李 維

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京市海淀區(qū)，100083；2.內(nèi)蒙古地質(zhì)工程有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市，010010)

準(zhǔn)格爾煤田位于鄂爾多斯盆地北部伊盟隆起東緣，整體為一穩(wěn)定構(gòu)造單元。老三溝井田位于準(zhǔn)格爾煤田中部礦區(qū)北段，井田面積63.46 km2。作為國(guó)家煤田規(guī)劃區(qū)，2013年，老三溝井田被確定為產(chǎn)能40億m3/a煤制天然氣配套煤炭資源井田，預(yù)計(jì)2019年投產(chǎn)。為了該井田順利開(kāi)采利用，充分認(rèn)識(shí)井田地層等地質(zhì)條件意義重大。

2015年以前，先后有內(nèi)蒙古煤田地質(zhì)局153勘探隊(duì)和內(nèi)蒙古地質(zhì)工程有限責(zé)任公司來(lái)此勘查，共計(jì)施工鉆孔75個(gè)，鉆探工程量47919.25 m，提交各類勘查報(bào)告7份。前人報(bào)告一致認(rèn)為，本區(qū)9#煤層以下灰?guī)r為中奧陶統(tǒng)馬家溝組(O2m)灰?guī)r。鑒于最新勘探地質(zhì)資料及三維地震成果，本文對(duì)老三溝井田9#煤層下基巖地層提出新的不同認(rèn)識(shí)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

準(zhǔn)格爾煤田大地構(gòu)造屬華北地臺(tái)鄂爾多斯臺(tái)坳，鄂爾多斯臺(tái)坳經(jīng)歷了多旋回構(gòu)造發(fā)展階段，形成具有多次坳陷疊加的古-中生代盆地。鄂爾多斯臺(tái)坳可進(jìn)一步劃分為4個(gè)三級(jí)構(gòu)造單元，其由北向南為河套斷陷、伊盟隆起、賽烏蘇坳陷和伊陜斜坡。伊盟隆起由北向南又可分為3個(gè)四級(jí)構(gòu)造單元，即烏蘭格爾凸起、杭錦旗凹陷和伊金霍洛旗凸起，準(zhǔn)格爾煤田位于伊金霍洛旗凸起東部邊緣，如圖1所示。

圖1 準(zhǔn)格爾煤田大地構(gòu)造位置示意圖

2 以往地質(zhì)工作及認(rèn)識(shí)

從20世紀(jì)50年代起，準(zhǔn)格爾煤田就由地質(zhì)、煤炭、石油及冶金、建材等部門(mén)的地質(zhì)隊(duì)伍從各自不同的角度進(jìn)行了大量的地質(zhì)勘查及科研工作。老三溝井田勘查工作主要集中在2000年以后，其主要的地質(zhì)勘查工作如下：

(1)2004-2006年，內(nèi)蒙古煤田地質(zhì)局153勘探隊(duì)在老三溝井田西部區(qū)(簡(jiǎn)稱“原老三溝井田”，下同)開(kāi)展了詳查勘探工作,勘查面積13.32 km2，完成1∶5000地質(zhì)及水文地質(zhì)填圖各30 km2，鉆探18孔，工程量共計(jì)10294.87 m(其中水文孔1孔，工程量602.31 m)，地球物理測(cè)井10141 m，采集各類樣品218件/組，提交了《內(nèi)蒙古自治區(qū)準(zhǔn)格爾煤田老三溝井田勘探報(bào)告》。

(2)2013年12月-2014年5月，內(nèi)蒙古地質(zhì)工程有限責(zé)任公司在原老三溝井田進(jìn)行補(bǔ)充勘探，勘查面積13.32 km2，施工鉆孔7個(gè)，進(jìn)尺4449.08 m。2014年6月編制了《內(nèi)蒙古自治區(qū)準(zhǔn)格爾煤田老三溝井田補(bǔ)充勘探報(bào)告》。

(3)2011年-2014年12月，由中央地質(zhì)勘查基金全額投資，在準(zhǔn)格爾煤田國(guó)家規(guī)劃區(qū)內(nèi)進(jìn)行“準(zhǔn)格爾煤田布爾陶亥—田家石畔地段煤炭普查”工作，勘查區(qū)總面積1439.01 km2，老三溝井田位于該勘查區(qū)東北部。普查階段在老三溝井田主要完成1∶5萬(wàn)地形地質(zhì)測(cè)繪，2 km測(cè)線間距、4 km聯(lián)絡(luò)線間距二維地震勘探137.39 km2；鉆探完成鉆孔35個(gè)，總工程量24631.66 m。

