宁夏煤炭资源控煤作用研究：结论及潜力预测

广义的构造控煤作用泛指构造作用对煤的聚集和赋存的控制关系；狭义的构造控煤则是指构造形迹或构造变形对煤层形成和赋存的控制作用。成煤盆地煤系地层的时空分布的特征表明，构造对聚煤期、聚煤区和煤层形成以后的赋存特征均具有重要的控制作用。构造作用过程和结果直接或间接为聚煤作用的发生提供了聚煤空间和聚煤条件。地球动力学环境决定了煤盆地的成因类型，同时也决定了聚煤作用的基本类型。煤系在后期构造作用下失去连续性、完整性，形成分离的赋煤构造单元和含煤块段，不仅决定了煤田勘查类型，而且决定了矿井开发的难易程度。对找煤靶区而言，构造形态对煤层赋存的控制起到决定性的作用，煤田构造研究也是一项贯穿始终的重要任务，即运用构造地质学和煤田地质学的基本理论和方法，研究煤盆地和煤层构造的几何形态、组合形式、分布规律、成因机制和发展演化进程，服务于煤炭资源勘查与开发。

图4-4-24　沙井子地区02XY01地震地质解释剖面图（据长庆油田，2003）

（一）宁东煤田构造模式探讨

宁东煤田地处华北陆块一级大地构造单元东部，处在相对稳定地块向活动带过渡的大地构造区域，属稳定块体与活动带之间的过渡地区，构造十分复杂。通过对宁东煤田的构造体系的划分，可以分析得出宁东煤田构造格局的形成主要受到贺兰山逆冲推覆构造带和六盘山东麓逆冲推覆构造带两个构造体系的影响。

由于阿拉善地块的向东推移，使贺兰坳拉槽反转，表现为大量高角度的冲断层产生和局部推覆构造的形成，冲断变形卷入基底。不同时期前缘的向东迁移性和层序间角度不整合的分布特征表明，贺兰山逆冲推覆构造带主要经历了印支期和燕山早期冲断活动，由西向东扩展，并于侏罗纪末的燕山运动Ⅰ幕最终定型（汪泽成，1991；王玉新，1991）。在燕山早期侏罗纪冲断活动的同时，由于冲断带后缘地壳应力场松弛，产生正断层活动，形成线状侏罗纪断陷（巴彦浩特盆地西部坳陷带）（王玉新，1991）。在喜山期，贺兰山逆冲推覆构造带的区域应力场已转为NWWSEE方向的拉张，开始晚期裂陷活动，形成银川地堑，见图4-4-25。

在六盘山东麓逆冲推覆构造带，来自西南方向特提斯构造域的直接挤压使老的褶皱山系复活。印支期和燕山期历次构造运动使冲断带不断向前陆扩展，形成前展式的盖层滑脱型的叠加冲断体系，见图4-4-26。冲断带活动始于中晚三叠世，该时期的前缘位于石沟驿—平凉等地。经历印支运动后，冲断带的雏形形成，后期一直活动。侏罗纪末的燕山运动Ⅰ幕，冲断活动进一步推进到惠安堡—沙井子断裂以西，直至白垩纪末的燕山运动Ⅱ幕冲断活动再次向东推进到马家滩冲断带，至此六盘山东麓逆冲推覆构造带最终定型。之后的喜山运动使得该区的构造发育特征更加复杂。

图4-4-25　贺兰山逆冲推覆构造带的演化模式（据白云来，2010年修改）

图4-4-26　六盘山东麓逆冲推覆构造带的演化模式（据白云来，2010年修改）

总体来说，宁东煤田的构造模式为逆冲推覆构造模式，见图4-4-27，但宁东煤田的两大逆冲推覆构造体系的发育特征又存在一定的差异性。

逆冲推覆的类型不同，贺兰山逆冲推覆构造带属于厚皮构造，而六盘山东麓逆冲推覆构造带属于薄皮构造。

两者的前缘反冲带的发育程度差异较大，贺兰山逆冲推覆构造带的前缘反冲带发育较好，而六盘山东麓逆冲推覆构造带的前缘反冲带几乎不发育，仅在深部发育一些小型反冲断层。其原因主要是二者的基底性质和力源的差异。

图4-4-27　鄂尔多斯盆地西缘逆冲推覆构造带模式图（据郭忠铭、汤锡元等1990，修改）

（二）宁东煤田控煤构造样式

1.构造样式的基本概念

构造样式最早由卢贡（Lugeon）引入构造地质学，是指一群构造或某种构造特征的总特征和风格，即同一期构造变形或同一应力作用下所产生的构造的总和。构造样式研究渗透在地质学研究的各个方面，属于构造形态学范畴，是地质学研究的基础。任何一个特定的地质构造现象，一条断层、一个背斜，它们的几何形态、发育历史等都存在差异。但如果从构造组合的角度分析，一组构造样式往往在剖面形态、平面展布、排列、成因机制上相互间有着密切联系和形成特点。构造样式研究的目的在于揭示地质构造发育的规律，建立地质构造模型。在地质勘探资料不足的情况下，可以通过构造样式的研究去认识可能存在的构造格局和进行构造预测。

