徐—宿弧形构造带格局及对其前缘煤（岩）层的影响

2019-10-30吴金联尚德锋

安徽地质 2019年3期

吴金联，尚德锋

（安徽省地质矿产勘查局325地质队，安徽淮北 235037）

0 引言

徐（州）—宿（州）弧形构造带位于华北板块东南缘、郯庐断裂西侧，蒋河向斜和闸河向斜是徐—宿地区主要的储煤构造，分布着徐州煤田、淮北煤田与淮南煤田等，是我国重要煤炭基地。对这一重要的构造带，不少学者对徐—宿地区特征进行过研究[1～11]，认为推覆构造及其弧形展布主要受向南运动和东部郯庐深断裂的挤压控制；部分学者对分布在该区的一些煤矿构造特征进行了详细分析[12～18]，认为该区断裂和褶皱对煤层具有控制作用，这对研究徐—宿地区能源矿产的空间展布、形成的构造背景以及进一步找矿勘探具有重要的指导意义。

笔者长期在该区从事煤田地质调查和找矿勘探工作，工作资料显示煤矿、石灰岩矿等一系列矿床的空间展布受徐—宿弧形构造控制。该弧形构造为一大型褶皱—逆冲断层推覆体，其中的煤层产状变化较大，局部地层发生倒转，且逆冲推覆断层发育造成煤层重复分布的特征，其前缘下部可能存在被逆掩的煤层。本文通过对蒋河煤田地质研究和徐—宿弧形构造分析，对该区寻找能源矿产和勘查起到一定的指导作用。

1 区域地质背景

徐—淮地区是呈半圆形构造带，北起山东省郯城市经江苏省徐州市、安徽省淮北市、宿州市，断续延伸到滁州市定远县以北（图1）。徐—宿弧形构造位于半圆构造中宿北断裂以北到徐州以南的部分。沿弧形构造带外缘，自北向南依次有丰沛、张大屯、蒋河、刘桥等煤田，其形成时代为石炭纪—二叠纪。蒋河煤田的岱桥汤庙勘探区的矿体研究表明，煤层受徐—宿弧形构造带的逆冲断层切割，造成煤层重复，部分倒转，断层附近煤层产状较陡，对煤层开采造成影响。

图1 徐-淮半圆形构造与有关构造关系示意图Figure 1.Schematic diagram of the relationship of the Xu-Huai semicircle structure and related structures

2 徐—宿弧形构造分带

徐—宿弧形构造带是徐—淮半圆形构造中宿北断裂以北徐州以南的中间段，也是基岩出露和构造要素连续性最好的地区。出露地层有晚元古代震旦系，古生代的寒武系、奥陶系、上石炭统、二叠系以及中生代下三叠统，并显示自东向西逐渐变新。其中寒武—奥陶系地层常构成背斜的山脊，石炭—二叠系地层常构成向斜盆地，紧密线性褶皱和逆冲断层。可分为五个褶皱—逆冲断带（岩席）（图2），它们是：淮北—萧县—拾屯冲断带（Ⅰ）、烈山—永固冲断带（Ⅱ）、黄营子—孤山寨、淮北—萧县—拾屯冲断带（Ⅲ）、夹沟—潘塘冲断带（Ⅳ）和栏杆—张集冲断带（Ⅴ）。其中，Ⅰ带西前缘为蒋河向斜，Ⅰ和Ⅱ之间形成萧县背斜和闸河向斜，Ⅱ和Ⅳ之间为皇葳峪复式背斜，Ⅴ带东部为黑风岭背斜。所有背、向斜均以北东走向、向北西突出的弧形构造。

