甘肅環(huán)縣西部地質(zhì)構造及控煤作用摘要本研究基于自主野外地質(zhì)調(diào)查、綜合地球物理探測及沉積構造分析，系統(tǒng)解析甘肅環(huán)縣西部地區(qū)地質(zhì)構造特征及其對煤炭資源的控制機制。研究揭示，該區(qū)域受多期構造運動疊加影響，形成復雜的褶皺-斷裂構造體系。構造活動通過控制沉積環(huán)境演變、煤層變形改造及煤系氣運聚，顯著影響煤炭資源的分布與賦存狀態(tài)。研究成果為該區(qū)煤炭資源的科學勘查與合理開發(fā)提供了可靠的地質(zhì)依據(jù)。關鍵詞甘肅環(huán)縣西部；地質(zhì)構造；控煤作用；褶皺構造；斷裂體系；含煤地層一、引言甘肅環(huán)縣西部地處鄂爾多斯盆地西緣，是我國重要的煤炭資源潛在富集區(qū)。近年來，隨著能源需求的持續(xù)增長，該區(qū)域煤炭資源的勘查開發(fā)工作不斷推進。然而，復雜的地質(zhì)構造背景使得煤層賦存條件多變，給煤炭資源的勘探與開采帶來諸多挑戰(zhàn)。深入研究該地區(qū)地質(zhì)構造特征及其對煤炭資源的控制作用，對于精準指導煤炭資源勘查、實現(xiàn)資源的高效開發(fā)利用具有重要的現(xiàn)實意義。二、區(qū)域地質(zhì)背景2.1大地構造位置環(huán)縣西部位于鄂爾多斯盆地西緣逆沖-褶皺帶與秦祁造山帶的交匯部位，在漫長的地質(zhì)歷史進程中，先后經(jīng)歷了加里東期、海西期、印支期、燕山期和喜馬拉雅期等多期構造運動的疊加改造。這些構造運動塑造了研究區(qū)獨特的“盆-山”耦合構造格局，對含煤地層的沉積、演化及后期改造產(chǎn)生了深遠影響。2.2地層發(fā)育特征區(qū)內(nèi)出露地層自老至新依次為寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系及第四系（表1）。其中，石炭-二疊系和侏羅系是主要的含煤地層。石炭-二疊系含煤地層為海陸交互相沉積，由砂巖、泥巖、煤層及灰?guī)r組成，太原組發(fā)育3-5層薄至中厚煤層，單層最大厚度可達3.0m；山西組含2-4層可采煤層，平均厚度約2.5m。侏羅系延安組為陸相河流-湖泊沉積體系，發(fā)育5-8層煤層，主力煤層平均厚度達6.0m，具有橫向分布較穩(wěn)定但垂向存在分叉合并的特點。這些含煤地層的沉積演化與區(qū)域構造運動緊密相關，其巖性組合和厚度變化記錄了盆地構造-沉積的響應過程。地層系統(tǒng)統(tǒng)組主要巖性含煤性新生界第四系-松散砂礫、黏土無中生界白堊系洛河組、環(huán)河組砂巖、泥巖無侏羅系延安組砂巖、粉砂巖、泥巖、煤層5-8層可采煤層三疊系延長組砂巖、頁巖無古生界二疊系石千峰組、上石盒子組、下石盒子組砂巖、泥巖局部含薄煤層山西組砂巖、泥巖、煤層2-4層可采煤層石炭系太原組砂巖、泥巖、煤層、灰?guī)r3-5層可采煤層奧陶系馬家溝組、克里摩里組灰?guī)r、白云巖無寒武系張夏組、饅頭組灰?guī)r、頁巖無三、地質(zhì)構造特征3.1褶皺構造研究區(qū)褶皺構造以北西-南東向為主，呈現(xiàn)出“隔檔式”分布特征，主要包括沙井子背斜、甜水堡向斜等大型褶皺構造（圖1）。沙井子背斜核部出露奧陶系馬家溝組灰?guī)r，翼部依次為石炭-二疊系含煤地層及三疊系碎屑巖，軸部地層傾角可達50°-70°，兩翼地層傾角相對較緩，為20°-35°，整體表現(xiàn)為緊閉不對稱形態(tài)。甜水堡向斜核部為侏羅系延安組，兩翼為三疊系延長組，地層傾角較為平緩，一般在10°-15°，呈現(xiàn)寬緩開闊的形態(tài)。褶皺構造對煤層賦存形態(tài)影響顯著。在沙井子背斜軸部，煤層受拉伸作用，厚度減薄明顯，相較于正常區(qū)域，厚度減薄率可達40%-60%；而在甜水堡向斜核部，煤層受擠壓作用，厚度有所增加，較平均厚度增大20%-30%。3.2斷裂構造區(qū)內(nèi)斷裂構造主要可分為北西-南東向逆斷層和近南北向正斷層兩組（圖2）。北西-南東向逆斷層規(guī)模較大，如沙井子斷層、甜水堡斷層，斷距在500-1200m之間，平面延伸長度可達20-35km，這些逆斷層對含煤地層的連續(xù)性造成嚴重破壞，導致煤層沿斷層面發(fā)生垂直位移，形成階梯狀分布。