金鴻山地區(qū)侏羅系地層劃分和構(gòu)造控煤分析

向科俊，曹理，葛勝偉，李澤敏

(1.陜西天地地質(zhì)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054；2.陜西省一八六煤田地質(zhì)有限公司，陜西 西安 710065)

0 引言

青海省是我國煤炭資源較為缺乏的省份之一，煤炭資源的勘查、開發(fā)對(duì)緩解青海省及周邊省份用煤的緊缺現(xiàn)狀，支援青海、西藏地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)將起著極為重要的作用。金鴻山地區(qū)找煤工作開展較早，但成效甚微，工作區(qū)以往雖進(jìn)行過較多的地質(zhì)工作，但基本都以地質(zhì)填圖、槽探為主要手段，僅開展了少量的鉆探工程，對(duì)地層、構(gòu)造等基礎(chǔ)地質(zhì)研究不夠深入。由于區(qū)內(nèi)地層風(fēng)化嚴(yán)重，又難以找到化石，所以對(duì)該區(qū)侏羅系地層的劃分上一直存在分歧，沒有定論。地層認(rèn)識(shí)不同，直接導(dǎo)致構(gòu)造認(rèn)識(shí)不同，進(jìn)而影響聚煤規(guī)律分析，最終影響地質(zhì)勘探手段選擇、工程布置、勘探成效等。通過最近幾年在該區(qū)開展的煤炭資源調(diào)查和普查工作取得的勘查成果，分析歸納該區(qū)侏羅系地層劃分和構(gòu)造控煤資料，提出作者的觀點(diǎn)。

1 以往侏羅系地層劃分

區(qū)內(nèi)地質(zhì)勘查工作始于1955年，中國科學(xué)院地質(zhì)研究所、中科院蘭州地質(zhì)研究室在該區(qū)開展的地質(zhì)路線調(diào)查，后期石油系統(tǒng)在區(qū)內(nèi)開展了大量工作。直到90年代后，煤田系統(tǒng)才在該區(qū)開展煤田勘查工作，其中有代表性的主要有：①1993年，青海煤炭地質(zhì)一〇五勘探隊(duì)在金鴻山地區(qū)開展了找煤工作，提交了《青海省金鴻山地區(qū)找煤地質(zhì)報(bào)告》；②2002—2004年，青海煤炭地質(zhì)勘查院和西安航測遙感院在阿爾金山南麓西段的茫崖石棉礦—金鴻山區(qū)段開展煤炭資源調(diào)查評(píng)價(jià)工作，提交了《青海柴達(dá)木西部茫崖地區(qū)煤炭資源調(diào)查評(píng)價(jià)報(bào)告》。

各階段對(duì)侏羅系地層劃分不盡相同，見表1。

表1 本區(qū)侏羅系地層劃分沿革表

本次就1993年和2004年兩次開展有鉆探、槽探等實(shí)物工作量的勘查階段侏羅系地層劃分簡要?dú)w納如下。

1993年找煤報(bào)告將區(qū)內(nèi)侏羅系劃分為：下侏羅統(tǒng)小煤溝組(J1x)、中侏羅統(tǒng)大煤溝組(J2d)及上侏羅統(tǒng)紅水溝組(J3h)。該報(bào)告將北邊靠近F15斷層的砂礫巖劃分為小煤溝組；向南至F17斷層(砂礫巖含煤段和頁巖段)劃分為大煤溝組；F17斷層以南劃分為紅水溝組，如圖1所示。認(rèn)為區(qū)內(nèi)地層展布南為大煤溝組、北為小煤溝組，地層倒轉(zhuǎn)，總體構(gòu)造形態(tài)為一倒轉(zhuǎn)向斜構(gòu)造。

圖1 金鴻山煤礦地質(zhì)素描圖(1993年找煤報(bào)告)

2004年的調(diào)查報(bào)告將侏羅系分為下侏羅統(tǒng)小煤溝組(J1x)、中侏羅統(tǒng)大煤溝組(J2d)及上侏羅統(tǒng)采石嶺組(J3c)。將F15斷層以南的砂礫巖段劃分為大煤溝組；將頁巖段劃分為小煤溝組；F17斷層以南劃分為采石嶺組。和1993年找煤報(bào)告剛好相反，認(rèn)為南為小煤溝組、北為大煤溝組，總體構(gòu)造形態(tài)為一北傾單斜構(gòu)造。