图2 徐—宿弧形构造带构造纲要图Figure 2.Structural outline of the Xu—Su arc structural belt

淮北—萧县—拾屯冲断带（Ⅰ）：是推覆体最前缘的冲断层带，由淮北市经萧县向北延伸被徐州—苏塘断裂所截，穿过这条断层向北在拾屯以东与烈山—永固断层合并。南段东部被烈山—永固逆冲断岩席逆掩，平面上呈豆荚状展布。东西宽15km，南北两端明显缩减。其中以萧县—淮北之弧形山脊前缘的主要逆冲断层即淮北—萧县—拾屯冲断层为边界，下盘（西侧）是蒋河向斜，赋存大量煤层；上盘为寒武—奥陶纪地层组成的背斜山脊以及由石炭—二叠纪地层组成的闸河向斜。东北与烈山—永固逆冲断带相接。

烈山—永固逆冲断带（Ⅱ）：由两条分支弧形山系构成。西部山系自南部平山集以南，向北经烈山延伸到王场以北呈NNE 向弧形展布。东支山系自马桥以南，向北经青谷、双顶山、永固继续向北延伸，总体呈近SN 向，并向西呈弧形展布。两支山系的西侧各有一条规模较大的主冲断层，在华家湖以北汇合，形成一个总的冲断带向北延伸，逆冲在闸河向斜之上。

黄营子—孤山寨冲断带（Ⅲ）：南自符离集，向北经蛮顶山、皇藏峪延伸到江苏被徐州—苏塘断裂带所截。它包括皇藏峪背斜和三堡—七里沟向斜的范围，最大宽度达8km。

夹沟—潘塘冲断带（Ⅳ）：以夹沟—三堡（东）逆冲断层为界与三堡—七里沟向斜相接。主体部分由曹村复背斜和支河向斜组成。冲断层主要分布在复背斜区，在南段夹沟一带，断层密度较大。北部在潘塘附近被白垩系—古近系地层覆盖。总宽度20km，延伸长70km。

栏杆—张集冲断带（Ⅴ）：位于支河向斜之东70 km宽范围，大部分被第四系覆盖，只有零星的震旦系地层出现。逆冲断层主要使震旦系逆掩在寒武系之上，呈弧形展布。主冲断层为张集—栏杆冲断层，黑峰岭飞来峰是冲断层的残留岩席。

3 徐—宿弧形构造带前缘煤层地质特征

徐—宿弧形构造带的前缘为淮北—萧县—拾屯冲断带，紧邻该带向西为蒋河向斜，向斜地层为上石炭统—二叠系，赋存大量煤层，为著名的蒋河煤田。

3.1 蒋河煤田地质特征

3.1.1 地层

本煤田地层主要由石炭系和二叠系地层组成（见图3），详述如下。

（1）石炭系。本区仅有上统，地表出露较少。上统本溪组（C2b）：平行不整合于奥陶系老虎山组白云岩之上，整合伏于太原组地层之下的一套碎屑岩层。上部以紫色、黄绿色砂岩、页岩为主夹煤层，下部以紫色为主含铁铝岩系的泥岩、页岩，厚约22m；上统太原组（C2t）：出露不全，与下伏本溪组为整合接触，厚约150m。其岩性为灰色页岩，灰色细砂岩和灰岩互层（灰岩有12 层），上部灰岩含燧石结核，含薄煤约11层，但可采者不多，其顶部的一层生物碎屑灰岩作为标志层K1，与二叠系山西组分界（图4）。

图3 蒋和煤田地质简图Figure 3.Geological sketch of the Jianghe coalfield

图4 蒋和煤田综合柱状图Figure 4.Compiled column of the Jianghe coalfield

（2）二叠系。为本区主要含煤地层，与太原组整合接触。

下统山西组（P1s）：厚90～120m，以灰黑色页岩砂质页岩、灰白色细—粗粒砂岩为主，间夹薄层碳质页岩，一般含C、D煤层，其中D煤层为可采煤层（图4）。

下石盒子组（P1x）：厚180～210m，上部岩石含有紫色斑块，黑色页岩，砂质页岩，和灰白色细—中粒砂岩，约含煤层1～6层，可采煤层F、G底部有一层浅灰色铝土页岩K2，以它与山西组分界。

上统上石盒子组（P2s）：下段厚100～130m，为灰—浅灰色，紫红色斑块页岩和砂质页岩夹砂岩，偶含薄煤层，厚0.39m。中、上段厚约430m，以灰紫色页岩及砂质页岩为主，夹灰白色细至中粒砂岩，下部含1～2层薄煤。

