陇东环县沙井子矿区煤系与聚煤作用

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【摘 要】甘肃陇东环县沙井子地区，处在鄂尔多斯盆地西缘断褶带的南段东侧―沙井子断褶带的西部，侏罗系煤系与聚煤作用有其特殊性，本文对其沉积环境与聚煤作用进行详尽对比，分析成煤原因与煤质特点，以做后期矿区开发利用参考。

【关键词】沉积环境；聚煤作用；成煤

0 引言

煤炭资源多赋存于沉积盆地中，而沉积盆地在一定时期内则是板块内的负向单元。中国含煤盆地的形成、演化及其聚煤规律受中国大陆古板块演化背景的控制[1]。目前国内外对聚煤作用的研等究较多[2，5]，如金高峰[6]运用层序地层学原理，对华南二叠纪含煤盆地和侏罗纪鄂尔多斯含煤盆地进行研究，建立了被动大陆边缘盆地和陆相坳陷盆地的地层层序沉积模式和层序聚煤模式，并对两者聚煤作用作了简要对比；邵龙义等[8]运用钻井岩心、测井及层序地层学的有关理论、方法，对位于扬子地块西缘、四川攀枝花地区的宝鼎盆地的含煤岩系进行了层序地层学与聚煤作用研究。

1 区域地质概况

甘肃沙井子矿区地层区划属华北地层区鄂尔多斯西缘分区马家滩-平凉小区（据《鄂尔多斯盆地聚煤规律及煤炭资源评价》[10]，1996））。该区域地层总特征与华北地层区基本一致，从老到新沉积有蓟县系贺兰山群上部、寒武系、奥陶系中―下统、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系下统、上第三系和第四系。西缘断褶带北起内蒙河套地堑南侧的桌子山东麓，经宁东鸳鸯湖、马家滩、甘肃甜水堡、沙井子、华亭、向南直抵渭北大断裂西延带，南北长600余km；西起贺兰山―六盘山东侧之予旺―炭山―固原张性大断裂，东至萌城―张家山大型逆断层，东西宽40-70km，总面积3万余km2。（见图1）。

H.沙井子背斜；K.刘园子西侧背斜；J.杨家嘴子背斜；L.花家湾背斜

图1 西缘断褶带构造简图

2 侏罗系含煤特征与聚煤作用

（1）地层特点，本矿区含煤层沉积地层由老到新叙述如下：三叠系（T），区内广泛分布，但普遍埋藏较深，自下而上依次为中统纸坊组（T2zh）和上统延长群（T3yn）；侏罗系（J），自下而上依次为下统富县组（J1f），中统延安组（J2y）、直罗组（J2z）、安定组（J2a），上统芬芳河组（J3f）。

富县组（J1f） 富县组在本区为下伏延长群（T3yn）沉积之后经历印支运动，在凹凸不平的古侵蚀地形基础上填平的产物，多在古地形低凹地带呈鸡窝状产出，厚度岩性变化很大。

延安组（J2y）是在逐渐夷平的古地形上广泛发育的扇三角洲平原环境下沉积的一套灰黑色含煤岩系。在沙井子断褶子带延安组地层分区，因其主要沉积环境为温湿气候条件下多次发育的扇三角洲平原分流河道沉积体系，因此沉积了一套多旋结构，每个旋均为下粗上细粒度组合，即下部为灰白至浅灰色粗、中、细粒砂岩，上部为深灰至黑色粉砂岩、泥岩及煤层。

直罗组（J2z）岩性为灰绿、紫灰、紫红等杂色粉砂岩、泥质粉砂岩及砂质泥岩，中夹细砂岩，底部为厚层状含砾粗砂岩。

安定组（J2a）岩性为灰褐、紫褐、灰黄等杂色泥岩（呈团块状，称疙瘩状泥岩），粉砂质泥岩夹砂岩，上部夹薄层白云质泥灰岩及灰岩。

芬芳河组（J3f）下部为灰紫、棕红色块状砾岩，上部为浅紫红、浅灰绿色含砾中细粒砂岩。

（2）含煤性与聚煤作用

本矿区含煤地层中侏罗统延安组（J2y）按岩性、岩相组合规律共可划分为四段八个沉积中旋（每段均含两个中旋，段与中旋皆从下向上分别编号为J2y1、J2y4及J2y11、J2y48）。含煤地层中至下部三段平均厚230.05m，为主要含煤岩段，共含10个煤组、26个独立煤层，自下而上依次编号为煤10层（组）、煤9层（组）、煤8组、煤1组。其中煤10、煤9均以1-2个独立煤层出现，煤8组、煤7组至上部煤1组中常各含2-3个独立煤层，分别编号为煤8-3、煤8-2、煤1-1。各煤组中的独立煤层均有规律地赋存在延安组下至中部的六个中型含煤旋中，具有对应的分布及组合关系，有如下规律：

