冀西北红土梁煤矿区下花园组“下段”的层位厘定

张树胜，谢明忠，张果员，李万阳，范志强

（1.河北省煤田地质局第四地质队，河北宣化 075100；2.河北省煤田地质勘查院，河北邢台 054000）

冀西北红土梁煤矿区下花园组“下段”的层位厘定

张树胜1，谢明忠2，张果员1，李万阳1，范志强1

（1.河北省煤田地质局第四地质队，河北宣化 075100；2.河北省煤田地质勘查院，河北邢台 054000）

通过对冀西北尚义盆地红土梁煤矿区勘查钻孔岩心分析及地表露头观察，发现该区含煤岩系原下花园组“下段”与中段之间并不是传统认为的连续沉积，二者之间有明显断层迹象。经岩性对比，杂色之下花园组“下段”与下花园组上覆的九龙山组一致，尤其是“下段”火山岩、泥岩砾石成分，在尚义盆地煤系基底，也就是下花园组沉积的物源区不存在相应岩性，明确排除了该段为下花园组早期沉积的可能性。综合各方面资料，可以说明下花园组“下段”应为九龙山组，是断层逆冲过程中夹在断层间的残片。

层位厘定；下花园组；九龙山组；红土梁煤矿区；尚义；冀西北

红土梁煤矿区位于河北省西北部的尚义煤田东部，区内分布有张矿集团尚义矿业有限公司所属的大坝沟、大阳坡、大永胜等生产矿井，并有已关闭的红土梁等矿井，含煤地层为侏罗系中统下花园组。含煤岩系出露区周边大部分以断层分隔，北为尚义—平泉深断裂（F1），东、南为红土梁—大阳坡逆断层（F2）（图1）。以往地质资料[1-4]按岩性将本区下花园组划分为上、中、下三段：下段为杂色砂砾岩段；中段以灰色砂、泥岩为主，并含有具工业价值煤层；上段也为灰色，含较多砾岩，仅含薄煤层和煤线。近期，河北省煤田地质四队受张矿集团委托在该区进行了补充地质勘探，在大坝沟和大阳坡矿井深部施工了部分钻孔并开展了二维地震勘探工作。新的地质资料揭示，上述下花园组“下段”并非属于下花园组，而应为红土梁-大阳坡逆断层（F2）与其伴生断层（F2-1）之间的九龙山组“断片”（图2）。

红土梁煤矿区所产煤类主要为不黏煤和贫煤，属于优质动力用煤，主要供出口韩国、日本等国，是河北省坝上地区重要的煤产地。研究该区地层、构造对指导地质勘探和煤矿生产具有现实意义，并且可为深入研究尚义盆地沉积历史及尚义-平泉深断裂的构造演化提供基础依据。

1 地质背景

1.1 构造

尚义煤田在大地构造位置上处于中朝准地台（Ⅰ）、燕山沉陷带（Ⅱ）、冀西陷折断束（Ⅲ）、宣龙复向斜（Ⅳ）、万全凹陷（Ⅴ）的西北部边缘。尚义-平泉深断裂全长约450 km，为尚义煤田北缘边界断层。主要由密集的、平行排列的高角度逆断层、旁侧逆冲断层（如F5、F6、F2）、挤压破碎带组成。该断裂发生于太古宙末，后期活动频繁[11]。红土梁-大阳坡逆断层为尚义-平泉深断裂之旁侧逆冲断层之一，全长约25 km，断层走向由近东西向至北东，为一略向东南突出之弧形逆断层，断层面倾向北-北西，地表露头倾角60°～80°，最大断距3 000 m。该断层使下花园组逆冲覆于上侏罗统后城组之上，并构成红土梁煤矿区的南部和东部边界。

图1 研究区地质略图Figure 1 Sketch geological map of study area

图2 A—A＇剖面示意图Figure 2 A schematic diagram of A-A’section

东沟向斜为轴向近东西向转为北东20°，中部向东南突出的一弧形向斜，长6～8.5 km。轴部出露地层为后城组，两翼为九龙山组和下花园组，倾角27°～50°。红土梁煤矿区主体位于东沟向斜之东南翼，矿区总体构造形态为东西—北东向展布、向北西倾斜的单斜构造。地层走向为近东西向转为北东向，地层倾向由北转为北西，倾角为35°～45°。

1.2 地层

尚义煤田含煤地层下花园组的基底地层是新太古界红旗营子岩群，上覆地层依次为侏罗系中统九龙山组、上统后城组以及第四系。红旗营子岩群为一套主要由花岗片麻岩、黑云母角闪片麻岩、石英长石片麻岩等组成的古老变质岩，主要出露于矿区北部外围。新生界分布于沟谷和斜坡地带，厚度一般小于20 m。下花园组及其上覆地层特征为：

