開灤唐山煤礦地質構造規(guī)律性研究_蔡超pdf

1、8能 源 技 術 與 管 理2007 年第 6 期開灤唐山煤礦地質構造規(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 資源與地球學院, 江蘇徐州 221008 ; 2. 中國地質大學( 北京) 能源學院, 北京 100083 ) 摘 要 礦井地質構造是影響煤礦建設與生產最重要的地質因素, 運用多種方法, 就唐山煤 礦構造的展布、組合、形成與演化特征進行了較深入的研究。研究表明: 唐山煤礦構 造受多期構造作用疊加, 至少經歷兩期構造演化, 分別是燕山期的近 SN 向的擠壓 和喜山期近 EW 向的水平壓應力作用, 導致構造復雜化。 關鍵詞 唐

2、山煤礦; 地質構造; 規(guī)律性; 構造演化 中圖分類號 TD163 文獻標識碼 B 文章編號 1672!9943( 2007) 06!0008!030引 言1 區(qū)域地質概況礦井構造研究直接關系到煤礦的生產和安 唐山煤礦隸屬于開平煤田, 位于開平煤田西 全, 尤其是隨著煤礦機械化生產程度的提高, 為保 北翼的西南端, 地層走向為北東、南西, 主要構造證煤礦高產高效, 對地質構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。在煤礦生產中, 礦井中、小型構造, 特別是斷 層走向基本平行的 F、F、F、F、F號等主斷層,裂構造一直以來是煤礦生產中急待解決的地質問 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 褶皺構造發(fā)育, 除東部發(fā)育的 F號斷層以南的主 分、生產計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量和經濟效益。列褶曲構造。圖 1 唐山煤礦礦井構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造運動的作用,唐山煤礦的構系。造十分復雜, 為了揭示其構造特征, 下面從不同層唐山煤礦的主采煤層位于早二疊統(tǒng)的大苗莊次進行分析研究。組( 相當于山西組) , 大苗莊組厚 7090 m, 其沉積2.1礦區(qū)斷層統(tǒng)計分析層序旋回性明顯, 沉積環(huán)境鑒定標志清楚, 主體形礦井構造發(fā)育具有方向性、條帶性、對稱性、2007 年第 6 期蔡 超等 開灤唐山煤礦地質構造規(guī)律性研究9分區(qū)性等特點, 而各種地質因素和構造的復合疊 逆斷層主要以 NE 向為主, 其主要走向為 60°方加, 又造成礦井構造的復雜性和隨機性。向, 另有近 SN 向一組, 而斷層兩側伴

5、有較明顯的唐山煤礦的構造以斷裂為主, 特別是井下小 牽引現(xiàn)象; 正斷層相對方向多變, 但主要也可分為構造非常發(fā)育, 研究表明唐山礦的小斷層主要以 二個優(yōu)勢方向, 分別為 NE 向和近 EW 向, 如圖 2近 EW 向為主, 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斷層當井下遇到逆斷層時, 由于斷層兩側的地層一帶; 而正斷層主要分布在 F斷層下盤, 特別是 沿斷層面發(fā)生運動, 受到摩擦運動阻力, 導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盤巖石的位移方向近于一致。由于唐山礦構造特狀近于一致、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造較發(fā)育, 斷層兩側煤礦的 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, 共同構成復雜的構造帶, 伴生的 側附近的巖石破碎, 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 風道斷層描述呈舒緩波狀, 剖面上斷層傾角淺部陡, 最大可達3推覆構造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 向的推覆構造 , 特 響, 該斷層帶斷裂密度大, 斷層上盤構造較下盤復別是井田中部的 F號主斷層, 是唐山煤礦內規(guī)模 雜得多, 牽引褶曲明顯, 受構造擠壓, 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, 其構造復雜程度較上盤簡單, 斷層也相對較10能 源 技 術

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構造演化分析4.2.2 喜山期燕山期的構造運動導致了唐山地區(qū)地層的大4.1深淺構造關系規(guī)模縮減。進入喜山期, 通過分析華北各地具有代唐山地區(qū)深淺構造在空間位置、幾何結構和表性的新生代斷陷盆地的受力方式, 可以認為在活動性質方面關系極為密切, 清晰地展現(xiàn)出一幅 新生代初期短暫統(tǒng)一的近 EW 向拉張應力作用下具有成因關聯(lián)和深淺協(xié)調的變形圖像, 即多層次、 形成的以垂直沉降運動為主的斷陷盆地。但由于多級序的復式逆斷裂擴 展背斜構造圖像 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)域應力場作用下, 唐山礦區(qū)形成走斷裂, 構成地殼差異變形的主體, 如圖 4 所示。 向NW 的正斷層, 復雜了礦區(qū)構造格局。圖 4 唐山地區(qū)構造模式受控于深部的構造作用, 淺部的背向斜和斷裂構造在幾何結構和活動性質上都是其下部變形主體向上延伸和擴展的直接結果, 并在淺部產生擴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, 控制了煤礦構造分布。4.2構造演化唐山礦區(qū)古生界煤系地層自形成以來經歷了多期構造變動, 目前的構造樣式是多期次構造運動的疊加, 研究表明, 主要受兩期構造演化。5結 論( 1) 礦區(qū)內發(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向為主, 但正、逆斷層走向有一定的差異, 逆斷層 主要以 NE 向為主, 其主要走向為 60°方向, 另有近 SN 向一組, 而斷層

12、兩側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4.2.1 燕山期歷了多期構造變動, 目前的構造樣式是多期次構燕山運動在本區(qū)的構造樣式上釘了深刻的烙造運動的疊加。研究表明, 至少經歷兩期構造演印, 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 EW 向的水平壓應力作用。造格局。燕山造山帶發(fā)育了一大型薄皮構造組成 參 考 文 獻的構造楔形體, 形成了一系列逆掩斷層, 在同一底 1 王強. 開平向斜 - 清涼山背斜地質構造成因分析 J .界滑動拆離面上由南向北呈前展式擴展,造成的北京地質, 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