①延安组下部第一段第Ⅰ旋（J2y11）又分为两个亚旋。第一阶段为盆地古地形夷平期，沉积了延安组第一段下部的Ⅰ旋层（J2y11），含煤10-煤7组。

本区三叠系延长群地层沉积后，发生的印支运动，强烈地东西向挤压，出现褶皱及大规模的隆起、断裂，而不均匀剥蚀使整个西缘断褶带形成了高低起伏不平的原始古地形及沙井子断陷盆地。侏罗纪初期地壳开始沉降，接受了来自东西两侧的碎屑岩初期充填，这些早期沉积物对原始古地形起到了局部“夷平作用”。先充填的低凹地带被覆水而沼泽化，依次沉积了零星分布的煤10、煤9层及局部分布的煤8组。在J2y11地层沉积较厚地带，其中下部一般可划分出三个亚旋，下部两个亚旋成煤环境最差，下亚旋的沉积使含煤盆地古地形趋于平整，逐渐向准平原化环境过渡，其上沉积了上亚旋地层及煤7组，其中煤7-3位于该亚旋中部，分布面积较广，但普遍较薄不可采，位于上亚旋上部的煤7-1连续大面积分布，大部可采。Ⅰ旋为聚煤古地形逐步夷平期，为煤层稳定沉积，创造了良好的聚煤条件。

②延安组中部―第一段第Ⅱ旋至第三段第Ⅵ旋（J2y12-J2y36）为含煤盆地稳定发展期，由五次周期性发育的扇三角洲体系控制下的下粗上细的碎屑岩及中上部分别含一个煤组的中型旋层所组成，其组合及分布规律如下：

位于下部的Ⅱ旋（J2y12）中部含煤6组，其中的煤6-3，煤6-2为零星分布的不可采薄煤层，煤6-1分布面积较大，但大部地段薄而不可采，无开采及工业利用价值。

从Ⅱ旋上部至Ⅵ旋分别含煤5、煤4、煤3、煤2、煤1等五个重要煤组，共同组成了矿区最具勘查开发及利用价值的富煤岩段及4.5个中型旋层，这些旋层及各煤组具有以下共同特点：

都是在较稳定沉积环境及成煤条件控制下形成的，各旋层上部所含煤组多由2-3个独立煤层所组成：位于煤组下层位的独立煤层，煤5-2、煤4-2、煤4-3、煤2-2、煤1-2等均为局部或零星分布的不稳定不可采的薄煤，无开采利用价值；位于煤组上层位的独立煤层―煤5-1、煤4-1、煤3-1、煤2-1、煤1-1等均为层位稳定，为全矿区连续分布可采的中厚―厚煤层。每个煤组中所含下部不可采层与上部可采层的间距一般均在几米至十余米之间。

主要可采煤层煤5-1、煤4-1、煤1-1均赋存在每个旋及煤组的最上部，反映了每个中型旋层沉积的最后阶段是综合成煤条件最好的时期。

五个旋上部所含五层可采煤层相比较，Ⅱ旋上部的煤5-1层平均厚4.85m，厚度变化大，结构较复杂；Ⅲ旋上部的煤4-1厚度变化在0.80-5.27m之间，Ⅴ旋上部的煤2-1厚度变化在0.84-7.39m之间，Ⅵ旋上部的煤1-1厚度变化在0.80-5.48m之间，这三层煤一般均为中厚煤层，煤层结构简单；Ⅳ旋上部的煤3-1厚度变化在0.90-5.01m之间，一般稳定在2.00-2.80m之间，结构最简单；由此可见，Ⅱ-Ⅵ旋层聚煤环境变化规律为初期较稳定型中期稳定型后期的较稳定型。煤5-1聚煤时间最长，平均厚度最大；其次为煤7-1平均总厚1.87m，及煤3-1平均总厚2.18m；煤8-3平均总厚2.43m；煤1-1平均总厚2.19m、煤4-1平均总厚1.96m及煤2-1平均总厚1.63m较薄。各煤层的厚煤带多分布于向斜轴及其两翼，主要受聚煤期古洼地的控制。

