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探讨荥巩煤田控煤构造样式

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摘要:荥巩煤田煤炭资源丰富,受构造格局控制明显。立足于煤田构造特点分析,在以往地质资料进行信息挖掘和再认识基础上,系统研究了荥巩煤田地质构造特征与地质构造形成机制、构造演化史及现存构造格局,建立了荥巩煤田控煤构造样式,将荥巩煤田控煤构造样式划分为压缩构造样式、伸展构造样式、剪切和旋转构造样式、滑动构造样式等4大类,纵湾褶皱型构造控煤样式、堑垒型构造控煤样式、单斜断块型构造控煤样式、走滑型构造控煤样式、背斜型重力滑动构造控煤样式、掀斜型重力滑动构造控煤样式等6小类,科学指导了煤炭资源潜力预测与评价工作。

关键词:荥巩煤田;控煤构造样式;资源预测

0引言

控煤构造样式是针对煤炭资源评价与勘查开发提出来的,用以描述对煤系和煤层的形成、构造演化和现今赋存状况具有控制作用的构造样式,它们是区域构造样式中的重要组成部分但不是全部。控煤构造样式的厘定,对于深入认识煤田构造发育规律、指导煤炭资源评价和煤炭资源勘查实践具有重要意义。本文通过对荥巩煤田以往地质资料进行信息挖掘和再认识,结合野外地质调查、生产矿井实地调查,以构造控煤作用分析为核心,深入系统的研究了区内地质构造特征与地质构造形成机制、构造演化史及现存构造格局,在地球动力学、构造地质学基础上建立了荥巩煤田的控煤构造样式,科学的指导了荥巩煤田的煤炭资源潜力预测与评价工作,同时,提供了区域构造研究指导找煤的思路和方法。

1研究区地质背景

1.1地层荥巩煤田西起于五指岭断层与偃龙煤田相接,东至中牟县与通许找煤区相连,北临开封凹陷与焦作煤田相望,南至王口断层与新密煤田相邻。据河南省综合地层区划,荥巩煤田地层属华北地层区豫西分区嵩箕小区,发育地层由老到新有元古界的嵩山群、震旦系地层;古生界的寒武系、奥陶系和二叠系地层;中生界的三叠系地层和新生界的古近系、新近系和第四系地层。

1.2构造荥巩煤田大地构造位置位于一级构造分区华北板块板内,二级构造分区嵩箕构造亚区之嵩箕断隆东北部。荥巩煤田基本构造形态为中西部地层走向近东西转向东部地层走向近北北西,倾向由中西部向倾北转向东部的向南西西倾,倾角一般在5°~20°的单斜构造,属嵩山背斜北翼,具体位于嵩山背斜的东北部,郭小寨断层的上盘。构造形迹以断裂构造、滑动构造为主。断裂构造按其走向,可分为近东西向、北西向和北东向三组,近东西向断裂构造最为发育,但东西向构造受北西向构造的后期切割比较明显,构成煤田的基本构造格架;滑动构造发育有徐庄滑动构造、大峪沟滑动构造、铁山滑动构造、金龙滑动构造、三李滑动构造、米河—贾峪滑动构造和计河滑动构造等7个,均形成于燕山期。

1.3煤层荥巩煤田含煤地层为二叠系地层,总厚688.93m,自下而上划分4个地层组9个煤段,即太原组为一煤段,山西组为二煤段,下石盒子组含三煤段、四煤段、五煤段和六煤段,上石盒子组含七煤段、八煤段和九煤段。共含煤23层,煤层总厚15.33m,含煤系数为2.2%,其中山西组下部二1煤全区可采,太原组一1煤大部可采,一3煤、二12煤局部可采。

