黃 嵐, 蔡煥花, 馮紹平, 趙玉潔, 宋偉利, 梁凌霄

(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院,河南 洛陽 471023;2. 河南省金銀多金屬成礦系列與深部預(yù)測重點實驗室,河南 洛陽 471023;3.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)勘查院,河南 鄭州 450001)

0 引言

宜洛煤田位于豫西宜陽及伊川境內(nèi),區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育,對煤層的賦存狀態(tài)有著重要影響。近年來,前人對宜洛煤田推覆構(gòu)造特征[1-4]、含煤巖系的沉積環(huán)境[5]、煤變質(zhì)程度[6]、深部勘探區(qū)構(gòu)造控煤特征[7]、水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件[8-9]等方面進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究,發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)逆沖推覆構(gòu)造發(fā)育,含煤建造遭到破壞,煤層的變質(zhì)程度增高,增加了地質(zhì)勘查工程布設(shè)的難度,也對后期煤層開采過程中礦井規(guī)劃及安全生產(chǎn)產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。前人對宜洛煤田北部礦區(qū)的研究較多,但尚未深入探討高山南部勘查區(qū)的構(gòu)造特征。2006—2014年,河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院開展了宜洛煤田高山南部勘查區(qū)的二維地震、鉆探、測井等地質(zhì)普查工作[10],本文通過綜合分析高山南部勘查區(qū)內(nèi)的二維地震、鉆探以及野外地質(zhì)調(diào)查資料,對勘查區(qū)的構(gòu)造特征及其構(gòu)造演化規(guī)律進(jìn)行了研究,旨在為宜洛煤田深部找煤及生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 區(qū)域構(gòu)造背景

高山南部勘查區(qū)大地構(gòu)造位置屬于華北地臺(Ⅰ級)、澠臨臺坳(Ⅱ級)、伊川—汝陽斷陷(Ⅲ級)中的宜南半坡山斷壘區(qū)(Ⅳ級)[10]。其中伊川—汝陽斷陷盆地為主要的石炭紀(jì)—二疊紀(jì)聚煤盆地,形成于伊川—汝陽斷陷盆地后期的半坡山斷壘,夾于錦屏山斷層、三門峽—田湖斷層、殷橋斷層和宋店—伊川斷層之間,呈菱形斷塊。

高山南部勘查區(qū)位于半坡山斷壘的東南邊緣。半坡山斷壘受來自南西方向推覆斷層構(gòu)造的影響,形成幾個近平行的逆沖斷層(陳宅呂溝、蝎子山、龍?zhí)稖?、魏莊、蘭家門、葛家崖及殷橋斷層)[1-2,4,7]和逆沖巖席組成的推覆斷塊,斷塊中殘留著被斷層破壞的楊店背斜、李溝向斜和高山背斜(圖1)。

1.第四系; 2.新近系; 3.古近系; 4.三疊系; 5.二疊系; 6.石炭系; 7.寒武系; 8.新元古界; 9.中元古界; 10.礦井; 11.實測及推測逆沖斷層; 12.正斷層; 13.其他實測及推測斷層; 14.角度及平行不整合界線; 15.實測及推測煤層露頭; 16.勘查區(qū); 17.背斜; 18.向斜; 19.勘查線及編號; 20.二維地震測線及編號; 21.鉆孔及編號圖1 宜洛煤田區(qū)域地質(zhì)簡圖[10] Fig.1 Regional geological sketch of Yiluo coalfield [10]

區(qū)域地層屬華北地層區(qū)澠池—確山地層小區(qū)[10],出露地層自老到新分布有中元古界熊耳群、汝陽群、洛峪群,古生界寒武系、石炭系、二疊系,中生界三疊系,新生界古近系、新近系及第四系。

2 勘查區(qū)構(gòu)造特征

勘查區(qū)內(nèi)地表多被新生界掩蓋,僅在北部高山礦區(qū)出露古生界寒武系、石炭系、二疊系。據(jù)勘查區(qū)內(nèi)的鉆探資料分析,揭露深部地層有元古宇北大尖組和中生界三疊系。區(qū)內(nèi)構(gòu)造較發(fā)育,主要為印支期近EW向斷層、燕山晚期NW向逆沖推覆構(gòu)造及喜馬拉雅期NE向張性斷層[11](圖1)。印支期的EW向高山寨斷層(F4)使北鄰高山礦區(qū)的二1煤層斷降400余米,為區(qū)內(nèi)主要可采煤層,產(chǎn)狀相對穩(wěn)定。

