搜索
8能源技术与管理2007年第6期开滦唐山煤矿地质构造规律性研究蔡超1,2,朱炎铭1,陈尚斌1,陈杰1,姚海鹏1(1.中国矿业大学资源与地球学院,江苏徐州221008;2.中国地质大学(北京)能源学院,北京100083)[摘要]矿井地质构造是影响煤矿建设与生产最重要的地质因素,运用多种方法,就唐山煤矿构造的展布、组合、形成与演化特征进行了较深入的研究。研究表明:唐山煤矿构造受多期构造作用叠加,至少经历两期构造演化,分别是燕山期的近SN向的挤压和喜山期近EW向的水平压应力作用,导致构造复杂化。[关键词]唐山煤矿;地质构造;规律性;构造演化[中图分类号]TD163[文献标识码]B[文章编号]1672!9943(2007)06!0008!030引言1区域地质概况矿井构造研究直接关系到煤矿的生产和安唐山煤矿隶属于开平煤田,位于开平煤田西全,尤其是随着煤矿机械化生产程度的提高,为保北翼的西南端,地层走向为北东、南西,主要构造证煤矿高产高效,对地质构造控制的要求也越来线平行于地层走向[1]。由北向南依次排列着、与地越高。在煤矿生产中,矿井中、小型构造,特别是断层走向基本平行的FⅠ、FⅡ、FⅢ、FⅣ、FⅤ号等主断层,裂构造一直以来是煤矿生产中急待解决的地质问其中南部边界断层FⅤ号规模最大,如图1所示。题。它不仅影响和制约着采区的布置、采面的划褶皱构造发育,除东部发育的FⅢ号断层以南的主分、生产计划的安排和采掘的交替,而且还直接控向、背斜外,向西部还发育有岭子倾伏背斜等一系制着煤炭的产量和经济效益。列褶曲构造。图1唐山煤矿矿井构造纲要图在古老的基地上,唐山矿区发育了古生界的成在三角洲沉积环境[3],以灰-深灰色粉砂岩、泥沉积盖层,自下而上依次发育有下古生界奥陶系岩、煤层和粗碎屑岩交替沉积,含可采煤层8层。中、下统,上古生界石炭系上统、二叠系,缺少古生2矿井构造特征界奥陶系上统、志留系、泥盆系和石炭系中、下统,未发现有中生界地层,二叠系上直接覆盖了第四由于受多期构造运动的作用,唐山煤矿的构系。造十分复杂,为了揭示其构造特征,下面从不同层唐山煤矿的主采煤层位于早二叠统的大苗庄次进行分析研究。组(相当于山西组),大苗庄组厚70~90m,其沉积2.1矿区断层统计分析层序旋回性明显,沉积环境鉴定标志清楚,主体形矿井构造发育具有方向性、条带性、对称性、2007年第6期蔡超等开滦唐山煤矿地质构造规律性研究9分区性等特点,而各种地质因素和构造的复合叠逆断层主要以NE向为主,其主要走向为60°方加,又造成矿井构造的复杂性和随机性。向,另有近SN向一组,而断层两侧伴有较明显的唐山煤矿的构造以断裂为主,特别是井下小牵引现象;正断层相对方向多变,但主要也可分为构造非常发育,研究表明唐山矿的小断层主要以二个优势方向,分别为NE向和近EW向,如图2近EW向为主,但正、逆断层走向有一定的差异,所示。A.正断层;B.逆断层;C.总体图2唐山矿9煤小断层走向玫瑰花图小断层在平面分布上也有较大的区别,一般2.3.1牵引褶曲逆断层多分布在主褶曲的NW翼,特别是FⅢ断层当井下遇到逆断层时,由于断层两侧的地层一带;而正断层主要分布在FⅢ断层下盘,特别是沿断层面发生运动,受到摩擦运动阻力,导致断层褶曲较缓的一翼上。两盘紧邻断层面的岩层发生明显的弧形弯曲,形2.2断裂组合特征成牵引构造。一般形成的牵引褶曲,其褶曲的枢纽(1)断裂呈平行排列。这是唐山煤矿中最主要线与断层面平行,一般岩层弯曲凸出的方向与本的断裂组合形式。主要是由相互平行的一系列产盘岩石的位移方向近于一致。由于唐山矿构造特状近于一致、断距相差不大的一组断裂组成。唐山别发育,各种小断层和伴生构造较发育,断层两侧煤矿的NE向断裂FⅠ-FⅤ,基本呈平行排列,控制的牵引现象较为明显。了矿区构造骨架。2.3.2断层带特征(2)断层间的伴生组合。在大断层的旁侧常伴断层上下两盘发生相对位移,互相挤压,使两生有许多小断层,共同构成复杂的构造带,伴生的侧附近的岩石破碎,形成与断层大致平行的破碎小断层与主断层平行或斜交,方向多变。带。图3为7451风道中揭示的一正断层,上盘为(3)断层间的交叉组合。在主要断层和生产开5煤层顶板,断层带上部为0.2～0.3m的煤粉,下拓区都比较常见,主要表现为两组或两组以上断部为岩石碎块,约0.7m,为断层角砾;下盘地层层以一定交角相交,组成共轭组合。