1.4沉积岩相古地理格局荥巩煤田位于华北晚古生代巨型聚煤盆地南带,含煤岩系兼有北型及南相的特点。中奥陶世末期,整个华北板块受加里东运动影响上升为陆地,经受长期风化剥蚀,使中奥陶世石灰岩表面遭受卡斯特化。晚二叠世早期,整个华北板块受到华力西运动的影响,北部西—蒙古板块由北向南向华北板块俯冲,南部古华南板块由南向北向华北板块猛烈俯冲,形成古地形为南高北低。地面开始下沉,海水自北东和东侵入,整个华北板块演化为大型滨海盆地,郑州—鄢陵一线以北及其以东地区不同程度接受了沉积,以南和以西仍遭风化剥蚀。本区为热带—亚热带以华夏植物群早期古植物为特征的滨海环境。晚二叠世晚期,西—蒙古板块俯冲加剧,古地形北高南低,海水为北西—南东向,华北聚煤盆地北带为陆相冲积扇河流体系沉积,中带、南带以过渡相三角洲体系沉积为主。中二叠世早期至中二叠世晚期,基本继承了晚二叠世晚期的古地理格局,但随着北部阴山古陆的不断抬升和海水的不断南退,华北聚煤盆地沉积相带也不断向南迁移,形成以陆源碎屑为主的海退型沉积相组合,三角洲平原多覆以沼泽和泥炭沼泽,并不断向南迁移,泥炭物质的堆积部位亦随之上移。晚二叠世早期末,古华南板块对华北板块俯冲加剧,中条、伏牛古陆迅起,河南域内形成西南高、东北低的古斜坡,南缘的伏牛古陆成为本区的主要物源区。此时,古气候干旱炎热,泥炭沼泽绝迹,本区演化为陆缘近海湖环境。总之,荥巩煤田自早二叠世至中二叠世,地台基本稳定,间以振荡运动,海浸频繁,沉积盆地基底缓慢下沉,物源供应充足,继陆表海、半咸水海湾沉积过渡为三角洲沉积,形成了多旋回结构的含煤岩系连续沉积。

2研究区构造演化

荥巩煤田成煤期后先后经历了印支期、燕山早期、燕山晚期和喜山期等4次构造运动,其中,印支运动和燕山早期运动对荥巩煤田煤炭资源赋存影响比较大。印支期,受印支运动影响,北部在西—蒙古板块向南俯冲,南部华南古板块向北俯冲,在南北向挤压应力作用下,华北板块内处于挤压收缩状态,形成东西走向的大型背斜和压性或压扭性断裂,横穿全区,线性特征明显,呈现区内最基本、最醒目的构造;燕山期,受燕山运动影响,华北板块与华南板块发生碰撞,华北板块内强烈挤压,特别是燕山早期北西—南东向挤压强烈,产生北西向的平移断裂构造和褶皱滑脱。该组断裂规模大,延伸近距离远,切割深度大,线性特征明显,具有明显的左行平移性质。北西向的断裂切割或改造了早期东西向的断裂和褶皱,使其发生扭曲,形成“弧形”或“S”形。燕山晚期在北东—南西向应力作用下,形成北东向断裂,但北东向断裂在规模及频度上及对煤层的控制程度上,都远不及东西向及北西向构造;因此,在印支期—燕山期,印支运动和燕山运动对华北板块均产生了挤压作用,使得华北板块内发育以挤压收缩型为主的构造格局。喜山期,喜山运动对华北板块产生东西向应力,表现为拉张作用,华北板块处于伸展状态,产生了以伸展型构造,使印支期形成的东西向构造和燕山早期形成的北西向构造产生继承性活动。

3研究区构造控煤样式

以野外调查、煤田地质勘探资料分析为基础,根据河南省区域构造特征、地壳应力环境,结合荥巩煤田含煤岩系和煤层现今分布与构造形态之间的关系,将荥巩煤田控煤构造样式划分为压缩构造样式、伸展构造样式、剪切和旋转构造样式、滑动构造样式等4大类,纵湾褶皱型构造控煤样式、堑垒型构造控煤样式、单斜断块型构造控煤样式、走滑型构造控煤样式、背斜型重力滑动构造控煤样式、掀斜型重力滑动构造控煤样式等6小类。