2.1 褶皺構(gòu)造

勘查區(qū)內(nèi)僅發(fā)育高山背斜,被逆沖斷層改造破壞,在西北端木欄溝一帶仰起,東南端黃村井田一帶傾伏。受傾伏端影響,二1煤層發(fā)生東南方向的弧形偏轉(zhuǎn)。高山背斜軸部出露新元古界洛峪群三教堂組和下古生界寒武系,南北兩翼均被斷層破壞。北翼發(fā)育葛家崖斷層,斷層以北出露上二疊統(tǒng),南翼出露中寒武統(tǒng)—上寒武統(tǒng)、石炭系和二疊系,地層被高山寨斷層破壞,斷陷后上盤地層仍向南傾斜。

2.2 斷層構(gòu)造

勘查區(qū)斷層構(gòu)造較發(fā)育,可分為三期: 印支期為近EW向斷層,以高山寨斷層(F4)為代表; 燕山晚期為NW向逆沖推覆構(gòu)造,以東馬村、魏莊及葛家崖斷層為代表; 喜馬拉雅期為NE向斷層(宋店、DF1斷層),斷層均對區(qū)內(nèi)煤層有較大破壞?？辈閰^(qū)斷層特征見表1。

表1 勘查區(qū)斷層特征Tab.1 Faults characteristics in the exploration area

2.2.1 高山寨斷層(F4)

通過地質(zhì)調(diào)查研究,發(fā)現(xiàn)高山寨斷層在高山寨北側(cè)橫貫本區(qū),走向EW向,延伸30 km,形成高山、谷元(鄭村、魏莊)、黃村井田的南部邊界。通過分析勘查區(qū)鉆探資料,發(fā)現(xiàn)高山寨斷層(F4)表現(xiàn)為上石盒子組砂巖與寒武系灰?guī)r斷層接觸,斷距約280 m。受高山寨斷層影響,勘查區(qū)北鄰高山礦區(qū)的二1煤層隨斷層下降了超過400 m。

2.2.2 葛家崖斷層(F2)

據(jù)宜洛煤田黃村井田的鉆探資料[12]分析,葛家崖斷層北東盤出露二疊系和下三疊統(tǒng),西南盤出露新元古界三教堂組,兩側(cè)地層極不協(xié)調(diào),斷層傾角變化較大,屬逆沖斷層?？辈閰^(qū)內(nèi)的煤系地層明顯被葛家崖斷層切割、牽引,發(fā)生逆時針位移。受斷層和高山背斜傾伏端影響,在黃村井田以東區(qū)域可能存在新的井田。通過高山南部勘查區(qū)二維地震資料解譯(圖2),可清楚地反映葛家崖斷層的埋深情況,可見斷層造成了地層重復(fù),二1煤層形成“兩層樓”現(xiàn)象,上層埋深900～1 300 m,下層埋深約3 000 m。

圖2 勘查區(qū)D400-1線二維地震時間剖面Fig.2 2D seismic time section of line D400-1 in the exploration area

2.2.3 魏莊斷層(F9)及東馬村斷層(F8)

魏莊斷層(F9)與區(qū)域上的蘭家門、南杓柳斷層相接,和西部的東馬村斷層呈NW向等間距展布,寒武系灰?guī)r被推覆到石炭系—二疊系鋁土礦和煤系之上,表現(xiàn)為一組逆沖推覆構(gòu)造。魏莊斷層(F9)和東馬村斷層(F8)之間形成地壘,并產(chǎn)生低序次斷層,受兩組斷層影響煤層被破壞且產(chǎn)狀極不穩(wěn)定。通過綜合分析勘查區(qū)ZK601孔和ZK602孔的鉆探資料(圖3)和二維地震資料(圖4), ZK601孔淺部出現(xiàn)兩個地層不連續(xù)的構(gòu)造點,為地層從南西向北東方向低角度滑動所致,與地表的東馬村斷層和老王溝斷層相扣合; 深部出現(xiàn)的兩個構(gòu)造點是魏莊斷層(F9)的反映,兩構(gòu)造點間的下石盒子組含煤地層為推覆過程中形成的構(gòu)造夾塊(圖3)。ZK602孔在深部也見有明顯的構(gòu)造點,同樣是逆沖推覆構(gòu)造的反映,受高山寨斷層(F4)的阻擋,該推覆體前鋒順著斷面向上尖滅。另根據(jù)二維地震資料分析,在深部約1 500 m處可能存在一個主推覆構(gòu)造面,與ZK601和ZK602鉆孔深部揭露的魏莊斷層(F9)、東馬村斷層(F8)和老王溝斷層形成一個完整的逆沖推覆構(gòu)造體系,為一自南西向北東方向推覆、上陡下緩的犁式斷層帶。