(4)2013年7月-2014年10月，由內(nèi)蒙古地質(zhì)工程有限責(zé)任公司承擔(dān)完成了老三溝井田詳查工作，鉆探完成探煤鉆孔55個(gè)，工程量39469.67 m；水文工程鉆孔9個(gè)，工程量6411.74 m，并提交了詳查報(bào)告。

以上老三溝井田地質(zhì)勘查工作報(bào)告均認(rèn)為本井田9#煤層以下基巖為中奧陶統(tǒng)馬家溝組(O2m)灰?guī)r。

3 地層研究新認(rèn)識(shí)

準(zhǔn)格爾煤田老三溝井田在區(qū)域大地構(gòu)造控制下，其形成、發(fā)育、演化的過(guò)程中經(jīng)歷了多次構(gòu)造沉降、抬升與剝蝕，形成多期不整合，以前認(rèn)為煤系地層下不整合在中奧陶系馬家溝組(O2m)上。此次通過(guò)三維地震勘探成果，結(jié)合巖性特征及沉積古地理相，提出石炭系太原組(C2t)大部不整合在寒武系上統(tǒng)炒米店組(∈3c)上，局部不整合在中太古界烏拉山群(ArW)上，詳見(jiàn)表1。

表1 老三溝井田新、原認(rèn)識(shí)地層對(duì)比表

本次地層劃分新方案基于以下幾點(diǎn)證據(jù)：

(1)證據(jù)一：三維地震勘探成果解釋與鉆孔驗(yàn)證。最新的老三溝井田三維地震勘探成果共解釋了3處古隆起，分別位于老三溝井田北部(平面形態(tài)為半圓形)、中部(平面形態(tài)為月牙形)及南部(平面形態(tài)為三角形)，老三溝井田基底形態(tài)和鉆孔平面布置情況如圖2和圖3所示。

圖2 老三溝井田基底形態(tài)圖

古隆起在三維地震時(shí)間剖面上表現(xiàn)為波組上突，較零亂，與兩邊波組特征不同；上部煤層波組上突，伴有假象斷層，如圖4所示。由于古隆起的存在，它破壞了灰?guī)r頂界面的完整性，導(dǎo)致老三溝井田中部、北部、南部各有部分地段中奧陶馬家溝組(O2m)、寒武系地層缺失。與石炭系上統(tǒng)太原組(C2t)不整合接觸的古隆起為中太古界烏拉山群(ArW)，巖性組合上部為弱變質(zhì)花崗巖，下部為黑云二長(zhǎng)片麻巖，本次勘查ZKK4-10鉆孔和ZKK5-10鉆孔揭露了該地層，如圖5所示。

(2)證據(jù)二：鉆孔巖性特征。依據(jù)“中國(guó)地層表”(2014)劃分方案，對(duì)比區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告1∶20萬(wàn)等資料，準(zhǔn)格爾煤田早古生代地層劃分及巖性特征如表2所示。

由表2可知，本區(qū)奧陶系灰?guī)r顏色為還原色，巖性為泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，多為厚層狀，奧陶系地層典型特征為豹皮狀灰?guī)r、厚層狀灰?guī)r，而寒武系灰?guī)r顏色則為氧化色，巖性為灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、頁(yè)巖，多為薄層狀，寒武系地層典型特征為竹葉狀灰?guī)r。從老三溝井田最新勘探成果分析，通過(guò)鉆孔ZKX4-9、ZKK4-9主、X1及SY2對(duì)比，如圖6所示，本井田灰?guī)r巖性呈現(xiàn)以下特征：顏色以灰黃-紫紅色為主，下部顏色較深，巖性為灰?guī)r、泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r夾砂巖，標(biāo)志層竹葉狀灰?guī)r、紫紅色灰?guī)r。與本區(qū)露頭標(biāo)本巖性對(duì)比，老三溝井田灰?guī)r為一套灰黃-灰褐-紫紅色薄層白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r夾頁(yè)巖薄層，如圖7所示，并以薄層竹葉狀灰?guī)r與上伏三山子組地層分界，溶蝕現(xiàn)象不發(fā)育，僅見(jiàn)稀疏的小溶孔，如圖8所示?；谝陨蠋r性特征對(duì)比分析可知，老三溝井田石炭系太原組(C2t)大部不整合在寒武系上統(tǒng)炒米店組(∈3c)上，而非中奧陶系馬家溝組(O2m)。

(3)證據(jù)三：沉積古地理相圖與古構(gòu)造分析。依照《內(nèi)蒙古區(qū)域地質(zhì)志》(1982)的鄂爾多斯盆地沉積古地理相圖資料，對(duì)比陳安清的鄂爾多斯地塊早古生代盆地古構(gòu)造演化規(guī)律研究成果，如圖9、圖10所示，分析可知老三溝井田從中寒武統(tǒng)開(kāi)始大面積受海侵作用接受沉積，但到中奧陶馬家溝期本井田處于烏蘭格爾凸起邊緣，屬于古陸并未接受海相碳酸鹽巖沉積。由此可知，老三溝井田石炭系(C2t)直接不整合在寒武系上統(tǒng)炒米店組(∈3c)上，而非中奧陶系馬家溝組(O2m)。

