关于韩城矿区含煤建造特征的研究

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yan1982zi
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  摘 要:利用煤田地质的基础理论,对韩城矿区以往的地质资料进行分析研究,总结出韩城矿区含煤建造特征。
  关键词:矿区沉积岩相 含煤建造 特征韩城
  中图分类号:TU272.1文献标识码:A文章编号:
  引言
  韩城矿区位于渭北煤田的东北端,属于中、晚石炭世本溪组、太原组及早二叠世山西组合煤建造。以往虽作过一些研究,但不系统,随着煤田地质互作的开展,通过对现有的地质资料的分析研究,本文对韩城矿区含煤建造又重新进行探讨。大致分为两部分阐述。前一部分简要的阐述对一些基本概念的理解;后一部分着重对研究成果作一介绍。
  1有关研究含煤建造常用的几个术语的理解
  对含煤建造的研究多采用岩相——旋回方法,这里有必要就几个常用术语作以解释:
  1.1 含煤建造
  是一套合有煤层和煤线具有成生联系的沉积岩系,是在一定构造运动,古地理环境和古气候条件下形成的。在成因上是互相联系着的沉积层的自然综合体——多岩相组合的沉积物。以往地质界常指一套含煤沉积岩系叫“煤系”,但“煤系”一词,往往又被用来作为区域性或地方性的地层单位,当我们在研究一套含煤沉积岩系时,适用含煤建造一词的函义,比用煤系一词的概念更为明确完整。含煤岩系作为建造来对待时,不仅要注意研究其地层时代,岩性特征和含煤性,而且还应着重研究其沉积环境、成煤规律,构造控制建造因素及其建造特征。
  1.2 岩相
  多年来国内外地质工作者给“沉积相” (简称相),下了很多不同的定义,归纳起来大致有两种概念:i)把相理解为古地理概念或沉积物形成的环境。i i)相是沉积物成因类型。在国内广大地质工作者,把沉积相的“相”前面冠以“岩”字,习惯上统称为“岩相”。若从字面上讲“岩”者,指的沉积岩层——即岩石,“相”则指的古地理概念(或景观单元)。若研究古代相时,首先给“相”下一个确切定义是不容易的。“相”究竟指的是什么,若抛开了对岩石这个物质的研究,就谈不上对相的研究。因此研究古代“相”必须是研究由古代沉积环境中沉积下来而保存到现在的各沉积岩层(岩石)。通过岩石所遗留下来的岩性特征,来作为对象,去进行研究。因这些岩性特征都反映着当时沉积时的古地理、古气候、古生物及其古构造等等。所以“岩相”的含义应是:物质成份与沉积环境的综合表现。它不仅包括关于岩石物质特征(成因类型),同时也包括形成沉积物(岩石)的那种环境的概念。因此它是具有一定空间上的条件(古地理环境)和在一定的古地理环境中沉积的特定的物质(岩石),是横的概念。
  1.3 “旋回”及“旋回结构”
  由于地壳小型振荡运动而引起的海退沉积条件与海侵沉积条件,连续交替的沉积物的多相的共生组合,称为“旋回”。多相的共生组合,在剖面中作有规律的交替出現,组成含煤建造的 “旋回结构”。根据戈洛金斯基——瓦尔特定律(相变规律),旋回内部多相共生组合和剖面中旋回的重复都是顺序发展有着成因联系的,这表明了沉积条件周期性的变化。这种周期性的变化,主要是含煤建造沉积时期,在地壳总的下降过程中,由于地壳小振荡运动所引起的。小振荡运动是在地壳总的下沉趋势中伴随着的幅度不大,周期较短的升降运动,这种小脉运动引起海岸线的变迁、岩相带在空间的多次迁移,反映在剖面上就形成多岩相的组合——沉积旋回。一个旋回的形成过程,是与一次小型振荡运动的升降过程相吻合的。在地壳总的下降过程中,不断的发生小型振荡,因而在剖面中形成沉积旋回有规律的交替出现。一个大的振荡运动,使含煤建造沉积完成。地壳运动有一定的规律性,旋回结构正是这种规律性的表现。周期较短的升降运动所形成的含煤建造旋回重复出现,其岩相组合并不完全一样,故此周期升降运动,并不是沿圆周的闭合运动,而是反映了过程的发展,即螺旋式的前进。
