鄂尔多斯盆地西缘断褶带南部二叠系山西组沉积特征及煤炭资源勘查潜力_马永辉.pdf

第43卷第2期 2015年4月 文章编号1001-1986201502-0013-05 煤田地质与勘探 COALGEOLOOY P539.2 文献标识码ADOI 10.3969/j.issn.1001-1986.2015.02.003 Sedimentary characteristics and coal resources exploration potential of Permian Shanxi ation in the south of fault and fold belt in west margin of southern Ordos basin MA Yonghui No.146 Team, Gan. Bureau of Coal Geology, Pingliang 744000, China Abstract The study area is located in the south of fault and fold belt in west margin of Ordos basin in Anguo-Xiamen- Xiaowanzi area of Pingliang City. Through the study on the sedimentary characteristics of Permian Shanxi ation in the area, the geological conditions of coal occurrence and coal resources exploration prospect were uated. The coal-bearing sedimentary and ing conditions of Permian Sh创ixiation were influenced by ancient upli负andpa- leogeographic environments, the south of the study area was the main sediment supply source area, meandering river and delta constituted sedimentary environments, the action of the post depositional structure caused erosion and deation of the sedimented strata, etc., inducing small distribution area, complex structure, poor stability and high ash content of seams in Permian Shanxi ation in由estudy area. Due to influence and control of multiple factors, coal-bearing strata of Shanxi ation in the area failed to and remain large coal field. Searching for coal should be done in Anguo - Xiamen-Xiaowanzi syncline and the surrounding area. Key words sedimentary characteristics; Permian Shanxi ation; fault and fold belt in west margin of Ordos basin; coal resources 研究区位于鄂尔多斯盆地西缘断榴带南部的平 凉市安国－峡门一小湾子一带。