甘肃省武威市东南部找煤前景分析

王红霞

（甘肃煤田地质局，甘肃兰州 730000）

0 引言

煤炭作为我国的主体能源，是目前新能源无法替代的、自主保障能力最强的能源［1］。在甘肃省河西走廊北祁连一线，展布着一系列的侏罗系小型聚煤盆地，沿着祁连山脉的走向呈串珠状分布，西起昌马北大窑，经玉门旱峡煤矿、肃南小马氏河、临泽绿泉山，东到走廊东部的长山子、九条岭、大口子等，其中长山子位于武威市西北约130km，九条岭在武威市以西约50km。河西走廊盆地北界为阿拉善南缘断裂，南界为北祁连北麓断裂，断裂向西在高台、酒泉一带与阿尔金断裂相交，向东插入六盘山断裂带内，总体呈北西向伸展，这是一条莫霍面变异带，也是一条重力梯度带。上新世以来印度板块与欧亚板块的碰撞，致使该断裂带继续活动，并产生了一系列向北逆冲的推覆构造［2］。沿这一线向武威市东南，属于腾格里沙漠的西南缘，区内被大面积的第四系覆盖。石油地质工作者将这一带称为武威盆地。研究区属武威盆地，包括甘肃省武威市大部分和内蒙古自治区阿拉善盟，地理位置位于东经102°48′～104°10′，北纬37°30′～38°00′，面积5 600km2（图1）。

图1 研究区地理位置Figure 1 Geographic location of the study area

近年来，针对武威盆地石炭纪时期构造、沉积环境、煤层气、页岩气、致密气等方面研究较多［2］。刘洪军等认为武威盆地总体走向为近东西，具有褶皱带到地块过渡的性质，主体位于阿拉善地块内［3］。陈夷等利用CEMP 测线，结合重磁震对武威盆地进行了构造单元划分，认为该区整体呈现出隆坳相间的构造格局，自南向北划分出三个坳陷区域和两个隆起区域（北部坳陷、哈拉敖包隆起、中部坳陷、翟家隆起和南部坳陷）［4］。阎存凤等分析了武威盆地石炭纪沉积环境及含油气远景，认为武威盆地为滨浅海、滨海沼泽、淡化潟湖、三角洲环境，发育石炭系自生自储式生储盖组合，是一个具有生油气潜力的含油气盆地［5-7］。研究区位于武威盆地西南部，勘探、研究程度相对较低。

1 研究区地质背景

1.1 区域构造及构造演化

研究区属祁连加里东地槽褶皱系北缘的河西走廊边缘拗陷单元，该单元在早古生代为北祁连地向斜的北缘组成部分，加里东运动后，在地槽褶皱带的基底上断裂下陷，成为晚古生代至新生代的沉降带，是重要的油气资源区。泥盆纪，研究区进入地槽期后的稳定发展阶段，发育一套未变质的沉积岩系（图2）。其后又为中、新生界叠加盆地。现存的构造形态主要受侏罗纪末和白垩纪的燕山运动影响，经历了喜马拉雅运动后，在继承了原有构造形态的基础上，发生了一定的形变。

1.2 地层简况

研究区属于腾格里沙漠的西南缘，被大面积的第四系覆盖，南部和北部分别有石炭系、三叠系等地层出露［8］。区域内含煤岩系主要有石炭系、二叠系和侏罗系，本文以侏罗系含煤岩系为研究对象，研究区侏罗系地层区划属柴达木地层区（Ⅱ-4）、祁连地层分区（Ⅱ-4-1）、旱峡-武威地层小区（Ⅱ-4-1-1），可划分为上、中、下三个统：下侏罗统大山口群（J1Ds）、中侏罗统中间沟组（J2z）、新河组（J2x）和上侏罗统（J3）。中下侏罗统皆含煤，主要含煤段为中侏罗统中间沟组（J2z）（图3）。

