王家山礦區深部構造特征及找煤潛力分析

張軍旺

（甘肅煤田地質研究所，甘肅蘭州 730000）

1 概況

煤炭作為基礎能源之一，在我國國家能源保障體系中具有不可替代的重要地位，靖遠煤田王家山礦區是甘肅省的主要煤炭生產基地之一，王家山礦區于20世紀80年代中期建成投產，后隨著國民經濟的高速發展，市場對煤炭的需求量增大，煤炭的開采量也隨之加大。為擴大老礦區后備資源儲量，解決礦區可持續發展，延長礦井服務年限，尋找礦區深部的煤炭資源迫在眉睫。通過對礦區王家山煤礦深部擴大區已有資料分析研究，解剖了礦區構造形態及含煤地層在沉積演化過程的沉積環境，評價含煤地層煤炭賦存方式，希望能夠對礦區深部的煤炭勘探起到一定的指導作用。

2 含煤地層及煤層

根據王家山礦區已有的勘察資料成果，區內主要含煤地層為中侏羅統窯街組，次要含煤地層為新河組下段。

窯街組：巖性主要由灰白色中、粗粒砂巖、細礫砂巖，灰至灰黑色粉砂巖、粉砂質泥巖、砂質泥巖及煤層組成。植物化石含量豐富。該段巖性總體是由下往上巖性變細，沉積環境屬溫暖濕潤氣候條件下的河湖沼澤相沉積。主采煤層一層，編號為2層煤，全區分布；及局部可采煤層兩層，編號為3層煤和4層煤。區內煤系地層平均約124m。

新河組（下段）：巖性自下而上主要由灰白色中、粗粒砂巖，灰至灰黑色粉砂巖、粉砂質泥巖及薄煤層組成。該段巖性總體是由下往上巖性變細，植物化石含量較豐富。沉積環境屬溫暖濕潤氣候條件下的河湖沼澤相沉積。含不可采煤層一層，編號為1層煤。

根據已有勘探資料，礦區含煤四層，其中，1層煤呈透鏡狀零星產出，很不穩定，為不可采煤層；2層煤煤層穩定，為主要可采煤層；3層煤和4層煤煤層較穩定，厚度變化較大，局部缺失，為大部分可采煤層。各煤層局部出現分叉現象。

3 區域構造分析

礦區區域構造分區屬柴達木-祁連板塊之北祁連早古生代褶皺帶北緣東段，北接華北板塊之阿拉善南緣褶皺帶冷龍嶺地體構造總體以較強烈的擠壓作用形成的較深大斷裂和長軸褶皺為主要特征，主要構造形跡多呈N50°～60°W方向，同時又受華北板塊之鄂爾多斯地塊隴東地塊南凸影響，又具有一定的旋卷構造特征（隴西旋卷構造體系）。王家山礦區深部區位于王家山向斜的東部延伸部分，其整體呈一向東傾伏的不對稱向斜形態，向斜邊界斷層控制，構造特點是以褶皺為主，斷裂為輔。也可將深部擴大區以向斜軸分為南、北兩個單斜構造，南、北兩翼的構造特點主要以斷裂為主，褶皺為輔，見圖1、圖2。

4 含煤巖系沉積特征分析

通過分析研究以有地質資料可知，王家山礦區主要煤系地層即窯街組地層由南向北，由東向西均呈現厚薄相間的變化，但厚帶或薄帶的連線總體略呈近東西向展布。這可能反映了古東西向構造與隴西旋卷構造體系的復合影響。隴西旋卷構造體系的構造運動則使這種近東西向的隆起和拗陷復雜化，疊加上北北東向或北西西向的隆起拗陷，使東西向構造表現不很明顯，煤系地層的沉積也因之呈現出厚薄相間的復雜圖。

