邵小朋， 徐旭東， 南瑩浩

(華北科技學(xué)院 安全工程學(xué)院，北京 東燕郊 065201)

許廠煤礦斷裂構(gòu)造規(guī)律研究

邵小朋， 徐旭東， 南瑩浩

(華北科技學(xué)院 安全工程學(xué)院，北京 東燕郊 065201)

根據(jù)許廠礦物探、鉆探和生產(chǎn)過程中的資料，采用地質(zhì)統(tǒng)計法對斷裂構(gòu)造要素進(jìn)行統(tǒng)計分析，建立了斷層落差與延展長度之間的經(jīng)驗公式。研究表明：許廠礦斷裂構(gòu)造較為發(fā)育且以正斷層為主，斷層走向主要以NE、近SN和NW為主。定量分析認(rèn)為斷層落差與延展長度呈正相關(guān)關(guān)系，斷裂密度等值線表明區(qū)域東部和西部斷層密度變化較大，南部和北部變化較?。粩嗔褟姸鹊戎稻€表明斷裂強度整體呈現(xiàn)從南向北逐漸減小的趨勢。

許廠礦 ； 斷裂構(gòu)造； 構(gòu)造要素;斷裂密度等值線圖

0 引言

斷裂構(gòu)造一直是制約礦井生產(chǎn)和煤炭勘查的主要地質(zhì)因素[1]，隨著煤礦機械化生產(chǎn)的普及，對地質(zhì)工作也提出了越來越高的要求，許廠礦井受多期次構(gòu)造改造作用，斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，位于構(gòu)造影響范圍內(nèi)，煤層穩(wěn)定性較差，局部區(qū)域出現(xiàn)煤層尖滅現(xiàn)象，對礦井安全高效生產(chǎn)帶來一定難度。因此需要對井田范圍內(nèi)斷層進(jìn)行統(tǒng)計分析，揭示斷裂構(gòu)造的發(fā)育展布規(guī)律[2-5]，為礦井安全高效生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

許廠煤礦位于濟(jì)寧煤田的東北部，面積56.587 km2，區(qū)域大地構(gòu)造位置屬華北陸塊、魯西隆起、魯西南潛隆起區(qū)、菏澤～兗州潛斷隆、濟(jì)寧凹陷(潛)。

濟(jì)寧煤田東起孫氏店斷層，西至嘉祥斷層，北起含煤地層露頭或二十里鋪斷層，南至鳧山斷層，南北長約30 km，東西寬16～22 km。

濟(jì)寧煤田北部和南部分別為近東西向地塹構(gòu)造，北部為汶泗斷層與鄆城斷層所控制的汶上～寧陽地塹構(gòu)造，南部為菏澤斷層、鳧山斷層與單縣斷層所控制的成武～魚臺地塹構(gòu)造，如圖1。地塹構(gòu)造均呈東西向延展，橫貫濟(jì)寧煤田北側(cè)和南側(cè)。煤田東部為磁陽背斜、兗州向斜、滕縣背斜構(gòu)成的北東向褶曲；西部為北北東向的巨野向斜。

圖1 濟(jì)寧煤田區(qū)域構(gòu)造示意圖

2 構(gòu)造的基本特征

許廠井田于南北向濟(jì)寧地塹構(gòu)造內(nèi)，區(qū)域性大斷裂對井田內(nèi)斷層起著明顯的控制作用，礦井內(nèi)斷層不論在方向上還是在形成時間、形成次序上均與區(qū)域斷裂一致，具有區(qū)域斷裂的特點，燕山運動第一幕在區(qū)內(nèi)產(chǎn)生了北東向斷層組，主要分布于礦井北部及東北部；燕山運動第二幕產(chǎn)生了北東向的西傾正斷層組，該組斷層在礦井內(nèi)起主要控制作用，具有延展長、落差及走向變化大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、附生斷層發(fā)育的特點；