图3 研究区地层综合柱状图Figure 3 Comprehensive stratigraphic column of the study area

侏罗系沉积基底为三叠系或二叠系，上覆地层有白垩系、新近系和第四系。

2 岩相古地理演化史

研究区基底由前寒武纪变质岩和早古生代大陆边缘火山-沉积岩组成，先后经历了志留纪—泥盆纪前陆盆地、石炭纪—二叠纪伸展盆地、侏罗纪—白垩纪断陷盆地和新生代前陆盆地等演化阶段，并由此沉积了大量的古生代—新生代陆源碎屑岩以及少量海陆交互相沉积基底层［9］。其中，中侏罗世地层整体为湖沼泽相含煤碎屑岩建造，由河流相砂岩、砾岩及河沼相炭质泥质页岩夹煤层组成。初期地形差异较大，沉积物较粗；后期地形差异变小，在凹陷低洼、河湖过渡相的泥炭沼泽环境为沉积物提供了充足的可容纳空间，且存在充足的物源补给（树木繁茂、泥炭丰富），洼地逐渐转成浅湖，形成以泥质为主夹油页岩及煤线的湖相层［10］。因此，本区中侏罗世含煤岩系岩性底部由灰白、灰绿色砾岩、砂砾岩、砂岩组成；下部由灰色、灰黑色砂岩、泥岩、煤层组成，该地层为本区主要可采煤层；中上部由灰色、灰绿色砂岩、泥岩、薄层砂砾岩组成，局部夹煤线及紫红色薄层泥岩（图4）。

图4 甘肃省中侏罗世古地理图Figure 4 Middle Jurassic paleogeographic map of Gansu

3 研究区沉积环境分析

研究区为河西走廊侏罗系盆地的东端部分，中侏罗世在祁连山山地的北坡常发育一系列串珠状小盆地，其间植物繁盛，沉积了百余米厚的河流-沼泽相碎屑、泥质含煤地层，武威及靖远地区在向斜构造盆地中形成了百余米厚的河沼相泥砂、砂砾质沉积层，伴有较稳定煤层。从沉积相和沉积环境特征分析，这些盆地为小型的山间盆地，相互独立或彼此有一定的联系。研究区南部为景泰中生代（T+J）含煤盆地，西起天祝县双龙，东至景泰红水，含煤岩系西厚东薄，西粗东细，北部为潮水盆地（J）［8］。两个盆地均为东西向连通的盆地，即侏罗纪区域内并没有发育南北向的隆起。

现有资料分析认为，武威盆地和潮水盆地均属中—新生代内陆山间盆地型沉积。武威盆地和潮水盆地中的中生代地层构成和岩石组合特征相似，武威盆地侏罗纪沉积地层分布极其局限，仅以填平补齐的形式展布在古剥蚀面上的低凹部位，而白垩纪沉积地层在两盆地中均有广泛发育，且中下侏罗统在岩石组合上呈现为一套颗粒较粗的灰白色砂砾岩及黑灰色泥岩类沉积，期间夹有煤层、油页岩及淡水灰岩；而上侏罗统及白垩系在地层岩石组合上为一套巨厚层的红色砂、泥岩互层。显示早、中侏罗世时期，武威盆地和潮水盆地均处于温暖潮湿的河流、沼泽及浅水湖泊相还原环境，具备了植物生长、泥炭堆积的成煤条件；至晚侏罗世及白垩世，两盆地尽管依然处于地壳下沉接受沉积的发展阶段，但古地理及古气候条件发生了根本改变，演变为干旱炎热的氧化环境下的深水湖泊相红色细碎屑岩沉积为主，辅以盆地周边靠近山前发育的杂色河流相及山麓粗碎屑岩堆积［10］。

据此推断，这一系列串珠状分布的河西走廊侏罗系山间小盆地仍会继续向武威以东展布，其沉积规模也会由西向东相应有所扩大。

4 构造控制作用

后期的构造运动对这些的聚煤盆地起到较大的破坏作用，除小范围保存下来之外，大面积遭到剥蚀。

研究区与潮水盆地均属阿拉善地块及其边缘，研究区南部为向北逆冲的祁连山北缘断裂和盆地南缘断裂，北侧为向南逆冲的龙首山南缘断裂，龙首山南缘断裂是武威盆地与潮水盆地的分界线。龙首山造山带形成于加里东造山期，是早古生代中期柴达木微地块和阿拉善微地块碰撞形成的造山带。该地区主要发育前寒武纪变质岩、古生代花岗岩和中生代陆相沉积岩。龙首山内部及南北两侧发育多条与山体平行的断裂带，龙首山南缘断层被认为是龙首山隆升的主要控制断层，晚白世受燕山运动的影响，龙首山地区至少经历了一次隆升剥蚀。进入新生代以来，受青藏高原形成及扩展产生的北东向挤压应力影响，龙首山地区的北西西走向断裂再次活化造成了龙首山的快速隆升，最终形成了现今的地貌特征［11-14］。

