王紅霞

（甘肅煤田地質(zhì)局，甘肅蘭州 730000）

0 引言

煤炭作為我國(guó)的主體能源，是目前新能源無(wú)法替代的、自主保障能力最強(qiáng)的能源［1］。在甘肅省河西走廊北祁連一線，展布著一系列的侏羅系小型聚煤盆地，沿著祁連山脈的走向呈串珠狀分布，西起昌馬北大窯，經(jīng)玉門旱峽煤礦、肅南小馬氏河、臨澤綠泉山，東到走廊東部的長(zhǎng)山子、九條嶺、大口子等，其中長(zhǎng)山子位于武威市西北約130km，九條嶺在武威市以西約50km。河西走廊盆地北界為阿拉善南緣斷裂，南界為北祁連北麓斷裂，斷裂向西在高臺(tái)、酒泉一帶與阿爾金斷裂相交，向東插入六盤山斷裂帶內(nèi)，總體呈北西向伸展，這是一條莫霍面變異帶，也是一條重力梯度帶。上新世以來印度板塊與歐亞板塊的碰撞，致使該斷裂帶繼續(xù)活動(dòng)，并產(chǎn)生了一系列向北逆沖的推覆構(gòu)造［2］。沿這一線向武威市東南，屬于騰格里沙漠的西南緣，區(qū)內(nèi)被大面積的第四系覆蓋。石油地質(zhì)工作者將這一帶稱為武威盆地。研究區(qū)屬武威盆地，包括甘肅省武威市大部分和內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善盟，地理位置位于東經(jīng)102°48′～104°10′，北緯37°30′～38°00′，面積5 600km2（圖1）。

圖1 研究區(qū)地理位置Figure 1 Geographic location of the study area

近年來，針對(duì)武威盆地石炭紀(jì)時(shí)期構(gòu)造、沉積環(huán)境、煤層氣、頁(yè)巖氣、致密氣等方面研究較多［2］。劉洪軍等認(rèn)為武威盆地總體走向?yàn)榻鼥|西，具有褶皺帶到地塊過渡的性質(zhì)，主體位于阿拉善地塊內(nèi)［3］。陳夷等利用CEMP 測(cè)線，結(jié)合重磁震對(duì)武威盆地進(jìn)行了構(gòu)造單元?jiǎng)澐?，認(rèn)為該區(qū)整體呈現(xiàn)出隆坳相間的構(gòu)造格局，自南向北劃分出三個(gè)坳陷區(qū)域和兩個(gè)隆起區(qū)域（北部坳陷、哈拉敖包隆起、中部坳陷、翟家隆起和南部坳陷）［4］。閻存鳳等分析了武威盆地石炭紀(jì)沉積環(huán)境及含油氣遠(yuǎn)景，認(rèn)為武威盆地為濱淺海、濱海沼澤、淡化潟湖、三角洲環(huán)境，發(fā)育石炭系自生自儲(chǔ)式生儲(chǔ)蓋組合，是一個(gè)具有生油氣潛力的含油氣盆地［5-7］。研究區(qū)位于武威盆地西南部，勘探、研究程度相對(duì)較低。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域構(gòu)造及構(gòu)造演化

研究區(qū)屬祁連加里東地槽褶皺系北緣的河西走廊邊緣拗陷單元，該單元在早古生代為北祁連地向斜的北緣組成部分，加里東運(yùn)動(dòng)后，在地槽褶皺帶的基底上斷裂下陷，成為晚古生代至新生代的沉降帶，是重要的油氣資源區(qū)。泥盆紀(jì)，研究區(qū)進(jìn)入地槽期后的穩(wěn)定發(fā)展階段，發(fā)育一套未變質(zhì)的沉積巖系（圖2）。其后又為中、新生界疊加盆地?，F(xiàn)存的構(gòu)造形態(tài)主要受侏羅紀(jì)末和白堊紀(jì)的燕山運(yùn)動(dòng)影響，經(jīng)歷了喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)后，在繼承了原有構(gòu)造形態(tài)的基礎(chǔ)上，發(fā)生了一定的形變。