盆地构造样式分析包括几何学、运动学、动力学和时间四大要素。几何学分析主要是通过地表观察、地震剖面解译和煤田勘探剖面来获取构造图像，将各种变形组合的应变场和应力场分析结合起来；运动学分析是将构造样式置于板块运动背景中，对构造位移变化进行分析；动力学分析主要考虑构造形成机制，与全球动力学系统所产生的伸展构造体系、收缩构造体系和走滑构造体系有关（刘和甫，1993）；同时，构造的形成具有一定的时限性。因此，构造样式不仅具有地区意义，而且具有地质时代意义。

构造样式最早用于描述褶皱，随着板块理论的深入，T.P.Harding和J.D.Lowell（1979）成功地将岩石圈板块运动和地壳变形相结合，提出基底卷入型与盖层滑脱型两大类8类构造样式分类方案。而从盆地构造和指导矿产资源勘探的角度，则强调构造样式与形成盆地的动力学一致性。从盆地形成的地球动力学来看，主要有3种地壳应力环境：（1）裂陷盆地，其最大主应力轴直立；（2）压陷盆地，其最大主应力轴水平；（3）走滑盆地，其最大主应力轴与最小主应力轴均水平。这种分类与盆地边界的3种控盆断裂是一致的。以此可将构造样式划分为伸展构造样式、压缩构造样式和走滑构造样式三大类（刘和甫，1993），以及具有构造叠加和复合性质的反转构造样式（Cooperetal，1989；陆克政，1996）。见表4-4-2。目前，地球动力学分类体系已逐渐成为许多地质学家对构造样式分类的总趋势。

表4-4-2　控煤构造样式分类简表（据曹代勇等，2009）

宁东煤田主要受六盘山逆冲推覆构造带和贺兰山逆冲推覆构造带的挤压，因而其构造样式以褶皱和逆冲断层为主要特征。构造演化史研究表明，自古生代以来，盆地遭受多期构造活动，尤其在研究区的北部地区由早期挤压构造环境向晚期伸展构造环境的反转，都会在盆地构造样式上留下丰富的构造行迹。对于宁东煤田而言，构造样式的研究程度较低，煤田构造控煤构造样式研究方面更是缺乏深入研究，本书立足于煤田勘探开发，在通过典型矿区的构造特征分析、构造成因分析、构造演化史分析的基础上，主要针对挤压构造样式和伸展构造样式，研究其几何学和运动学特征、时空展布规律及其构造变形机制。

2.宁东煤田控煤构造样式划分

宁东煤田控煤构造样式的划分采用当前构造样式研究的主流方案，即地球动力学分类，根据地壳应力环境可划分为伸展构造样式、压缩构造样式、剪切和旋转构造样式、反转构造样式、滑动构造样式、同沉积构造样式等六大类。控煤构造样式的判定，对于深入认识煤田构造发育规律、指导煤炭资源评价和煤炭资源勘查实践都具有重要意义。

根据宁东煤田的区域构造特征，结合区内含煤岩系和煤层现今分布状况与构造形态之间的关系，可将区内煤田构造样式的主要类型归纳为四大类、九小类，见表4-4-3。该划分依据为含煤岩系地层的构造形态，且只针对对含煤地层造成影响的构造形态进行讨论，不涉及对煤系地层赋存无影响的基底构造及其他与煤系地层无关的构造样式。

表4-4-3　宁东煤田控煤构造样式划分表

续表

3.典型构造样式控煤作用分析

（1）逆冲断夹块型

根据地球动力学成因分类，该构造样式应属于挤压构造样式范畴，与逆冲褶皱型构造样式成因类似，煤系地层为夹持于逆断层之间的断夹块。不同之处在于断夹块的变形程度相对较低，基本保持单斜形态，褶皱不发育，断裂对煤系赋存影响不大，多构成矿区或井田的自然边界。

此种构造样式主要发育在逆冲推覆构造带的前缘反冲带内，如贺兰山逆冲推覆构造带的前缘反冲带红墩子—横山堡一带，反冲断层发育，煤层赋存于断层之间的断夹块内，见图4-4-28、图4-4-29、图4-4-30。