上统石千峰组（P2sh）：主要为红色砂砾碎屑岩及粘土页岩，不含煤，交错层理发育，厚500m左右。

3.1.2 构造

本区位于萧县复背斜的西翼，即徐—宿弧形构造带前缘之蒋河向斜。区域构造线方向为北北向，褶皱发育，多为复式褶皱，断裂亦很发育，以走滑及逆断层为主，斜切断层次之。

含煤地层走向为30°～45°，倾向为300°～315°之间，倾角一般为20°～40°，局部因受断层影响而变陡近60°～倒转。

（1）褶皱

萧县复背斜西翼为蒋河矿区，与闸河煤田之间以萧县背斜相隔，在该背斜的西北翼，沿程蒋山—瓦子口一带的山麓西侧分布，西南端距刘桥煤田约13km。

（2）断层

本区为徐—宿弧形构造带前缘，断裂发育，正、逆断层较多，如煤田内的岱桥汤庙勘探区共被11条断层切割，划分成五个井田。11 条断层中，有三个为逆断层，其余均为正断层。

3.1.3 岩浆岩

区域内主要发育闪长岩，顺构造断层，在地层虚脱部位侵入于煤系地层中或在顶、底板出现，使煤层变薄或被吞没，部分或全部烘烤成天然焦或变质为无烟煤，或因穿插分隔，煤层被支离、间夹多层岩浆岩，严重破坏煤层的连续性，少部分离煤层较远的地层中，对其无影响。

3.2 煤层地质特征

3.2.1 含煤地层

区含煤岩系为二叠系下统山西组和下石盒子组。

山西组（P1S）：厚约123m，岩性为灰—深灰色细粒砂岩，砂质页岩和页岩互层，含煤三层，两层不可采，一层可采，自下而上命名为C煤层及D煤层（组），C煤层常被古河床冲刷或花岗斑岩吞蚀而变薄为不可采煤层，D煤组有时分为两个分层，其中一层可采。

下石盒子组（P1x）：与山西组为连续沉积，据钻孔资料大致可划分为二段。下段：厚101.02m，为本区主要含煤带，含煤4层，H、G、F、E煤层，其中G、F两层可采，其它不可采。底部有一层铝土质页岩作为标志层K2（见图4）与山西组分界，上段：厚113.20m。岩性为灰色页岩夹砂质页岩及砂岩，并常见有紫红色斑块页岩。

3.2.2 可采煤层

山西组含煤1～4层，煤层总厚度平均2.83m，可采煤层总厚度平均为1.48m，含煤系数为2.59%。煤层编号自下而上为C、D 煤层（组），C 煤层极不稳定，仅个别钻孔有煤层揭露；D 煤层，下距灰岩标志层（K1）40～58m，一般45m左右，上距标志层（K2）61～82m；D煤层厚0～2.83m,平均1.48m，D 煤层为山西组主要可采煤层，属较稳定煤层。

下石盒子组含煤2～11 层，煤层总厚度平均10.54m，可采煤层总厚平均7.13m，含煤系数为5.06%。煤层编号自上而下为H、G、F 煤组。H 煤组（层）极不稳定，F 煤组下距（K2）12～16m，上距G 煤组17～23m 左右；F 煤层煤厚0～4.78m，平均1.63m，为大部可采煤层。G 煤组上距（K3）130～180m，下距F 煤层17～23m，下距（K2）28～44m；G1、G2两煤层间距为5.00～11.00m；G 煤层煤厚0.36～3.04m，平均2.08m，G1、G2煤层为不稳定煤层，局部可采；顶底板为页岩及砂质页岩或花岗斑岩。

4 讨论

根据在本区多年勘查研究发现，徐—宿弧形构造对矿产特别是煤层影响较大，煤层被弧形构造带中的逆冲断层切错，造成煤层重复、变陡，部分煤（岩）层倒转等现象，并对后期开采带来一定影响。作如下分析。