圖3 鉆孔平面布置圖

圖4 古隆起在時(shí)間剖面上的特征

4 新認(rèn)識(shí)的重要意義

準(zhǔn)格爾煤田老三溝井田地層研究新認(rèn)識(shí)對(duì)后期井田煤炭開(kāi)采及煤田地質(zhì)勘探有重要意義，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)從巖溶地下水系統(tǒng)的角度看，老三溝井田基底的新認(rèn)識(shí)會(huì)對(duì)碳酸鹽巖含水系統(tǒng)的水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐旨昂畣卧獌?nèi)地下水類型產(chǎn)生影響，從而為老三溝井田水文地質(zhì)開(kāi)采條件分析提供新依據(jù)。

(2)老三溝井田地層新認(rèn)識(shí)為該井田先期煤炭開(kāi)采巷道布置、礦井設(shè)計(jì)等提供了準(zhǔn)確的地質(zhì)依據(jù)，避免煤炭開(kāi)采過(guò)程中由于地層認(rèn)識(shí)差異所帶來(lái)的不確定性風(fēng)險(xiǎn)。

(3)老三溝井田地層新認(rèn)識(shí)為區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造演化的認(rèn)識(shí)提供了新證據(jù)，有利于準(zhǔn)格爾煤田地質(zhì)特征研究取得新成果。

圖5 老三溝井田ZKK4-10與ZKK5-10地質(zhì)鉆孔內(nèi)部分巖心照片

年代地層(系)巖石地層(組)巖性描述顏色巖性典型特征厚度/m化石志留系缺失-----奧陶系寒武系馬家溝組淺灰-深灰泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r厚層狀灰?guī)r、豹皮狀灰?guī)r74～183大量多門(mén)內(nèi)化石三山子組灰白-灰黃白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖226牙形刺、三葉蟲(chóng)炒米店組灰黃-灰褐-紫紅薄層白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r頁(yè)巖薄層竹葉狀灰?guī)r117～170頂部海浪沖擊甚劇,三葉蟲(chóng)大部解體,少見(jiàn)完整者張夏組淺灰-黃灰?jiàn)A褐紅、紫紅鮞狀灰?guī)r、假鮞狀灰?guī)r鮞狀灰?guī)r87～110三葉蟲(chóng)饅頭組淺灰-黃灰?jiàn)A褐紅、紫紅頁(yè)巖、砂質(zhì)灰?guī)r砂質(zhì)灰?guī)r27～53三葉蟲(chóng)

圖6 老三溝井田灰?guī)r鉆孔對(duì)比圖

圖7 炒米店組紫色白云質(zhì)灰?guī)r(露頭標(biāo)本)與ZKJ611鉆孔紫色白云質(zhì)灰?guī)r對(duì)比圖

圖8 炒米店組竹葉狀灰?guī)r(露頭標(biāo)本)與X1鉆孔竹葉狀灰?guī)r對(duì)比圖

圖9 寒武紀(jì)古地理相圖與古構(gòu)造圖

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)內(nèi)蒙古自治區(qū)準(zhǔn)格爾煤田老三溝井田地層的相關(guān)研究，得出以下結(jié)論：

(1)利用準(zhǔn)格爾煤田老三溝井田最新勘探成果資料，從三維地震勘探成果解釋、施工鉆孔巖性特征及沉積古地理相與古構(gòu)造等角度分析，證實(shí)老三溝井田9#煤層以下基底大部為寒武系上統(tǒng)炒米店組(∈3c)灰?guī)r，局部為中太古界烏拉山群ArW弱變質(zhì)花崗巖，而并非是先前認(rèn)識(shí)的中奧陶統(tǒng)馬家溝組(O2m)灰?guī)r。

(2)準(zhǔn)格爾煤田老三溝井田后期設(shè)計(jì)、開(kāi)采生產(chǎn)依賴于老三溝井田地層新認(rèn)識(shí)，目前關(guān)于該井田的深層次地質(zhì)研究甚少，尤其是地層認(rèn)識(shí)方面。后期井田勘探開(kāi)發(fā)的同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)研究工作，不斷總結(jié)井田地質(zhì)規(guī)律，為井田順利開(kāi)發(fā)利用及區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造演化研究提供新依據(jù)。

圖10 中奧陶世古地理相圖與古構(gòu)造圖注：左圖據(jù)《內(nèi)蒙古區(qū)域地質(zhì)志》修改，右圖據(jù)陳安清(2010)修改