  1.4古地理
  是指古代地表的自然景观,即海、陆、湖沼、河流、剥蚀区等在地表的分布状况。
  2韩矿区含煤建造特征
  2.1沉积特征及其沉积岩相
   1)接触关系及厚度:整个含煤建造(本溪组,太原组,山西组)一般厚约l60米,由于奥陶系石灰岩表面在小范围内凸凹不平,和沉积的扩张超覆现象,致使含煤建造整个岩层厚度变化较大,由75-l60米。
  矿区浅部本溪组以奥陶系石灰岩顶面的粘土岩为沉积起点,其间为平行不整合,矿区中深部的本溪组中上部,太原组下部诸岩层,沿倾向方向、相继超覆在下伏岩层之上,与奥陶系灰岩接触,仍以平行不整合看待。太原组底部冲积相砂岩与本溪组顶面;山西组底部冲积相砂岩与太原组顶面;下石盒子组底部冲积相砂岩与山西组顶面,两者之间均有侵蚀间断。
   2)沉积岩:含煤建造的沉积岩,主要有碎屑岩、泥岩、煤、石灰岩组成,由于所占比例悬殊,可分上下两段统计,下段(本溪组,太原组)以泥岩为主,次之为砂岩、煤层、粉砂岩、石灰岩及砾岩。上段(山西组)以碎屑岩——砂岩,粉砂岩为主,泥岩、煤层次之、其岩石成份结构等特征不再赘述。
   3)沉积岩相:本矿区含煤建造中的本溪组,太原组为海陆交互相沉积,山西组为大陆相沉积。建造中河流相组占主要位置,而特征典型,冲积平原或滨海平原上的湖泊相也很发育,沼泽相组厚度较小,在本溪组,太原组中还发育了浅海相组和泻湖海湾相组,现分简述之:
  (A)河流相组:建造中广泛发育了典型的河流相组沉积,本溪组、太原组中的河流相组接近于山间河流类型;山西组中的河流相则接近于平原河流类型。根据沉积情况的差异,本相组又分为河床砂质沉积物相,河漫砂质粉砂质沉积物相。(B)湖泊相组:主要发育于早二叠世早期,晚石炭世虽然也有发育,但较前者为差,本相组又可分为两个亚相,外湖粉砂质沉积物相和停滞湖泊泥质粉砂质沉积物相。(C)沼泽相组:本相组一般是在湖泊进一步淤浅或冲积平原河漫滩之上发育起来的产物。本区沼泽相组可分:①闭流盆地泥质粉砂质沉积物相;②复水沼泽泥质粉砂质沉积物相;③沼泽泥炭沉积物相。(D)过渡相组:本相组发育于中、晚石炭世的下部,主要为泻湖海湾的沉积,根据沉积物成份、粒度、层理、生物等,又可分为泻湖海湾相和泻湖海湾波浪带相。(E)浅海相组:本相组为深灰色浅海碳酸盐沉积物相和深灰色的浅海砂质泥质沉积物相。二者为同期浅海相的不同沉积物。本区浅海相灰岩夹1-2层薄层煤层或粉砂质泥岩,致使石灰岩分l-3层,这一现象被视为地壳脉动的不均一性和微弱的脉动,致使浅海局部沼泽化。为了便于研究,本次对石灰岩中非浅海相沉积的夹层,未进行细致的划分,统统被视为一次海侵。
  2.2旋回划分及其结构
   目前对旋回的划分各家意见不一,总括起来不外以下三种方法:
  一是根据岩石粒度来划分的;二是根据岩石剥蚀面来划分;三是以海退层作为旋回的起点来划分。经过多方面的分析和实际资料的对比,我们认为以海退层做为旋回的起点,来划分煤系中的旋回是适当的。以这种方法划分的旋回不但比较真实的反映了地壳振荡运动的客观规律,而且也易于煤层的对比。
  根据本区岩性分析共划分七个半旋回。
  中石炭世本溪组两个:a、湖泊型旋回(C2—0),系指沉积于奥陶世灰岩侵蚀面上的湖泊相粘土岩,该层之上发育的沼泽相黑色泥岩,被上覆河床相砂岩,砾岩冲刷殆尽,致使该旋回不完整,故称为半个旋回。b、冲积—泻湖海湾型旋回(C2-1)。