4.1 徐—宿弧形构造带形成和演化

晚古生代沉积之后，印支期扬子板块向华北板块俯冲，导致大别山超高压变质块体和胶南—苏北超高压变质块体的向北向南和向北仰冲并在该区和张八岭地区的变质基底内形成韧性变形的糜棱岩带。在这个过程中除在胶南—苏北和大别山两个造山带前缘形成前陆褶皱冲断带之外，也在张八岭（皖东）即胶南—苏北推覆体西界侧面断坡之西形成褶皱带，使中朝大陆板块盖层发生褶皱，在渐近变形过程中形成半圆形褶皱带，或称之为徐—淮推覆体。根据《中国东部徐—淮地区地质构造格局及其形成背景》（徐树桐等,1993）可将构造要素的变形分为两个主要阶段：

第一阶段：为张八岭侧面断坡西侧潜造山带的生成阶段，中朝板块沉积盖层褶皱和小岩体侵入，褶皱可能大致平行于侧面断坡走向。随着缩短增大，变成不对称褶皱，并在其倒转翼和底部产生滑脱面及分支叠瓦状冲断层，同时侵入小岩脉。

第二阶段：在侧面断坡的继续作用下，弧形中部推覆体沿主滑面向西发生位移。已形成褶皱向西传播渐近变形改造成同斜—平卧褶皱（主要在推覆体前缘），已形成的叠瓦状冲断层同时在推覆体内发育成不同层次的具体断坡—断坪结构的阶梯状冲断层，并在断坡处形成第二期不对称背斜和后部的宽缓向斜，南北两端的褶皱在这个变形期间发生旋转而成弧形。

4.2 弧形构造对矿产勘查的影响

弧形构造中冲断带前缘主断层逆掩了部分煤系地层。如永固以北主断面被第四系掩盖，含煤岩系未出露地表，经江苏煤田二队专家预测该地段主断面之下被逆掩的含煤地层200～500m，埋深约200～1000m，分布面积50～100km2。又如烈山—永固冲断带前缘华家湖—平山集一带的向斜之下被逆掩的含煤岩系，是寻找煤田的有利地段。

图5 萧县瓦子口一带构造地质剖面Figure 5.Structural and geological section across the Wazikou area,Xiaoxian County

徐—宿弧形构造带的前缘即淮北—萧县—拾屯冲断带出露地表的主断面主要位于早、晚古生代地层之间。主断面上盘是由寒武系和奥陶系组成的向西倒转的斜卧褶皱。主断面下盘即深部主滑面之上的冲断岩席则被掩盖在第四系之下，主要是奥陶系和石炭—二叠系组成巨型紧闭的平卧褶皱。褶皱的倒转层序，据瓦子口—薛村一带钻孔控制，埋深在500～900m 以下。如果再往下钻探，在埋深1200m 左右可能会发现二叠系煤层（见图5）。

4.3 弧形构造对矿山生产的影响

弧形构造对该区煤矿生产也产生一定影响。蒋河向斜岱桥汤庙矿区煤系地层遭受破坏，煤层受断层切割，煤岩层产状较陡，部分倒转，重复产生煤层。图6 中16—2 孔与16—1 孔中的C、D 煤层被断层切割，16—1 孔中的C、D 煤层上下重复出现，且中间煤层较陡。

根据开采矿山青大煤矿、郑腰庄煤矿及黄庄煤矿的调查发现，主采煤层中4煤层和中3煤层均受断层破坏，上部煤层被断开，且发生向西褶皱，下盘煤层又被断层破坏，使煤层不连续（见图7）。断层附近要留30m 宽的防水煤柱，以防井下突水。由于煤岩层倒转，青大煤矿的可采煤层上下重复，如D煤层在150m深度的产状为100°∠60°，而在320m 深度的产状为290°∠80°，在600m 深度的产状为286°∠67°。可见在240m左右煤层就开始倒转。如此现象在郑腰庄煤矿和黄庄煤矿均有出现，给矿山设计和开采带来一定影响。