開灤唐山煤礦地質(zhì)構(gòu)造規(guī)律性研究_蔡超pdf

1、8能 源 技 術(shù) 與 管 理2007 年第 6 期開灤唐山煤礦地質(zhì)構(gòu)造規(guī)律性研究蔡超 1, 2, 朱炎銘 1, 陳尚斌 1, 陳 杰 1, 姚海鵬 1( 1. 中國礦業(yè)大學(xué) 資源與地球?qū)W院, 江蘇徐州 221008 ; 2. 中國地質(zhì)大學(xué)( 北京) 能源學(xué)院, 北京 100083 ) 摘 要 礦井地質(zhì)構(gòu)造是影響煤礦建設(shè)與生產(chǎn)最重要的地質(zhì)因素, 運(yùn)用多種方法, 就唐山煤 礦構(gòu)造的展布、組合、形成與演化特征進(jìn)行了較深入的研究。研究表明: 唐山煤礦構(gòu) 造受多期構(gòu)造作用疊加, 至少經(jīng)歷兩期構(gòu)造演化, 分別是燕山期的近 SN 向的擠壓 和喜山期近 EW 向的水平壓應(yīng)力作用, 導(dǎo)致構(gòu)造復(fù)雜化。 關(guān)鍵詞 唐

2、山煤礦; 地質(zhì)構(gòu)造; 規(guī)律性; 構(gòu)造演化 中圖分類號 TD163 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 B 文章編號 1672!9943( 2007) 06!0008!030引 言1 區(qū)域地質(zhì)概況礦井構(gòu)造研究直接關(guān)系到煤礦的生產(chǎn)和安 唐山煤礦隸屬于開平煤田, 位于開平煤田西 全, 尤其是隨著煤礦機(jī)械化生產(chǎn)程度的提高, 為保 北翼的西南端, 地層走向?yàn)楸睎|、南西, 主要構(gòu)造證煤礦高產(chǎn)高效, 對地質(zhì)構(gòu)造控制的要求也越來 線平行于地層走向 1 。由北向南依次排列著、與地越高。在煤礦生產(chǎn)中, 礦井中、小型構(gòu)造, 特別是斷 層走向基本平行的 F、F、F、F、F號等主斷層,裂構(gòu)造一直以來是煤礦生產(chǎn)中急待解決的地質(zhì)問 其中南部邊界斷

3、層 F號規(guī)模最大, 如圖 1 所示。 題。它不僅影響和制約著采區(qū)的布置、采面的劃 褶皺構(gòu)造發(fā)育, 除東部發(fā)育的 F號斷層以南的主 分、生產(chǎn)計(jì)劃的安排和采掘的交替, 而且還直接控 向、背斜外, 向西部還發(fā)育有嶺子傾伏背斜等一系制著煤炭的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。列褶曲構(gòu)造。圖 1 唐山煤礦礦井構(gòu)造綱要圖在古老的基地上, 唐山礦區(qū)發(fā)育了古生界的 成在三角洲沉積環(huán)境 3 , 以灰- 深灰色粉砂巖、泥沉積蓋層, 自下而上依次發(fā)育有下古生界奧陶系 巖、煤層和粗碎屑巖交替沉積, 含可采煤層8 層。中、下統(tǒng), 上古生界石炭系上統(tǒng)、二疊系, 缺少古生2礦井構(gòu)造特征界奧陶系上統(tǒng)、志留系、泥盆系和石炭系中、下統(tǒng),未發(fā)現(xiàn)有中

4、生界地層, 二疊系上直接覆蓋了第四由于受多期構(gòu)造運(yùn)動的作用,唐山煤礦的構(gòu)系。造十分復(fù)雜, 為了揭示其構(gòu)造特征, 下面從不同層唐山煤礦的主采煤層位于早二疊統(tǒng)的大苗莊次進(jìn)行分析研究。組( 相當(dāng)于山西組) , 大苗莊組厚 7090 m, 其沉積2.1礦區(qū)斷層統(tǒng)計(jì)分析層序旋回性明顯, 沉積環(huán)境鑒定標(biāo)志清楚, 主體形礦井構(gòu)造發(fā)育具有方向性、條帶性、對稱性、2007 年第 6 期蔡 超等 開灤唐山煤礦地質(zhì)構(gòu)造規(guī)律性研究9分區(qū)性等特點(diǎn), 而各種地質(zhì)因素和構(gòu)造的復(fù)合疊 逆斷層主要以 NE 向?yàn)橹? 其主要走向?yàn)?60°方加, 又造成礦井構(gòu)造的復(fù)雜性和隨機(jī)性。向, 另有近 SN 向一組, 而斷層兩側(cè)伴

