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        銀—額盆地居延海坳陷北部侏羅紀(jì)煤田地質(zhì)特征及其找煤方向研究

        2012-04-29 19:01:25徐永楊小鋒趙彥博
        西部資源 2012年6期

        徐永 楊小鋒 趙彥博

        摘要:銀根—額濟(jì)納旗盆地為內(nèi)蒙古自治區(qū)煤田地質(zhì)及其研究最薄弱的地區(qū)。本文闡明了盆地西部居延海拗陷的地層構(gòu)成和中、下侏羅統(tǒng)的含煤性,分析了盆地的構(gòu)造演化及其對含煤地層的后期改造,探討了含煤巖系與白堊系的構(gòu)造疊合關(guān)系以及含煤地層的賦存特征。在此基礎(chǔ)上,提出了該區(qū)進(jìn)一步找煤的思路、方向和建議。

        關(guān)鍵詞:銀—額盆地 居延海坳陷 侏羅紀(jì)含煤地層 構(gòu)造疊合 找煤

        1.引言

        居延海坳陷是銀根—額濟(jì)納旗盆地西部的一個構(gòu)造單元,地處內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善盟西北部戈壁荒漠區(qū)。由于該區(qū)自然環(huán)境及交通不便等條件的限制,在2007年之前,僅作過煤礦點調(diào)查和個別地段的普查,煤炭資源潛力曾被否定,其找煤工作一直比較薄弱,煤田地質(zhì)資料甚少,研究程度也很低。

        隨著內(nèi)蒙古自治區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及其對煤炭資源需求量的增大,近幾年由我院承擔(dān)了阿拉善盟西北部煤炭資源調(diào)查項目,開展了以居延海坳陷北部為重點的找煤工作,目前已在數(shù)個區(qū)段發(fā)現(xiàn)了含煤地層及其可采煤層,找煤工作取得了初步進(jìn)展和突破。本文旨在對煤田基本地質(zhì)特征認(rèn)識的基礎(chǔ)上,探討進(jìn)一步找煤的方向并提出找煤建議。

        2.盆地地質(zhì)背景

        銀根—額濟(jì)納旗盆地的東—東南—南等方向分別以狼山—哈拉烏山—雅布額山為界,西南至北大山,西界為北山,北與蒙古國接壤并延伸至境外。該盆地進(jìn)一步可劃分為居延海坳陷、綠園隆起、務(wù)桃亥坳陷、蘇紅圖坳陷、特羅西灘隆起、達(dá)古坳陷、宗乃山隆起、楚魯隆起、蘇亥圖坳陷、尚丹坳陷、本巴圖隆起和查干德勒蘇坳陷共12個一級構(gòu)造單元(圖1)。

        銀根—額濟(jì)納旗盆地是以興蒙海西褶皺帶為基底的一個中新生代盆地群。在晚二疊世的海西晚期,天山—興蒙海槽閉合,西伯利亞、華北和塔里木三大板塊最終拼接為一個統(tǒng)一的大陸,形成近東西向弧形展布的巨型褶皺帶。在中、新生代陸內(nèi)構(gòu)造變形階段,印支期盆地區(qū)處于剝蝕狀態(tài)。從早侏羅世到中侏羅世,在以太平洋構(gòu)造域向西擠壓為主導(dǎo)的區(qū)域構(gòu)造背景下,褶皺帶內(nèi)部引起構(gòu)造活化,斷塊發(fā)生松弛而重新活動[1],古氣候也變得溫暖潮濕,發(fā)育了一系列的斷陷型煤盆地。自晚侏羅世起,煤盆地經(jīng)歷了燕山期及喜山期等多個階段的后期改造,區(qū)內(nèi)幾度構(gòu)造升降和相應(yīng)的剝蝕、充填,最終演化為一個中、新生代疊合盆地。

