石嘴山矿区构造特征与演化

2022-02-01吴天才李刚房正荣孙军强

当代化工研究 2022年24期

关键词：石嘴山贺兰山银川

＊吴天才李刚房正荣孙军强

（1.宁夏回族自治区煤炭地质局宁夏 750002 2.宁夏回族自治区国土资源调查监测院宁夏 750002）

石嘴山矿区位于宁夏北端，行政区划属石嘴山市惠农区管辖。是新中国初期宁夏建设的第一座煤炭工业基地，为宁夏社会经济发展作出了重要贡献。

石嘴山矿区位于华北陆块、鄂尔多斯地块和阿拉善地块、银川断陷盆地的北端，除了早期北东断陷运动影响，晩古生代以来还受到青藏高原北东方向扩展的影响，特殊的构造位置造就了石嘴山矿区特殊的地质条件。

1.矿区地层特征

石嘴山矿区仅东北部有基岩出露，其余均被第四系所覆盖。根据钻孔揭露情况，矿区地层由老至新有：石炭系羊虎沟组、石炭二叠系太原组、二叠系山西组、石盒子组、孙家沟组、古近系和第四系[1]。

矿区内主要含煤地层为石炭二叠系太原组和二叠系山西组。太原组为海陆交互相沉积，岩性以灰岩、泥岩、粉砂岩、中细粒砂岩及煤层为主；山西组为陆相沉积，岩性为泥岩、粉砂岩、长石石英各粒级砂岩及煤层。矿区共含煤20余层，其中可采者7层，各可采煤层煤类以1/3焦煤为主，部分为气煤、气肥煤和肥煤。

2.区域构造

石嘴山矿区所在的银川盆地为一断陷盆地[2]，盆地东西两侧受两条向盆地内部倾斜的正断层控制，西侧为贺兰山东麓断裂，东侧为黄河断裂，两断裂之间还发育有北东向次一级断层；盆地的北端为一条走向近东西、倾向南的正断层，为正义关断裂（见图1）。

图1 石嘴山矿区构造位置图

(1)贺兰山东麓断裂

贺兰山东麓断裂为一组呈雁列式排列的断层，矿区西侧称为扁沟-树龙沟断层。断层总体走向北北东，平面上表现为波状延伸；断层倾向东，倾角60°以上，在剖面上呈上陡下缓的铲形，深部止于黄河断裂[3]（见图2）。

地貌上贺兰山东麓断裂西侧是隆起的山地，东侧为沉降的盆地，断层崖普遍发育[3]；断裂西侧出露花岗岩、长城系、石炭系等，而断裂西侧第四系和古近系沉积数千米。

贺兰山东麓断裂具有多期性活动特点，形成于燕山期，为压扭性逆断层，喜马拉雅期由于构造应力场的变化，转换为正断层，大体完成于上新世晚期[3]。

(2)黄河断裂

黄河断裂也有多条分支断层，在矿区东侧称为黄河西断层，属推测断层。断层走向北北东，断面总体向北西倾斜，浅部倾角约70°，深处变缓[3]（见图2）。

图2 石嘴山矿区走向方向剖面示意图[4]

黄河断裂在地震剖面上显示清晰，另外沿黄河在局部地段可发现断层崖，在青年农场一带发现两处新近系干河沟组与石炭系羊虎沟组直接接触[3]，成为黄河断裂的直接证据。

黄河断裂是银川盆地展布最长、切割最深的一条断裂，断裂形成于燕山期，起初也为挤压逆冲性质，新生代以来转为拉张性质，第四纪活动强烈[3]。

(3)正义关断裂

正义关断裂是贺兰山北段的一条规模宏大的断裂，总体走向近东西，断层面倾向南，倾角50°～70°，在银川盆地属隐伏断裂。正义关断裂伴生的许多断层，其中F2和F4断层构成石嘴山矿区的北边界。

贺兰山东麓断裂以西正义关断裂在地表有明显错断，断裂两侧出露不同时代的地层；贺兰山东麓断裂以西正义关断裂表现为隐伏性质，但根据钻探资料，断裂上盘第四系和古近系不整合于二叠系、石炭系之上[1]，下盘第四系和古近系不整合于寒武系之上[4]。

正义关断裂是一条具有多期活动的断裂带，最早活动于印支期，以挤压逆冲为主，经历燕山期和喜马拉雅期，第四纪以来主要表现为走滑运动[3]。

(4)银川断裂

银川断裂是银川盆地内的一条隐伏构造，为正断层，北部止于正义关断裂，在石嘴山矿区西侧走向北北东，倾向西，倾角45°～77°，断距自南向北逐步变小。银川断裂由二维地震勘探发现，属第四纪活动断层[3]。