5、有較明顯的唐山煤礦的構(gòu)造以斷裂為主, 特別是井下小 牽引現(xiàn)象; 正斷層相對方向多變, 但主要也可分為構(gòu)造非常發(fā)育, 研究表明唐山礦的小斷層主要以 二個(gè)優(yōu)勢方向, 分別為 NE 向和近 EW 向, 如圖 2近 EW 向?yàn)橹? 但正、逆斷層走向有一定的差異, 所示。A.正斷層; B.逆斷層;C.總體圖 2 唐山礦 9 煤小斷層走向玫瑰花圖小斷層在平面分布上也有較大的區(qū)別, 一般 2.3.1 牽引褶曲逆斷層多分布在主褶曲的 NW 翼, 特別是 F斷層當(dāng)井下遇到逆斷層時(shí), 由于斷層兩側(cè)的地層一帶; 而正斷層主要分布在 F斷層下盤, 特別是 沿?cái)鄬用姘l(fā)生運(yùn)動, 受到摩擦運(yùn)動阻力, 導(dǎo)致斷層褶曲較緩的一翼

6、上。兩盤緊鄰斷層面的巖層發(fā)生明顯的弧形彎曲, 形2.2 斷裂組合特征成牽引構(gòu)造。一般形成的牽引褶曲, 其褶曲的樞紐( 1) 斷裂呈平行排列。這是唐山煤礦中最主要 線與斷層面平行, 一般巖層彎曲凸出的方向與本的斷裂組合形式。主要是由相互平行的一系列產(chǎn)盤巖石的位移方向近于一致。由于唐山礦構(gòu)造特狀近于一致、斷距相差不大的一組斷裂組成。唐山別發(fā)育, 各種小斷層和伴生構(gòu)造較發(fā)育, 斷層兩側(cè)煤礦的 NE 向斷裂 F- F, 基本呈平行排列, 控制 的牽引現(xiàn)象較為明顯。了礦區(qū)構(gòu)造骨架。2.3.2 斷層帶特征( 2) 斷層間的伴生組合。在大斷層的旁側(cè)常伴斷層上下兩盤發(fā)生相對位移, 互相擠壓, 使兩生有許多小斷

7、層, 共同構(gòu)成復(fù)雜的構(gòu)造帶, 伴生的 側(cè)附近的巖石破碎, 形成與斷層大致平行的破碎小斷層與主斷層平行或斜交, 方向多變。帶。圖 3 為 7451 風(fēng)道中揭示的一正斷層, 上盤為( 3) 斷層間的交叉組合。在主要斷層和生產(chǎn)開 5 煤層頂板, 斷層帶上部為 0.20.3 m 的煤粉, 下拓區(qū)都比較常見, 主要表現(xiàn)為兩組或兩組以上斷 部為巖石碎塊 , 約 0.7 m, 為斷層角礫 ; 下盤地層層以一定交角相交, 組成共軛組合。傾角為 26°30°,近斷層帶處為 16°18°。2.3井下斷層帶特征1.5 煤層頂板; 2.斷層帶充填物, 煤粉; 3.斷層角礫; 4

8、.灰- 深灰粉砂巖圖 3 唐山礦 7451 風(fēng)道斷層描述呈舒緩波狀, 剖面上斷層傾角淺部陡, 最大可達(dá)3推覆構(gòu)造85°,向深部明顯變緩, 直至近水平狀。受斷層影唐山礦區(qū)發(fā)育了多條 NE 向的推覆構(gòu)造 , 特 響, 該斷層帶斷裂密度大, 斷層上盤構(gòu)造較下盤復(fù)別是井田中部的 F號主斷層, 是唐山煤礦內(nèi)規(guī)模 雜得多, 牽引褶曲明顯, 受構(gòu)造擠壓, 煤層發(fā)生局 最大的主斷層, 其延伸長, 明顯地把唐山礦井田分 部增厚; 而斷層下盤, 地層雖也有褶皺, 但可明顯為上下兩部分。該斷層走向 49°,傾向 NW, 平面上 看出, 其構(gòu)造復(fù)雜程度較上盤簡單, 斷層也相對較10能 源 技 術(shù)