  晚石炭世太原组三个旋回:a、冲积一泻湖海湾型旋回(C3—1);b、滨海—浅海型旋回(C3—2);c、滨海一湖泊型旋回。
  早二叠世山西组:有三个冲积一湖泊型旋回,即P11S-1;P11S-2;P11S-3。其旋回结构基本相似,只是后两个旋回沼泽相发育持续的时间较短,而湖泊相相应的发育。
  2.3地史
  在地史发展的不同阶段中,形成了各种岩相组合,不同的组合,组成了不同的旋回。它的形成是受着地壳构造活动和古地理环境等因素的控制。含煤建造旋回结构之明显,是地壳运动规律性的表现,反映出不同的古地理环境及其沉积物。因而不同的岩相在纵向上,有规律的交替,即反映出沉积区建造形成的地质发展史。
  奥陶世晚期,渭北和华北地区隆起,经过漫长的地质时期的风化剥蚀,趋于准平原状。从渭北煤田来看,大致成为西高东低的古地形,到中石炭世晚期地壳下降,仅在矿区东部边缘低凹地带,接受了湖泊相的粘土岩沉积,当时煤田西部仍处于隆起剥蚀状态,末接受沉积,后来地壳又上升,在本矿区的东部边缘形成了一条近北东向的河流,沉积了较厚的石英砾岩、砂岩及河漫相粉砂岩,随后又经历了沼泽相砂泥质沉积物和泻湖海湾碳酸盐。泥质沉积物相的沉积构成了C2-1旋回。由于受后期构造的破坏,此套岩层仅在边缘部位有零星分布。这表明基地虽经过长期夷平过程,但在小范围内仍有起伏不平的古地貌。当本区发生第一次海侵时,海水由东北向西南方侵入,就在本区边部低凹处,形成了泻湖海湾相,接受了泥灰岩(或钙质粉砂岩)的沉积。
  进入晚石炭世时,地壳继续接受沉积,在总的下降过程中,由于受多次幅度不大频率小的振荡运动的影响,造成海退、海进的不同相序的迭置,兼之古气候条件及植物生长堆积条件的协调,泥炭沼泽广泛的发育,沉积了具有经济价值的11号煤层(此时合阳以西处于风化剥蚀阶段,故无11号煤层沉积)。
  本区第二次海侵范围,比第一次海侵范围有所扩大,海岸大致在矿区的中深部及合阳县以东地区,并在同家庄、涺水河、错开河一带形成了三个海湾,沉积了泥灰岩和海湾砂质波浪带沉积物相。在波浪带之西侧形成了大面积的湖泊区(必须指出这时合阳以西沉积了湖相粘土物质—即奥陶纪灰岩面上粘土泥岩),当湖泊进一步淤浅发育成泥炭沼泽,形成厚度不可采的10煤层的沉积。此时矿区中浅部仍处于深水区或相当于海退时波浪带沉积时间,若晚石炭世第一旋回海进部分古地理恢复是可能的话,则矿区的深部(海湾波浪带以西)预计还有可采l 0号煤层的存在。因具有10号煤层的生成条件。
  第三次海侵规模更大,由于浅海基底不平,以及继承性的构造活动,故灰岩(K2)厚度由0—10米,灰岩厚区仍位于第二次海侵时的海湾部位。由于频繁而幅度较小的振荡运动,致使海进、海退,在本区较多的地方发生沼泽化,在相对短暂的一瞬间沉积了l—2层薄煤层或粉砂质泥岩,这样使石灰岩形成0—3层(脉动引起的这种结构,本应划出亚旋回,为研究方便故未细分)之后地壳再度上升,造成大面积的海退。由于海水退出的快慢的差异,在矿区南部海退迅速,未有海退相序,主要为闭流盆地。矿区北部沉积了大面积的波浪带砂质沉积物相。同时在矿区东北边部,尚保留有泻湖海湾泥灰质沉积物相。嗣后全区形成大面积的湖泊。矿区南部在湖泊的基础上逐渐淤浅,发育了复水沼泽及泥炭沼泽,堆积了5号煤层。此时北部仍为积水较深的湖泊区,因而不利于5号煤的沉积。
