王家山矿区深部构造特征及找煤潜力分析

张军旺

（甘肃煤田地质研究所，甘肃兰州 730000）

1 概况

煤炭作为基础能源之一，在我国国家能源保障体系中具有不可替代的重要地位，靖远煤田王家山矿区是甘肃省的主要煤炭生产基地之一，王家山矿区于20世纪80年代中期建成投产，后随着国民经济的高速发展，市场对煤炭的需求量增大，煤炭的开采量也随之加大。为扩大老矿区后备资源储量，解决矿区可持续发展，延长矿井服务年限，寻找矿区深部的煤炭资源迫在眉睫。通过对矿区王家山煤矿深部扩大区已有资料分析研究，解剖了矿区构造形态及含煤地层在沉积演化过程的沉积环境，评价含煤地层煤炭赋存方式，希望能够对矿区深部的煤炭勘探起到一定的指导作用。

2 含煤地层及煤层

根据王家山矿区已有的勘察资料成果，区内主要含煤地层为中侏罗统窑街组，次要含煤地层为新河组下段。

窑街组：岩性主要由灰白色中、粗粒砂岩、细砾砂岩，灰至灰黑色粉砂岩、粉砂质泥岩、砂质泥岩及煤层组成。植物化石含量丰富。该段岩性总体是由下往上岩性变细，沉积环境属温暖湿润气候条件下的河湖沼泽相沉积。主采煤层一层，编号为2层煤，全区分布；及局部可采煤层两层，编号为3层煤和4层煤。区内煤系地层平均约124m。

新河组（下段）：岩性自下而上主要由灰白色中、粗粒砂岩，灰至灰黑色粉砂岩、粉砂质泥岩及薄煤层组成。该段岩性总体是由下往上岩性变细，植物化石含量较丰富。沉积环境属温暖湿润气候条件下的河湖沼泽相沉积。含不可采煤层一层，编号为1层煤。

根据已有勘探资料，矿区含煤四层，其中，1层煤呈透镜状零星产出，很不稳定，为不可采煤层；2层煤煤层稳定，为主要可采煤层；3层煤和4层煤煤层较稳定，厚度变化较大，局部缺失，为大部分可采煤层。各煤层局部出现分叉现象。

3 区域构造分析

矿区区域构造分区属柴达木-祁连板块之北祁连早古生代褶皱带北缘东段，北接华北板块之阿拉善南缘褶皱带冷龙岭地体构造总体以较强烈的挤压作用形成的较深大断裂和长轴褶皱为主要特征，主要构造形迹多呈N50°～60°W方向，同时又受华北板块之鄂尔多斯地块陇东地块南凸影响，又具有一定的旋卷构造特征（陇西旋卷构造体系）。王家山矿区深部区位于王家山向斜的东部延伸部分，其整体呈一向东倾伏的不对称向斜形态，向斜边界断层控制，构造特点是以褶皱为主，断裂为辅。也可将深部扩大区以向斜轴分为南、北两个单斜构造，南、北两翼的构造特点主要以断裂为主，褶皱为辅，见图1、图2。

4 含煤岩系沉积特征分析

通过分析研究以有地质资料可知，王家山矿区主要煤系地层即窑街组地层由南向北，由东向西均呈现厚薄相间的变化，但厚带或薄带的连线总体略呈近东西向展布。这可能反映了古东西向构造与陇西旋卷构造体系的复合影响。陇西旋卷构造体系的构造运动则使这种近东西向的隆起和拗陷复杂化，叠加上北北东向或北西西向的隆起拗陷，使东西向构造表现不很明显，煤系地层的沉积也因之呈现出厚薄相间的复杂图。

图1 矿区区域构造

图2 A-A地质剖面

矿区窑街组地层的旋回结构清楚，由三个大的旋回组成，反映了中侏罗世初期曾有过三次较大的地壳升降变迁。三个旋回上而下为：

第Ⅲ大旋回：由2层煤底板河床相粗粒-含砾砂岩开始，由河漫相开始、沼泽相过度，到泥炭沼泽相结束，以2层煤顶板湖相泥岩、粉砂岩结束。下部局部多发育有以河床相或河漫相开始，以经沼泽相、泥炭沼泽相告终的次一级的小型旋回。这些小的次级旋回中往往形成不稳定的2下层煤。由于后期冲刷剥蚀作用，致使第Ⅲ大旋回顶部湖相沉积地层大部分不全或缺失，区部范围或相变为河漫滩相。

第Ⅱ大旋回：由3层煤底板河床相粗粒砂岩开始，由河漫相开始、沼泽相过度、到泥炭沼泽相结束，至3层煤顶板湖相泥岩、粉砂岩结束。下部局部发育有以河床相或河漫相开始，经沼泽相、泥炭沼泽相，又以河床相或河漫相告终的小型旋回，形成不稳定的层煤。旋回厚度变化西薄东厚。

第Ⅰ大旋回：由4层煤底板，即侏罗系底部河床相灰白-灰色粗砂岩、砂砾岩或细砾岩开始，岩性颗粒自下而上变细，说明该段经河漫相、沼泽相、泥炭沼泽相，至4层煤顶板湖相灰至灰黑色粉、细砂岩及砂质泥岩告终。本回旋由多个小的次级河流相沉积小旋回组成，可能系古河道多次迁移形成，局部有由牛轭湖演变而成的小型泥炭沼泽带，多形成很透镜体状煤层。该旋回在王家山向斜北翼地层沉积稳定，南翼地层沉积变化较大，沼泽相、泥炭沼泽相沉积几乎全部被河床相沉积代替，致使4层煤的赋存在南翼自西向东逐渐分叉、变薄以至尖灭。回旋厚度变化西厚东薄。

综上所述，王家山矿区在侏罗纪早期沉积地层遭风化和剥蚀，致使区内大部分地方缺失侏罗系早期地层，在侏罗纪中期区内开始沉积。侏罗系地层依岩性岩相组合，自下而上可划分为五个大旋回，均以河床相开始，以湖泊相告终。其中，第Ⅰ、Ⅱ与Ⅲ旋回含主要可采煤层2层煤和局部可釆煤层3层煤与4层煤，相当于窑街组。第Ⅳ旋回相当中侏罗统新河组第一段沉积，底部只含有不稳定的偶达可采厚度的1层煤的层段：第Ⅴ旋回包括了新河组第一段的大部及新河组第二段和苦水峡组的全部地层，不含煤。这五个旋回的特征都是：自下向上旋回沉积地层厚度由薄变厚，充填物粒度由粗变细，含煤性由好变差。这反映了侏罗纪时期在王家山矿区一带曾有过五次以沉降为主的地壳运动，每次地壳沉降运动过程都是由早期到晚期，地壳的沉降幅度由小变大，速度由慢变快。在地层相-旋回示意图中旋回结构清楚稳定，见图3。

5 结论

（1）王家山矿区作为一个较为独立的、边缘由断裂构面造控制的宽缓向斜，区内含煤地层为中侏罗统窑街组，煤层层数较多，厚度较大，煤质较好；区内主要控煤构造样式为向斜。

（2）矿区深部扩大区内地带含煤地层埋藏深度沿向斜轴逐渐增加，东部向斜轴带超过1500～2000m，故在当前条件下不具有勘探开发条件。

（3）向斜内深部扩大区带含煤地层埋藏沿王家山煤矿带较浅。故边缘带为寻找煤炭资源的有利地段，通过一定的地质勘查工作，有望找到具有经济意义的煤炭资源。

图3 矿区煤系地层相-旋回