        阿爾金斷裂左行走滑基底深大斷裂,總體NEE—SWW展布,具有多期活動性質(zhì)。該斷裂切過銀-額盆地并將其分割為南北兩部分,使盆地南北的地層、構(gòu)造及巖漿活動等方面出現(xiàn)明顯的差異,對盆地的形成和演化起了重要的控制作用。就西部的居延海坳陷而言,在早、中侏羅世和早白堊世,其北部地區(qū)發(fā)生了兩次明顯的斷陷作用,形成了北東、北東東向展布的兩個階段的疊合斷陷盆地[2]。圖2-a顯示了早白堊世末期二級構(gòu)造單元的分布特征,其構(gòu)造格架由凹陷與凸起相間構(gòu)成(圖2-b)。

        3.居延海坳陷地層構(gòu)成

        據(jù)由過井剖面地震地質(zhì)層位標(biāo)定的居參1井和其他煤田鉆孔資料[3],居延海坳陷北部主要發(fā)育了侏羅系和白堊系,缺失三疊系及第三系,侏羅系的沉積基底為前中生代下二疊統(tǒng)火山巖或下石炭統(tǒng)變質(zhì)巖以及海西期花崗巖等褶皺帶不同時期的地層。中—下侏羅統(tǒng)為含煤地層,上侏羅統(tǒng)為非含煤巖系并與白堊系一起構(gòu)成含煤地層的上覆地層。該區(qū)中—下侏羅統(tǒng)煤系零星出露,為隱伏、半隱伏煤田。

        3.1中—下侏羅統(tǒng)含煤地層

        居延海坳陷北部中—下侏羅統(tǒng)含煤地層的發(fā)育和保存較為完整,包括下侏羅統(tǒng)岌岌溝組和中侏羅統(tǒng)龍鳳山組。這套地層與銀—額盆地之南的潮水盆地和雅布賴盆地同期含煤地層可以對比。

        下侏羅統(tǒng)岌岌溝組由深灰色、灰綠色礫巖夾細(xì)碎屑巖組成,局部發(fā)育雜色礫巖、炭質(zhì)泥巖及薄煤層,該組在坳陷一些區(qū)段缺失,厚度大于381m。

        中侏羅統(tǒng)龍鳳山組以灰色、灰綠色礫巖、砂礫巖、砂巖為主,夾細(xì)碎屑巖及煤層或煤線,與下侏羅統(tǒng)為連續(xù)沉積。龍鳳山組含煤地層可分為上下兩個巖段,下部巖段為含煤段。在岌岌溝組缺失地段,龍鳳山組直接沉積在在基底不整合面上。該組地層普遍經(jīng)歷過剝蝕,殘余地層厚度198—291m。

        3.2上覆地層上侏羅統(tǒng)

        上侏羅統(tǒng)沙棗河組由一套雜色礫巖、砂礫巖組成的粗碎屑巖系組成,夾少量棕紅色薄層含礫細(xì)碎屑巖,不含煤,與龍鳳山組呈不整合接觸。該地層分布相對局限,居參1井見殘余厚度489m。

        3.3上覆地層白堊系

        圖3為居延海坳陷北部凹陷的地層沉積序列,其地層構(gòu)成特征反映出該部位缺失下侏羅統(tǒng)岌岌溝組沉積,中侏羅統(tǒng)龍鳳山組為區(qū)內(nèi)主要含煤地層,上覆地層僅保存了下白堊統(tǒng)巴音戈壁組。

        4.煤層及煤質(zhì)

        4.1含煤情況

        依據(jù)目前少量煤田鉆孔資料揭露,龍鳳山組含煤段從上到下至少發(fā)育3個煤組,上部Ⅰ煤組為主要含煤沉積單元,見有可采煤層,煤層最大厚度2.79m,結(jié)構(gòu)較簡單;中部Ⅱ煤組和下部Ⅲ煤組僅見有不可采煤層。含煤光系沉積環(huán)境分析表明,含煤地層龍鳳山組為河流體系沉積,沉積相變較頻繁,聚煤作用受控于不穩(wěn)定的泛濫平原環(huán)境。因此,煤層厚度在空間上變化較大,不可采煤層在側(cè)向上可能演變?yōu)檩^厚的可采煤層。

