陕西韩城矿区燎原煤矿断裂特征露头分析

何文龙，马东民，陈应涛

（西安科技大学，地质与环境学院，西安 710054）

陕西韩城矿区燎原煤矿断裂特征露头分析

何文龙，马东民，陈应涛

（西安科技大学，地质与环境学院，西安 710054）

根据野外地质填图资料，对陕西韩城燎原煤矿地表出露的断层进行了重新划定，将先前作为逆断层的一部分白头山南坡一带判定为正断层，属于韩城断裂的同期次级断层。综合区域构造背景和野外实地观察资料，对燎原煤矿发育的各断层特征进行分析，结果表明韩城断裂形成于上新世；韩城断裂的次级断层形成于上新世及第四纪；禹门口-西垣沟逆断层形成于白垩纪。研究区构造演化总体可分为渭北隆起和汾谓地堑两个演化阶段。

韩城断裂；禹门口-西垣沟逆断层；渭北隆起；汾渭地堑

0 引言

韩城矿区处于渭北煤田东北部，煤炭资源丰富，自北向南依次有桑树坪煤矿、下峪口煤矿、燎原煤矿、马沟渠煤矿、象山煤矿等[1]（图1）。韩城地区的地质构造研究，对煤矿的安全生产及远景勘探有重要意义。韩城地区发育的控制性构造多呈NNE-NE向展布，主要有NNE-NE的鄂尔多斯东南边缘浅部隆起构造带和马家湾构造带、NE的龙骨岭构造带、东泽村构造带和龙亭构造带[1]。其中鄂尔多斯东南边缘浅部隆起构造带延伸较长，影响到韩城地区多数煤矿。

燎原煤矿主要发育挤压作用形成的逆冲断层——禹门口-西垣沟逆断层（F2）及拉张作用形成的伸展断裂——韩城断裂（F1）及其次生断层[1，2]。笔者近几年在指导学生填图实习时发现，以前资料对矿区中部白头山南坡的断层三角面解释不清楚，而学生填图多将F2逆断层延伸到此段，这和实际不符。另外以前资料对于填图实习区内各断层的形成时间也没有明确介绍，不利于学生进行填图区构造演化的分析。

本文结合近几年笔者野外地质填图结果，重新划定了研究区部分断层，并对各断层形成时间及演化过程作了探讨。

1 区域地质背景

燎原煤矿位于陕西省韩城市北部，龙门镇西北方向（图1）。东起毛子沟，西至西垣沟，南邻黄河冲积平原（图2）。在区域构造上，研究区位于鄂尔多斯地块东南部，同时处于渭北隆起的东北端，渭河盆地北边缘。

鄂尔多斯地块是由古老的河套陆核向南扩张形成，演化可分为4个阶段：①在长城-蓟县纪（约15亿a）接受陆相砂岩及海相页岩、碳酸盐沉积，后经长期风化剥蚀；②寒武纪开始海侵，至奥陶纪主要为海相沉积的碳酸盐岩，晚奥陶世开始上升遭受风化剥蚀；③石炭纪至白垩纪由海陆交互相含煤沉积演变为陆相河湖相沉积，之后开始剥蚀；④渐新世至上新世局部河湖相沉积，第四纪大面积黄土沉积[1]。研究区地层出露情况和区域演化吻合，据前人研究资料[1]及笔者地质填图调查，研究区出露地层从老到新有：漱水群（Ars），花岗片麻岩；霍山组（Zh），石英状砂岩；馒头组（Э1m），泥质灰岩；毛庄组（Э2m），灰紫色泥岩、灰黄色泥灰岩；徐庄组（Э2x），深紫色页岩、灰色含鲕灰岩；张夏组（Э2z），竹叶状灰岩、鲕状灰岩；上寒武统（Э3），微晶-细晶白云岩；奥陶系（O1+2），燧石条带灰岩、白云质灰岩、白云岩、泥质灰岩；本溪组（C2b），泥岩、砂质泥岩、砂岩夹煤线；太原组（C2t），砂质泥岩、石英砂岩、灰岩夹煤层；山西组（P1s）砂泥岩夹煤层；下石盒子组（P1x），灰绿色、黄绿色砂泥岩；上石盒子组（P2s），铁质泥岩、紫杂色及黄绿色砂泥岩；石千峰群（P2sh），黄绿色、紫红色泥岩、砂岩；第四系（Q）冲积、洪积粉砂质黄土（图3）。