1.2.1 侏罗系中统下花园组

以往地质资料依据红土梁煤矿区地表露头和钻孔揭露资料将下花园组按岩性划分为上、中、下三段。

下段为一套冲、洪积相、山麓相沉积。主要由紫红、灰紫、灰绿色砾岩、砂砾岩及砂质泥岩组成，局部为灰色中粗粒石英砂岩、砾岩、砂砾岩。砾石成分以石英岩、片麻岩为主，见中酸性火成岩，砾径0.2～20 cm，分选性差，磨圆度多呈次棱角状，少量呈次圆状。主要为基底式胶结，砂泥质充填，少数为钙质胶结。在地表该段以断层关系逆冲于后城组之上（图3a）。本次揭露最大厚度大于340 m。

中段为主要含煤段。岩性主要为灰色、浅灰色、白灰色砾岩、砂砾岩、砂岩，次为灰色、深灰色砂质泥岩、泥岩及黑色炭质泥岩，泥质岩中常含植物化石，含煤6～17层。该段平均厚度350 m。以往有的地质资料认为中段与下段为不整合接触关系。

上段与中段为连续沉积关系，岩性主要为浅灰—灰白色砾岩，夹中细粒砂岩、灰色砂质泥岩，少量砂砾岩及炭质泥岩，夹煤线，局部含炭化植物化石。平均厚度100 m左右。

1.2.2 侏罗系中统九龙山组

本组为煤系直接盖层，区域上与下伏下花园组为平行不整合关系，研究区以逆冲断层（F6）关系覆于下花园组之上。其岩性主要为紫红、灰红色夹灰绿、灰、白灰色砾岩、砂砾岩、中粗粒砂岩，夹少量紫红色砂质泥岩。砾石成分主要为石英岩、片麻岩，上部有火山碎屑岩和沉积岩。多呈次棱角—次圆状，分选性差，砾径以5～10 cm者居多，大者可达30～ 80 cm，砂泥质充填或钙质胶结。厚度大于300 m。

1.2.3 侏罗系上统后城组

主要为黄绿、灰褐、紫红、黄灰色砾岩，间夹透镜状砂岩。砾石成份以角闪片麻岩、花岗片麻岩、黑云母片麻岩为主，少量为石英岩、硅质灰岩、千枚岩及紫红色砂质泥岩等。砾石直径为5～10 cm，最大者可达1 m以上。上部砾石粗大，下部较小。无分选或分选性极差，泥质、凝灰质充填，疏松。与下伏九龙山组为平行不整合接触关系。厚度大于500 m。

2 下花园组“下段”层位的厘定

下花园组“下段”在地表沿F2断层呈带状断续出露于大坝沟井田和原红土梁煤矿东侧，岩性主要为紫红色、黄灰色砾岩，夹砂岩和泥岩，以断层关系逆冲于后城组之上。与上覆灰色含煤段接触处的岩石破碎，风化严重，界线不清（图3b）。红土梁等各矿井在勘探和生产期间先后施工钻孔60余个，一般是在揭露到相当于6号煤层的层位即终孔于中段，仅部分钻孔是在揭露“下段”红色地层几米后终孔，没有一个钻孔揭穿“下段”地层。本次补充勘探在大坝沟和大阳坡井深部施工钻孔6个，以BK3号钻孔揭露“下段”杂色地层厚度最大，为340 m（真厚），其他孔揭露厚度14.60～42.59 m。综合各钻孔资料，“下段”岩石特征及其与上覆地层之间接触关系论述于下。

（1）多数钻孔仅揭露了“下段”顶部地层，其颜色主要为紫红色，也有绿灰色和黄灰色，岩性有砾岩、砂岩及少量泥岩。BK3孔揭露厚度较大，以砾岩为主，夹细砂岩和粉砂岩。上部58 m呈黄灰色，其余以紫红、灰紫色为主，夹绿灰色。砾岩的砾石直径一般小于50 mm，多数属于中砾岩，砾石成分主要为石英岩、花岗片麻岩、片麻岩等变质岩，偶见火成岩和泥岩。分选性和磨圆度均较差，砾石多数呈次棱角状。砂泥质充填，基底式—孔隙式胶结，因含硅、钙质，岩石一般较坚硬致密。多数砾岩呈厚层块状，层理不明显，部分因夹砂、泥岩条带显示出大型交错层理。BK3钻孔揭露的“下段”中泥质岩比例较小，以夹层出现，多数为紫红色、绿灰色，少量为灰色，一般呈厚层块状，局部显示水平—缓波状层理。其他钻孔揭露的“下段”具有与之类似的岩性特征。这些岩性特征与九龙山组相似，无明显差别（图3d，图3f），但与后城组差异较大（图3c）。

