区域地质构造对山西成煤的影响研究

煤。油。气其实都属于沉积矿床,但因煤田与油田在社会效益上有其独立性,故而分题论之。成煤有其特定的古气候和古地理环境,它是内陆沉积,又有矿层生成与储存同体永不变位的特征,如同田地定位不动,故名谓之煤[1]。

1山西区域地质构造特征

山西地域属华北晚古生代聚气煤盆地的一部分,分属华北板块内的鄂尔多斯“。内蒙古“。山西“。燕辽“。冀鲁豫“和豫皖“等Ⅲ级块体,主体为山西块体“。华北地台是奠基在两个古陆核,即西部鄂尔多斯古陆核和东部河淮(冀鲁)古陆核的拼贴之上,山西地域位于两者之间。这种基底结构导致盖层构造为相对活动的构造带,它存在于东西两个相对稳定块体之间。山西块体周边均为逆冲断裂带所围限,西和西北分界断裂的逆冲方向,总体由东和东南向西和西北逆冲,北界由南向北逆冲,东南界由西北向东南逆冲。板块运动在板块内部转换为块体之间的运动,块体运动在块体内部又可转换为被边界条件围限的小块体“之间的运动。在同一动力背景下,可以形成不同级别。不同序次的形变区,这些形变区的构造形迹与边界条件相关联。外力作用的压应力方向与块体“边界平行,可形成斜式褶曲,或走滑断裂;若与块体“边界垂直,则形成褶皱和逆冲构造带。山西地质构造是燕山期(185～65Ma)以来的构造运动形成的,在晚古生代以前属统一的华北地台。燕山运动早期(早侏罗世)是华北板块最显著的区域性褶皱和逆冲运动,其影响不仅在板缘,而且较强烈地波及到板内,形成一系列的呈北东向雁式排列的以侏罗纪地层为核心的向斜和逆冲断裂带。燕山早期华北地台解体,首先在西部形成一个大型的鄂尔多斯侏罗纪盆地,其东延部分为山西地域内的云岗盆地。继后山西境内的娄烦。罗云山。中条山。太行山等逆冲断裂带相继活动,孤峰山。塔儿山。霍山。吕梁一五台复背斜继续隆升,其两侧形成了宁武和沁水两个中侏罗世盆地,后者晚于前者[2]。

2山西区域煤层气单元与煤田。矿区的对比

煤层气是共生并附着于煤层中的非常规天然气藏,与煤层或含煤岩系密不可分。山西地域含煤(气)地层主要为石炭二叠系。中侏罗纪大同组和下第三系白水组。后二者煤层气的生。储。保等成藏条件欠佳,勘探和开采价值不大[3]。山西石炭二叠系聚煤(气)期是统一的华北聚煤(气)盆地的一部分。具有统一的聚煤(气)史和热演化史。一级单元属于华北聚气区。燕上运动期间,华北板块山西地域分为现今的6大煤田和5个煤产地,改变了原始盆地的煤层气成藏条件。5个煤产地位于隆起带内,煤层气已大量逸散,不具备煤层气成藏条件[4]。根据山西石炭二叠系含煤(气)岩系沉积特征及其聚煤(气)规律,以及构造展布特征,山西地域煤层气聚气单元划分以吕梁一五台隆起为界,北侧分为大同。宁武。河东等3个聚气盆地,南侧为1个即沁水聚气盆地。在聚气盆地中,又根据构造线(断层带。背斜或挠曲轴线等)划分为17个含气区,含气区与煤田勘探矿区对比见表l。

沁水聚气盆地包括太原西山。霍西。沁水3大煤田范围,位于山西省中部和东南部,是北方煤炭资源最重要的赋存地之一,也是煤层气资源丰富的聚气盆地,是目前煤层气勘探程度最高,开发情况较好的聚气盆地。河东聚气盆地在20世纪80年代煤田勘探中,10余钻孔有煤层气逸出,是山西省最早进行煤层气勘查的聚气盆地。宁武聚气盆地和大同聚气盆地内都有高瓦斯矿井分布[5]。