1.2 地層簡(jiǎn)況

研究區(qū)屬于騰格里沙漠的西南緣，被大面積的第四系覆蓋，南部和北部分別有石炭系、三疊系等地層出露［8］。區(qū)域內(nèi)含煤巖系主要有石炭系、二疊系和侏羅系，本文以侏羅系含煤巖系為研究對(duì)象，研究區(qū)侏羅系地層區(qū)劃屬柴達(dá)木地層區(qū)（Ⅱ-4）、祁連地層分區(qū)（Ⅱ-4-1）、旱峽-武威地層小區(qū)（Ⅱ-4-1-1），可劃分為上、中、下三個(gè)統(tǒng)：下侏羅統(tǒng)大山口群（J1Ds）、中侏羅統(tǒng)中間溝組（J2z）、新河組（J2x）和上侏羅統(tǒng)（J3）。中下侏羅統(tǒng)皆含煤，主要含煤段為中侏羅統(tǒng)中間溝組（J2z）（圖3）。

圖3 研究區(qū)地層綜合柱狀圖Figure 3 Comprehensive stratigraphic column of the study area

侏羅系沉積基底為三疊系或二疊系，上覆地層有白堊系、新近系和第四系。

2 巖相古地理演化史

研究區(qū)基底由前寒武紀(jì)變質(zhì)巖和早古生代大陸邊緣火山-沉積巖組成，先后經(jīng)歷了志留紀(jì)—泥盆紀(jì)前陸盆地、石炭紀(jì)—二疊紀(jì)伸展盆地、侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)斷陷盆地和新生代前陸盆地等演化階段，并由此沉積了大量的古生代—新生代陸源碎屑巖以及少量海陸交互相沉積基底層［9］。其中，中侏羅世地層整體為湖沼澤相含煤碎屑巖建造，由河流相砂巖、礫巖及河沼相炭質(zhì)泥質(zhì)頁(yè)巖夾煤層組成。初期地形差異較大，沉積物較粗；后期地形差異變小，在凹陷低洼、河湖過渡相的泥炭沼澤環(huán)境為沉積物提供了充足的可容納空間，且存在充足的物源補(bǔ)給（樹木繁茂、泥炭豐富），洼地逐漸轉(zhuǎn)成淺湖，形成以泥質(zhì)為主夾油頁(yè)巖及煤線的湖相層［10］。因此，本區(qū)中侏羅世含煤巖系巖性底部由灰白、灰綠色礫巖、砂礫巖、砂巖組成；下部由灰色、灰黑色砂巖、泥巖、煤層組成，該地層為本區(qū)主要可采煤層；中上部由灰色、灰綠色砂巖、泥巖、薄層砂礫巖組成，局部夾煤線及紫紅色薄層泥巖（圖4）。

圖4 甘肅省中侏羅世古地理圖Figure 4 Middle Jurassic paleogeographic map of Gansu

3 研究區(qū)沉積環(huán)境分析

研究區(qū)為河西走廊侏羅系盆地的東端部分，中侏羅世在祁連山山地的北坡常發(fā)育一系列串珠狀小盆地，其間植物繁盛，沉積了百余米厚的河流-沼澤相碎屑、泥質(zhì)含煤地層，武威及靖遠(yuǎn)地區(qū)在向斜構(gòu)造盆地中形成了百余米厚的河沼相泥砂、砂礫質(zhì)沉積層，伴有較穩(wěn)定煤層。從沉積相和沉積環(huán)境特征分析，這些盆地為小型的山間盆地，相互獨(dú)立或彼此有一定的聯(lián)系。研究區(qū)南部為景泰中生代（T+J）含煤盆地，西起天祝縣雙龍，東至景泰紅水，含煤巖系西厚東薄，西粗東細(xì)，北部為潮水盆地（J）［8］。兩個(gè)盆地均為東西向連通的盆地，即侏羅紀(jì)區(qū)域內(nèi)并沒有發(fā)育南北向的隆起。