（2）“下段”与中段之间，不论在颜色上还是岩性上均呈突变关系。各孔均以中段的灰色砂岩或泥岩，向下突变为“下段”的紫红色或绿灰色砾岩、泥岩，彼此之间以断层关系接触，断面两侧岩石裂隙和动力滑面发育，岩心破碎，破碎带宽度由几米至几十米。

图3 下花园组“下段”、九龙山组和后城组岩石特征Figure 3 Lithologic characteristics of Xiahuayuan Formation“lower sector”,Jiulongshan Formation and Houcheng Formation

各钻孔揭露的下花园组“下段”的顶部，即与中段接触部位，当其岩性为泥岩和粉砂岩（细砂岩）时，一般呈紫红色且裂隙发育，岩心破碎；岩性为砾岩或粗砂岩时，往往呈现为黄灰色，并向下渐变为灰紫色或紫红色，同时，其岩心比较完整，裂隙不发育。分析其形成机理，应当是粉砂岩和泥岩的硬度和强度与上覆中段地层岩性接近，所以在受力后的破碎程度也相同。而砾岩和砂岩的硬度和强度均远远大于上覆岩石，在受力后的破碎程度也小。地表水和地下水沿断层带向地下渗透、运移过程中，使断层带两侧岩石中的赤铁矿发生水化作用，Fe2O3转变为Fe2O3·nH2O，形成褐铁矿，岩石也由原来的紫红色变为黄灰色。砾岩和砂岩的渗透率一般要高于泥岩和粉砂岩，所以更容易使赤铁矿水化，形成黄灰色。

（3）上、“下段”地层倾角存在明显差异。本次施工的6个钻孔揭露的下花园组上段和中段地层倾角均在45°左右，但“下段”地层倾角普遍小于25°（图3g，图3h，图4c，图4e）。

（4）“下段”仅在红土梁煤矿区的东侧有出露，并在大坝沟、大阳坡和原红土梁煤矿井田范围内施工的钻孔中有揭露。在尚义煤田其他地区未见出露，钻孔中也未揭露，如尚义县城南ZK1号钻孔，下花园组灰色含煤地层以角度不整合关系直接覆于红旗营子岩群变质岩之上，变质岩顶部4 m具有明显的古风化壳特征（图4a、图4b）。

综上所述，红土梁煤矿区所有钻孔都未发现下花园组“下段”与中段之间呈连续过度的正常沉积关系，相反，无一例外的在颜色、岩性和地层倾角方面表现为突变关系。尤其是两段地层接触面两侧的岩石裂隙和动力滑面发育、岩心破碎的特征，在表明其属于断层关系的同时，也排除了二者之间属于“不整合”关系的可能——区域内下花园组之下没有相当的地层层位；不整合不能出现在“组”内。地表露头虽然因风化致使断层面显示不清晰，但两段接触部位两侧岩石比较破碎，也支持断层说。

“下段”分布面积约10 km2，而尚义煤田面积大于500 km2，相比而言，“下段”分布范围极其局限。在一个内陆山间盆地中，出现如此巨大的沉积环境差异，并形成厚度大于340 m的地层，在地质理论上难以解释。

前已述及，红土梁—大阳坡断层（F2）为一延展长度约25 km的逆冲断层，据地质填图及钻孔资料综合分析，该断层面地表露头倾角陡，向下倾角渐变缓，整体断层形态为铲状。“下段”以该断层为界，逆冲于后城组之上。分隔“下段”与中段的断层（F2-1），其走向与F2断层（东段）大致平行，倾向、倾角也一致。根据区域应力场及断层分布规律分析，该断层与F2及F5、F6等断层的性质相同，同属于尚义-平泉深断裂的旁侧逆冲断层，只是其规模较小，可以视为F2的伴生断层。

图4 下花园组“下段”与中段界线两侧岩石特征Figure 4 Lithologic characteristics of both sides of boundary between Xiahuayuan Formation“lower sector”and middle sector

“下段”地层仅局限于红土梁煤矿区一隅，下花园组内没有其对应层位可以对比。不论是从岩石组合还是岩性特征，与上覆九龙山组基本一致，没有本质区别，但与后城组存在较大差异。因此，该层段应当是在F2和F2-1逆冲过程中，被夹在两条断层之间的九龙山组“残片”。

3 结论

尚义盆地原下花园组“下段”杂色岩石段为九龙山组。本区不存在与阳眷组[14]、永定庄组、富县组[15]可对比的地层，该结论对研究尚义盆地沉积演化史具有重要意义。

本区下花园组“下段”、中段之间并非连续沉积关系，而为断层关系，“下段”实为九龙山组在断层逆冲过程中夹在断层带中的残片，该观点对研究“内蒙地轴”与燕山沉陷带之间的构造活动提供了启示，尤其是对煤炭资源勘查具有重要指导意义。

[1]河北省煤管局138地质队.河北省尚义县红土梁勘探区第一井田地质勘探报告（详查）[R].河北张家口：河北省煤炭工业管理局地质勘探公司138地质队，1960.

