发育，风化严重，与区域上的石门沟组油页岩相似；其和砂砾岩段之间并非整合接触，野外部分地方清晰可见断层破碎带，应为断层接触。F17断层以南上侏罗统地层岩性为棕红色砾岩、砂岩、泥岩等，与采石岭标准剖面岩性基本一致。②钻探取芯。通过施工的钻孔取芯情况，上侏罗统为棕红色砾岩、砂岩、泥岩等，与邻区乃至整个柴北缘钻孔揭露的采石岭组地层一致；中侏罗统页岩段钻孔揭露主要为灰黑、黄绿色的泥岩、页岩，页理发育。砂砾岩段岩性主要为绿灰、灰白色砾岩夹粗砂岩，中下部细砾岩、砂岩层之中含一层薄-中厚煤层，砾石成分较为复杂，有变质岩、砂岩、泥岩、灰岩及石英岩等，砾径4～6 cm居多，与邻区钻孔揭露的大煤沟组地层类似。

标志层法：①上侏罗统地层。主要为棕红色砂岩、泥岩、砂质泥岩等，与邻区西山煤矿、柴水沟煤矿、采石岭标准剖面等地出露的采石岭组地层基本吻合。②中侏罗统页岩段。主要以灰黑、黄绿色的泥岩、页岩为主，页理发育，与邻区柴水沟煤矿、小西沟煤矿等地出露的石门沟组油页岩地层基本吻合。 ③中侏罗统砂砾岩段。岩性主要为灰白色、灰绿色粗粒砂、砾岩，夹细砂岩、粉砂岩、泥岩、炭质泥岩等，中下部细砾岩、砂岩层之中含一层薄-中厚煤层(M1)，结构简单，煤类单一，为中灰、中高挥发分、低磷、较低软化温度灰、中低发热量煤，属不粘煤31号(BN31)。与大煤沟煤矿、鱼卡煤矿、小西沟煤矿等地出露的大煤沟组地层和煤层基本吻合。

沉积旋回：中侏罗大煤沟组纵向岩性变化规律明显，底部为冲洪积相或河流相为主的含砾砂岩、粗粒砂岩，中部为以河流相为主的中-细粒粉砂岩，上部以湖泊相的粉砂质泥岩、泥岩为主，形成一个大的正旋回，为盆地的扩张期。至中侏罗世晚期盆地进一步沉降、扩张、湖平面逐步上升，盆地几乎由湖泊体系所占据，盆地边缘相明显缩小。半深湖-深湖位于浪基面以下水体较深部位，水动力条件较弱，为还原环境。岩性以灰黑、深灰色泥页岩为特征，常见油页岩，发育水平层理及细波状层理。至早侏罗世，随着全球气候变得炎热干燥，侏罗纪聚煤作用随之停止，沉积物为一套红色、紫红色或杂色干旱气候下的陆源碎屑岩，在纵向上明显表现出由砾岩—砂岩—钙质粉砂岩—泥岩的旋回性变化。为氧化环境，与中侏罗世地层形成明显差异。

通过沉积旋回分析，本区中侏罗世早期的砂砾岩应为大煤沟组地层，中侏罗世晚期的页岩应为四门沟组地层，早侏罗世的棕红色的砂岩、泥岩等应为采石岭组地层。

2.2 构造学方法

根据上述岩性分析，以及与整个柴北缘侏罗系地层的对比，发现区内的侏罗系地层符合地层倒转的特征。大煤沟组地层存在由北向南粒度逐渐变细的趋势，即北侧靠近古元古界地层粒度较粗，主要为含砾砂岩、粗粒砂岩，向南逐渐变细，为细粒砂岩、粉砂岩等，靠近石门沟组则为粒度更细的粉砂质泥岩、泥岩等；再向南则为石门沟组地层，主要为一套页岩，符合整个柴北缘的地层特征；再向南则为侏罗系上统采石岭组地层，同样存在由北向南粒度逐渐变细的趋势，北侧靠近石门沟组为紫红色砂砾岩、粗砂岩等，向南逐渐变细，为中砂岩、细砂岩等，再向南则为粉砂岩、泥岩等。本次工作赞同1993年找煤报告倒转向斜构造，认为区内构造形态为一北翼倒转并被断层切割的不完整的向斜形态，地层层序从老到新应为大煤沟组、石门沟组和采石岭组。

3 划分结果

综合上述分析，认为本区侏罗系地层中棕红色砂岩、泥岩、砂质泥岩这套地层应属于侏罗系上统采石岭组(J3c)；灰黑、黄绿色的泥岩、页岩这套地层应属于侏罗系中统石门沟组(J2s)；灰白色、灰绿色砂、砾岩这套地层应为侏罗系中统大煤沟组(J2d)。如此划分，可将本区与邻区乃至整个柴北缘侏罗系地层划分统一起来，为后期工作提供便利。

4 构造控煤分析

综上分析，区内构造形态为一北翼倒转并被断层切割的不完整的向斜形态。如图2所示，本区构造控煤样式属于典型的“老山埋藏”型，根据地球动力学成因分类，该构造样式应属于挤压构造样式的范畴。

图2 工作区4线剖面图

煤系地层位于逆冲断层F15、F18以下，在区域压应力场作用下，老地层(古元古界)沿断层面逆冲推覆到侏罗纪地层之上。断层面下煤系地层内发生次生断层(F16和F17)，对煤系地层进一步切割破坏，使得区内煤系地层受断层破坏严重。煤层在走向上连续性较差，倾向上厚度变化较大，沿倾向方向迅速变薄甚至尖灭或者相变成炭泥岩。例如QMZK05号钻孔中煤层厚度为1.98 m，而与其间隔40 m的金鸿山煤矿采坑中煤层厚达20 m之余。又如普查时在煤层露头(厚9.25 m)北面20 m处施工一钻孔，未见煤层。此种情况在区内较为普遍，煤层在倾向方向很浅的范围内受断层切割尖灭，部分采坑、槽探中煤层呈楔形，夹砾石，由此可以判断，区内煤层处在阿尔金大断裂带内，各方向、各期次断裂直接作用于煤层顶底板甚至煤层内部，导致煤层支离破碎，岩砾混杂于煤层之中，煤层在断层作用下呈楔形赋存，在垂深很小的范围内即尖灭。