王恩營,馬軍超,汪師逵,杜琳瑋,邢鵬飛,張 飛

(河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，河南 焦作 454000)

東坡礦位于山西省朔州市朔城區(qū)，距朔州市區(qū)13km，井田面積約8.3km2，年生產(chǎn)能力達(dá)約700萬t，是山西中煤集團(tuán)的大型骨干礦井之一。可采煤層為4-1、9、11三個煤層，其中，9煤最厚，平均16.8m。根據(jù)東坡礦地質(zhì)報告和補(bǔ)充勘探報告，礦井地質(zhì)構(gòu)造類型為中等。

目前，井田內(nèi)生產(chǎn)揭露的地質(zhì)資料、三維地震資料和其他勘探資料等均缺乏系統(tǒng)的研究和利用，對礦井地質(zhì)信息及小構(gòu)造的發(fā)育情況掌握不清，煤礦安全生產(chǎn)存在較大隱患。例如，在404機(jī)運(yùn)巷，由于對F6斷層的位置及其性質(zhì)掌握不清楚，導(dǎo)致切眼位置不合理等。因此，查清礦井地質(zhì)構(gòu)造，特別是斷層，在煤礦生產(chǎn)中中具有重要的作用[1-5]。

1 區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場分析

東坡礦位于寧武煤田北端，隸屬于平朔礦區(qū)。自晚古生代含煤地層形成至今，主要經(jīng)歷了三期構(gòu)造應(yīng)力場的作用(圖1)[6]。第一期：C2～T2，相當(dāng)于海西期；第二期：T3～K1，相當(dāng)于印支-中燕山期；第三期：K2～Q，相當(dāng)于晚燕山-喜山期。

1.1 海西期古構(gòu)造應(yīng)力場

晚古生代，華北板塊處于南(秦嶺洋)和北(蒙古洋)兩個大洋之間，與北方的西伯利亞板塊和南方的華南板塊隔洋相望。晚古生代后期，華北板塊向北漂移，最終于二疊紀(jì)末與西伯利亞板塊碰撞對接。大體與此同時或稍晚，華南板塊與華北板塊也發(fā)生碰撞。受南北向擠壓應(yīng)力作用，華北板塊形成近東西向延伸的褶皺和逆斷層，以及走向NNE 和NNW 兩組共軛斷裂。寧武煤田位于華北古板塊北部，變形相對微弱，但仍可看到這一階段構(gòu)造形跡。

1.2 印支-中燕山期古構(gòu)造應(yīng)力場

中生代開始，中國板塊構(gòu)造格局發(fā)生了很大變化，古生代南北向匯聚的形式被近東西向匯聚為主的板塊運(yùn)動形式所替代。三疊紀(jì)初，由于古太平洋板塊向古亞洲大陸下俯沖，其西向壓應(yīng)力使中國東部自東向西逐步隆升。從三疊紀(jì)至中侏羅世中期，由于古太平洋板塊產(chǎn)生的西向壓力才開始形成，強(qiáng)度不大，地殼基本處于彈～塑性變形范疇，僅造成整體上升，未形成規(guī)模較大的斷層和褶皺。中侏羅晚期以后，由于古太平洋板塊俯沖速度加快，且俯沖方向變?yōu)楸北蔽飨?，其西向擠壓分量使中國東部背斜型隆起進(jìn)一步加劇。這一階段構(gòu)造應(yīng)力作用主要形成NE-NNE向左旋平移斷層及同向褶皺構(gòu)造。

1.3 晚燕山-喜山期古構(gòu)造應(yīng)力場

從早白堊時期開始，區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場由擠壓轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓘?。原先隆起最高的松遼-華北-江漢一帶，演變成為處于弧后盆地位置的東亞陸緣裂谷系。寧武煤田位于該裂谷系中段華北裂谷盆地西緣。在NW-SE向拉張應(yīng)力場中，新生成一些NNE-NE 向拉張斷層，同時，隨著區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場的轉(zhuǎn)變，也發(fā)生構(gòu)造性質(zhì)的改變，NE-NNE向左旋平移斷層變成正斷層，它們共同構(gòu)成目前煤田內(nèi)的主要斷裂構(gòu)造。

a-海西期;b-印支-中燕山期;c-晚燕山-喜山期;S-共軛剪裂面;T-橫張斷裂面;Z-褶皺軸向或縱張斷裂面

2 礦井構(gòu)造特征

井田內(nèi)褶皺、斷層均較發(fā)育(圖2)，其中，褶皺規(guī)模較大，控制了井田總體構(gòu)造型態(tài)；斷層規(guī)模相對較小，處于次要地位。

圖2 東坡礦構(gòu)造綱要圖

2.1 褶皺

井田內(nèi)主體構(gòu)造為下窯子向斜，另外，還有一些同向小型褶皺，褶皺構(gòu)造發(fā)育顯示地層受側(cè)向擠壓應(yīng)力作用所致。以下僅對下窯子向斜做簡要描述。

下窯子向斜：位于井田中部，T11鉆孔南，軸向近東西，區(qū)內(nèi)延伸長度1.7km，起伏幅度15m，南北兩翼傾角6°左右，局部可達(dá)10°，南部傾角較大，為一不對稱褶皺。其上伴生有更次一級波狀起伏，受井田內(nèi)多條斷層切割，失去其完整性，形態(tài)較為復(fù)雜。

