河北省煤矿区瓦斯赋存的构造逐级控制

博士学位论文河北省煤矿区瓦斯赋存的构造逐级控制TectonicGradualControlonGasoccurrenceofCoalMiningAreasinHebeiProvince江苏高校优势学科建设工程资助项目作者：王猛导师：朱炎铭教授中国矿业大学二○一二年五月学位论文使用授权声明本人完全了解中国矿业大学有关保留、使用学位论文的规定，同意本人所撰写的学位论文的使用授权按照学校的管理规定处理：作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者须授权所在学校拥有学位论文的部分使用权，即：①学校档案馆和图书馆有权保留学位论文的纸质版和电子版，可以使用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；②为教学和科研目的，学校档案馆和图书馆可以将公开的学位论文作为资料在档案馆、图书馆等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。另外，根据有关法规，同意中国国家图书馆保存研究生学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）。作者签名：导师签名：年月日年月日中图分类号P62学校代码10290UDC密级公开中国矿业大学博士学位论文河北省煤矿区瓦斯赋存的构造逐级控制TectonicGradualControlonGasoccurrenceofCoalMiningAreasinHebeiProvince作者王猛导师朱炎铭教授申请学位工学博士培养单位资源与地球科学学院学科专业矿产普查与勘探研究方向煤、油气地质答辩委员会主席秦勇评阅人陈世悦、唐书恒余继峰、姜波韦重韬二○一二年五月论文审阅认定书研究生王猛在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢本论文是在导师朱炎铭教授的悉心指导下完成的，从论文的选题、修改，到最后定稿的每一个环节，都凝结着导师的精心指导和心血。没有朱老师的指导和鼓励，论文是不可能得以顺利完成的。师从多年，受益匪浅。朱老师言传身教，不仅在学习、生活上给予我莫大的关怀和鼓励，而且其优秀的做人品质，严谨的治学态度，忘我的工作精神，将是我终生学习的楷模，这也是导师传授给我的最宝贵的财富。在此，谨向我的导师致以深深的敬意。在工作及学习期间，一直得到资源学院各位老师的教导和帮助，在此向资源学院各位老师表示衷心的感谢，感谢秦勇教授、姜波教授、郭英海教授、韦重韬教授、傅雪海教授、王文峰教授、李壮福副教授、吴财芳副教授、王继尧副教授等老师对我知识的授予以及在论文选题中提出的宝贵意见和建议，各位老师的建议对论文整体思路的成型及最终的完成起到了很大的帮助作用。论文的完成，得到了师弟陈尚斌博士、李伍博士、王阳博士、王怀勐硕士、钟和清硕士、张建胜硕士、罗跃硕士、蔡图硕士、陈洁硕士、王义海硕士、姚文涛硕士、黄辅强硕士、司庆红硕士、胡琳硕士等的热情帮助，在此一并感谢！感谢我的家人对我的一贯支持和帮助，他们的支持和鼓励是我完成学业的动力，在此衷心祝愿他们身体健康、万事如意！特别感谢各位评审专家对论文给予的细致评审和提出宝贵意见！I摘要论文以“河北省煤矿区瓦斯赋存的构造控制”为研究对象，运用板块构造、构造地质学、瓦斯赋存的构造逐级控制、瓦斯（煤层气）地质等理论与方法，以构造演化为主线，解析动力学背景和区域岩浆活动，探讨河北省地质构造特征及其演化，以及对煤层瓦斯的生、储、盖的影响；针对河北省煤矿区主要受控于太行山断裂带和燕山断褶带两大构造带，论文重点解剖研究了该两大构造带的区域的构造样式与构造演化历程，详细研究了区域构造控制下各煤矿区矿井瓦斯赋存及运移规律，并揭示了不同尺度构造对煤矿区瓦斯赋存的逐级控制作用。基于河北省构造格局及其演化的深入研究，揭示自石炭二叠系煤层形成以来，研究区至少经历了海西-印支期、燕山早-中期、燕山晚期-喜马拉雅早期和喜马拉雅晚期-现今等四期构造应力场的更替，形成了复杂的褶皱、断裂及岩浆岩侵入等地质构造格局。研究表明，自石炭-二叠纪煤系形成以来，研究区受到多期构造应力场的作用，其中对河北省各矿区构造具有重大影响的主要是燕山期和喜马拉雅期。受构造控制，河北省不同矿区的煤层经历了不同的埋藏历程，结合其瓦斯生成、赋存与逸散过程研究，发现其煤层瓦斯埋藏-逸散类型大致分为两种类型：W型和V型，不同类型其瓦斯赋存存在明显的差异性。对太行山断裂带构造背景及其演化特征解剖，结合区内主要煤矿区（邯郸矿区、邢台矿区、峰峰矿区）瓦斯赋存的构造控制研究，揭示了太行山构造带瓦斯赋存的构造控制特征。研究表明：在太行山断裂东南翼，大中型断裂的发育控制着瓦斯的分布特征，以鼓山-紫山背斜为界，在西翼大中型断裂较为发育，将井田切割成地堑、地垒和阶梯状断块，且部分通达上覆基岩不整合面，有利于瓦斯的释放，造成断层附近，特别是大断层附近，煤层瓦斯含量普遍降低，在NNE向大型断层附近形成一定范围的瓦斯排放带；在东侧发育总体走向NNE的单斜构造，有利于瓦斯的富集，因此在太行山东侧形成NNE向条带状高瓦斯带。对燕山断褶带构造背景及其演化特征解剖，结合区内主要煤矿区（张家口矿区、兴隆矿区、开滦矿区）瓦斯赋存的构造控制研究，揭示了燕山断褶带瓦斯赋存的构造控制特征，尤其是逆冲推覆构造的控制作用。研究表明：中新生代的构造运动是燕山断褶带主要的造山作用期，瓦斯的分布主要受到褶皱和断层的共同控制，构造上以挤压、褶皱、逆冲推覆为主，在逆冲推覆构造形成及演化的过程中，形成了一系列的叠瓦式构造，煤层埋深相应增大，含煤密度变大，挤压作用使含煤地层的封闭性增强，加之区域性的岩浆作用使煤变质程度增II大，瓦斯生成量大，导致推覆构造发育区瓦斯普遍较高，形成沿燕山断褶带的高瓦斯走廊，分布了一系列的高-突瓦斯矿井。