1.第四系; 2.新近系; 3.下三疊統(tǒng)—中三疊統(tǒng); 4.上二疊統(tǒng)石千峰組土門段; 5. 上二疊統(tǒng)上石盒子組平頂砂巖段; 6.中二疊統(tǒng)上石盒子組; 7.下二疊統(tǒng)下石盒子組; 8.下二疊統(tǒng)山西組; 9.石炭系; 10.上寒武統(tǒng)崮山組; 11.二1煤層; 12.整合界線; 13.平行不整合界線; 14.角度不整合界線; 15.斷層及編號; 16.已施工鉆孔及編號圖3 第6勘查線地質(zhì)剖面Fig.3 Geological section of exploration line 6

圖4 勘查區(qū)D100線二維地震時間剖面Fig.4 2D seismic time section of line D100 in the exploration area

2.2.4 DF1斷層

1.第四系; 2.新近系; 3.三疊系中下統(tǒng); 4.上二疊統(tǒng)石千峰組土門段; 5.上二疊統(tǒng)上石盒子組平頂砂巖段; 6.中二疊統(tǒng)上石盒子組; 7.下二疊統(tǒng)下石盒子組; 8.下二疊統(tǒng)山西組; 9.石炭系; 10.上寒武統(tǒng)崮山組; 11.二1煤層; 12.整合界線; 13.平行不整合界線; 14.角度不整合界線; 15.斷層及編號; 16.已施工鉆孔及編號圖5 第0(a)與第3(b)勘查線地質(zhì)剖面Fig.5 Geological sections of No. 0 (a) and No.3(b) exploration lines

圖6 勘查區(qū)D250線(a)與D400線(b)二維地震時間剖面Fig.6 2D seismic time sections of line D250 (a) and D400 (b) in the exploration area

2.2.5 宋店斷層(F26)

宋店斷層(F26)為勘查區(qū)隱伏斷層,走向NE向,傾向南東,傾角65°～75°,落差大于500 m。沿宋店—伊川一線延展,東段大體與伊河河道走向平行。該斷層和區(qū)域上的錦屏山斷層為同期產(chǎn)物。

3 區(qū)域構(gòu)造演化

太古宙到古元古代期間,登封群和太華群組成了勘查所處華北地臺古老的結(jié)晶基底[13]。中元古代—三疊紀(jì)為本區(qū)蓋層的形成階段,前期(中元古代—新元古代)為地殼由相對活躍向相對穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變的過渡時期[14],沉積熊耳群、汝陽群、洛峪群和震旦系,少林運動結(jié)束了華北地臺元古宇的沉積,改變了地臺表層巖石的構(gòu)造形態(tài),由大規(guī)模的塑性形變逐漸轉(zhuǎn)化為以發(fā)育深大斷層為主的脆性形變,地殼運動的主要形式也由水平運動轉(zhuǎn)化為垂直運動; 后期(寒武紀(jì)—三疊紀(jì))為穩(wěn)定地臺階段[14],發(fā)育寒武紀(jì)淺海相碳酸鹽建造,之后沉積了晚古生代石炭紀(jì)和二疊紀(jì)煤系地層,其中加里東期的南北擠壓俯沖造成華北地臺處于全面抬升狀態(tài),使得區(qū)內(nèi)缺失志留系、泥盆系、下石炭統(tǒng)等地層[3,15],地層沉積間斷達(dá)150 Ma[15],這次長時間的抬升為晚古生代的成煤奠定了良好的基礎(chǔ)。宜洛煤田在華力西期地殼又經(jīng)歷了一次抬升,造成上二疊統(tǒng)上石盒子組頂部缺失沉積九煤段(70～100 m)[11],與石千峰組底部平頂山砂巖之間呈平行不整合或微角度不整合接觸。