燕山運動第三幕使上述斷層復(fù)活，并受到改造，使近南北向的大斷層在局部塊斷內(nèi)向北西方向偏轉(zhuǎn)，形成S形扭曲，在扭曲部位派生出北西向的次一級斷層，與主斷層多呈“×”形相交或切割前期斷層。如圖2所示 許廠礦構(gòu)造分布示意圖。

3 斷裂構(gòu)造發(fā)育規(guī)律分析

3.1 斷層數(shù)量與規(guī)模統(tǒng)計分析

許廠井田勘探和生產(chǎn)期間共查出斷層837條，絕大數(shù)以正斷層為主占98.57%，具體情況見表1 斷層規(guī)模統(tǒng)計表。

表1 斷層規(guī)模統(tǒng)計表

3.2 斷層走向方位統(tǒng)計分析

井田范圍內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，按不同的發(fā)育規(guī)模分為落差20m以上的斷層35條，全為正斷層；落差在10～20m的斷層39條且全為正斷層；落差小于10m的斷層763條，絕大多數(shù)為正斷層占98.42%。為了找出斷層走向的發(fā)育規(guī)律，采用地質(zhì)統(tǒng)計法，分別繪制落差H≧10m、H<10m的斷層走向玫瑰花圖，如圖3、4所示，從圖中可以看出，斷層主要發(fā)育方向以北東向、近南北向和北西向為主；表明井田內(nèi)斷層受區(qū)域性大斷裂的顯著控制作用。

圖3 許廠煤礦H≧10米斷層走向玫瑰花圖

圖4 許廠煤礦H<10米斷層走向玫瑰花圖

3.3 斷層落差與延展長度相關(guān)關(guān)系分析

用于表征斷層發(fā)育規(guī)模的兩個基本參數(shù)是斷層落差和水平延展長度[6-7]，大量統(tǒng)計資料表明二者之間存在一定的相關(guān)關(guān)系，即通過收集研究區(qū)足夠多的斷層落差和延展長度數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，建立斷層最大落差與水平延展長度的經(jīng)驗公式。

以X軸坐標(biāo)表示水平延展長度L,以Y坐標(biāo)表示斷層落差H；繪制斷層落差和延展長度關(guān)系散點圖并進(jìn)行回歸分析得出回歸曲線，如圖5。建立兩者之間的經(jīng)驗公式，如表2，由此可以得到大多數(shù)斷層最大斷距與延展長度存在良好的相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性顯著R2=0.7962.因此在井下遇到斷層時可以對斷層的延展長度進(jìn)行粗略的預(yù)測。

表2 斷層落差與延展長度擬合經(jīng)驗公式

3.4 斷裂發(fā)育平面分布規(guī)律

斷層密度(單位面積內(nèi)斷層條數(shù))與斷層強度是常用的斷層發(fā)育程度定量指標(biāo)[8]，以此作為量化指標(biāo)，直接反映斷裂發(fā)育程度。

本次分析研究運用煤層底板等高線作為地圖，將其分為500m×500m的方格子，劃分完畢后對每個方格內(nèi)部的網(wǎng)格內(nèi)的斷層進(jìn)行統(tǒng)計計算，之后通過Surfer8來繪制斷層密度等值線圖和斷層強度等值線圖，分別見圖6和圖7。

圖5 斷層最大落差H與水平延展長度L關(guān)系圖

從圖6對比中可以發(fā)現(xiàn)，斷層集中的地塊斷層密度值越大，3下煤層斷層密度在采區(qū)中部較大，向周圍逐漸減小，最大值在10條/km2以上。區(qū)域東部和西部斷層密度變化較大、南部和北部變化較小。

圖6 3下煤層斷層密度等值線圖

圖7 3下煤層斷層強度等值線圖

由圖7對比中可以發(fā)現(xiàn)在斷層密集、斷裂密度大及落差大的地塊斷層強度值較大；3下煤層斷層強度在采區(qū)中部、南部較大，北部較小。整體上呈現(xiàn)從南向北逐漸減小的趨勢；330采區(qū)中部最大，在0.28以上；由此可知區(qū)域中部、南部斷層覆蓋面積較大，說明330采區(qū)的中部、南部斷層覆蓋面積相對較大。如圖8所示許廠煤礦3下煤層采區(qū)分布示意圖。