圖1 礦區區域構造

圖2 A-A地質剖面

礦區窯街組地層的旋回結構清楚，由三個大的旋回組成，反映了中侏羅世初期曾有過三次較大的地殼升降變遷。三個旋回上而下為：

第Ⅲ大旋回：由2層煤底板河床相粗粒-含礫砂巖開始，由河漫相開始、沼澤相過度，到泥炭沼澤相結束，以2層煤頂板湖相泥巖、粉砂巖結束。下部局部多發育有以河床相或河漫相開始，以經沼澤相、泥炭沼澤相告終的次一級的小型旋回。這些小的次級旋回中往往形成不穩定的2下層煤。由于后期沖刷剝蝕作用，致使第Ⅲ大旋回頂部湖相沉積地層大部分不全或缺失，區部范圍或相變為河漫灘相。

第Ⅱ大旋回：由3層煤底板河床相粗粒砂巖開始，由河漫相開始、沼澤相過度、到泥炭沼澤相結束，至3層煤頂板湖相泥巖、粉砂巖結束。下部局部發育有以河床相或河漫相開始，經沼澤相、泥炭沼澤相，又以河床相或河漫相告終的小型旋回，形成不穩定的層煤。旋回厚度變化西薄東厚。

第Ⅰ大旋回：由4層煤底板，即侏羅系底部河床相灰白-灰色粗砂巖、砂礫巖或細礫巖開始，巖性顆粒自下而上變細，說明該段經河漫相、沼澤相、泥炭沼澤相，至4層煤頂板湖相灰至灰黑色粉、細砂巖及砂質泥巖告終。本回旋由多個小的次級河流相沉積小旋回組成，可能系古河道多次遷移形成，局部有由牛軛湖演變而成的小型泥炭沼澤帶，多形成很透鏡體狀煤層。該旋回在王家山向斜北翼地層沉積穩定，南翼地層沉積變化較大，沼澤相、泥炭沼澤相沉積幾乎全部被河床相沉積代替，致使4層煤的賦存在南翼自西向東逐漸分叉、變薄以至尖滅。回旋厚度變化西厚東薄。

綜上所述，王家山礦區在侏羅紀早期沉積地層遭風化和剝蝕，致使區內大部分地方缺失侏羅系早期地層，在侏羅紀中期區內開始沉積。侏羅系地層依巖性巖相組合，自下而上可劃分為五個大旋回，均以河床相開始，以湖泊相告終。其中，第Ⅰ、Ⅱ與Ⅲ旋回含主要可采煤層2層煤和局部可釆煤層3層煤與4層煤，相當于窯街組。第Ⅳ旋回相當中侏羅統新河組第一段沉積，底部只含有不穩定的偶達可采厚度的1層煤的層段：第Ⅴ旋回包括了新河組第一段的大部及新河組第二段和苦水峽組的全部地層，不含煤。這五個旋回的特征都是：自下向上旋回沉積地層厚度由薄變厚，充填物粒度由粗變細，含煤性由好變差。這反映了侏羅紀時期在王家山礦區一帶曾有過五次以沉降為主的地殼運動，每次地殼沉降運動過程都是由早期到晚期，地殼的沉降幅度由小變大，速度由慢變快。在地層相-旋回示意圖中旋回結構清楚穩定，見圖3。

5 結論

（1）王家山礦區作為一個較為獨立的、邊緣由斷裂構面造控制的寬緩向斜，區內含煤地層為中侏羅統窯街組，煤層層數較多，厚度較大，煤質較好；區內主要控煤構造樣式為向斜。

（2）礦區深部擴大區內地帶含煤地層埋藏深度沿向斜軸逐漸增加，東部向斜軸帶超過1500～2000m，故在當前條件下不具有勘探開發條件。

（3）向斜內深部擴大區帶含煤地層埋藏沿王家山煤礦帶較淺。故邊緣帶為尋找煤炭資源的有利地段，通過一定的地質勘查工作，有望找到具有經濟意義的煤炭資源。

圖3 礦區煤系地層相-旋回