常永強 劉 景

(1.開灤集團有限責任公司，河北省唐山市，063018；2.中國礦業(yè)大學煤層氣資源與成藏過程教育部重點實驗室，江蘇省徐州市，221008)

隨著開采深度的增加，煤礦的地質條件變得復雜，高溫問題變得顯著。錢家營礦區(qū)存在高溫異常區(qū)，前人研究表明，高溫異常區(qū)與地層、礦井構造、礦井水文地質條件以及大地熱流、異常巖漿熱等因素有關，而構造作用對煤層、地下水和瓦斯、現(xiàn)今地溫場和熱流分布等因素均有控制作用，因此本文以錢家營礦構造和巖漿巖侵入特征為基礎，綜合區(qū)域巖漿巖侵入規(guī)律，分析了巖漿巖對地溫異常的影響。

1 地質概況

錢家營礦區(qū)位于開平向斜的南東翼，含煤地層為石炭系上統(tǒng)和二疊系下統(tǒng)，屬華北型沉積。錢家營礦東北部邊界為畢各莊向斜西翼和小張各莊向斜西翼，向西依次為南陽莊背斜、高各莊向斜，中部為延展約12 km的單斜區(qū)，西南部以寬緩褶曲為主要特征，發(fā)育有李新莊向斜和劉唐保背斜。褶曲軸向與主向斜軸斜交。褶曲多呈不對稱狀，背斜南東翼傾角較大，一般在20°左右，北西翼傾角平緩，一般在10°左右；向斜則相反。斷層以傾向或斜交為主，且大中型斷層多伴生在褶曲軸部和褶曲與單斜過渡帶，如圖1所示。

圖1 錢家營礦區(qū)褶曲分布略圖

1.1 褶皺發(fā)育規(guī)律

錢家營礦區(qū)發(fā)育兩個褶皺較集中區(qū)，分別位于東北、西南兩端，且褶曲軸線都具有向東、向北凸出的弧形特征，而且都有向北散開、向南收斂的趨勢，構成了類似旋扭構造中的“帚狀構造”，東北端的 “林子里帚狀構造”和西南端的“劉唐保帚狀構造”都是由壓性結構面(褶曲軸面)構成的，外旋層在東側做逆時針扭動形成旋扭構造，如圖2所示?！傲肿永镏銧顦嬙臁笔荖E、SW向應力相互擠壓的區(qū)域，“劉唐保帚狀構造”是近E、SW向應力相互擠壓區(qū)域，二者應力均比較集中，區(qū)內構造復雜。

圖2 錢家營礦受力方向分析與斷裂系統(tǒng)分布圖

1.2 斷層發(fā)育規(guī)律

錢家營礦區(qū)構造以寬緩的褶曲為主，以伴生的斷層為輔，落差50～5 m的較大斷層有40條，其中，落差50～30 m斷層4條，落差30～10 m斷層24條，落差10～5 m斷層12條。斷層以正斷層為主，逆斷層相對較少，且多分布在單斜與褶曲區(qū)的過渡帶。斷層的走向主要受兩個“帚狀構造”的控制。由圖2看出，這兩個“帚狀構造”型式相同，方向一致。在各自展布的范圍內，壓性、張性和扭性斷裂的方向，遵循“帚狀構造”所派生出來低序次的斷裂排列組合規(guī)律。在這兩個“帚狀構造”之間，地層呈單斜產出，其東部是“林子里帚狀構造”的內側，其西部是“劉唐保帚狀構造”的外側，二者構成了順時針扭動，受力方向T3、S3即NW向，或近SN向發(fā)育的張—張扭性斷裂。正斷層大都呈NW向展布，如F1、F5、F6、F7、F8等；逆斷層則呈近EW向展布，如F11、F10等，這與上述力學規(guī)律的分析較為吻合。