图1 研究区位置图Figure 1 Study area location

图2 构造纲要图Figure 2 Structural outline map

图3 研究区综合柱状图Figure 3 Comprehensive stratigraphic column

表1 研究区断层露头资料Table 1 Information of fault outcrops in study area

研究区断裂构造总体走向NNE-NE，延伸较长，部分断层横穿研究区（图2，表1）。断层露头主要表现为断层三角面（图4-1）、构造角砾岩（图4-4）、断层面（图4-3）、地层倒转（图5）等形态或现象。研究区主要受鄂尔多斯盆地东南边缘浅部隆起构造带影响[2]。该构造带包括NNE伸展的大断裂——韩城断裂（F1）与其次生断层，以及NE向延伸，断续分布的逆断层[1-2]。其中韩城断裂归并为汾渭地堑[1]。汾渭地堑是新生代华北板块受太平洋构造域和特提斯构造域影响发生裂解形成[3]。同时研究区处在渭北隆起边缘，因汾渭地堑的快速沉降，使渭北隆起边缘相对抬升，并遭受剥蚀[4]。

2 断层分析

2.1 韩城断裂

韩城断裂（F1）在汾谓地堑西北边缘，向北东延伸穿过禹门口与山西罗云山断裂相接[1]，向南西进入合阳后延伸至华县[5-6]，断裂总体走向为NE，倾向SE，倾角60°～70°，在平面上表现为舒缓波状延伸，剖面上表现为阶梯状的正断层向SE方向逐级降落[1]。研究区内可见F1断层切割低山山脚形成的断层三角面，如西垣沟沟口西侧的断层三角面（图4-1）。在毛子沟沟口西侧可见F1断层露头，断面产状为175°∠57°。F1上盘为第四纪黄土（Q），下盘为漱水群（Ars）花岗片麻岩（图4-2）。据露头和产状及其区域地貌特征可推测研究区内断层F1部分隐伏在黄土之下（图5）。

图4 野外照片Figure 4 The wild photos

韩城断裂是东部太平洋板块和西南印度板块从两侧挤压产生的NW、SE张力形成[3，5]，是汾渭地堑的西北边缘断裂。汾渭地堑从始新世开始活动，中新世以来，受印度板块与欧亚板块碰撞挤出作用影响，南部和北部边缘开始裂解。自上新世开始，随着NWW向与NE向剪切应力的增强，其合力影响范围由中心向东扩展[3]，进入第四纪仍在活动[6-8]。研究区内韩城断裂上盘沉积为第四纪黄土（Q），说明其形成时间不晚于第四纪。同时韩城断裂处在汾谓地堑东部，应初始形成于上新世。

图5 毛子沟沟口西侧F1露头Figure 5 Outcrop of fault F1at west side of Maozigou entrance

2.2 禹门口-西垣沟逆断层

禹门口-西垣沟逆断层（F2）在区域上呈断续分布[1]，向南东可延伸至文涧岭[9-10]，是一条强烈挤压形成的逆冲断层[2]（图6）。总体走向NE，基本和F1平行，倾向SE，倾角约50°。局部断面表现为下陡上缓。研究区内在西垣沟、秃山北侧、毛子沟可见露头（表1）。西垣沟中垭口位置可见F2断面（图4-3），产状160°∠50°。西垣沟西侧还可见寒武系被推覆于石炭系、二叠系之上[1]。受F2影响秃山北侧可见石炭系、二叠系近直立甚至倒转。现今由于采石场采挖和堆放碎石，秃山北侧的F2露头只能看见一部分，毛子沟已被碎石堆积阻断，无法观察到F2。

图6 秃山北侧F2露头（据苏生瑞等，2005修改）Figure 6 Outcrop of fault F2at north side of Tushan(after Su Shengrui et al,2005 modified)

禹门口-西垣沟逆断层（F2）在矿区内整体表现为早古生代灰岩逆冲推覆于石炭-二叠纪含煤岩系之上，由此可知该断层形成二叠纪之后。同时F2位于渭北隆起边缘。渭北地区印支期主要表现为抬升，至燕山期构造变形强烈，燕山后期形成一系列逆断层[6，11-12]，因此F2可能形成于燕山后期，即白垩纪。

2.3 秃山南坡断层

秃山南坡断层（F3）位于韩城断裂和禹门口-西垣沟断层之间，延伸较短。在研究区秃山南坡可见明显露头。总体走向近W-E，露头处走向310°。上盘为寒武系灰岩，下盘为漱水群花岗片麻岩。据野外观察，其上盘向下滑落，上下盘岩层界线有平移错动。可见构造角砾岩带，宽约1.2 m，砾石直径10～60 cm，磨圆度差（图7；图4-4）。

图7 秃山南坡F3露头Figure 7 Outcrop of fault F3at south slope of Tushan

秃山南坡断层为正断层兼走滑性质，未见和F1及F2相交，应为F1的次级小断层。同时F3走向近WE，符合F1应力由NW向拉张逐渐转变为NNW向拉张的变化趋势[3]，形成时间应晚于F1。另外野外填图发现F3将秃山南坡山梁断开，形成了另一个更低的小山包—圆山，沉积了第四纪黄土（Q）。因此推断F3形成于第四纪。