近南北向正斷層規(guī)模相對較小，斷距一般為100-300m，延伸長度5-10km，主要起到調(diào)節(jié)應力和局部改造地層的作用。斷裂帶附近煤層破碎程度高，滲透率顯著增加，可達0.5-2.0mD，這使得煤層氣容易逸散；而在斷層封閉性較好的區(qū)域，煤層氣得以富集，其含量較周邊區(qū)域高出3-5m3/t。3.3構造演化環(huán)縣西部地區(qū)的構造演化歷程可劃分為以下四個階段：加里東期基底褶皺階段：受古祁連洋閉合影響，研究區(qū)基底發(fā)生褶皺變形，奠定了區(qū)域構造的基本雛形。海西期伸展沉積階段：區(qū)域處于伸展環(huán)境，地殼穩(wěn)定沉降，形成了廣闊的海陸交互相沉積盆地，為泥炭沼澤的廣泛發(fā)育創(chuàng)造了條件，從而堆積了豐富的成煤物質(zhì)。印支-燕山期擠壓造山階段：受特提斯洋向北擠壓作用，研究區(qū)發(fā)生強烈的構造變形，形成大規(guī)模的逆沖褶皺構造，對前期形成的含煤地層進行改造，控制了煤層的變形與賦存狀態(tài)。喜馬拉雅期隆升剝蝕階段：研究區(qū)整體處于隆升狀態(tài)，遭受長期的剝蝕作用，部分含煤地層被剝蝕，煤層埋藏深度發(fā)生顯著變化。四、地質(zhì)構造對控煤作用分析4.1構造對沉積環(huán)境的控制構造運動是沉積盆地演化的主導因素，直接控制著沉積環(huán)境的變遷。在石炭-二疊紀海西期，區(qū)域構造處于伸展沉降狀態(tài)，形成了穩(wěn)定的障壁-潟湖-潮坪沉積體系。這一時期，泥炭沼澤在潟湖-潮坪環(huán)境中廣泛發(fā)育，為煤炭的形成提供了充足的物質(zhì)基礎。從太原組煤層等厚線圖（圖3）可以看出，盆地沉降中心區(qū)域煤層厚度較大，可達3.0m，向盆地邊緣方向，隨著沉積環(huán)境的變化，煤層逐漸減薄直至尖滅。到了侏羅紀延安組沉積期，受印支運動影響，盆地地形發(fā)生分異，形成了河流-三角洲-湖泊沉積體系。構造沉降速率與沉積速率的相互關系對煤層厚度和連續(xù)性起著關鍵控制作用。在湖沼中心區(qū)域，由于構造沉降速率與沉積速率相對平衡，煤層厚度大且分布穩(wěn)定；而在河流改道頻繁的沖積平原區(qū)域，煤層容易出現(xiàn)分叉變薄的現(xiàn)象。4.2構造對煤層賦存形態(tài)的控制褶皺構造通過地層的彎曲變形直接影響煤層的賦存形態(tài)。在背斜構造區(qū)域，煤層受到拉伸作用，不僅厚度變薄，還常常發(fā)育張性裂隙，這些裂隙為煤層氣的逸散提供了通道，降低了煤層氣的保存條件。例如，在沙井子背斜核部，煤層厚度由正常區(qū)域的2.5m減薄至1.0m左右。而在向斜構造區(qū)域，煤層受擠壓作用，厚度增加，且閉合裂隙發(fā)育，有利于煤層氣的保存，如甜水堡向斜核部煤層厚度較平均厚度增加了0.8-1.2m。斷裂構造對煤層的破壞作用更為直接和顯著。逆斷層使得煤層沿斷層面發(fā)生垂直位移，形成階梯狀分布，破壞了煤層的連續(xù)性，增加了煤炭開采的難度。正斷層則導致煤層發(fā)生水平錯斷，嚴重影響了煤炭資源的規(guī)?；_采。以沙井子斷層為例，三維地震資料顯示，該斷層兩側煤層錯斷距離可達800-1000m。4.3構造對煤層后期改造的影響燕山期-喜馬拉雅期的構造運動對煤層進行了強烈的后期改造。構造抬升作用使得煤層埋藏深度變淺，在研究區(qū)北部，由于白堊系的剝蝕作用，侏羅系部分煤層缺失達3-5層。構造應力作用下，煤層發(fā)生韌性變形，鏡質(zhì)體反射率升高，煤級由低變質(zhì)煙煤向中變質(zhì)煙煤演化。此外，斷裂構造為地下水的運移提供了通道，導致煤層氧化帶發(fā)育，從而影響煤炭品質(zhì)。根據(jù)鉆孔資料統(tǒng)計，在距離斷層500m范圍內(nèi)，煤層灰分含量增加15%-20%，硫分含量升高0.5%-1.0%。然而，在構造應力集中區(qū)域以及封閉性較好的斷層附近，煤層氣得以富集，形成了有利的煤層氣勘探目標區(qū)。五、結論甘肅環(huán)縣西部受多期構造運動疊加影響，形成了以北西-南東向褶皺-逆沖斷裂為主、近南北向調(diào)節(jié)斷裂為輔的復雜地質(zhì)構造體系。地質(zhì)