小斷層以正斷層為主，正斷層所占比例高達89.6%，逆斷層僅占所有斷層的10.4%。根據落差范圍分布范圍發(fā)現(xiàn)，無論是正斷層還是逆斷層，落差主要分布在1.0～4.0 m范圍內，各不同落差的斷層具體分布如圖3所示。

小斷層走向優(yōu)選方位為NNW向和近SN向，如圖4所示，此外還存在一組近WE向和一組NE向的斷層，這與正斷層的優(yōu)選方位相類似；逆斷層相對方向多變，表現(xiàn)了斷層發(fā)育機理的復雜性，主要有5個優(yōu)選方位，即近SN向、近EW向、NW向、NNE向和NEE向，受斷層運動的影響，在逆斷層兩側常伴有較明顯的牽引現(xiàn)象。

正斷層走向優(yōu)選方位為NNW向和NNE向，根據開灤礦區(qū)地質構造演化應力場分布，區(qū)域該方向的斷層可能與燕山早期地殼運動有關；同理，NNE向和NEE向正斷層多與喜馬拉雅時期地殼運動有關。

2 巖漿巖特征

2.1 巖漿巖侵入特征

(1)巖漿巖分布。錢家營礦區(qū)先后共有12個鉆孔揭露了巖漿巖，這些鉆孔主要集中分布于礦井西翼，如圖5所示。巖漿巖深度約在230～830 m之間，厚度介于0.10～33.50 m。錢補3鉆孔揭露厚度最大，但屬于火山巖物源形成的火山碎屑巖，不是火山噴出巖或巖漿侵入巖；錢沖1鉆孔揭露的主要是火山巖礫石，屬于剝蝕搬運的沉積物。從火山碎屑巖厚度變化分析，其陸源剝蝕區(qū)位于東南部，與煤系地層向東南抬起方向一致。剩余10個鉆孔揭露的巖漿巖屬于侵入巖，巖漿沿5#、6#、7#、9#、12-1#煤層的頂板或底板侵入，侵入層位集中于含煤地層的12#煤層附近和5#煤層附近，其中錢補17鉆孔揭露的12#煤層、錢5鉆孔揭露的9#煤層、錢19鉆孔揭露的7#煤層全部變成天然焦，并且沿地層傾向侵入層位由淺而深(5#煤層附近到12#煤層附近)，如圖6所示。

圖5 錢家營礦見巖漿巖鉆孔分布圖

(2)實際巷道見巖漿巖情況。錢家營礦分別在1683運輸巷、八采區(qū)一中車場、二中車場、2881邊切眼、西回風巷、西運輸巷、2874東采區(qū)切眼、東回風巷、2875東回風巷邊切眼、2872E探巷等巷道中實見巖漿巖，如圖7、圖8所示。根據礦井所揭露的資料，礦井所見的巖漿巖主要以巖墻為主(煤層內也發(fā)現(xiàn)有少量巖脈和規(guī)模不大的巖床)，巖墻厚度0.40～2.50 m，多伴隨斷層產出，主要沿NNW向斷裂由深部向上侵入煤層中部或者煤層頂、底板，對本區(qū)煤層的破壞相對較小。巖漿巖具有氣孔構造的輝綠巖，屬基性淺成侵入巖漿巖。

圖6 SW-NE向巖漿巖侵入層位對比圖

(3)巖漿巖形成時代。錢家營礦區(qū)巖漿巖侵入年代為98～82 Ma，屬于四川期(區(qū)域上稱為燕山晚期或末期)晚白堊世(104～80 Ma)的產物，即朱大崗研究的第三幕燕山晚期K2期產物；在錢家營礦古近系地層中發(fā)育有以火山碎屑礫為主的沉積巖來看，巖漿活動也至少應在白堊紀末期。由于其巖漿巖的產狀、巖性等因素上的差異，雖然侵入時間較集中，但錢家營礦巖漿巖體應為同時代多期侵入的產物。