鄂尔多斯盆地西缘 断裙带总体呈南北向展布，北起内蒙瞪口，经宁夏 银川、同心、固原及甘肃平凉，南至陕西陇县一带， 西抵石嘴山一青铜峡一固原西一带，东至盐池一环 县一平凉一线，南北长约600M，东西宽50恤， 面积约30000 km2 （图1tl。区域构造由秦祁贺三 收稿日期2014-06-13 叉裂谷演化形成，受阿拉善地块、青藏地块和鄂尔 多斯地块挤压和碰撞的影响，为一近南北向展布的 由数条大型的逆冲断裂组成的断榴带，构造活动持 续时间长、期次多，背、向斜和断块等构造比较发 育。区内自下而上发育有二叠纪、保罗纪两套煤系。 其中，二叠系山西组含煤地层形成于华北晚古生代 聚煤盆地阶段。由于研究区处于稳定的鄂尔多斯地 作者简介马永辉（1968一），男，甘肃灵台人，高级工程师，从事煤田地质与勘探工作.E-mail myhl46 引用格式马永辉－鄂尔多斯盆地西缘断裙带南部二叠系山西组沉积特征及煤炭资源勘查潜力［J］.煤田地质与勘探， 2015, 432 13一17. ChaoXing 14 煤田地质与勘探第43卷 块、内部整体性较差的阿拉善地块和多期活动的秦 祁榴皱带交汇复合部位，构造活动频繁，后期改造 强烈，煤系多被断裂切割或剥蚀破坏，地质条件复 杂，煤炭资源选区评价难度很大。但由于该区山西 组煤层煤种为气煤，可作为炼焦配煤，为研究区少 有煤种，煤质特殊，找煤意义较大。笔者通过对研 环县 陇县． 图1鄂尔多斯盆地西缘断榴带分布示意图 （据文献［2］略改） Fig. I Distribution of the fault and fold belt in west margin of Ordos basin 究区晚古生代沉积特征、赋煤地质条件的研究，旨 在对该区煤炭资源勘查前景进行评价和预测。 1 地质概况 1.1地层 鄂尔多斯盆地西缘断裙带南部平凉大台子一 带，二叠系山西组含煤地层发育良好，植物化石丰 富，地层界线清楚，剖面完整，是断榴带南部具有 代表性的剖面之一。平凉大台子剖面古生界由下到 上依次发育地层见表I[31，二叠系山西组与下伏寒武 系上统地层不整合接触。 1.2 岩性岩相组合特征 a.二叠系山西组与下伏奥陶系平凉组或上寒武统 ①为不整合接触； ②界面为奥陶系或上寒武统顶部的风化壳，分 布有铝土质泥岩，厚0.4～11.0m，薄厚不均匀，但 分布范围较大； ③岩性岩相突变，下伏为海相灰岩沉积，上覆 为陆相三角洲和沼泽相沉积。 b.石盒子组与山西组 ①界面层序组合清晰，界面上下岩性组合突变， 界面之下为含煤地层，而之上为不含煤的砂泥岩互层； ②界面上下地层颜色突变，界面之下为黑色薄 煤层及灰黑色的砂泥岩，之上变为杂色和棕红色， 表明气候的突变； ③岩相突变，下伏为三角洲平原沼泽相沉积， 其上为典型河流相沉积。 表1大台子剖面 层号 Table 1 The profile in Dataizi 厚度Im与下伏地层接触关系地层时代 三叠系下统（T1 石千峰组（P2sh 二叠系上统 上石盒子组P2s 二叠系下统 下石盒子组Pix 剖面各分层岩性特征 以浅紫红色中粗粒砂岩为主，夹泥岩、细砂岩、粉砂岩及砂砾岩。 灰绿、蓝灰、紫红色砂岩、粉砂岩、砂质泥岩及泥岩。 下部为灰绿带紫色砂岩；上部紫色泥岩夹砂质泥岩；顶部砂质泥岩中 产植物化石。 黄褐色厚层中粒砂岩与灰绿色砂质泥岩互层。 灰绿、浅紫色泥岩。 2 3 4 5 235 147 平行不整合 整合 12 ”8刀一4 整合 6 上部灰褐色粗砂岩，底部灰绿、灰褐色砂砾岩。 7 灰、灰黄色粉砂质细砂岩夹薄层泥岩及条带，含植物化石。 9 灰黄色砂质泥岩，局部夹砂岩，砂岩中含黄铁矿结核。 灰黄色泥岩、砂质泥岩，夹灰黄绿色含铁中粒砂岩透镜体，底部为灰 褐色中粒砂岩，具细小斜层理。 11 整合 8 二叠系下统 山西组（Pis 上寒武统（ε3 10 灰、深灰色砂质泥岩、粉砂岩夹灰色泥岩及煤线，含植物化石。7 11 棕、灰褐色中、细粒砂岩夹砂质泥岩。7 12 灰、深灰色泥岩、砂质泥岩、细砂岩夹碳质泥岩及薄煤层。 