2.2 斷層

井田內(nèi)斷層主要發(fā)育有3組(圖3)，即近EW向、NNE-NE向和近SN向。其中，近EW向斷層規(guī)模最大的為南部邊界斷層—擔(dān)水溝斷層，其他近EW向斷層均受其控制，為其伴生構(gòu)造；NNE-NE向這一組斷層在井田內(nèi)最為發(fā)育，主要分布在井田東部；近SN向斷層為物探解譯，可靠程度較差。以下僅對近EW向和NNE-NE向斷層做簡要描述。

擔(dān)水溝斷層：位于井田南部，為一正斷層，走向近EW，傾向S，傾角70°，落差350m，井田內(nèi)延伸長度約2.3km，在井田內(nèi)有808鉆孔控制。根據(jù)分析，該斷層可能形成于海西期以前，屬于煤系基底斷層。海西期，受南北方向的擠壓應(yīng)力作用，形成弧形彎曲；印支-中燕山期受NNW向擠壓應(yīng)力作用，斷層右旋平移；晚燕山期后，區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場由擠壓轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓘?，斷層受拉張作用?？傊摂鄬邮芏嗥跇?gòu)造應(yīng)力作用，斷層形態(tài)較為復(fù)雜。

NNE-NE向斷層：主要為正斷層，走向50～75°，傾向東或西，最大落差70m，主要分布在井田東部。根據(jù)分析，該組斷層主要是受印支-中燕山期NNW向的擠壓應(yīng)力作用所形成，后期又受到晚燕山-喜山期應(yīng)力場作用，斷層面波狀起伏，具有先壓后張的性質(zhì)。

圖3 東坡煤礦斷層走向玫瑰花圖

3 礦井構(gòu)造關(guān)系及成因分析

3.1 斷層與斷層關(guān)系及成因分析

根據(jù)分析，斷層之間的關(guān)系主要表現(xiàn)為以下兩個特點(diǎn)。

1) 近東西向斷層之間的序次關(guān)系。井田內(nèi)，近東西向斷層主要分布在井田南部邊界附近，其中，擔(dān)水溝斷層(F89)為基底斷層，斷層下盤發(fā)育一系列同向小斷層，其落差和密度隨著遠(yuǎn)離主斷層明顯有減小的趨勢。因此，可以認(rèn)為在井田南部邊界，斷層的形成主要受擔(dān)水溝斷層控制，擔(dān)水溝斷層為第一序次構(gòu)造，其他同向小斷層為第二序次構(gòu)造。

2) 近東西向斷層對NE-NNE向斷層的限制關(guān)系。擔(dān)水溝斷層作為煤系基底斷層，在后期構(gòu)造應(yīng)力作用下不僅自身重新活動，形成區(qū)域性大斷裂，而且對應(yīng)力場的分布起到分劃作用，使斷層兩盤巖層分別受力，并形成相應(yīng)的構(gòu)造?？拷鼡?dān)水溝斷層應(yīng)力場受影響較大，主要是局部牽引應(yīng)力作用，形成近東西向同向小斷層，遠(yuǎn)離擔(dān)水溝斷層主要受區(qū)域應(yīng)力場的作用，并形成NE-NNE向斷層。因此，NE-NNE向斷層不僅受擔(dān)水溝斷層等的限制，而且斷層的規(guī)模也較小。

3.2 斷層與褶皺關(guān)系分析

井田內(nèi)褶皺構(gòu)造的顯著特點(diǎn)是軸向近東西，并且具有自南向北減弱的趨勢。顯然，褶皺的形成不是或不完全是區(qū)域應(yīng)力作用的結(jié)果。根據(jù)分析，擔(dān)水溝斷層對褶皺的發(fā)育具有控制作用，主要表現(xiàn)在：①褶皺的軸向與斷層的走向一致，均為近東西向；②靠近擔(dān)水溝斷層褶皺的規(guī)模大，褶皺的程度也大，遠(yuǎn)離該斷層逐漸減小。但是，井田內(nèi)的近東西向小斷層和NE-NNE向斷層的形成可能與褶皺屬于同一序次關(guān)系，主要表現(xiàn)為褶皺受斷層切割。

4 結(jié)論

1) 東坡礦褶皺、斷層均較發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造關(guān)系復(fù)雜。其中，井田南部邊界擔(dān)水溝斷層為第一序次構(gòu)造，井田內(nèi)其他近東西向小斷層、NE-NNE向斷層和褶皺構(gòu)造主要為第二序次構(gòu)造，第一序次構(gòu)造對第二序次構(gòu)造的形成具有控制作用。

2) 擔(dān)水溝斷層是煤系基底斷層，在含煤地層形成后歷次構(gòu)造運(yùn)動作用下重新活動，斷層性質(zhì)具有復(fù)合疊加的特點(diǎn)；井田內(nèi)近東西向小斷層主要為擔(dān)水溝斷層的伴生構(gòu)造；井田內(nèi)褶皺構(gòu)造主要是擔(dān)水溝斷層牽引應(yīng)力和南北向擠壓應(yīng)力作用的結(jié)果；NE-NNE向斷層的形成主要是SE-NW向擠壓應(yīng)力作用的結(jié)果，并受擔(dān)水溝斷層的限制。

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