現(xiàn)有資料分析認(rèn)為，武威盆地和潮水盆地均屬中—新生代內(nèi)陸山間盆地型沉積。武威盆地和潮水盆地中的中生代地層構(gòu)成和巖石組合特征相似，武威盆地侏羅紀(jì)沉積地層分布極其局限，僅以填平補(bǔ)齊的形式展布在古剝蝕面上的低凹部位，而白堊紀(jì)沉積地層在兩盆地中均有廣泛發(fā)育，且中下侏羅統(tǒng)在巖石組合上呈現(xiàn)為一套顆粒較粗的灰白色砂礫巖及黑灰色泥巖類沉積，期間夾有煤層、油頁(yè)巖及淡水灰?guī)r；而上侏羅統(tǒng)及白堊系在地層巖石組合上為一套巨厚層的紅色砂、泥巖互層。顯示早、中侏羅世時(shí)期，武威盆地和潮水盆地均處于溫暖潮濕的河流、沼澤及淺水湖泊相還原環(huán)境，具備了植物生長(zhǎng)、泥炭堆積的成煤條件；至晚侏羅世及白堊世，兩盆地盡管依然處于地殼下沉接受沉積的發(fā)展階段，但古地理及古氣候條件發(fā)生了根本改變，演變?yōu)楦珊笛谉岬难趸h(huán)境下的深水湖泊相紅色細(xì)碎屑巖沉積為主，輔以盆地周邊靠近山前發(fā)育的雜色河流相及山麓粗碎屑巖堆積［10］。

據(jù)此推斷，這一系列串珠狀分布的河西走廊侏羅系山間小盆地仍會(huì)繼續(xù)向武威以東展布，其沉積規(guī)模也會(huì)由西向東相應(yīng)有所擴(kuò)大。

4 構(gòu)造控制作用

后期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)這些的聚煤盆地起到較大的破壞作用，除小范圍保存下來之外，大面積遭到剝蝕。

研究區(qū)與潮水盆地均屬阿拉善地塊及其邊緣，研究區(qū)南部為向北逆沖的祁連山北緣斷裂和盆地南緣斷裂，北側(cè)為向南逆沖的龍首山南緣斷裂，龍首山南緣斷裂是武威盆地與潮水盆地的分界線。龍首山造山帶形成于加里東造山期，是早古生代中期柴達(dá)木微地塊和阿拉善微地塊碰撞形成的造山帶。該地區(qū)主要發(fā)育前寒武紀(jì)變質(zhì)巖、古生代花崗巖和中生代陸相沉積巖。龍首山內(nèi)部及南北兩側(cè)發(fā)育多條與山體平行的斷裂帶，龍首山南緣斷層被認(rèn)為是龍首山隆升的主要控制斷層，晚白世受燕山運(yùn)動(dòng)的影響，龍首山地區(qū)至少經(jīng)歷了一次隆升剝蝕。進(jìn)入新生代以來，受青藏高原形成及擴(kuò)展產(chǎn)生的北東向擠壓應(yīng)力影響，龍首山地區(qū)的北西西走向斷裂再次活化造成了龍首山的快速隆升，最終形成了現(xiàn)今的地貌特征［11-14］。

研究區(qū)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)最為劇烈的地段是在武威西部的九條嶺礦區(qū)一帶，由該處向東西方向構(gòu)造運(yùn)動(dòng)均顯著減弱，普遍沉積了白堊系和第三系（古近系、新近系），在西部有長(zhǎng)山子礦區(qū)得以保存，向東在武威市的東部和南部也具有保存下來的有利條件，但同時(shí)煤系地層的埋深也決定著其開發(fā)的前景，需要把握剝蝕區(qū)與保留區(qū)的界線，才能找到利于勘查和開發(fā)的煤層。

含煤區(qū)的分布受控于區(qū)域構(gòu)造，形成了多種構(gòu)造控煤形式，一定區(qū)域范圍內(nèi)同期構(gòu)造變形，往往具有一些成因的內(nèi)在聯(lián)系和共同特點(diǎn)［15］。

河西走廊聚煤盆地處于祁連加里東褶皺帶-河西走廊邊緣拗陷這一構(gòu)造體系，盆地的形成和展布受祁連山地槽后期拗陷的控制［16-17］。該單元位于北祁連地向斜和華北地臺(tái)之間，從泥盆紀(jì)開始進(jìn)入構(gòu)造活動(dòng)穩(wěn)定階段后，其斷裂分異和巖漿活動(dòng)較微弱，構(gòu)造以不對(duì)稱的過渡型褶曲為主，而這一系列的小型聚煤盆地位于其南緣（如旱峽煤礦）和次一級(jí)隆起部位（如長(zhǎng)山子、九條嶺等），向北埋藏可能逐漸加深。而研究區(qū)處于該構(gòu)造體系的隆起部位，南部的景泰盆地則位于該體系的南緣。

