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大北海区位于内蒙古自治区赤峰市元宝山区风水沟镇和松山区太平地乡交界处，即小风沟矿区和大风水沟煤矿的东部。本区行政归属风水沟镇大北海村管辖，只有西北部部分范围为松山区境内。
勘探区位于元宝山盆地东南部。区域地层区划：古生代地层区划属华北地层大区，内蒙古草原地层区，赤峰地层分区；中新代地层属滨太平洋地层区，大兴安岭一燕山地层分区，宁城一敖汉地层小区。 元宝山盆地及周边出露的地层由老至新有：下古生界奥陶-志留系（O-S）、上古生界石炭-二叠系（C-P）；盆地内出露或钻探所见地层有：中生界侏罗系上统（J3）、白垩系下统（K1）、新生界第三系上新统（N2）、第四系（Q）。由下而上叙述如下：太古界（Ar）：主要由花岗片麻岩、大理岩、变粒岩和混合岩化变质岩等组成。分布在南部高山的南坡烧锅营子一带。
下古生界奧陶-志留系（O-S）：由大理岩、片岩结晶灰岩等海相沉积变质岩组成。分布在东南部老哈河南岸的马架子一带。角度不整合于太古界地层之上。
上古生界二迭系（P）：由板岩、干枚岩、石英片岩、硅化灰岩等海陆交互相沉积变质岩夹火山岩组成。南北山区均有出露。钻见钻孔有大北海西南的74248号。角度不整合于下古生界或太古界地层之O，上。
中生界自垩系下统；义县组（Kiy）：为一套火山岩、火山碎屑岩夹陆相沉积岩地层，主要由灰白色或紫红色安山质凝灰岩、角砾岩、集块岩和灰色或紫色红安山岩及灰黑色泥岩和灰绿色砂岩组成。出露于西三三眼并、小河沿东和南北山区。钻见钻孔有9405.7840、751、753、756、757、702、707、15， 40等。角度不整合于古生界和太古界地层之上。最大厚度达1 000余m。
杏园组（Kix）：由内陆汇水盆地所形成的陆源沉积岩组成，以冲洪积相砾岩、深水湖相泥岩为主，中部局部可采煤层（木头沟区）和油气显示（太平地一带）。角度不整合于义县组及以前各时代地层之上。是盆地内分布最广、厚度最大的地层单位，厚度达2000m以上。有钻孔控制最深的9402号孔钻探深度64.20-607.35m控制厚度543.15m；9405号孔钻探深度54，OO-807.OOm，厚度753.OOm。
元宝山组（Kiyu）：为内陆汇水盆地在湖泊沼泽化过程中所形成的一系多相环境沉积岩，主要由泥岩、各粒级砂岩、砂质砾岩及煤层组成。泥岩以暗灰-黑灰色为主，少量为灰白色；砂岩以灰白色为主，泥质胶结，结较差，在风化带中多具铁染现象，呈棕黄色。本组是该煤田的主要含煤层位，与杏园组为连续沉积，最大厚度达800余m。
中生界白垩系上统孙家湾组（Kis）：为一套盆地边缘山麓相沉（堆）积地层，，以紫红色、灰白色砾岩、砂质砾岩为主，夹泥岩。砾石成分以花岗岩、石英岩和安山岩为主；次圆状一次棱角状：砾径lO-lOOmm；泥质胶结，砂质充填。呈角度不整合于元宝山组或杏园组地层之上，主要保留在盆地边缘和红庙矿区、老公营子井田及小风水沟矿区。钻探最大厚度为774孔的625.50m。
生界第三系上新统：沉积岩段（N21）：以灰白色砂砾岩为主夹灰绿色泥岩。局部夹次生堆积的煤和黑色泥岩。砾石成分以花岗岩、石英岩、安山岩为主；泥质胶结，砂质充填，固结差，分选差。厚度一般为20-140m，最大可达200。为零星分布。
新生界第四系（Q）：下部为砾石和紫红色粘土，厚度3-35m。上部为砂砾、细砾、粉砂乘黄土质砂粘土，厚度5-55mo
二、区域构造