2 本次侏羅系地層劃分

2.1 巖石地層學(xué)方法

巖性法：①地質(zhì)填圖。通過對(duì)該區(qū)1∶2.5萬地質(zhì)填圖，本區(qū)侏羅系地層基本全區(qū)分布，呈東西向條帶式展布。野外發(fā)現(xiàn)1993年找煤工作填繪的地質(zhì)界線較為準(zhǔn)確，但在北部老山前，劃分下侏羅統(tǒng)小煤溝組與古元古界的界線時(shí)，普遍偏南，而且其巖性與大煤溝組相似，均為砂礫巖，很難區(qū)分，應(yīng)為一套地層。頁巖段主要為灰黑、黃綠色的泥巖和頁巖，葉理發(fā)育，風(fēng)化嚴(yán)重，與區(qū)域上的石門溝組油頁巖相似；其和砂礫巖段之間并非整合接觸，野外部分地方清晰可見斷層破碎帶，應(yīng)為斷層接觸。F17斷層以南上侏羅統(tǒng)地層巖性為棕紅色礫巖、砂巖、泥巖等，與采石嶺標(biāo)準(zhǔn)剖面巖性基本一致。②鉆探取芯。通過施工的鉆孔取芯情況，上侏羅統(tǒng)為棕紅色礫巖、砂巖、泥巖等，與鄰區(qū)乃至整個(gè)柴北緣鉆孔揭露的采石嶺組地層一致；中侏羅統(tǒng)頁巖段鉆孔揭露主要為灰黑、黃綠色的泥巖、頁巖，頁理發(fā)育。砂礫巖段巖性主要為綠灰、灰白色礫巖夾粗砂巖，中下部細(xì)礫巖、砂巖層之中含一層薄-中厚煤層，礫石成分較為復(fù)雜，有變質(zhì)巖、砂巖、泥巖、灰?guī)r及石英巖等，礫徑4～6 cm居多，與鄰區(qū)鉆孔揭露的大煤溝組地層類似。

標(biāo)志層法：①上侏羅統(tǒng)地層。主要為棕紅色砂巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖等，與鄰區(qū)西山煤礦、柴水溝煤礦、采石嶺標(biāo)準(zhǔn)剖面等地出露的采石嶺組地層基本吻合。②中侏羅統(tǒng)頁巖段。主要以灰黑、黃綠色的泥巖、頁巖為主，頁理發(fā)育，與鄰區(qū)柴水溝煤礦、小西溝煤礦等地出露的石門溝組油頁巖地層基本吻合。 ③中侏羅統(tǒng)砂礫巖段。巖性主要為灰白色、灰綠色粗粒砂、礫巖，夾細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖、炭質(zhì)泥巖等，中下部細(xì)礫巖、砂巖層之中含一層薄-中厚煤層(M1)，結(jié)構(gòu)簡單，煤類單一，為中灰、中高揮發(fā)分、低磷、較低軟化溫度灰、中低發(fā)熱量煤，屬不粘煤31號(hào)(BN31)。與大煤溝煤礦、魚卡煤礦、小西溝煤礦等地出露的大煤溝組地層和煤層基本吻合。

沉積旋回：中侏羅大煤溝組縱向巖性變化規(guī)律明顯，底部為沖洪積相或河流相為主的含礫砂巖、粗粒砂巖，中部為以河流相為主的中-細(xì)粒粉砂巖，上部以湖泊相的粉砂質(zhì)泥巖、泥巖為主，形成一個(gè)大的正旋回，為盆地的擴(kuò)張期。至中侏羅世晚期盆地進(jìn)一步沉降、擴(kuò)張、湖平面逐步上升，盆地幾乎由湖泊體系所占據(jù)，盆地邊緣相明顯縮小。半深湖-深湖位于浪基面以下水體較深部位，水動(dòng)力條件較弱，為還原環(huán)境。巖性以灰黑、深灰色泥頁巖為特征，常見油頁巖，發(fā)育水平層理及細(xì)波狀層理。至早侏羅世，隨著全球氣候變得炎熱干燥，侏羅紀(jì)聚煤作用隨之停止，沉積物為一套紅色、紫紅色或雜色干旱氣候下的陸源碎屑巖，在縱向上明顯表現(xiàn)出由礫巖—砂巖—鈣質(zhì)粉砂巖—泥巖的旋回性變化。為氧化環(huán)境，與中侏羅世地層形成明顯差異。

通過沉積旋回分析，本區(qū)中侏羅世早期的砂礫巖應(yīng)為大煤溝組地層，中侏羅世晚期的頁巖應(yīng)為四門溝組地層，早侏羅世的棕紅色的砂巖、泥巖等應(yīng)為采石嶺組地層。