倾角为26°~30°,近断层带处为16°~18°。2.3井下断层带特征1.5煤层顶板;2.断层带充填物,煤粉;3.断层角砾;4.灰-深灰粉砂岩图3唐山矿7451风道断层描述呈舒缓波状,剖面上断层倾角浅部陡,最大可达3推覆构造85°,向深部明显变缓,直至近水平状。受断层影唐山矿区发育了多条NE向的推覆构造,特响,该断层带断裂密度大,断层上盘构造较下盘复别是井田中部的FⅢ号主断层,是唐山煤矿内规模杂得多,牵引褶曲明显,受构造挤压,煤层发生局最大的主断层,其延伸长,明显地把唐山矿井田分部增厚;而断层下盘,地层虽也有褶皱,但可明显为上下两部分。该断层走向49°,倾向NW,平面上看出,其构造复杂程度较上盘简单,断层也相对较10能源技术与管理2007年第6期少。变形剧烈,而下覆地层变形相对较弱。4构造演化分析4.2.2喜山期燕山期的构造运动导致了唐山地区地层的大4.1深浅构造关系规模缩减。进入喜山期,通过分析华北各地具有代唐山地区深浅构造在空间位置、几何结构和表性的新生代断陷盆地的受力方式,可以认为在活动性质方面关系极为密切,清晰地展现出一幅新生代初期短暂统一的近EW向拉张应力作用下具有成因关联和深浅协调的变形图像,即多层次、形成的以垂直沉降运动为主的断陷盆地。但由于多级序的复式逆断裂—扩展背斜构造图像[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、多层地壳及低速滑脱界面造成地壳近EW向的水平压应力作用,致使NNE、NE向大“背斜”隆起,并在中地壳的隆起核部形成异常低型断裂多数都叠加了右行走滑,反映了该时期华速体;中地壳的多层性和低速性造成水平滑脱,并北板块统一的近EW向挤压应力场。在滑脱上盘的上地壳形成高角度逆冲断层和走滑在上述区域应力场作用下,唐山矿区形成走断裂,构成地壳差异变形的主体,如图4所示。向NW的正断层,复杂了矿区构造格局。图4唐山地区构造模式受控于深部的构造作用,浅部的背向斜和断裂构造在几何结构和活动性质上都是其下部变形主体向上延伸和扩展的直接结果,并在浅部产生扩展逆断裂和反冲逆断裂,形成不对称的背向斜和滑脱断层,控制了煤矿构造分布。4.2构造演化唐山矿区古生界煤系地层自形成以来经历了多期构造变动,目前的构造样式是多期次构造运动的叠加,研究表明,主要受两期构造演化。5结论(1)矿区内发育5条主要断层,在平面上走向接近一致,为北东向(NE),具有平行的组合关系。断层之间伴随有大量的中小型断层,尤其是FⅠ和FⅡ之间,FⅡ和FⅢ之间以及FⅣ和FⅤ之间是断层比较集中发育得地带。(2)研究揭示唐山矿的小断层主要以近EW向为主,但正、逆断层走向有一定的差异,逆断层主要以NE向为主,其主要走向为60°方向,另有近SN向一组,而断层两侧伴有较明显的牵引现象;正断层相对方向多变,但主要也可分为二个优势方向,分别为NE向和近EW向。小断层在平面分布上也有较大的区别,一般逆断层多分布在主褶曲的NW翼,特别是FIII断层一带;而正断层主要分布在FIII断层下盘,特别是褶曲较宽缓的一翼上。(3)唐山矿区古生界煤系地层自形成以来经4.2.1燕山期历了多期构造变动,目前的构造样式是多期次构燕山运动在本区的构造样式上钉了深刻的烙造运动的叠加。研究表明,至少经历两期构造演印,特别研究区地处燕山造山带南麓,燕山地区在化,分别是燕山期的近SN向的挤压和喜山期近中生代的造山作用(J1-K1)直接地决定了本区构EW向的水平压应力作用。造格局。燕山造山带发育了一大型薄皮构造组成[参考文献]的构造楔形体,形成了一系列逆掩断层,在同一底[1]王强.开平向斜-清凉山背斜地质构造成因分析[J].界滑动拆离面上由南向北呈前展式扩展,造成的北京地质,2001,1:45~47.地壳大量缩短。[2]沙亚南,张洪,郭英海,等.开平-涧河地区山西组的沉唐山地区位于燕山造山带的外缘,受近SN积与聚煤研究[J],中国矿业大学学报,2000,29(2).向的挤压作用,由原先的箱状褶皱为主逐渐转变[作者简介]为斜歪褶皱,并在倒转翼发育逆冲断裂(FⅢ),而蔡超(1963-),男,高级工程师,在读博士研究生,现在在主冲断层两侧发育了一系列次级逆断层,特别鹤煤集团大地公司从事矿井地质与煤田勘探研究工作。是逆冲断层的上覆构造复杂,地层褶皱强烈,煤层[收稿日期:2007-08-17]