元宝山煤田位于阴山纬向构造带与大兴安岭新华夏系第三隆起带交接复合部位，第二沉降带的西北边缘，属赤峰-铁岭盆盆地群。大地构造位置属内蒙中部地槽褶皱系温都尔庙一翁牛特旗加东地槽褶皱带。煤田处于北东-北北东向断陷盆地中。在晚侏罗世（燕山运动中期）构造运动形成了盆地的雏形，后期构造运动的继续控制了盆地内白垩世地层沉积。受区域压扭性应力的作用白垩世地层自南而北依次形成了，红庙向斜，木头沟背斜，南荒向斜，战家窝铺背斜，大风水沟向斜、大北海向斜。早白垩世初在区域应力作用下盆地内低洼处沉积了白垩系下统义县组。早白垩世末盆地挤压回返，含煤地层残留在构造负向部位，同时产生了一系列的北东-北北东向、北西—北北北西向断裂。
红山-八里罕断裂位于盆地东南侧，是天山口-八里罕新华夏系大断的一部分，贯穿平庄和元宝山两个盆地，在元宝山盆地段称温泉断裂，是控制盆地沉积建造的同生盆缘断裂。出露点位于温泉村东南沖沟中，边缘相砾岩与海西期闪长岩呈断裂接触，断带宽1 0余m，倾向北西，角70。，走向北东45。左右，近断带处断裂面形迹显示压张特征并存。由此说明该断裂活动的多次性。
水泉断裂位于盆地西北侧，地表没有出露，依盆缘出露地层和地貌及20万分之一区测资料确定，走向为北东-北北充东向。盆地闪断裂发育，以北东-北北东向为主，较大的断层主要有：F1正断层，由元宝山一、三井经露天、老公营子井田与F22相交接。走向北东，倾向北西，倾角65。，落差150-400m。延长26km。F40正断层，位于小风水沟井田的东侧，向北东延伸到四分地东北，走向北东，倾向北西，倾角45度，落差400-600m，延长15km。 F22正断层，位于元宝山四井，老公营子和小风水沟井田的西北侧。走向北东，倾向南东，落差在200m以上，延长17km。
三、岩浆岩
元宝山盆地周边有大量的岩浆岩分布，主要有海西期花岗岩和燕山期花岗岩、花岗斑岩、第三系玄武岩。对区内各煤层未发现有影响：玄武岩段灰黑色、灰褐色，致密块状或气孔状、杏仁状，间夹黄褐色泥岩及砂岩。主要呈岩被分布于地势较高处，形成帽状地貌。最大厚度约lOOm。
四、含煤性
元宝山组是本区主要含煤地层，主要可采煤层位于下部，煤层赋存形态为：聚煤中心部位在西北，煤层巨厚集中，向东南部分岔，煤层层数增多，夹矸增厚，单层厚度逐渐变小，层间距逐渐增大，呈马尾状散开并尖灭。勘查区控制地层最小厚度40.38m，最大厚度275.50m，平均厚度152.30m：其变化规律向斜轴部较厚，向西北部逐渐变薄的趋势。该段控制钻孔所见到煤层最小厚度0.90m，最大煤层厚度24.50m，平均厚度9.32m，其变化规律西北部厚，向斜轴部厚，向南部、东南部逐渐变薄。
控制钻孔见可采煤层最小厚度1，50m，最大可采煤层厚度20.65m，平均可采煤层厚度7.48m。从整个区来看：本区的赋煤中心位于西北部，在B-B’勘查线西北及3 —9线勘查线之间，赋煤中心为厚层状，各煤层几乎难以分开，向东南逐渐分岔变薄，特别是在倾向上，在A-A’一B-B’走向线之间表现为明显，极剧分叉变薄，在垂向上，含煤而积由下至上呈递减的趋势。6-4、6-4上、6-3分布范围较大，6-1、6-2煤分布相对较小。主要赋煤在B-B’勘查线NW方向，SE方向赋煤减少至尖灭。
六、煤岩特征
从宏观上看，煤岩组分以亮煤和暗煤为主，丝炭次之。各煤层均已各种煤岩类型交替出现。丝炭以透镜状或线理状夹于亮煤或暗煤之中，多构成1—3mm的细条带状及3—5mm的中条带状结构。煤岩类型多为半暗型，条带状结构。具沥青光泽和暗淡光泽。亮煤内生裂隙发育，性较脆。暗煤内生裂隙不发育，具韧性，较坚硬，不易破碎。半亮型煤断口呈阶梯状，半暗型煤断口粗糙，呈不规则状。吸水性强，易风化。