[2]张家口地区煤炭工业公司地质队.河北省尚义煤矿区红土梁井田扩大延伸补充勘探地质报告（详查）[R].河北张家口：张家口地区煤炭工业公司地质队，1983.

[3]河北煤田地质勘探公司第四地质队.河北省尚义县城南找煤总结[R].河北宣化：河北煤田地质勘探公司第四地质队，1990.

[4]张家口地区地质队.河北省张家口市尚义煤矿大阳坡井矿井地质报告[R].河北张家口：张家口地区地质队，1994.

[5]河北省煤田地质局第四地质队.河北省尚义煤田1∶2.5万地质填图总结[R].河北宣化：河北省煤田地质局第四地质队，1998.

[6]河北省煤田地质局第四地质队.河北省尚义煤田烟煤沟区普查勘探报告[R].河北宣化：河北省煤田地质局第四地质队，2005.

[7]河北省煤田地质局第四地质队.河北省尚义县红土梁煤矿外围区煤炭资源预查报告[R].河北宣化：河北省煤田地质局第四地质队，2008.

[8]河北省煤田地质局第四地质队.河北省尚义县小蒜沟区煤炭预查报告[R].河北宣化：河北省煤田地质局第四地质队，2012.

[9]河北省煤田地质局第四地质队.河北省尚义县城南区煤炭预查报告[R].河北宣化：河北省煤田地质局第四地质队，2014.

[10]河北省煤田地质局第四地质队.张矿集团尚义矿业有限公司地质补充勘探总结[R].河北宣化：河北省煤田地质局第四地质队，2016. [11]河北省地质矿产局.河北省北京市天津市区域地质志[M].北京：地质出版社，1989.

[12]河北省地质局第三地质大队.张家口地质[R].河北张家口：河北省地质局第三地质大队，1980.

[13]河北省地矿局第三地质大队，张家口市国土资源局.张家口地质矿产[M].北京：地质出版社，2013.

[14]谢明忠，张树胜，田桂堃.冀西北侏罗系一个新的地层单位—阳眷组[J].地层学杂志，1996，20（2）：134-137．

[15]中国地层典编委会.中国地层典（侏罗系）[M].北京：地质出版社，2000：13-129．

Horizon Redefinition of Xiahuayuan Formation“Lower Sector”in Hongtuliang Coalmine Area,Northwestern Hebei

Zhang Shusheng1,Xie Mingzhong2,Zhang Guoyuan1,Li Wanyang1and Fan Zhiqiang1
(1.The Fourth Exploration Team,Hebei Bureau of Coal Geological Exploration,Xuanhua,Hebei 075100; 2.Hebei Provincial Coal Geological Exploration Institute,Xingtai,Hebei 054000)

Through exploration borehole core analysis and surface outcrop survey in the Hongtuliang coalmine area,Shangyi Basin, northwestern Hebei have found that the coal-bearing strata Xiahuayuan Formation“lower sector”and middle sector is not originally considered continuous depositions,between them has obvious fault evidence.After lithologic correlation,variegated Xiahuayuan Formation“lower sector”is consistent with the overlying Jiulongshan Formation,especially,the“lower sector”volcanic rock,mudstone gravel composition,in Shangyi Basin coal measures basement,that is Xiahuayuan Formation deposit provenance,corresponding lithology inexistence.Thus expressly excludes possibility of the“lower sector”is Xiahuayuan Formation early deposition.Integrated information from various aspects can determine the“lower sector”should be belonged to Jiulongshan Formation,a kind of fragments sandwiched in fault during thrusting process.

horizon redefinition;Xiahuayuan Formation;Jiulongshan Formation;Hongtuliang coalmine area;Shangyi,northwestern Hebei

P534.52

A

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.02.02

1674-1803(2017)02-0006-05

张树胜（1961—），男，教授级高工，毕业于北京煤矿学校，从事煤田地质勘查和研究工作。

2016-09-19

责任编辑：宋博辇