2.4 白头山南坡断层

该断层（F1-1）为本文新划分的一条断层，展布在曹家山南坡和白头山南坡。总体走向NE，和F1平行，基本沿着F2的走向延伸（图4-1）。断面倾向SE，倾角约60°。之前多将此断层划为F2，认为曹家山、白头山南坡的断层三角面为F2形成[1]。但野外观察的结果是该断层断面倾向SE，和断层三角面倾向一致，明显为正断层切割低山山嘴形成。另外，此段断层三角面两侧的F2露头（西垣沟、秃山北坡）也没有应力变化引起的断层反转的明显证据（逆断层变为正断层）。因此笔者将此断层划为F1-1，是沿着F2的断层破碎带发育的正断层。由于在下盘未发现F2痕迹，说明F2已被破坏或者下滑后被黄土覆盖。

该断层（F1-1）和F1相比，走向一致，形成的断层三角面和F1相似（图4-1），上盘均为第四纪黄土，应为F1的同期次级断层，因此（F1-1）出现在上新世。

3 构造演化

研究区出露F1、F2、F3和F1-1共4条断层。根据各断层特点可划分为2个构造演化阶段。

3.1 渭北隆起演化阶段

渭北地区处在鄂尔多斯陆块东南缘，属华北板块。该地区在印支期受扬子与华北板块汇聚作用影响开始抬升，但该时期地壳主体以垂直运动为主，主要表现为整体的抬升与剥蚀，造成该区域内缺失三叠系-侏罗系。燕山期该地区受南部秦岭陆内造山等区域性构造活动的影响[13]，再次强烈挤压活动，形成褶皱带和一系列逆断层[4，6，11-12]。研究区主要表现为西北部山地的形成并遭受剥蚀，F2断层强烈逆冲形成的推覆体[1]，以及F2下盘地层的直立甚至倒转（图6）。

3.2 汾渭地堑演化阶段

新生代以来秦岭北侧和渭北隆起南缘开始出现一系列正断层，形成汾谓地堑[6]。最初该地堑受太平洋构造域和特提斯构造域影响[3]，中新世后主要受青藏高原隆起影响[3]。第四纪以来汾谓地堑继续沉降接受沉积，并和青藏高原隆升相关[7-8]。研究区内主要是在上新世时形成韩城断裂F1及同期正断层F1-1。这些正断层切割渭北隆起边缘的低山山嘴形成断层三角面。另外在第四纪随着F1的继续活动形成了次级小断层F3，并表现出左行走滑性质。

4 结论

综上所述，对于燎原煤矿的断层构造有以下结论：

(1)曹家山-白头山南坡断层三角面之前被定为F2逆断层，本文根据其出露特点改定为正断层F1-1，认为其实韩城断裂（F1）的同期次级断层；

(2)根据研究区各断层特点，结合区域构造演化过程，确定韩城断裂（F1）及其同期次级断层（F1-1）出现在上新世；禹门口-西垣沟逆断层（F2）形成于白垩纪；秃山南坡正断层（F3）形成于第四纪。

致谢

感谢西安科技大学王英教授、陈练武教授、王生全教授、李新虎教授在野外的指导。野外工作得到西安科技大学董良、马吉斐等人协助；照片由西安科技大学张兰拍摄；地层柱状图由西安科技大学李仁伟协助绘制，特此感谢。

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Analysis of Fault Outcrops in Liaoyuan Coalmine,Hancheng Mining Area

He Wenlong,Ma Dongmin and Chen Yingtao
(Department of Geology and Environmental Engineering,Xi'an University of Science and Technology,Xi'an Shaanxi 710054)

Based on field geological mapping,has redefined faults outcropped in the Liaoyuan coalmine in Hancheng mining area, Shaanxi Province.The study has considered that the reverse fault around the south slope of Baitoushan hill previously determined should be a normal fault,a contemporaneous secondary fault of the Hancheng rupture.Based on integrated regional tectonic setting and field observation data carried out analysis for each fault features developed in Liaoyuan coalmine.The result has shown that Hancheng rupture had formed in Pliocene;its secondary faults formed from Pliocene to Quaternary;while the Yumenkou-Xiyuangou reverse fault in Cretaceous.The tectonic evolution in study area can be differentiated into Weibei uplift and Fenwei graben two evolutional stages as a whole.

Hancheng rupture;Yumenkou-Xiyuangou reverse fault;Weibei uplift;Fenwei graben

P542.3

A

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.01.01

1674-1803(2017)01-0001-05

西安科技大学博士培育基金201311资助

何文龙（1982—），男，陕西白水人，博士，从事地层古生物、资源勘查研究。

2016-06-30

责任编辑：宋博辇