勘探区位于元宝山盆地东南部。区域地层区划：古生代地层区划属华北地层大区，内蒙古草原地层区，赤峰地层分区；中新代地层属滨太平洋地层区，大兴安岭一燕山地层分区，宁城一敖汉地层小区。 元宝山盆地及周边出露的地层由老至新有：下古生界奥陶-志留系（O-S）、上古生界石炭-二叠系（C-P）；盆地内出露或钻探所见地层有：中生界侏罗系上统（J3）、白垩系下统（K1）、新生界第三系上新统（N2）、第四系（Q）。由下而上叙述如下：太古界（Ar）：主要由花岗片麻岩、大理岩、变粒岩和混合岩化变质岩等组成。分布在南部高山的南坡烧锅营子一带。
下古生界奧陶-志留系（O-S）：由大理岩、片岩结晶灰岩等海相沉积变质岩组成。分布在东南部老哈河南岸的马架子一带。角度不整合于太古界地层之上。
上古生界二迭系（P）：由板岩、干枚岩、石英片岩、硅化灰岩等海陆交互相沉积变质岩夹火山岩组成。南北山区均有出露。钻见钻孔有大北海西南的74248号。角度不整合于下古生界或太古界地层之O，上。
中生界自垩系下统；义县组（Kiy）：为一套火山岩、火山碎屑岩夹陆相沉积岩地层，主要由灰白色或紫红色安山质凝灰岩、角砾岩、集块岩和灰色或紫色红安山岩及灰黑色泥岩和灰绿色砂岩组成。出露于西三三眼并、小河沿东和南北山区。钻见钻孔有9405.7840、751、753、756、757、702、707、15， 40等。角度不整合于古生界和太古界地层之上。最大厚度达1 000余m。
杏园组（Kix）：由内陆汇水盆地所形成的陆源沉积岩组成，以冲洪积相砾岩、深水湖相泥岩为主，中部局部可采煤层（木头沟区）和油气显示（太平地一带）。角度不整合于义县组及以前各时代地层之上。是盆地内分布最广、厚度最大的地层单位，厚度达2000m以上。有钻孔控制最深的9402号孔钻探深度64.20-607.35m控制厚度543.15m；9405号孔钻探深度54，OO-807.OOm，厚度753.OOm。
元宝山组（Kiyu）：为内陆汇水盆地在湖泊沼泽化过程中所形成的一系多相环境沉积岩，主要由泥岩、各粒级砂岩、砂质砾岩及煤层组成。泥岩以暗灰-黑灰色为主，少量为灰白色；砂岩以灰白色为主，泥质胶结，结较差，在风化带中多具铁染现象，呈棕黄色。本组是该煤田的主要含煤层位，与杏园组为连续沉积，最大厚度达800余m。
中生界白垩系上统孙家湾组（Kis）：为一套盆地边缘山麓相沉（堆）积地层，，以紫红色、灰白色砾岩、砂质砾岩为主，夹泥岩。砾石成分以花岗岩、石英岩和安山岩为主；次圆状一次棱角状：砾径lO-lOOmm；泥质胶结，砂质充填。呈角度不整合于元宝山组或杏园组地层之上，主要保留在盆地边缘和红庙矿区、老公营子井田及小风水沟矿区。钻探最大厚度为774孔的625.50m。
生界第三系上新统：沉积岩段（N21）：以灰白色砂砾岩为主夹灰绿色泥岩。局部夹次生堆积的煤和黑色泥岩。砾石成分以花岗岩、石英岩、安山岩为主；泥质胶结，砂质充填，固结差，分选差。厚度一般为20-140m，最大可达200。为零星分布。
新生界第四系（Q）：下部为砾石和紫红色粘土，厚度3-35m。上部为砂砾、细砾、粉砂乘黄土质砂粘土，厚度5-55mo
二、区域构造