9、與 管 理2007 年第 6 期少。變形劇烈, 而下覆地層變形相對較弱。4構(gòu)造演化分析4.2.2 喜山期燕山期的構(gòu)造運(yùn)動導(dǎo)致了唐山地區(qū)地層的大4.1深淺構(gòu)造關(guān)系規(guī)?？s減。進(jìn)入喜山期, 通過分析華北各地具有代唐山地區(qū)深淺構(gòu)造在空間位置、幾何結(jié)構(gòu)和表性的新生代斷陷盆地的受力方式, 可以認(rèn)為在活動性質(zhì)方面關(guān)系極為密切, 清晰地展現(xiàn)出一幅 新生代初期短暫統(tǒng)一的近 EW 向拉張應(yīng)力作用下具有成因關(guān)聯(lián)和深淺協(xié)調(diào)的變形圖像, 即多層次、 形成的以垂直沉降運(yùn)動為主的斷陷盆地。但由于多級序的復(fù)式逆斷裂擴(kuò) 展背斜構(gòu)造圖像 1 : 受青藏高原的隆升, 在新生代中后期主要受到了莫霍面斜坡、多層地殼及低速滑脫界面造成地

10、殼近EW 向的水平壓應(yīng)力作用, 致使 NNE、NE 向大“背斜”隆起, 并在中地殼的隆起核部形成異常低 型斷裂多數(shù)都疊加了右行走滑, 反映了該時(shí)期華速體; 中地殼的多層性和低速性造成水平滑脫, 并 北板塊統(tǒng)一的近 EW 向擠壓應(yīng)力場。在滑脫上盤的上地殼形成高角度逆沖斷層和走滑在上述區(qū)域應(yīng)力場作用下, 唐山礦區(qū)形成走斷裂, 構(gòu)成地殼差異變形的主體, 如圖 4 所示。 向NW 的正斷層, 復(fù)雜了礦區(qū)構(gòu)造格局。圖 4 唐山地區(qū)構(gòu)造模式受控于深部的構(gòu)造作用, 淺部的背向斜和斷裂構(gòu)造在幾何結(jié)構(gòu)和活動性質(zhì)上都是其下部變形主體向上延伸和擴(kuò)展的直接結(jié)果, 并在淺部產(chǎn)生擴(kuò)展逆斷裂和反沖逆斷裂, 形成不對稱的背向

11、斜和滑脫斷層, 控制了煤礦構(gòu)造分布。4.2構(gòu)造演化唐山礦區(qū)古生界煤系地層自形成以來經(jīng)歷了多期構(gòu)造變動, 目前的構(gòu)造樣式是多期次構(gòu)造運(yùn)動的疊加, 研究表明, 主要受兩期構(gòu)造演化。5結(jié) 論( 1) 礦區(qū)內(nèi)發(fā)育 5 條主要斷層, 在平面上走向 接近一致, 為北東向( NE) , 具有平行的組合關(guān)系。 斷層之間伴隨有大量的中小型斷層, 尤其是 F和 F之間, F和 F之間以及 F和 F之間是斷層比 較集中發(fā)育得地帶。( 2) 研究揭示唐山礦的小斷層主要以近 EW向?yàn)橹? 但正、逆斷層走向有一定的差異, 逆斷層 主要以 NE 向?yàn)橹? 其主要走向?yàn)?60°方向, 另有近 SN 向一組, 而斷層

12、兩側(cè)伴有較明顯的牽引現(xiàn)象 ; 正斷層相對方向多變, 但主要也可分為二個(gè)優(yōu) 勢方向, 分別為 NE 向和近 EW 向。小斷層在平面分布上也有較大的區(qū)別, 一般 逆斷層多分布在主褶曲的 NW 翼, 特別是 FIII 斷 層一帶; 而正斷層主要分布在 FIII 斷層下盤, 特 別是褶曲較寬緩的一翼上。( 3) 唐山礦區(qū)古生界煤系地層自形成以來經(jīng)4.2.1 燕山期歷了多期構(gòu)造變動, 目前的構(gòu)造樣式是多期次構(gòu)燕山運(yùn)動在本區(qū)的構(gòu)造樣式上釘了深刻的烙造運(yùn)動的疊加。研究表明, 至少經(jīng)歷兩期構(gòu)造演印, 特別研究區(qū)地處燕山造山帶南麓, 燕山地區(qū)在 化, 分別是燕山期的近 SN 向的擠壓和喜山期近中 生代的造山作用 ( J1- K1) 直接地決定了本區(qū)構(gòu) EW 向的水平壓應(yīng)力作用。造格局。燕山造山帶發(fā)育了一大型薄皮構(gòu)造組成 參 考 文 獻(xiàn)的構(gòu)造楔形體, 形成了一系列逆掩斷層, 在同一底 1 王強(qiáng). 開平向斜 - 清涼山背斜地質(zhì)構(gòu)造成因分析 J .界滑動拆離面上由南向北呈前展式擴(kuò)展,造成的北京地質(zhì), 2001, 1: 4547.地殼大量縮短。 2 沙亞南, 張洪, 郭英海, 等. 開平- 澗河地區(qū)山西組的沉唐山地區(qū)位于燕山造山帶的外緣,受近 SN積與聚煤研究 J , 中國