口灰色细砂岩，含植物化石。 14 灰白色中粒石英砂岩。 15 杂色教土岩、铝土岩夹煤线或薄煤层，含植物化石。 16 灰、灰黄色白云岩。 8MM6 角度不整合 角度不整合 ChaoXing 第2期马永辉鄂尔多斯盆地西缘断裙带南部二叠系山西组沉积特征及煤炭资源勘查潜力 15 1.3构造 研究区位于鄂尔多斯盆地西缘断裙带南部，六盘 山断榴带中部的平凉市境内，发育有六盘山东麓逆 断层（F，）、古－腔－太逆断层（F2）、｝｜｜－店－贤逆断层（F3）、 X,J－大－海逆断层（F4） 、平－铜逆断层（Fs）、顿河逆断层 F6） 、王店逆断层（F讥在古－腔－太逆断层（F2）与）II 店－贤逆断层（F3）之间发育有安国－峡门一小湾子向斜， 在川一店一贤逆断层（F3）与平一铜逆断层（Fs）之间发育 有平凉隆起。研究区范围北起安国镇，南到峡门乡小 湾子，东西以F2、F3断层为界，面积约120km2 （图2）。 、＼ \\ \ \ \ \ \ 图2研究区构造纲要图 Fig.2 Tectonic outline of the study area 2 沉积体系特征 2.1 山西组沉积期沉积体系 山西组沉积前，由于海西运动研究区出现海退， 海相沉积结束，平凉及以南大部分区域变为剥蚀区， 仅北部小范围有海陆过渡相沉积（图34］。 山西组沉积早期研究区基底界面沉积了泥岩、铝 土岩等，以后发育平凉大台子、小湾子、峡门、安国曲 流河及三角洲，彤、体较薄（3-5m），如大台子剖面的河 道砂体一般厚15～20m，可观察到河流对下伏地层冲 刷侵蚀作用。山西组早期沉积范围较小，南部是主要 物源供给区，随着海水退出，气候温暖潮湿，研究区 形成了一套河流－三角洲沉积体系，岸后沼泽发育，形 成了含煤地层和煤层（图的。 2.2 下石盒子组沉积期沉积体系 下石盒子组沉积期气候条件逐步向干旱转变。早 0 50km L__」 图3鄂尔多斯盆地西南部山西组沉积前岩相古地理图［5 Fig.3 Lithofacies paleogeographic map of southwest Ordos basin before sedimentation of Shanxi ation 0 50km 」_____J 图4鄂尔多斯盆地南部山西组沉积期岩相古地理图（5 Fig.4 Lithofacies paleogeographic map of Shanxi ation in south Ordos basin 期河流发育，盆地东南部物源供应充分，峡门、大 台子、安国等地发育分流河道，水系整体上向东北方 向（庆阳、环县）汇聚，湖泊范围明显扩大，研究区为 三角洲前缘和滨浅湖沉积。大台子剖面地层岩石粒度 明显变细，粗、细频繁交替变化，地层颜色从山西组 的黑色、灰黑色变为杂色和棕红色，表明气候的突变。 ChaoXing 16 煤田地质与勘探第43卷 2.3 山西组一下石盒子组物源方向 早二叠世中晚期，海水退出鄂尔多斯盆地，以陆 相沉积为特征。根据对平凉大台子、二道沟剖面露头 古水流方位测定、砂岩成分分析以及特征矿物鉴定， 在山西组一下石盒子组沉积期，古水流方向较散乱， 可能反映了曲流河的特点；山西组和下石盒子组砂岩 中石英质量分数低，为46～73；长石6～7；岩 屑含量高，为16～48，岩屑成分中岩浆岩岩屑为 55.6，沉积岩岩屑为33.3。石英标型特征以深成 石英为主（60～65），其次是变质石英（30～35, 沉积石英少（5～7），重矿物以错石为主（10～ 40），电气石（10） 、金红石较少。推测母岩为高含 量岩浆岩区和较高含量变质岩区（6）。 3 含煤地层沉积规律及控制因素 3.1 晚古生代古构造格局 研究区上古生界沉积前，北秦岭榴皱隆升并产生 向鄂尔多斯盆地挤压的推挤力，构造变形强度由强变 弱，产生冲断榴皱变形，使奥陶系、寒武系甚至更老 地层出露，石炭系元沉积或被剥蚀，二叠系角度不整 合在下古生界及寒武系之上［7）。