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文章编号:1001-1986(2013)潘集矿区煤层层滑构造特征及其与潘集背斜的关系乐琪浪1，林承灏2，杨为民3，陈萍2（1.中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，河北保定071051；2.安徽理工大学地球与环境学院，安徽淮南232001；3.中国地质科学院地质力学研究所，北京100081）摘要：通过对潘集矿区构造特征及矿区构造应力场分析，对潘集背斜两翼的潘北井田和潘一井田中的层滑构造进行研究，将矿区分为10个主层滑区及29个层滑亚区。研究结果显示:矿区层滑构造的产生与南北向主应力场及大型断裂所构建的局部应力场密切相关；层滑构造导致矿区形成近东西向薄煤带，发育以Ⅱ和Ⅲ类型为主的构造煤；层滑构造多发育在背斜两翼，且以断滑型和揉皱型为主，而在背斜核部则以断裂型为主；在纵向上，层滑构造类型也具有明显的规律性，在相对浅的区域，层滑构造以断裂型为主，往下是断滑型，而在较深部位及断裂构造交汇处，则主要表现为揉皱型。关健词：煤层；层滑构造；潘集背斜；发育特征；分布规律；关系中图分类号：P618.11文献标识码：ATherelationshipbetweenthePanjianticlineandthedevelopmentcharacteristicsofinterlayer-glidingstructureinPanjimineLEQilang1，LINChenghao2，YANGWeimin3，CHENPing2（1.CenterforHydrogeologyandEnvironmentalGeology,ChinaGeologicalSurvey,Baoding071051,China;2.EarthandEnvironmentInstitute,AnhuiUniversityofScienceandTechnology,Huainan232001,China;3.InstituteofGeomechanics,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100081,China)Abstract:ThestructuralcharacteristicsofPanjianticlineandtectonicstressfieldinPanjicoalminewerestudiedandthePanjiminingareaisdividedinto10maininterlayer-glidingareasand29sub-areasbyanalyzingthefeaturesandtypesoftheinterlayer-glidingstructures.Theresultsindicatethatthedirectionoftheinterlayer-glidingstructuresiscloselyrelatedtothedirectionofN-Sprincipalstressfieldandthelocalstressfieldformedbythelarge-scalefaultstructures.TheEWtrendingthinseamzonesandtheⅡ,Ⅲtypetectoniccoalwerecausedbytheinterlayer-gliding.Theinterlayer-glidingstructuresmainlydevelopedintheanticlinewings,withfault-slidingandcorrugationasdominantstructuresinthewings,fractureinthecoreofanticline.Vertically,thetypesoftheinterlayer-glidingstructureshaveobviousregularities.Intherelativelyshallowarea,interlayerslidingstructuresaremainlyfractures,downwardarefault-slidingtypeandcorrugationtypeismainlydevelopedinthedeeppartortheinterchangeofthefaults.Keywords:coalseam;interlayer-glidingstructure;Panjianticline;developmentcharacteristics;distributionlaws;relationship层滑构造的主要特点是软弱带发生层间滑动，使矿井构造类型复杂化，引起煤层赋存状态的改变导致煤层突变，使其连续性、完整性遭到破坏。层滑运动造成固态流变，造成煤层及顶底板严重破坏[1-2]。近年来，国内外对矿井层滑构造做了大量研究并且取得了重要进展，主要表现在矿井层滑构造的基本特征[3-4]、对瓦斯突出的控制作用[5-7]、与煤层流变的关系[8-11]及其煤层厚度的变化影响[12]等方面；但在大型构造，特别是褶皱对层滑构造的控制作用方面研究较少。本文以潘集背斜为背景，探讨在该背斜控制作用下潘一井田与潘北井田层滑构造的发育分布规律及表现特征，以期为矿区安全生产提供有效的地质信息。1矿区构造概况潘集矿区为一宽缓略不对称的背斜构造（潘集背斜）形态，全区构造中等至复杂（图1）。潘集背斜是区域性的陈桥—潘集背斜的东段。该背斜轴在走向上有波状起伏，在背斜鞍部断层较密集。背斜轴向为N70°W，向东倾伏，略有起伏，沿背斜轴线形成两个隆起，西部隆起较高，东部隆起较低，近似“马鞍形”。背斜南翼倾角较缓，由浅到深倾角一般为20°～7°；北翼倾角较陡，一般20°～30°。潘一井田位于潘集背斜南翼及东西部倾伏转折端南翼。潘北井田位于潘集背斜北翼，西段南部属潘集背斜的倾伏转折端。