3区域地质构造特征对山西成煤的影响

(1)南北向构造南北向构造为本区的主体构造,分布广泛,构造形迹明显。除东缘离石断裂带外,区内以褶皱为主,一系列走向南北且集中成群。成带分布的褶皱束,构成了区内构造的重要。规模较大的褶皱束如下:①九元坪褶皱束位于保兴含气区兴县蔡家崖以北,主要由崖窑上一蔡家崖背斜。九元坪一杨家坡向斜及水油塔背斜组成。这些背向斜主要分布在二叠系。三叠系中。单个褶皱长约20km,宽约1kn11=j其特点为轴向SN,彼此平行,开阔平缓,两翼对称,倾角10°左右[6]。②离石一中阳向斜位于离石大断裂东侧,属吕梁隆起带内的次级向斜。总体走向近sN,延伸长达40km。由于西侧离石大断裂的影响,西陡东缓,为一不对称向斜。一般西翼倾角15°～40°,东翼倾角10°左右。核部开阔平缓。煤田构造习惯上将其归入河东煤田,区内煤层气已大量逸散。③石楼褶皱群带分布于柳林县留誉镇以南,隰县以北石楼含气区,东西宽不足10km的范围内。在石楼及周围地区出露更为明显,由SN向或近SN向的褶皱组成,分布于二叠系。三叠系中。包括石楼背斜,王家庄向斜,马门庄背斜,麻家庄向斜及王村背斜等。其中最大者为石楼背斜,长约23kin,宽1。5km,轴向SN,两翼不对称,东翼陡,倾角22°～61°,西翼缓,倾角10°～29°。其次为马家庄向斜,长约16km,宽约2km,轴向SN,槽部平缓开阔,两翼较陡。其他褶皱规模较小,一般长3～10km。背斜多数东翼陡,西翼缓,东翼倾角5°-20°,西翼倾角4°～15°。向斜则表现为西翼陡而东翼缓[7]。④蒲县一暖泉向斜位于石楼含气区蒲县。暖泉一带,东距紫荆山断裂不远,轴向与紫荆山断裂近于平行,总长100km。在蒲县一带由于东缘断裂影响,表现为东翼稍陡,西翼平缓的不对称向斜,而在暖泉一带边缘断裂对其影响不大,故两翼的倾角基本一致。

(2)本区各带的构造特点如下:①盆缘断坳带为构造形变最为强烈的地带。由于强烈的挤压作用,致使盖层变形剧烈,形成一系列压性断层。挠褶及其伴生构造。包括紫荆山断裂带和其旁侧的蒲县一暖泉向斜以及乡宁断挠带。此外,该带还是一个地热异常带及地震活动频繁带。据有关资料记载,蒲县。河津曾发生5级以上地震数次。乡宁断挠带,该带从临汾市河底镇起,向南西方向延伸经乡宁的吉家垣。西坡至河津的禹门口切过黄河延人陕西境内,全长80余km。按其构造特点可分为3段[8]:①由临汾市河底镇至乡宁田家坡。主要由平行或斜列的一系列压性断层组成。如冯南庄压性断层。陈家沟压性断层及石灰窑压性断层等。这些断层规模中等,一般长10km左右,断裂带宽在5m以上,最宽达30m。断裂带中岩石强烈破碎,形成破碎带和构造透镜体。断面呈舒缓波状,倾角60°～80°,并有陡倾斜的擦痕。断层两侧有明显的牵引现象和平行断裂的褶皱存在,主断层倾向sE,反映南东盘向北西盘逆冲的特征。②由田家坡至乡宁西坡,表现为挠褶型,在长达40km的区段内,形成一个规模巨大的膝状挠褶带。该带走向NE,在不到lkm的范围内,地层产状由近水平变为直立甚至倒转再变为近水平状态。同一层位的岩层下降幅度相差达500m左右。挠褶的形态充分显示出当时来自南东方向的推挤作用。③即乡宁西坡至河津禹门口,以巨大逆冲断裂为特征。在河津杜家沟附近,断层南东盘太古界涑水群基底杂岩仰冲在早古生代地层之上,断距达400m以上[9]。

(3)加里东运动使本区总体上升遭受剥蚀,并形成NE向大型隆起带和凹陷带。全区经历了剥蚀。夷平和准平原化,为晚古生代含煤建造的沉积及聚煤作用创造了有利条件。石炭纪至二叠纪早期发生区域性差异升降,先后形成了石炭一二叠系煤层,二叠纪晚期至三叠纪的大幅度下沉使得煤层得以普遍保存。印支运动期间地壳缓慢抬升,三叠纪末本区处于隆起状态并广泛遭受剥蚀。燕山运动使本区形成NNE向的大型隆起和凹陷,并与区域上EW向隆起和凹陷叠加,在隆起部位煤系被剥蚀,在凹陷部位(如沁水盆地。霍西盆地)煤系得以保存。新生代喜马拉雅运动继续影响山西南部,形成了一系列NNE向断陷盆地,使得在断陷盆地内(如晋中盆地。临汾盆地)煤系得以保存,断陷盆地间则相对隆起并发生剥蚀(霍山隆起),石炭一二叠系煤层遭受到不同程度的破坏。另外,区域内一些小型断层。褶皱对于煤层的分布也有一定的影响。

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