晚古生代北秦岭成为 盆地南部重要物源区，沉积初期受母岩影响明显，以 下古生界碳酸盐岩为主要母岩，所提供的碎屑物质主 要为碳酸盐岩风化产物，缺少粗碎屑供应，导致山西 组底部以细粒泥质岩沉积（铝质泥岩）为主。可见，沉 积期前的古构造格局决定了研究区沉积基底的构造 格局、古地貌特征以及物源区母岩性质等；沉积期的 塌陷构造是研究区地层堆积可容纳空间大小的主导 因素之一，而北高南低的古地形、地貌以及两侧的 F2、F3大断裂对沉积作用与地层分布起到控制作用； 沉积期后构造作用导致了已沉积地层的剥蚀、变形 等。因研究区长期处在一个相对活跃的大地构造过渡 区，决定了含煤沉积建造严格地受同期古地理、古气 候和古构造的控制和后期构造的改造e 3.2 煤系沉积范围与古隆起 据区域地质资料，六盘山以东有两条近乎平行排 列的南北向的下古生界隆起带，即所谓的“东、西古脊 梁”［7）。研究区处于东边的安国一太统山一峡门－大台子 的古隆起上，总体为一复式向斜，形成于加里东期末， 且西部隆起比东部隆起幅度大，其间形成的侵蚀洼地 为山西组的含煤沉积提供了场所，并对二叠系的沉积 起限制和控制作用，使二叠系向隆起超覆沉积，推断 山西组含煤地层沉积边界西到古一腔一太逆断层（F2, 东至）ii－店－贤逆断层（F3），北至安国北部，南到峡 门小湾子南的王店逆断层（F1），其他地区未沉积或 被剥蚀。 3.3 成煤古地理背景及其规律 加里东运动使鄂尔多斯盆地西南缘大面积隆起， 亦开始了长期的风化剥蚀（8-9）。由于地亮活动的不均 衡性，本区在中奥陶世至石炭纪未接受沉积，属于高 原剥蚀的地形地貌；后期地表被剥蚀夷平为准平原， 但“东西古脊梁”仍然存在，太统山、大台子等局部隆 起。风化侵蚀的基岩在古侵蚀洼地沉积，形成了山西 组底部的铝土岩，由北向南在安国、峡门、大台子、 小湾子都有分布。从铝土岩的分布看，这一时期的古 地形呈北高南低，山西组含煤地层沉积时的古地形面 貌基本形成。随后气候湿润，在侵蚀洼地基础上发育 的浅水湖盆中，湖泊逐渐沼泽化，泥炭沼泽堆积形成 了含煤地层和煤层。不同地段的基底岩层存在差异， 表现为含煤地层不整合沉积于不同时代的地层之上， 安国、太统山一带煤系下伏地层为奥陶系三道沟组灰 岩（02s）、峡门一带为奥陶系平凉组灰岩（02p） 、大台 子和小湾子一带为寒武系上统白云岩（ε汁，煤系、煤 层赋存范围和厚度呈现出在低洼处沉积厚，边缘及古 隆起区沉积薄或无沉积的现象。因沉积环境不稳定， 形成的煤层厚度一般较小，夹石干多，煤层的灰分变化 大，有些区域的灰分很高，高达30以上。 3.4 煤层与铝质泥岩的沉积规律 研究区铝质泥岩位于山西组含煤地层的底部，沉 积受基地古侵蚀洼地影响和控制，与煤层在沉积上有 一定的规律可循。 a.在横向上煤层与铝质泥岩的分布范围基本一． 致。在北部山西组底部仅有0.5m左右的泥岩沉积， 其上为7～15m 砂、砾岩，无煤层沉积；到中部为含 铝泥岩，厚0.5-0.9m，其上沉积了碳质泥岩及薄煤 层；至峡门一带则为铝质泥岩层，厚度增到1.2～2.45m, 其上为碳质泥岩和中－厚煤层；再向东南至大台子一 带变为铝土岩，并出现铝土矿，厚2-8.50m，再向南 到小湾子，铝土岩层上有中－厚煤层，煤层分岔较多。 由北向南泥岩中铝含量增高，硅含量降低，而煤层从 北向南由不含煤到含煤，由单一煤层到多煤层，结构 由简单到较复杂（表2）。由此可见，铝质泥岩可作为 研究区找煤和煤岩层对比的标志层位。 b.在垂向上煤层与铝质泥岩沉积一般互为消长 关系，即铝质泥岩沉积较厚的地带，形成的煤层较薄， 而铝质泥岩较薄的地带，形成的煤层较厚。 研究区成煤期北部地势较高，地形狭窄，而南部 较低，地形较开阔。所以北部安国一带尽管发育有可 采煤层，但煤系、煤层分布范围十分有限，成煤规模 较小，而南部地势较低，地形较开阔，有利于含煤地 ChaoXing 第2期马永辉鄂尔多斯盆地西缘断裙带南部二叠系山西组沉积特征及煤炭资源勘查潜力 17 层及煤层的形成和保存（图5）。 