3.1滑动构造控煤样式滑动构造属发育在地壳浅层的面状构造,是深部地质应力集中释放后,浅层地体趋近平衡的一种相对水平运动。根据荥巩煤田滑动构造滑面赋存位置及展布形态,可划分为背斜型重力滑动控煤构造、掀斜型重力滑动控煤构造。滑动构造的根部及滑体中前部由于切割二1煤层上覆地层,且由于滑体的滑动运移,使根部较新地层直接覆盖于较老地层之上,造成地层缺失,呈现正断层性质,往往使煤层埋深变浅,易于开采;滑动构造的前弧,由于根部的推力滑动作用,使前弧较老地层覆盖于较新地层之上,造成地层重复,表现逆断层性质,虽然地层重复,但由于抬升遭受后期的剥蚀,往往使煤层埋深较改造之前变化不大。

3.2背斜构造控煤样式印支运动晚期,在南北挤压应力作用下形成了嵩山背斜、颖阳—新密向斜和箕山背斜。嵩山背轴部抬升比较高,遭受剥蚀,煤系地层被剥蚀,两翼煤系地层保存完好,赋存了荥巩煤田、偃龙煤田、新密煤田和登封煤田4个煤田。荥巩煤田位于嵩山背斜北翼,轴的中西段,由于背斜轴仰起并长期裸露地表,使煤系遭到剥蚀,仅残留了元古界、寒武系、奥陶系。而在背斜轴的倾末端、三李区和背斜的南北两冀则保留了较厚的煤系地层,这些地段是本次预测找煤的重点。

3.3走滑型构造控煤样式断层两盘沿断层走向相对滑动,对煤层赋存产生影响。研究区西部边界断层—五指岭平移断层,具左行平移性质,规模较大,长期活动,使西盘之煤层向南平移数千米,使东盘之煤层向北平移数千米,成为偃龙煤田与荥巩煤田之自然边界。另外也使富煤带的走向由近东西向变为北西向。同时,五指岭断层西南盘下降,保存了部分煤系。

3.4伸展构造控煤样式伸展构造是在区域性引张应力作用下形成的一套以正断层为主的线状或面状构造组合。一般有堑垒构造、单斜断块等组合形式。伸展构造赋煤性较好,除个别上升盘遭剥蚀外,一般能较好保存原始沉积煤层,但煤层连续性较差,常被各向断层分割成很多断块,形成地堑、地垒、阶梯状断块。地堑构造会使煤层埋深变得相对较深;地垒构造会使煤层埋深变得相对较浅;阶梯状断块煤层埋深随着阶梯的递进而变深,往往不利于大型井田的划分。

4对煤炭资源预测的指导

在分析研究荥巩煤田构造演化、构造发育和赋存情况,建立的构造控煤样式指导下,利用聚煤背景、构造组合方式在荥巩煤田深部自西向东共划分为5个预测靶区,分别为巩义预测区、后河预测区、荥阳预测区、马寨预测区和小乔预测区,预测靶区面积383.20km2,共预测总资源量164077万t。

5结论

荥巩煤田煤炭资源丰富,受构造格局控制明显。根据区域构造特征、地壳应力环境,结合荥巩煤田含煤岩系和煤层现今分布与构造形态之间的关系,将荥巩煤田控煤构造样式划分为压缩、伸展、剪切和旋转、滑动等4大类控煤构造样式,纵湾褶皱型、堑垒型、单斜断块型、走滑型、背斜型重力滑动构造、掀斜型重力滑动构造等6小类控煤构造。深入研究控煤构造样式,探讨煤系赋存规律及其与构造之间的关系,对进行煤炭资源潜力评价、勘查和安全开采具有重要意义。

作者:杨敏1,2;许军2 单位:1.河南理工大学资源环境学院,2.河南省煤炭地质勘察研究总院

露天采矿技术杂志责任编辑:张雨    阅读:人次
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