图4-4-28　红墩子矿区第18勘探线地质剖面图

图4-4-29　红墩子矿区红一井田H1勘探线地质剖面图

图4-4-30　横城矿区甜水河井田T6勘探线剖面图

（2）冲起构造型

根据地球动力学成因分类，该构造样式应属于挤压构造样式范畴。在区域构造应力场强烈挤压作用下，形成对冲逆断层。由倾向相背的两组逆断层共有上升盘所组成，这类构造多发育于构造对冲的复杂部位，在两侧对冲挤压作用下，形成倾向相背的两组逆冲断层，其共同上升盘煤系抬升变浅，有利于煤炭资源勘探开发。主要发育在六盘山东麓逆冲推覆构造带前锋带内，见图4-4-31、图4-4-32。(www.xing528.com)

（3）逆冲叠瓦扇型

由产状相近或近乎平行排列的一系列由浅至深、断面由陡变缓的分支逆冲断层组成，老地层逆冲到新地层之上，煤系地层被老地层覆盖，抑或煤系地层被推到顶部。

此种构造类型为宁东煤田的主要控煤构造样式，且分布广泛，如甜水堡以北发育的次级褶皱构造，受深大断裂控制并与断裂平行走向，往往被断裂切割而复杂化。从剖面上看主干掩冲大断裂构成大型叠瓦状构造，断面一般西倾，上陡下缓，并向深部逐渐收敛，沿石炭二叠纪煤层向上滑移，见图4-1-2，据郭忠铭（1990）由西向东水平推移距离逐渐增大，这也是造成本区地层大量缩减的主要原因。

（4）逆冲褶皱型

根据地球动力学成因分类，该构造样式应属于挤压构造样式范畴。在区域压构造应力场作用下，夹持于逆断层之间的断夹块，由于边界逆冲断层的挤压和逆冲牵引作用，发生褶皱变形，褶皱轴向与边界逆冲断层走向平行。褶皱与断裂间的相关关系表明，两者之间存在一定的主次关系，以断裂形态为主，褶皱形态为辅，断裂控制着其间褶皱的形成与发育。两者可能同时形成，在形成断裂的同时形成褶皱，也可能褶皱形成时代较晚，先期形成的断层围限、控制晚期形成的褶皱。由此可见，构造对煤系赋存控制明显，断裂和褶皱对煤系赋存均有较大影响，导致煤系赋存极不稳定，不利于煤田开采。如横城矿区的马莲台井田，煤层赋存于断层之间的断夹块中，连续性被破坏，见图4-4-33。

图4-4-31　鸳鸯湖井田红柳井田第21勘探线地质剖面图

图4-4-32　积家井矿区南部第28勘探线地质剖面图

图4-4-33　横城矿区马莲台井田第25勘探线地质剖面图

（5）纵弯褶皱型

岩层受到顺层挤压作用而形成的褶皱。一般认为岩层在褶皱前处于初始的水平状态，所以纵弯褶皱是地壳受水平挤压的结果。该类构造样式主要发育在六盘山东麓逆冲推覆构造带的中带位置，即韦州—石沟驿一带，褶皱控煤为主。

（6）堑垒构造型

一般为走向一致、倾向相反的成对高角度正断层组合形式，当成对的断层中一个起主导时则成为半堑垒构造。常使煤系失去连续性，沉积的地堑常常使煤系深伏于新地层之下，不利于开发，抬升的地垒常有煤系出露，但若剥蚀强烈则可能缺失。从区域地质构造看，地堑比地垒具有更重要的地质意义，但是在煤田中小规模的堑垒构造极为发育，是正断层最常见的组合形式，断夹块抬升部位，煤系埋深变浅且构造简单有利于勘探开发，两侧断层多构成井田自然边界。在横城矿区和积家井矿区可见此构造样式发育，见图4-4-34、图4-4-35。

图4-4-34　横城矿区任家庄井田第6勘探线地质剖面图

图4-4-35　积家井矿区新乔井田第717地震勘探线地质剖面图

鄂尔多斯西缘赋煤构造带总体为一褶皱逆冲带，由10余条大型逆冲断裂、数条同向大型正断层及一些近EW走向的大型平移断层组成构造骨架，基本构造形态为总体由东向西扩展的逆冲断裂组合，与鄂尔多斯盆地主体呈向西缓倾大单斜形成鲜明对照。褶皱逆冲作用使鄂尔多斯盆地西缘石炭二叠纪和侏罗纪两套含煤地层遭受强烈改造，失去原始的连续性和完整性，被割成许多大小不等、形状各异的块段。所以，该区控煤构造样式以挤压型为主。

宁东煤田控煤构造主要以逆冲推覆构造及叠瓦扇为主，有明显的分区分带性。从板缘到板内是一个由强挤压到弱挤压的构造环境。与此相对应，推覆滑脱构造形态相应表现为深层次基底逆冲推覆构造、盖层逆冲推覆构造、重力滑动构造而呈规律性变化。各煤田内褶皱形态也相应由逆冲推覆构造控制的复杂褶皱（推覆系统与断夹块）到中小型滑片背向斜而呈规律性变化。