3.矿区构造特征

石嘴山矿区除东北部与正义关断裂的次生断层相接以外，其余四周均以煤层露头为界，钻探及地震成果显示，矿区内发育有多条断层，控制了含煤地层的展布和煤层的连续性。

(1)矿区主要构造

F1断层位于矿区西北部，是矿区最大的断层，延展大于10km，为一逆断层，走向北北东，与地层走向一致，倾向北北西，倾角28°～63°，断距50～340m[1]。

F22断层位于矿区南部，逆断层，走向北北西，倾向南南西，倾角65°，断距50～100m。

除F1、F22断层外，矿区较大的断层还有北端有近东西向的F2、F4断层，在南部有近东西向的F23、F24等断层。另外矿区还发育有70余条断层，多集中于矿区中部及南部，断层规模均较小，断距由几米到几十米不等，走向主要有近 EW向和近NE，多为逆断层（见图3）。

图3 石嘴山矿区主要断层分布示意图

(2)对构造的新认识

石嘴山矿区历经多年资源勘查工作，根据以往地质认识，石嘴山矿区总体为一宽缓向斜构造（石嘴山向斜），向斜轴由北向南大部分被F1断层切割，两翼地层不对称，东南翼稍缓，西北翼略陡，向斜两端及附近地层倾角较大[1]。

本次研究发现，矿区主体构造为F1断层，断层两盘均为单斜形态，无形成褶曲的五大要素，石嘴山向斜事实上并不存在。F1断层两盘倾向相反，主要是由于断层两盘相对运动形成的拖曳构造，断层上盘的煤层露头附近地层倾向与断层下盘基本一致，因此，矿区是受到断层破坏的单斜构造（见图4）。

图4 石嘴山矿区倾向方向剖面示意图（第2勘查线）

4.矿区构造演化

古元古代为中朝古陆块结晶基底形成阶段，位于华北古陆块西缘的贺兰山地区接受了陆缘环境三角州相的砂泥质夹碳酸盐岩沉积,经吕梁运动，隆起接受剥蚀；中元古代时华北板块由于拉张沉陷形成陆缘盆地，贺兰山地区沉积了陆缘滨海-浅海相碎屑岩建造的黄旗口组，后期随海水加深又形成了台缘浅滩相碳酸盐岩建造的王全口组；新元古代本区全部上升为陆，遭受风化剥蚀[5]。

加里东旋回早期，贺兰山地区表现为裂陷沉降，由于海侵持续扩大，形成一套由陆源碎屑海岸—浅海陆棚—台地边缘浅滩—台地潮坪相—陆棚内缘斜坡相组成的陆缘坳陷带沉积（奥陶系、寒武系）；加里东旋回后期，贺兰山地区褶皱隆升，海水退却，并遭受长期剥蚀[5]。

华力西旋回早期，贺兰山地区延续隆起，晩石炭世由于拉张作用，贺兰山地区再度裂陷，海水时进时退，沉积了黑山组、臭牛沟组滨浅海相碎屑岩-碳酸盐建造及靖远组、羊虎沟组、太原组海陆交互相碎屑含煤建造，并发育多级旋回；中二叠世，又陆续沉积了山西组、下石盒子组、上石盒子组河流相碎屑岩[5]。

印支旋回期间为陆相盆地形成期，贺兰山地区连续沉积了孙家沟组、刘家沟组、和尚沟组曲流河相和二马营组辫状河流相碎屑岩建造；早三叠世，贺兰山地区隆升变成陆地，造成沉积间断；中三叠世贺兰山山间盆地形成了山麓-河湖相石英砂岩建造及杂色砂岩建造[6]；中三叠世末的印支运动，使晚古生代—中三叠世地层普遍发生褶皱和断裂[5]，正义关断裂形成于此期，北部的黄旗口组、阿不切亥组、桌子山组逆冲至南部的石盒子组之上，由于构造作用沉积地层发生倾斜变形，现石嘴山矿区内的F1、F21等断层形成。

燕山旋回贺兰山地区经历了多期构造，受到近东西向的挤压，贺兰山逐渐上升并接受风化剥蚀，同时产生近南北向中小型宽缓褶皱和逆冲断层[5]，黄河断裂、贺兰山西麓断裂和银川断裂形成于此时，但均表现为逆冲性质，现银川盆地所在区域抬升形成“断隆”，晚二叠世以来地层大多被剥蚀殆尽，并缺失侏罗纪和白垩纪地层沉积；同时，形成了现石嘴山矿区内的F22、F26等逆断层，太原组和山西组的煤层、炭质页岩等软弱岩层也发生规模较小的断层。

喜马拉雅旋回阶段，构造活动渐趋活跃，在北西-南东向的区域伸展背景下，受三个方向板块的共同作用，贺兰山地区受力两极分化，西部继续褶皱隆起，东部强烈沉陷[6]，贺兰山东麓断裂、黄河断裂、银川断裂的性质转为正断层，银川坳陷盆地逐渐形成，现石嘴山矿区内形成了F23、F25等正断层；盆地中生代或寒武系、奥陶系之上沉积了清水营组河湖相红色砂泥质含膏盐建造、干河沟组辫状河相为主的红色粗碎屑岩夹砂泥岩建造及冲积洪积砾岩、砂石层及厚度不等的风成黄土[5]（见图5）。