晚三疊世到第四紀(jì),宜洛煤田地殼由相對穩(wěn)定轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬钴S狀態(tài),表現(xiàn)為板內(nèi)構(gòu)造變形,包括印支期、燕山期、喜馬拉雅期3個構(gòu)造變形階段,地殼進(jìn)入了一個新的演化時期,勘查區(qū)內(nèi)發(fā)生逆沖推覆、大幅度升降和裂陷。印支期—燕山期的構(gòu)造運動改造了本區(qū)構(gòu)造原有的古老展布格架,基本上形成了現(xiàn)在的構(gòu)造形態(tài)。

結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化特征及勘查區(qū)構(gòu)造特征,勘查區(qū)煤田主要經(jīng)歷了印支、燕山、喜馬拉雅3期構(gòu)造運動: 早期(印支期)受到來自華北地臺西南緣北東—南西方向的強大擠壓,促成NW向李溝向斜、沙坡背斜、高山背斜的形成,同時發(fā)育了EW向的張性斷層高山寨斷層(F4); 中期(燕山晚期)構(gòu)造應(yīng)力場轉(zhuǎn)換,在NW—SE向構(gòu)造應(yīng)力作用下產(chǎn)生順時針擠壓扭動,形成了半坡山斷壘,并改變了原有褶皺構(gòu)造的方位和形態(tài),在旋扭體系的內(nèi)部,產(chǎn)生陸內(nèi)板塊效應(yīng),受一組X型NW向斷層的阻擋,在順時針的應(yīng)力場中,產(chǎn)生了沿NW向斷層的反時針扭動并拉開了已形成的EW向張性斷層,進(jìn)而發(fā)育了蝎子山斷層(F6)、龍?zhí)稖蠑鄬?F7)、東馬村斷層(F8)、魏莊斷層(F9)、葛家崖斷層(F2)、殷橋斷層(F12)等一系列NW向、NWW向的逆沖斷層帶(圖1,圖3,圖4),以及其分割出的呈疊瓦狀分布排列的菱形推覆斷塊,分布于褶皺構(gòu)造中的石炭紀(jì)—二疊紀(jì)煤系地層也被一并卷入逆沖推覆構(gòu)造體系,局部作反時針位移,形成本區(qū)階梯狀菱形井田的煤田地質(zhì)格局; 晚期(喜馬拉雅期)發(fā)生強烈的斷陷作用,形成呈NE向展布的宋店斷層(F26)和DF1斷層,其中宋店斷層切割改造了早期形成的NW向、NWW向逆沖推覆構(gòu)造體系,勘查區(qū)現(xiàn)今的構(gòu)造格局逐步形成。

4 結(jié)論

(1)結(jié)合區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造,通過對勘查區(qū)二維地震及鉆探資料綜合研究分析,區(qū)內(nèi)斷層構(gòu)造較發(fā)育,主要有印支期近EW向高山寨斷層,燕山晚期NW向東馬村、魏莊及葛家崖逆沖推覆構(gòu)造,以及喜馬拉雅期NE向張性斷層(宋店斷層、DF1斷層)。

(2)勘查區(qū)內(nèi)構(gòu)造變形主要包括印支期、燕山期和喜馬拉雅期3個階段,地殼發(fā)生逆沖推覆、大幅度升降和裂陷,形成了本區(qū)階梯狀菱形井田的地質(zhì)格局。

(3)受高山寨斷層影響,勘查區(qū)高山礦區(qū)淺部二1煤層斷陷400余米,同時受逆沖推覆構(gòu)造沿地層薄弱帶逆沖影響,勘查區(qū)西部二1煤層出現(xiàn)缺失,東部受葛家崖逆斷層影響,二1煤層出現(xiàn)“兩層樓”現(xiàn)象,為下一步尋找煤炭資源提供了新的思路和找礦靶區(qū)。

致謝：本文得到河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院教授級高級工程師汪江河及河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院第一屆青年地質(zhì)論壇交流會專家們的指導(dǎo)和建議,在此一并深表謝意!