研究区构造运动最为剧烈的地段是在武威西部的九条岭矿区一带，由该处向东西方向构造运动均显著减弱，普遍沉积了白垩系和第三系（古近系、新近系），在西部有长山子矿区得以保存，向东在武威市的东部和南部也具有保存下来的有利条件，但同时煤系地层的埋深也决定着其开发的前景，需要把握剥蚀区与保留区的界线，才能找到利于勘查和开发的煤层。

含煤区的分布受控于区域构造，形成了多种构造控煤形式，一定区域范围内同期构造变形，往往具有一些成因的内在联系和共同特点［15］。

河西走廊聚煤盆地处于祁连加里东褶皱带-河西走廊边缘拗陷这一构造体系，盆地的形成和展布受祁连山地槽后期拗陷的控制［16-17］。该单元位于北祁连地向斜和华北地台之间，从泥盆纪开始进入构造活动稳定阶段后，其断裂分异和岩浆活动较微弱，构造以不对称的过渡型褶曲为主，而这一系列的小型聚煤盆地位于其南缘（如旱峡煤矿）和次一级隆起部位（如长山子、九条岭等），向北埋藏可能逐渐加深。而研究区处于该构造体系的隆起部位，南部的景泰盆地则位于该体系的南缘。

北部与潮水盆地间有龙首山脉相隔，但其在大地构造位置上均属于龙首山-雅布赖地块的次级构造单元，研究区在构造成因和沉积环境上与潮水盆地具有高度的一致性［18］。从对称成矿的理论分析，潮水盆地位于龙首山褶皱带北翼，而研究区在龙首山褶皱带的南翼，其亦有聚煤盆地存在的可能。

5 找煤前景探讨

研究区总体趋势为南高北低，构造上由“三坳两隆”5个一级构造单元及20个二级构造单元组成。一级构造单元为北部坳陷、哈拉敖包隆起、中部坳陷、翟家隆起和南部坳陷，其中北部坳陷包含儿马湖凹陷、巴彦都冷西凸起、头道湖凹陷、诺尔图凸起以及乱井凹陷；中部坳陷包含赤金堡凸起、陈家圈凹陷、冰草湖凹陷；翟家隆起包含武威凸起、下双案凹陷、永昌凸起、革命井北凹陷以及翟家凸起；南部坳陷包含黄羊镇凹陷、大靖凹陷、赵家井东凸起、土墩凹陷以及中为凹陷（图5）。

图5 研究区构造划分Figure 5 Structural division of the study area

陈夷等认为武威盆地中部凹陷的二级构造单元冰草湖凹陷发育石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系及新生界，冰草湖作为继承性凹陷，上部中新生界较完整。石炭系厚900～2 100m，二叠系、三叠系厚500～900m，侏罗系、白垩系厚400～500m［4］；根据地震剖面以及钻探资料分析：在武威盆地儿马湖凹陷地层依然发育有石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系及新生界。因此，研究区覆盖层以下存在侏罗系的可能性较大［19］，在覆盖层下找煤可以作为今后煤田地质工作的一个方向。

综上，区内的找煤方向可以放在长山子—九条岭一带，再依区域主构造线方向向东南延伸。这一地段内以次一级隆起地段为突破口，因本区风化、剥蚀作用强烈，隆起部位往往易被剥蚀，故可在隆起的南北缘顺次开展工作。而且根据构造运动强度自西向东减弱的特点，找煤工作也宜自西向东进行。

6 结论

1）研究区位于武威盆地，在中侏罗世时期处于温暖潮湿的河流、沼泽及浅水湖泊相还原环境，具备了植物生长、泥炭堆积的成煤条件，物源供给充分、可容纳空间充足，沉积形成了整体为湖沼泽相的含煤碎屑岩建造，岩性由河流相砂岩、砾岩及河沼相炭质泥质页岩夹煤层组成，为本区主要可采煤层。

2）武威盆地处于祁连加里东褶皱带-河西走廊边缘拗陷构造体系的隆起部位，该构造体系南缘和次一级隆起部位发育有一系列的小型聚煤盆地。武威盆地北部与潮水盆地间有龙首山脉相隔，两者在构造成因和沉积环境上具有高度的一致性，因此，区内有聚煤盆地存在的可能。

3）从古地理、古构造、沉积相以及沉积环境等角度分析，武威市东部—东南部地区具有煤系地层发育的先决条件，从构造体系对聚煤盆地的控制特征看，该区也有煤系地层得以保存的条件。下一步找煤研究工作重点是寻找出埋深适当区域，圈定勘探开发有利区。