        4.2煤質(zhì)特征

        依據(jù)對兩個凹陷4個鉆孔3個煤層及其分煤層共計8個樣品的實驗室分析、測試結(jié)果,居延海坳陷北部侏羅紀(jì)煤主要為條帶狀半亮煤和半暗煤組成,宏觀煤巖類型為半亮型,因受后期構(gòu)造擠壓有的部位形成柔皺煤。

        5.盆地的構(gòu)造演化

        5.1早、中侏羅世構(gòu)造階段

        5.2晚侏羅世構(gòu)造階段

        地震剖面顯示斷陷期正斷層斷至中侏羅統(tǒng)頂部后,向上未切穿上覆上侏羅統(tǒng),反映出斷陷活動到中侏羅世末已明顯變?nèi)趸蚧窘Y(jié)束。上侏羅統(tǒng)雜色非煤沉積與下伏中侏羅統(tǒng)灰色含煤巖系呈不整合接觸,這表明斷陷煤盆地在中侏羅世末后曾受到擠壓而發(fā)生構(gòu)造抬升,含煤地層遭到了剝蝕。晚侏羅世沙棗河組為不整合面上低洼地帶的沉積,屬于具一定繼承性的充填(圖4)。

        在晚侏羅世末構(gòu)造反轉(zhuǎn)、隆升的區(qū)域背景下[4],該區(qū)受到了南北的擠壓,使侏羅系地層向北逆沖抬升。阿爾金斷裂以北斷陷期正斷層反轉(zhuǎn)為壓扭性質(zhì)的逆斷層及次級背斜,斷裂以南受到相對更為明顯的構(gòu)造擠壓,形成了近東西向的褶皺構(gòu)造和逆沖斷層,該期燕山構(gòu)造運動造成了侏羅系最為強(qiáng)烈的改造和剝蝕。

        5.3早白堊世構(gòu)造階段

        早白堊世為盆地第二次裂陷階段。在全區(qū)再次轉(zhuǎn)化為張扭應(yīng)力場背景下,繼承性正斷層活動,在居延海坳陷北部形成一系列北東向長而窄的斷陷盆地(圖2)。由于阿爾金斷裂左行走滑的影響,斷陷呈S形展布或左行雁列式排列。較早、中侏羅世,該期斷陷數(shù)量增多,整體規(guī)模擴(kuò)大,反映了裂陷作用增強(qiáng)和擴(kuò)展。早白堊世末居延海坳陷抬升隆起,并在盆地東部及坳陷南部等地發(fā)生火山巖活動,下白堊統(tǒng)遭到一定程度的剝蝕。

        5.4晚白堊世構(gòu)造階段

        在晚白堊世盆地整體沉降坳陷階段,遠(yuǎn)離阿爾金斷裂帶的居延海坳陷北部僅出現(xiàn)小幅度構(gòu)造沉降,發(fā)育了較薄的上白堊統(tǒng)沉積。

        5.5第三紀(jì)—第四紀(jì)構(gòu)造階段

        隨著印度板塊與歐亞板塊的碰撞,全區(qū)處于向北擠壓的區(qū)域構(gòu)造背景,居延海坳陷南部發(fā)生逆沖,形成一系列逆斷層。北部為隆升狀態(tài),缺失第三系沉積,第四系廣泛發(fā)育。

        6.構(gòu)造疊合關(guān)系及其含煤地層的賦存特征

        盆地每個階段的構(gòu)造運動都對前階段造成地質(zhì)改造,現(xiàn)今構(gòu)造是所有階段構(gòu)造最終疊加的結(jié)果。上述盆地構(gòu)造演化表明,從早、中侏羅世原型聚煤盆地形成至今,經(jīng)歷了張扭斷陷到壓扭抬升等數(shù)次周期性的多個階段的改造,這些后期構(gòu)造及其相互疊合關(guān)系控制了含煤地層的形變和埋藏等賦存狀態(tài),決定了煤田的構(gòu)造特征。

