豫西煤田構(gòu)造應(yīng)力對煤反射率的影響

豫西煤田構(gòu)造應(yīng)力對煤反射率的影響

結(jié)果表明，受后續(xù)構(gòu)造破壞的煤層的變質(zhì)過程非常高。一般來說，構(gòu)造煤鏡質(zhì)組的反射率大于正常煤，這是動力學(xué)變質(zhì)作用的結(jié)果。多年來,國內(nèi)外一些學(xué)者分別從不同角度探討了鏡煤反射率(reflectance)及其各向異性在巖層靜壓力和構(gòu)造應(yīng)力作用下的變化情況,提出了不同觀點[4,5,6,7,8,9,10,11,12]。多數(shù)觀點認(rèn)為,在未經(jīng)任何退變質(zhì)作用的煤中,反射率模型取決于煤在整個埋深史中溫度、時間和壓力諸因素的作用,平均反射率值主要受溫度和時間的控制,而反射率各向異性(即雙反射率)則主要受應(yīng)力的控制。豫西煤田位于華北煤田的南緣,經(jīng)過多次構(gòu)造變形,不同礦區(qū)的二1煤存在多個煤級,因此,研究該區(qū)構(gòu)造煤的鏡煤反射率特征及其與古構(gòu)造應(yīng)力場的關(guān)系具有重要的理論意義。1根據(jù)鏡煤反射率數(shù)據(jù)1.1造區(qū)的6對礦井二1煤樣品分別采自研究區(qū)北部嵩箕構(gòu)造區(qū)的王莊、大峪溝、登封和南部崤熊構(gòu)造區(qū)的平頂山十礦、五礦、大莊礦的6對礦井(圖1)。在井下正常煤層和構(gòu)造帶(如剪切帶)中,分別采集原生結(jié)構(gòu)煤和構(gòu)造煤的定向標(biāo)本,將標(biāo)本制成邊長為3~4cm的立方體,并任選互相垂直的3個面進(jìn)行拋光。1.2煤的反射率光率體/方向用德國產(chǎn)的MPVCOMPACT顯微光度計,分別在制好的3個光面(截面)上測量鏡質(zhì)組的油侵視最大反射率(Ro,max)、視最小反射率(Ro,min)及視最大反射率與坐標(biāo)軸的夾角(θ),每個光面上測30多個有效測點,然后分別計算出各自的平均值這樣,3個光面就可得到9個參數(shù)。借鑒Ramsay的方法,即通過任意3個互相垂直截面上的應(yīng)變參數(shù)求解應(yīng)變橢球,來計算煤的反射率光率體橢球。求得煤的反射率光率體橢球的3個主半軸長度(1+ei,,即真反射率Ro,max、Ro,min及Ro,maxRo,min,其中e為各方向光率體的相對伸長度)見表1。2反射率特征分析2.1壓力構(gòu)造應(yīng)力對熱變質(zhì)煤的影響從表1可以看出,研究區(qū)二1煤具有明顯的雙反射率特征,且同一礦點,構(gòu)造煤比原生結(jié)構(gòu)煤的反射率有不同程度的增高,雙反射率特征更明顯。Chandra通過對實驗室中無超壓(正常大氣壓下)和超壓條件下碳化煤的反射率研究指出:若熱變質(zhì)煤的反射率特征與實驗室無超壓條件下碳化煤的反射率特征相類似,則壓力的影響可以忽略;如果熱變質(zhì)煤反射率特征與實驗室無超壓條件下碳化煤的反射率特征不同,則這種差別正表明了壓力對熱變質(zhì)煤的影響。將研究區(qū)構(gòu)造煤和原生結(jié)構(gòu)煤(C質(zhì)量分?jǐn)?shù)均<85%)的最大和最小反射率按不同礦區(qū)分別投于Chandra圖解上(圖2),可以看出,所有的構(gòu)造煤點都落在線下方,即超壓條件下碳化煤范圍之內(nèi),而原生結(jié)構(gòu)煤幾乎都落在線上方,即無超壓條件下的碳化煤范圍之內(nèi)(注:圖中各線為不同碳化程度下超壓與無超壓煤的分界線,線上為無超壓區(qū),線下為超壓區(qū))。這說明壓力(構(gòu)造應(yīng)力)對研究區(qū)構(gòu)造煤的光性和結(jié)構(gòu)有明顯影響;對崤熊區(qū)原生結(jié)構(gòu)煤的影響不大或無影響;而大峪溝(嵩箕區(qū))原生結(jié)構(gòu)煤除壓力影響外還疊加有其他(如巖漿巖)因素。