2.2 構(gòu)造學(xué)方法

根據(jù)上述巖性分析，以及與整個(gè)柴北緣侏羅系地層的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)的侏羅系地層符合地層倒轉(zhuǎn)的特征。大煤溝組地層存在由北向南粒度逐漸變細(xì)的趨勢，即北側(cè)靠近古元古界地層粒度較粗，主要為含礫砂巖、粗粒砂巖，向南逐漸變細(xì)，為細(xì)粒砂巖、粉砂巖等，靠近石門溝組則為粒度更細(xì)的粉砂質(zhì)泥巖、泥巖等；再向南則為石門溝組地層，主要為一套頁巖，符合整個(gè)柴北緣的地層特征；再向南則為侏羅系上統(tǒng)采石嶺組地層，同樣存在由北向南粒度逐漸變細(xì)的趨勢，北側(cè)靠近石門溝組為紫紅色砂礫巖、粗砂巖等，向南逐漸變細(xì)，為中砂巖、細(xì)砂巖等，再向南則為粉砂巖、泥巖等。本次工作贊同1993年找煤報(bào)告倒轉(zhuǎn)向斜構(gòu)造，認(rèn)為區(qū)內(nèi)構(gòu)造形態(tài)為一北翼倒轉(zhuǎn)并被斷層切割的不完整的向斜形態(tài)，地層層序從老到新應(yīng)為大煤溝組、石門溝組和采石嶺組。

3 劃分結(jié)果

綜合上述分析，認(rèn)為本區(qū)侏羅系地層中棕紅色砂巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖這套地層應(yīng)屬于侏羅系上統(tǒng)采石嶺組(J3c)；灰黑、黃綠色的泥巖、頁巖這套地層應(yīng)屬于侏羅系中統(tǒng)石門溝組(J2s)；灰白色、灰綠色砂、礫巖這套地層應(yīng)為侏羅系中統(tǒng)大煤溝組(J2d)。如此劃分，可將本區(qū)與鄰區(qū)乃至整個(gè)柴北緣侏羅系地層劃分統(tǒng)一起來，為后期工作提供便利。

4 構(gòu)造控煤分析

綜上分析，區(qū)內(nèi)構(gòu)造形態(tài)為一北翼倒轉(zhuǎn)并被斷層切割的不完整的向斜形態(tài)。如圖2所示，本區(qū)構(gòu)造控煤樣式屬于典型的“老山埋藏”型，根據(jù)地球動(dòng)力學(xué)成因分類，該構(gòu)造樣式應(yīng)屬于擠壓構(gòu)造樣式的范疇。

圖2 工作區(qū)4線剖面圖

煤系地層位于逆沖斷層F15、F18以下，在區(qū)域壓應(yīng)力場作用下，老地層(古元古界)沿?cái)鄬用婺鏇_推覆到侏羅紀(jì)地層之上。斷層面下煤系地層內(nèi)發(fā)生次生斷層(F16和F17)，對(duì)煤系地層進(jìn)一步切割破壞，使得區(qū)內(nèi)煤系地層受斷層破壞嚴(yán)重。煤層在走向上連續(xù)性較差，傾向上厚度變化較大，沿傾向方向迅速變薄甚至尖滅或者相變成炭泥巖。例如QMZK05號(hào)鉆孔中煤層厚度為1.98 m，而與其間隔40 m的金鴻山煤礦采坑中煤層厚達(dá)20 m之余。又如普查時(shí)在煤層露頭(厚9.25 m)北面20 m處施工一鉆孔，未見煤層。此種情況在區(qū)內(nèi)較為普遍，煤層在傾向方向很淺的范圍內(nèi)受斷層切割尖滅，部分采坑、槽探中煤層呈楔形，夾礫石，由此可以判斷，區(qū)內(nèi)煤層處在阿爾金大斷裂帶內(nèi)，各方向、各期次斷裂直接作用于煤層頂?shù)装迳踔撩簩觾?nèi)部，導(dǎo)致煤層支離破碎，巖礫混雜于煤層之中，煤層在斷層作用下呈楔形賦存，在垂深很小的范圍內(nèi)即尖滅。

5 結(jié)論

(1)本區(qū)侏羅系地層中這套棕紅色地層應(yīng)屬于侏羅系上統(tǒng)采石嶺組(J3c)；頁巖段應(yīng)屬于侏羅系中統(tǒng)石門溝組(J2s)；砂礫巖段應(yīng)屬于侏羅系中統(tǒng)大煤溝組(J2d)。如此劃分，可將本區(qū)與鄰區(qū)乃至整個(gè)柴北緣侏羅系地層劃分統(tǒng)一起來。

(2)區(qū)內(nèi)構(gòu)造形態(tài)為一北翼倒轉(zhuǎn)并被斷層切割的不完整的向斜形態(tài)，構(gòu)造控煤樣式屬于典型的“老山埋藏”型，即老地層通過斷層作用逆沖推覆至煤系地層之上，煤系地層內(nèi)部進(jìn)一步發(fā)育斷層被切割破壞，導(dǎo)致煤層賦存穩(wěn)定性和連續(xù)性較差。