北部與潮水盆地間有龍首山脈相隔，但其在大地構(gòu)造位置上均屬于龍首山-雅布賴地塊的次級(jí)構(gòu)造單元，研究區(qū)在構(gòu)造成因和沉積環(huán)境上與潮水盆地具有高度的一致性［18］。從對(duì)稱成礦的理論分析，潮水盆地位于龍首山褶皺帶北翼，而研究區(qū)在龍首山褶皺帶的南翼，其亦有聚煤盆地存在的可能。

5 找煤前景探討

研究區(qū)總體趨勢(shì)為南高北低，構(gòu)造上由“三坳兩隆”5個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元及20個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元組成。一級(jí)構(gòu)造單元為北部坳陷、哈拉敖包隆起、中部坳陷、翟家隆起和南部坳陷，其中北部坳陷包含兒馬湖凹陷、巴彥都冷西凸起、頭道湖凹陷、諾爾圖凸起以及亂井凹陷；中部坳陷包含赤金堡凸起、陳家圈凹陷、冰草湖凹陷；翟家隆起包含武威凸起、下雙案凹陷、永昌凸起、革命井北凹陷以及翟家凸起；南部坳陷包含黃羊鎮(zhèn)凹陷、大靖凹陷、趙家井東凸起、土墩凹陷以及中為凹陷（圖5）。

圖5 研究區(qū)構(gòu)造劃分Figure 5 Structural division of the study area

陳夷等認(rèn)為武威盆地中部凹陷的二級(jí)構(gòu)造單元冰草湖凹陷發(fā)育石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系及新生界，冰草湖作為繼承性凹陷，上部中新生界較完整。石炭系厚900～2 100m，二疊系、三疊系厚500～900m，侏羅系、白堊系厚400～500m［4］；根據(jù)地震剖面以及鉆探資料分析：在武威盆地兒馬湖凹陷地層依然發(fā)育有石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系及新生界。因此，研究區(qū)覆蓋層以下存在侏羅系的可能性較大［19］，在覆蓋層下找煤可以作為今后煤田地質(zhì)工作的一個(gè)方向。

綜上，區(qū)內(nèi)的找煤方向可以放在長(zhǎng)山子—九條嶺一帶，再依區(qū)域主構(gòu)造線方向向東南延伸。這一地段內(nèi)以次一級(jí)隆起地段為突破口，因本區(qū)風(fēng)化、剝蝕作用強(qiáng)烈，隆起部位往往易被剝蝕，故可在隆起的南北緣順次開展工作。而且根據(jù)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度自西向東減弱的特點(diǎn)，找煤工作也宜自西向東進(jìn)行。

6 結(jié)論

1）研究區(qū)位于武威盆地，在中侏羅世時(shí)期處于溫暖潮濕的河流、沼澤及淺水湖泊相還原環(huán)境，具備了植物生長(zhǎng)、泥炭堆積的成煤條件，物源供給充分、可容納空間充足，沉積形成了整體為湖沼澤相的含煤碎屑巖建造，巖性由河流相砂巖、礫巖及河沼相炭質(zhì)泥質(zhì)頁(yè)巖夾煤層組成，為本區(qū)主要可采煤層。

2）武威盆地處于祁連加里東褶皺帶-河西走廊邊緣拗陷構(gòu)造體系的隆起部位，該構(gòu)造體系南緣和次一級(jí)隆起部位發(fā)育有一系列的小型聚煤盆地。武威盆地北部與潮水盆地間有龍首山脈相隔，兩者在構(gòu)造成因和沉積環(huán)境上具有高度的一致性，因此，區(qū)內(nèi)有聚煤盆地存在的可能。

3）從古地理、古構(gòu)造、沉積相以及沉積環(huán)境等角度分析，武威市東部—東南部地區(qū)具有煤系地層發(fā)育的先決條件，從構(gòu)造體系對(duì)聚煤盆地的控制特征看，該區(qū)也有煤系地層得以保存的條件。下一步找煤研究工作重點(diǎn)是尋找出埋深適當(dāng)區(qū)域，圈定勘探開發(fā)有利區(qū)。