表2含铝泥岩与含煤性变化分析表 Table 2 Analysis of aluminiferous mudstone and 地点 安国 峡门 大台子 小湾子 地点 安国 峡门 大台子 小湾子 coal-bearing propety AhOi / 15.28 18.1628.50 5568.50 2455 煤层总、厚Im 01.26 02.45 0.548.50 0.619.81 图例 钻孔 逆断层, 含铝泥岩特征 Si02 / 68.64 60.35 2536 2456 煤层发育特征 煤层数 l2 4 6 IT丑煤厚等值线＼F, 岩石名称 含铝泥岩 铝质泥岩 铝土矿 铝土岩、铝土矿 煤层结构 简单 简单 2-4个分岔 2～5个分岔 图5研究区煤层分布范围及厚度等值线图 Fig.5 Distribution and isopach of Foal seam in the study area 3.5 沉积期后构造的改造破坏作用 由于研究区从中奥陶世以后一直处于较强构造 活动中，不同的构造活动以不同的形式反映在同时代 的地层中。 海西期末构造活动使贺兰山脊柱从北部向南部 逐渐隆起，使二叠系在隆起区被剥蚀，在相对低凹处 得以保存。印支、燕山及喜山期构造活动使研究区二 叠纪含煤沉积发生断裂、福皱，煤层埋藏深度进一步 发生变化，一般在近隆起部位或是在断裙带仰冲部位 煤系埋藏较浅（IO］。 4结论 a.含煤沉积物源供给区主要为研究区南部，沉积 环境主要为曲流河及三角洲，沉积期后构造作用导 致了已沉积地层的剥蚀、变形等，致使山西组煤层在研 究区分布面积小，结构复杂，稳定性差，原煤灰分高。 b.受断裂及福曲的影响，煤系埋深由北向南、 由东向西逐渐变深，控煤构造复杂。 c.推测煤层的变化趋势是从西北向东南，从 不含煤到含透镜状煤层、由不可采到可采、由不稳定 到相对稳定，推测安国一带煤层分布范围较小，煤层 薄，安国南一峡门北之间由于受顿河逆断层（F6）的影 响，发育有一塌陷，致使煤系和煤层埋藏较深，峡门 北到小湾子一带为含煤较好区域。 因此，研究区二叠系山西组含煤地层，由于受多 种因素的影响和控制，未能形成并保留规模较大的煤 田，找煤工作难度大，风险高，勘查靶区应选在安国－ 峡门－小湾子向斜及周边进行，先期有利地段应在峡 门－小湾子向斜。同时，要加强控煤构造研究，及时 分析灰分变化对煤质的影响，使气煤这种在研究区少 有的煤炭资源的勘查工作能够取得突破性进展。 参考文献 [I］赵红格鄂尔多斯盆地西部构造特征及其演化［DJ.西安西北 大学，200338-43. [2］汤锡元，郭忠铭．鄂尔多斯盆地西部逆冲推覆构造带特征及其 演化与油气勘探［J］.石油与天然气地质，1988,93 1-9. [3］甘肃省地层表编写组．西北地区区域地层表（甘肃省分册）队if]. 北京地质出版社，198315-16 [4］陈洪德，侯中健，田景春，等鄂尔多斯盆地区晚古生代沉积 层序地层学与盆地构造演化研究[J］.矿物岩石，2001,213 16-22. [5］张涨，何宗莲，晋香兰，等．鄂尔多斯盆地构造演化与成煤作 用一I500000鄂尔多斯煤盆地地质构造图简要说明阳］．北 京地质出版社，2005. [6］陈孟晋，汪泽成，郭彦如，等．鄂尔多斯盆地南部晚古生代沉 积特征及天然气勘探潜力［J］.石油勘探与开发，2006,331 1-5. [7］谭永杰鄂尔多斯盆地南缘构造变形及其演化［DJ.北京．中国 矿业大学，1992. [8］魏红红，彭惠群，李静群等．鄂尔多斯盆地石炭二叠系沉积特 征与储集条件［几石油与天然气地质，1998235-39. [9］杨福忠，J三军．六盘山盆地构造特征及勘探方向［J］.中国石 油勘探，1997,114 23 28. [IO］胡社荣，彭纪超，郝图强，等．大地构造理论和中国4次煤田 预测与潜力评价［巧煤田地质与勘探，2012,403 1-5. （责任编辑晋香兰） ChaoXing