③延安组上部第四段（J2y4）为聚煤作用的萎缩退覆期，从岩性、岩相角度分析，第四段（J2y4）为浅湖至半深湖相无煤或极弱含煤碎屑岩段，是含煤盆地聚煤作用萎缩退覆期的产物。

3 含煤沉积环境影响

矿区位于祁吕系西缘断褶带东部的沙井子断褶带周边，中部为内陆断陷盆地。中侏罗世由于该盆地的长期不均衡沉降，来自东西两侧，西部青龙山及蟠龙坡隆褶带物源区的碎屑沉积物对盆地进行大规模的周期性充填。在古气候环境下，植被大面积周期性生长繁殖、死亡堆积，在长期的非均衡补偿条件下，形成了平均厚达319.55m的延安组陆相山间盆地型含煤岩系。

按区内延安组地层的岩性垂向组合特点，将延安组（J2y）共划分为四段（J2y1-J2y4）。其中下部的三个含煤岩段为一套水进型冲积扇―内陆湖泊扇三角洲及其上的小型分流河道沉积体系，其西部靠近青龙山逆断层处发育着广泛的冲积扇朵叶体；上部第四段从不含煤的深湖相细碎屑（指粉砂岩、砂质泥岩及泥岩）夹薄层泥灰岩开始，向上过渡为浅湖―滨湖沙滩沉积体系。第四段总体为粒度向上变粗的湖泊向湖泊三角洲过渡的水退型沉积类型。按岩性、岩相、含煤性等垂向组合特征及水进―水退型三角洲体系含煤岩系旋结构划分原则，又可将本勘探区的延安组四段地层按沉积顺序自下而上划分为八个中型沉积旋（J2y11，J2y12，J2y23-J2y48），即每段地层皆由两个沉积旋组成。

4 构造影响

西缘断褶带在多次的构造运动中，形成了由西向东叠瓦状排列，以压性为主的构造成分。以平凉为界，北部构造线走向为南北向，南部形成了即不像陇西系的“右旋”旋卷构造，属鄂尔多斯盆地西侧的二级构造单元，对该区中侏罗统延安组含煤建造起破坏和改造作用。

西缘断褶带中段由三条由西向东逆冲的压性大断裂和西部一条近南北向张性大断裂分隔的三个次级断褶带组成。自东而西依次为沙井子断褶带，青龙山断褶带及蟠龙坡断褶带，由西向东呈叠瓦状排列。因多次构造运动挤压、隆起、剥蚀程度不一，西部蟠龙坡断褶带及中部青龙山断褶带内已无中生代侏罗系延安组含煤地层赋存。

东部的沙井子断褶带为西缘断褶带中段三个断块中唯一侏罗系中统延安组含煤地层及煤层赋存的断块，其东、西分别以萌城―张家山逆断层及青龙山―彭阳逆断层为界，宽11-17km；北起陇东北端甜水堡，南至平凉以北，长200余km。在西缘断褶带北部甜水堡，中部沙井子中至西侧均蕴藏着埋藏较浅的煤炭资源。

沙井子断褶带中至西部的两个较大向斜构造及两翼为各可采煤层厚煤带分布区，并受向斜轴南北延伸方向之控制，呈南北向连续分布，形成连续可采的带状富煤带。

5 结论

中侏罗统的沉积盆地中延安组四段八个沉积旋，其中六个含煤沉积，共形成10个煤组、26个独立煤层，是本区煤田形成的基本条件。频繁多次发育的扇三角洲平原分流河道沉积体系的水进水退的变迁，使得本区特厚煤层层数较少，厚度也较小。沉积相变频繁而出现很多煤分层、煤分叉及变薄尖灭等现象。

西缘断褶带从区域范围上决定了沙井子断褶带拗陷的自然聚煤能不被剥蚀而保存下了。断褶带决定了沙井子从中至西部的两个较大向斜构造及两翼为各可采煤层厚煤带分布区，并受向斜轴南北延伸方向之控制，呈南北向连续分布，形成连续可采的带状富煤带。

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