圖8 許廠煤礦3下煤層采區(qū)分布示意圖

4 結(jié)語

(1) 許廠煤礦斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，且以正斷層為主；斷層主要發(fā)育方向以北東向、近南北向和北西向為主。

(2) 許廠礦受到多期次的構(gòu)造作用，先期的構(gòu)造對后期的構(gòu)造具有顯著地控制作用，使許廠礦斷裂構(gòu)造更加復(fù)雜多變。

(3) 由斷層密度等值線圖可知，斷層密度在采區(qū)中部較大，向周圍逐漸減小，區(qū)域東部和西部斷層密度變化較大，南部和北部變化較小。

(4) 由斷層強度等值線圖可知，在斷層密集，斷裂密度大及落差大的地塊斷層強度值較大；3下煤層斷層強度在330采區(qū)中部、南部較大，北部較小。整體上呈現(xiàn)從南向北逐漸減小的趨勢。

[1] 靜鐵磊. 華北北緣白云鄂博地區(qū)陸殼增生帶斷裂構(gòu)造特征[J]. 山東煤炭科技,2017(01):156-157+160.

[2] 蔡紅建,張蒙.劉河煤礦19采區(qū)斷層發(fā)育規(guī)律研究[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì),2014(10):209-210.

[3] 李延申.北陽莊煤礦斷裂構(gòu)造特征分析及預(yù)測[D].邯鄲：河北工程大學(xué),2014.

[4] 韓松林,戴磊,練玲玲.新橋煤礦北二采區(qū)斷層發(fā)育規(guī)律研究[J].水力采煤與管道運輸,2011(01):18-20.

[5] 董再田,夏小進(jìn),葛帥帥. 山西平朔礦區(qū)某井田斷裂構(gòu)造發(fā)育規(guī)律研究[J]. 中州煤炭,2016(06):114-118.

[6] 洪勇.潘三礦中、小型斷層落差與延展長度關(guān)系的研究[A].淮南礦業(yè)集團(tuán).2010年度淮南礦業(yè)集團(tuán)煤炭學(xué)會學(xué)術(shù)交流會論文匯編(一)·地質(zhì)專業(yè)[C].淮南礦業(yè)集團(tuán):,2010:4.

[7] 張品剛,曹代勇,王強,等.東歡坨礦構(gòu)造特征及斷裂構(gòu)造定量研究[J].中國煤炭地質(zhì),2009,21(07):4-6+48.

[8] 吳超.松藻礦區(qū)構(gòu)造特征及煤體變形程度定量評價研究[D].徐州：中國礦業(yè)大學(xué),2015.

StudyonfaultstructureofXuchangCoalMine

SHAO Xiao-peng, XU Xu-dong, NAN Ying-hao,

(SchoolofSafetyEngineering,NorthChinaInstituteofScienceandTechnology,Yanjiao, 065201,China)

According to the data of geophysical exploration, drilling and production of Xuchang Coal Mine, the statistical formula of fault structural elements is analyzed by geological statistic method, and the empirical formula between fault throw and extension length is established. The study shows that the fault structure of Xuchang Coal Mine develops well and are mainly normal faults,the fault strike are mainly NE, near SN and NW. Quantitative analysis shows that the fault throw is positively correlated with the length of the extension. The fracture density contours show that the fault density in the eastern and western regions of the region changes greatly and the southern and northern changes are small. The fracture strength contours indicate that the fracture strength is gradually decreasing from south to north.

Xuchang mine; fault structure; structural elements; fracture density contour map

2017-07-18

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費資助項目(3142017034)

邵小朋(1990-)，男，河南商丘人，華北科技學(xué)院安全工程學(xué)院在讀碩士研究生，從事安全工程領(lǐng)域研究。E-mail：2225762318@qq.com

TD821

A

1672-7169(2017)04-0019-05