        在居延海坳陷北部,上侏羅統(tǒng)繼承性沉積地層與下伏煤系地層屬于同位性疊合,具有一致性賦存關(guān)系。晚侏羅世末燕山運動使含煤地層遭到了第一次較嚴(yán)重的破壞和改造,該期區(qū)域擠壓引起的構(gòu)造反轉(zhuǎn),造成侏羅系強(qiáng)烈地抬升和構(gòu)造變形,上侏羅統(tǒng)大部分剝蝕,下、中侏羅統(tǒng)部分剝蝕,含煤地層主要被保存于原來斷陷下降盤及其他抬升較弱的部位。

        在晚白堊世和第三紀(jì)及第四紀(jì),相互疊合的兩套地層盡管又經(jīng)歷了數(shù)次構(gòu)造演化,但屬于整體性同步升降運動,未改變其基本的同位疊合關(guān)系。因此,下白堊統(tǒng)與侏羅系埋藏、賦存狀態(tài)保持了總體的一致性。

        7.找煤方向及建議

        含煤地層、含煤性和煤系埋藏賦存是掩伏地區(qū)找煤預(yù)測工作關(guān)注的三個基本成礦條件。只有存在含煤地層才有可能發(fā)現(xiàn)煤層,含煤性較好才會有可采煤層存在,煤系埋藏賦存較淺才有勘查開采意義。

        從居延海坳陷北部煤田地質(zhì)特征可以看出,該區(qū)早、中侏羅世斷陷盆地發(fā)育了含煤巖系及可采煤層,斷陷期以盆嶺構(gòu)造為特征,含煤地層后期遭受了多階段的改造而保存不完整。因此,尋找到含煤地層成為目前找煤工作的首要關(guān)鍵問題。

        1.在晚侏羅世末擠壓抬升改造階段,從阿爾金走滑斷裂向北距離越遠(yuǎn),含煤地層受到的形變、剝蝕等改造強(qiáng)度變?nèi)?。因此,找煤工作?yīng)從延海坳陷最北部開始,然后逐漸向南推進(jìn)開展。

        2.依據(jù)下白堊統(tǒng)與下伏侏羅系的同位疊合關(guān)系和埋藏、賦存的基本一致性特征,應(yīng)在下白堊統(tǒng)存在地段,特別是主干正斷層內(nèi)側(cè)的下白堊統(tǒng)地段,首先圈定找煤遠(yuǎn)景區(qū),尋找下白堊統(tǒng)下伏的含煤地層。

        3.鑒于有的早白堊世斷陷發(fā)生在早、中侏羅世斷隆之上,下白堊統(tǒng)形成超覆異位疊合,其下伏很可能沒有含煤地層存在,因此,在所圈定的找煤遠(yuǎn)景區(qū),應(yīng)首先開展煤田地震工作,確定是否保存有含煤地層和含煤地層賦存的構(gòu)造樣式及埋藏深度,據(jù)此來指導(dǎo)鉆探工程的合理布置。

        4.已有資料表明,居延海坳陷北部含煤地層為河流體系沉積,煤層形成于泛濫平原環(huán)境,其側(cè)向穩(wěn)定性較差。因此,在找煤過程中,要充分運用已有鉆井資料進(jìn)行沉積聚煤環(huán)境分析,正確判斷和預(yù)測含煤性變化及富煤帶展布方向,以便指導(dǎo)布鉆,提高勘查效率。

        5.已知小青山、希熱哈達(dá)、建國營、準(zhǔn)扎海烏蘇、天草據(jù)等凹陷區(qū)有含煤地層存在,有的已由鉆孔證實發(fā)育有可采煤層,故建議將此作為首選有利區(qū)塊,以綜合手段進(jìn)一步開展找煤工作。

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