运用板块构造理论，研究构造对河北省煤矿区瓦斯赋存的逐级控制，认为华北板块构造控制河北省区域构造、煤层赋存及后期改造作用，区域构造控制各个煤田构造及煤层瓦斯赋存状况，矿区构造控制井田瓦斯地质规律，井田内断层及褶皱构造亦存在瓦斯赋存的分异性，对于单个矿井而言，各煤层瓦斯赋存存在着明显差异性，主要受断裂构造、水文条件、岩浆岩分布的控制。该论文有图77幅，表8个，参考文献242篇。关键词：河北省；煤矿区；瓦斯赋存；构造演化；逐级控制IIIAbstractTakingthe“thecontroleffectoftectonicsongasoccurrenceinHebeimines”astheresearchingobject,thispaperappliesthetheoryofplatetectonics,tectonicgeology,gradualcontrolofgasoccurrence,gasandCBMgeology,takingthetectonicrevolutionasthemainline,andbyanalyzingdynamicsbackgroundandregionalmagmatism,inordertoprobeintothetectoniccharacterandrevolutionofHebeiprovince,anditsinfluenceonthesource-reservoir-cappingofgas.ConsideringthatHebeiminesaremainlycontrolledby2tectoniczones:theTaihangfaultzoneandYanshanfault-foldzone,thepaperfocusesontheregionaltectonicstyleandrevolutionofthese2zones,toresearchonthegasoccurrenceandtransportationrulesofeachminewhichisunderthecontrolofregionaltectonics,andrevealedtheimpactoftectonicsofdifferentscalesongradualcontrolofgasoccurrence.BasedonthethoroughresearchoftectonicframeworkandrevolutioninHebeiprovince,conclusionsaredrawnthatsincetheformationofcoalseaminCarboniferous-Permian,theresearchobjecthasbeenthroughHercynian-IndoChinaepoch,early-mediumYanshanepoch,lateYanshan-earlyHimalayaepochandlateHimalayathesefourtectonicepoch,formingthecomplexgeologicstructurenowadayswithcomplicatedfold-faultsystemandmagmaticintrusion.TheresearchfindingrepresentthatsincethetheformationofcoalseaminC-P,theresearchareawasinfluencedbymulti-epochtectonicstressfield,ofwhichtheYanshanandHimalayaepochareimportant.Underthecontroloftectonics,minesinHebeihavebeenthroughdifferentburialhistory,associatedwiththestudyofgasgenerating-preserving-dissipatingprocess,andtheburying-dissipatingstylecanbedividedinto2:thetype-Wandtype-V,thegasoccurrenceofdifferenttypediffersevidently.ByanalyzingthetectonicbackgroundandrevolutioncharacterofTaihangfaultzone,associatedwiththeresearchonthetectonism’simpactongasoccurrencewithintheminesoftheresearcharea(Handan,Xingtai,Fengfengmines),thepaperrevealsthecontroleffectsofTaihangfaultzoneongasoccurrence.Theresearchrepresents:inthesoutheastofTaihangfaultzone,thelarge-mediumfaultscontrolthemethanedistribution,dividedbyGushan-Zishananticline,thelarge-mediumfaultsarewelldevelopedinthewestlimb,dividedthemineintograben,horstandechelonment,andsomeofthefaultshasreachedbasementunconformity,whichisgoodformethaneIVemission,sotheneighbouringofthefaults,especiallythebigfaults,areoflowmethanecontent,andthereexistgasemissionzonesneartheNNEtrendsfaults.Monoclineareseenwithintheeastlimb,whichisgoodformethanegathering,sothehighmethanebel