2.2b.熊區(qū)原生結(jié)構(gòu)煤將測得的各煤樣鏡質(zhì)組反射率光率體橢球的3個主半軸長度(表1)轉(zhuǎn)換成相關(guān)參數(shù)投于Ramsy(1967)改進(jìn)的弗林圖解上(圖3),可以看出:a.嵩箕構(gòu)造區(qū)的構(gòu)造煤數(shù)據(jù)點都落在K=1直線上方,即K>1,亦即(1+e1)-(1+e2)>(1+e2)-(1+e3),顯示其鏡質(zhì)組反射率光率體為二軸晶正光性,根據(jù)Chandra理論,說明該區(qū)煤層經(jīng)過強(qiáng)烈的構(gòu)造變形;b.崤熊區(qū)原生結(jié)構(gòu)煤數(shù)據(jù)點落在K=1直線下方(靠近橫坐標(biāo)軸),顯示其鏡質(zhì)組反射率光率體為一軸晶負(fù)光性,說明構(gòu)造應(yīng)力對崤熊區(qū)原生結(jié)構(gòu)煤影響不大或沒影響;c.嵩箕區(qū)原生結(jié)構(gòu)煤及崤熊區(qū)構(gòu)造煤數(shù)據(jù)點落在K=1直線下方附近,顯示其鏡質(zhì)組反射率光率體為二軸晶負(fù)光性,說明它們受構(gòu)造應(yīng)力的影響處于上述兩種情況之間。2.3聚煤期后發(fā)生的主要構(gòu)造運動J.R.Levine等人(1984)通過對美國加里福尼亞州BroadTop煤田煤的反射率研究認(rèn)為,在構(gòu)造變形很弱或無變形地區(qū),以水平巖層的靜壓力作用為主,最大反射率在層面上,且各個方向近于相等,而最小反射率與層理(面)垂直,并且最小光率軸與最大構(gòu)造主壓應(yīng)力方向平行。研究區(qū)構(gòu)造煤的光率體所代表的三軸應(yīng)力見表2。據(jù)河南煤田地質(zhì)公司研究資料,研究區(qū)聚煤期后發(fā)生了4次大的構(gòu)造運動:a.印支運動表現(xiàn)為近SN向擠壓應(yīng)力,形成了近EW向的褶皺構(gòu)造,在嵩箕構(gòu)造區(qū)表現(xiàn)尤為明顯,其最大主壓應(yīng)力指示近SN向;b.燕山運動表現(xiàn)為NWW-SEE向擠壓,造就了NW向左型走滑斷裂和走滑扭動,最大主壓應(yīng)力指示NW向;c.燕山晚期的四川運動SW-NE向的區(qū)域擠壓應(yīng)力,在嵩箕構(gòu)造區(qū)形成了NE-SW向的斷裂,在崤熊構(gòu)造區(qū)形成了褶皺逆沖帶;d.喜山早期的太平洋運動由于太平洋板塊對歐亞板塊的俯沖,產(chǎn)生EW向擠壓應(yīng)力場,形成EW向裂陷和大規(guī)模斷塊掀斜,造成深層基底拆離,誘發(fā)表層重力滑動構(gòu)造。雖然造成煤反射率各向異性的力為構(gòu)造應(yīng)力和上覆巖系靜壓力的合力,且從反射率光率體上也無法將它們分解出來,但從表2大致能看出,造成反射率各向異性的最大擠壓應(yīng)力(б1)方向分別為:嵩箕區(qū)(王莊礦、大峪溝礦)的近EW向、崤熊區(qū)的近NE-SW向和NW-SE向。通過與研究區(qū)成煤期后各次構(gòu)造運動形式和主應(yīng)力方向的對比,可以推知,影響嵩箕區(qū)二1煤變形和鏡煤反射率的主要構(gòu)造,是在前期斷裂基礎(chǔ)上喜山早期掀斜運動誘發(fā)的重力滑動構(gòu)造,而影響崤熊區(qū)的則為燕山晚期的逆沖推覆作用。3煤的反射率特征通過對研究區(qū)原生結(jié)構(gòu)煤和構(gòu)造煤反射率測試結(jié)果的對比研究發(fā)現(xiàn),豫西煤田二1煤在多次構(gòu)造運動影響下,導(dǎo)致強(qiáng)烈變形,產(chǎn)生了構(gòu)造煤,使煤的反射率明顯提高,且出現(xiàn)了雙反射率現(xiàn)象,這是動力變質(zhì)作用的結(jié)果。經(jīng)過對研究區(qū)構(gòu)造煤反射率的解析,可得到影響兩構(gòu)造區(qū)反射率的古構(gòu)造應(yīng)力