地层走向NW55°～70°，一般比较平直，仅局部地层走向随次一级褶皱而急剧转折，背斜倾伏端地层走向逐渐向东南呈弧形。收稿日期：2012-03-13基金项目：国家自然科学基金项目（40772092）作者简介：乐琪浪（1985－），男，江西赣州人，助理工程师，从事工程地质方面的研究工作.2图1潘集矿区地质构造纲要图Fig.1StructuremapofPanjiminingarea1——逆断层；2——正断层；3——勘探线；4——煤层；5——背斜2矿区构造应力场分析潘集矿区煤层中发育的小断层90%以上为张性或张扭性正断层，这些小构造的特征受区域构造应力场和局部应力场的共同作用[13]。潘一井田小构造具有明显的方向性，主要为北西向和南东向。潘北井田中,逆断层倾向南（可能与断层位处背斜北翼，主压力来于南面有关）,但也有部分逆断层倾向北，其中部分是低序次构造，部分可能形成在挤压早期、背斜形成前期以及南向压力未占优势之前。F1正断层与F66逆断层分别代表了与潘集背斜并存的纵张应力与主压应力的产物，出现在井田中部与地层陡立伴生的断层组可能是剪切应力的结果。分析认为，在潘集背斜形成初期，主要以南北向挤压应力为主。此时的最大主应力（σ1）为南北向，近水平；中间主应力（σ2）为近垂直；最小主应力（σ3）为东西向，近水平，只是形成潘集背斜的应力条件，其构造形迹表现为形成与侧压力直交的背斜轴面、与侧压力平行的张性结构面、与侧压力斜交的扭性结构面。随着应变的增大和背斜轴面的形成，岩层的弯曲程度增大，同时局部应力场也发生了较大变化，应力状态表现为：最大主应力（σ1）为南北向，近水平；中间主应力（σ2）为东西向，近水平；最小主应力（σ3）为近垂直，其构造形迹表现为形成垂直挤压方向的逆冲断层，将矿区分成若干个断块，在断块的内部及其边界造成其局部应力场的改变[14]。通过上述分析，认为层滑构造的形成主要受区域构造应力场的控制，并与局部应力场关系密切。3矿区层滑构造特征及其与潘集背斜的关系矿区层滑构造与断层具有密切的伴生关系，以矿区主要断层作为层滑构造分区的依据，各条层滑构造分区断裂特征如表1所示。表1潘集矿区层滑构造分区断裂特征Table1Thefeaturesofinterlayer-glidingstructureinPanjicoalmine潘一井田F4正断层：位于井田中西部；走向NE——SW，倾向SE，倾角35°～55°，落差60～110m（且自下而上逐渐减小）；平面延展长度6km，平面形态略呈S型弯曲；断层对两盘煤岩层影响和破坏程度差异很大，上盘较下盘明显。F5逆断层：自东向西，走向SE——EW——SW，倾向由SW逐渐变为SSE，落差20～80m；本井田内水平延展长度约8km，略成“弧形”，贯穿井田东西，并被F4断层所切割；落差大小呈梭形，即中间大两端小，逐渐消失；断层两盘煤岩层牵引明显。潘北井田F66逆断层：位于矿井中部，贯穿全井田；断层走向NWW—SEE，倾向N，倾角0°～72°，断层落差23～224m；煤层的完整性被破坏。F1正断层：位于井田东南部，是井田边界断层，贯穿全井田；断层走向NE50°～NW75°，倾向SE——S，倾角73°～81°，断层落差10～193m；切割所有煤层，破坏了煤层的完整性。3.1矿区层滑构造的分区分块性如图2所示，潘集背斜对矿区层滑构造的分布发育具有控制效应，不同构造位置发育不同类型的层滑构造。通过井下观测和统计分析，根据矿区主采煤层(8煤、11-2煤和13-1煤)在不同构造位置、不同深度上层滑构造的发育特征，将潘集矿区层滑构造分布发育划分为10个主区(I——X)，在不同深度上区划出29个亚区。3图2潘集矿区层滑构造分区分块示意图Fig.2Schematicdiagramofinterlayer-glidingstructureinPanjimine3.2矿区层滑构造分区特征根据形态特征,将潘集矿区层滑构造分为断裂型、断滑型和揉皱型[15]，各层滑分区特征见表2。表2潘集矿区各层滑构造分区特征Table2Thefeaturesofinterlayer-glidingstructureinPanjianticline构造位置分区随深度变化亚区层滑构造分布、发育特征潘集背斜南翼（潘一矿）ⅠⅠ-①该区位于潘集背斜南翼靠南侧区域，处于F4断裂南侧、F5断裂南西侧，位于13-1煤深度范围。区域岩层组合关系主要为“老顶+煤层+直接底”型，局部发育“复合顶板+直接顶+煤+直接底”型。本区构造煤破坏类型为Ⅱ型，条带明显，有扭曲错动现象，并具有挤压特征，次生节理面发育，呈不规则状，并发育擦痕。构造煤厚度0.55～1.35m，并主要发育在煤层底部。该区煤层薄化带较发育，并呈东西向展布，因受次级断裂构造影响，靠西侧的薄化带展布方向转为SSW向；本区薄化带呈缓波浪形起伏，煤层厚度较稳定。该区层滑构造主要表现为底断顶不断，并以书斜式、阶梯状及牵引式断裂构造为主要表现形式，导致煤岩层错动，局部见煤层薄化现象。本区层滑构造类型主要为断裂型。Ⅰ-②该区位于11-2煤深度范围，区域岩层组合关系在其SW向范围主要为“老顶+煤层+直接底”型，在NE向范围主要为“直接顶+煤+直接底”型。本区构造煤破坏类型为Ⅲ型，弯曲呈透镜体及片状构造，层理无次序，节理不清，次生节理密度大，发育大量擦痕。构造煤厚度1.22～2.45m，发育于整个煤层中。该区煤层薄化带发育且范围较大，并呈藕状变化，近东西向展布，煤层厚度不稳定，分层现象明显。该区层滑构造表现较为复杂，书斜式、阶梯状及牵引式断裂构造为主，煤层受到较为强烈挤压揉皱破碎，煤层薄化及尖灭现象发育，局部见穿刺构造。本区层滑构造类型主要为断滑型。Ⅰ-③该区位于8煤深度范围，区域岩层组合关系主要为“老顶+伪顶+煤层+直接底”型及“复合顶板+直接顶+煤+直接底”型。本区构造煤破坏类型为Ⅲ型，构造煤厚度0.8～1.69m，并主要发育在煤层中下部。该区煤层薄化带较发育，并呈NEE向展布，煤层厚度较不稳定。本区层滑构造主要表现为煤层受强烈挤压揉皱破碎、增厚薄化甚至尖灭、波状折曲、卷曲等，局部见伴生断裂构造，并以垒堑式断裂构造为主要表