  石炭纪未期,地壳大幅度的隆起,当时可能形成丘陵的地貌景观,河流特别发育,侵蚀力强,下伏C3—3旋回的海侵部分多冲刷,有些地段的5号煤亦被冲刷殆尽(如矿区南部的马沟渠煤矿)。河流侧向侵蚀和河床反复改道,将丘陵地区大体夷平,夷平了的地区广泛发育了复水沼泽和泥炭沼泽,沉积了具有经济价值的3号煤层。由于脉动的不均一性和沉积幅度的不一致,因此泥炭堆积的厚薄亦有差异。如在下峪口以北的沼泽基底沉降速度与泥炭堆积速度相适应,因而形成了厚煤区,下峪口至英山沼泽基底的沉降速度,可能小于泥炭沼泽的堆积速度,因此煤层很薄,英山以南至同家庄一带,地壳下降幅度较大,一直处于深水湖沼区,故未有形成泥炭沼泽化。之后又以湖相沉积而结束了山西组第一旋回。
  本区早二叠世早期,共发育三个旋回,各旋回均以河床相(少数为河漫相)开始,河漫相,复水沼泽及泥炭沼泽相,最后以湖相告终。泥炭沼泽相由下而上逐渐减弱。旋回厚度也亦然。
  2.4建造特征
  经分析研究,本矿区的含煤建造特征是由一种基底面比较连续,分异性较小的沉积运动所形成的聚煤凹陷之上发展起来的(也不排除地质外力作用,使聚煤凹陷更趋完善)。
   中晚石炭世,是属近海型海陆交互相含煤建造。但上下旋回结构尚有差别。下部属近海山前冲积平原型,上部则属滨海平原型。就泥炭沼泽发育情况来说,可分三种不同的环境,即在下部冲积夷平的基础上形成了湖泊,并进一步淤浅而发育了泥炭沼泽(以11号煤为代表);中部是在泻湖海湾或滨海沼泽化的基础上,形成了不稳定的泥炭沼泽(8、9、10号煤层为代表);上部是在滨海的基础上,发育了内陆淡水湖泊(已逐渐过渡到陆相)湖泊进一步淤浅而形成了有利于泥炭沼泽的堆积(以5号煤为代表),总括上述,在海陆交互相含煤建造内,以滨海—浅海型旋回中的泥炭沼泽发育不好,而在湖泊基础上发育起来的泥炭沼泽,就可以形成具有经济价值的煤层。
  早二叠世早期的山西组,属陆相含煤建造,丘陵地区的冲积相及开阔的淡水湖泊相較发育,在冲积(或洪积)平原基础上,广泛发育了沼泽相和泥炭沼泽相。若湖相特别发育时,就不利于泥炭沼泽的发育。因此山西组属于开阔盆地型含煤建造。此套含煤建造的颜色亦很规律,最下部为灰白的粗碎屑岩,向上粒度逐渐变细,颜色加深到深灰色、灰黑色;进入下石盒子组粒度又变粗,颜色变浅,由灰绿、灰黄色到黄绿色,显然的反映了气候是温暖潮湿的环境下沉积的。
  聚煤基底发生的振荡运动,使上覆含煤建造表现了明显的旋回性,每个旋回的底部常见有冲刷面。这种冲刷不仅表现在建造内,部分旋回或大部分旋回的缺失。而组成这些旋回的缺失空间,被上一旋回的粗粒碎屑岩沉积物所代替。同时还表现在山西组含煤建造对太原组含煤建造的冲刷,常造成对煤层厚度的变薄或缺失。如矿区南部太原组顶部的主要可采的5号煤层,在象山以北已冲刷殆尽。主要可采的3号煤层,在马沟渠煤矿北部亦冲刷殆尽。
  在空间上,岩相分布和煤层的发育程度,均有较明显的北东成带南北分异的现象,显然这些现象是沉积凹陷基底受构造运动控制所致,初步认为可能受华夏构造体系控制,同时又受纬向构造体系的干扰,这在本矿区与澄合矿区之间表现的更为明显。而今日之含煤地层展布,显系受祁吕贺山字型构造体系的改造。
  3结语
  本文从沉积特征及其沉积岩相、旋回划分及其结构、地史三方面进行分析研究,论述了韩城矿区的含煤建造特征。旨在为韩城矿区中深部煤炭资源的勘查开发和韩城矿区煤层气的研究勘查开发有所帮助。由于水平有限,欠妥之处难免,请多提宝贵意见。
  参考文献:
  1)《沉积环境分析学》
  2)131队《陕西省渭北煤田预测》
  3)131队《陕西省韩城矿区(北部)煤田普查勘探报告》等
  4)131队《陕西省韩城矿区南部煤田详查地质勘探报告》
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