元宝山煤田位于阴山纬向构造带与大兴安岭新华夏系第三隆起带交接复合部位，第二沉降带的西北边缘，属赤峰-铁岭盆盆地群。大地构造位置属内蒙中部地槽褶皱系温都尔庙一翁牛特旗加东地槽褶皱带。煤田处于北东-北北东向断陷盆地中。在晚侏罗世（燕山运动中期）构造运动形成了盆地的雏形，后期构造运动的继续控制了盆地内白垩世地层沉积。受区域压扭性应力的作用白垩世地层自南而北依次形成了，红庙向斜，木头沟背斜，南荒向斜，战家窝铺背斜，大风水沟向斜、大北海向斜。早白垩世初在区域应力作用下盆地内低洼处沉积了白垩系下统义县组。早白垩世末盆地挤压回返，含煤地层残留在构造负向部位，同时产生了一系列的北东-北北东向、北西—北北北西向断裂。
红山-八里罕断裂位于盆地东南侧，是天山口-八里罕新华夏系大断的一部分，贯穿平庄和元宝山两个盆地，在元宝山盆地段称温泉断裂，是控制盆地沉积建造的同生盆缘断裂。出露点位于温泉村东南沖沟中，边缘相砾岩与海西期闪长岩呈断裂接触，断带宽1 0余m，倾向北西，角70。，走向北东45。左右，近断带处断裂面形迹显示压张特征并存。由此说明该断裂活动的多次性。
水泉断裂位于盆地西北侧，地表没有出露，依盆缘出露地层和地貌及20万分之一区测资料确定，走向为北东-北北充东向。盆地闪断裂发育，以北东-北北东向为主，较大的断层主要有：F1正断层，由元宝山一、三井经露天、老公营子井田与F22相交接。走向北东，倾向北西，倾角65。，落差150-400m。延长26km。F40正断层，位于小风水沟井田的东侧，向北东延伸到四分地东北，走向北东，倾向北西，倾角45度，落差400-600m，延长15km。 F22正断层，位于元宝山四井，老公营子和小风水沟井田的西北侧。走向北东，倾向南东，落差在200m以上，延长17km。
三、岩浆岩
元宝山盆地周边有大量的岩浆岩分布，主要有海西期花岗岩和燕山期花岗岩、花岗斑岩、第三系玄武岩。对区内各煤层未发现有影响：玄武岩段灰黑色、灰褐色，致密块状或气孔状、杏仁状，间夹黄褐色泥岩及砂岩。主要呈岩被分布于地势较高处，形成帽状地貌。最大厚度约lOOm。
四、含煤性
元宝山组是本区主要含煤地层，主要可采煤层位于下部，煤层赋存形态为：聚煤中心部位在西北，煤层巨厚集中，向东南部分岔，煤层层数增多，夹矸增厚，单层厚度逐渐变小，层间距逐渐增大，呈马尾状散开并尖灭。勘查区控制地层最小厚度40.38m，最大厚度275.50m，平均厚度152.30m：其变化规律向斜轴部较厚，向西北部逐渐变薄的趋势。该段控制钻孔所见到煤层最小厚度0.90m，最大煤层厚度24.50m，平均厚度9.32m，其变化规律西北部厚，向斜轴部厚，向南部、东南部逐渐变薄。
控制钻孔见可采煤层最小厚度1，50m，最大可采煤层厚度20.65m，平均可采煤层厚度7.48m。从整个区来看：本区的赋煤中心位于西北部，在B-B’勘查线西北及3 —9线勘查线之间，赋煤中心为厚层状，各煤层几乎难以分开，向东南逐渐分岔变薄，特别是在倾向上，在A-A’一B-B’走向线之间表现为明显，极剧分叉变薄，在垂向上，含煤而积由下至上呈递减的趋势。6-4、6-4上、6-3分布范围较大，6-1、6-2煤分布相对较小。主要赋煤在B-B’勘查线NW方向，SE方向赋煤减少至尖灭。
六、煤岩特征
从宏观上看，煤岩组分以亮煤和暗煤为主，丝炭次之。各煤层均已各种煤岩类型交替出现。丝炭以透镜状或线理状夹于亮煤或暗煤之中，多构成1—3mm的细条带状及3—5mm的中条带状结构。煤岩类型多为半暗型，条带状结构。具沥青光泽和暗淡光泽。亮煤内生裂隙发育，性较脆。暗煤内生裂隙不发育，具韧性，较坚硬，不易破碎。半亮型煤断口呈阶梯状，半暗型煤断口粗糙，呈不规则状。吸水性强，易风化。