2.2 區(qū)域巖漿巖侵入分析

根據區(qū)域勘查和生產實見資料，開平向斜東南翼的唐家莊、林西、呂家坨、范各莊等礦井和宋家營勘查區(qū)均有巖漿巖分布。

圖7 2874東邊切眼巖墻揭露情況示意圖

圖8 2874東風道巖漿巖揭露示意圖

范各莊礦已發(fā)現(xiàn)3組巖漿巖侵入體，每組由2～4道巖墻組成，在煤層中單個巖墻厚度可達4.0 m，巖漿巖墻的發(fā)育比較有規(guī)律，總體呈NNW向展布。

呂家坨礦揭露的巖漿巖侵入體為礦東部NNW向高角度墻巖脈帶(2條或3條)和西部呂家坨背斜軸部巖床區(qū)。

錢家營礦巖漿巖沿斷裂侵入，呈巖墻狀，但局部存在沿脆弱部位或煤層侵入的巖床。井下生產中分別在六采區(qū)和八采區(qū)巷道中實見巖漿巖，為巖脈侵入，對煤層破壞不大。有12個地面鉆孔揭露了巖漿巖，厚度為0.40～2.50 m。

林西礦巖漿巖侵入較發(fā)育，侵入巖體形態(tài)多呈巖墻狀，并有分枝和巖瘤零星分散鑲入圍巖中，且穿各可采煤層，使煤層局部被侵蝕破壞，靠近火成巖邊緣煤層變質，形成天然焦，厚0.2～2.0 m。巖漿巖侵入發(fā)育為三組，但規(guī)模不大，侵入形式比較單一，淺部以巖墻群和巖脈侵入煤層，比較規(guī)則。深部巖漿侵入規(guī)模小于淺部，以單一巖墻狀或巖瘤、串珠狀侵入煤層，對煤層影響不大。

以上4個礦區(qū)巖漿巖侵入的共同特點是巖墻走向總體呈NNW向展布。通過地質構造演化規(guī)律分析，NNW向展布的斷裂形成于開平向斜主要褶皺期—中生代燕山運動，在巖性比較堅硬部位形成斷層，比較軟的巖層則形成裂隙，后期巖漿涌入該時期形成的斷裂，形成現(xiàn)在的巖墻，有些巖漿甚至局部呈透鏡狀順層侵入到煤層中。巖漿巖順著斷層侵入，說明中生代燕山期運動過程中，錢家營礦區(qū)受構造運動影響垂向裂隙比較發(fā)育，且發(fā)育深度大，引導巖漿侵入石炭—二疊系煤層，形成巖墻或巖床。

2.3 巖漿巖對地溫異常的影響

巖漿巖活動對現(xiàn)今地溫場的影響，主要從以下三方面考慮：其一，巖漿侵入和噴出的地質年代，時代越新，所保留的余熱就越多，在高溫巖漿余熱的影響下，對現(xiàn)今地溫場的影響就越強烈，并有可能形成地熱異常區(qū)；其二，巖漿體規(guī)模、幾何形態(tài)以及圍巖產狀和熱性質等對于巖漿體的冷卻速率有很大的影響；其三，巖漿巖侵入通道可能構成地下深層熱循環(huán)作用。

錢家營揭露的巖漿巖主要形成于燕山晚期，在局部區(qū)域對圍巖進行了加熱。但經歷了長達6000萬年左右的冷卻作用，巖漿余熱早已散盡而達到與圍巖的熱平衡，不足以為現(xiàn)今的熱害提供熱源。但是，由于錢家營礦區(qū)的巖漿侵入相對集中，在本區(qū)深部應該發(fā)育有一個從深部達地表的巖漿通道，雖然發(fā)現(xiàn)的巖漿巖規(guī)模不大，但巖漿巖是從深層侵入上來的，其勢必導致地殼破裂，特別是煤系及基底巖石的破碎，這就可能溝通深部地下水(包括奧灰水、或更深部水)，導致深部水向上循環(huán)作用，引起本區(qū)熱結構的異常，這可能是導致煤系地溫異常的一個因素，而從巖漿巖與水質異常的一致性也從另一方面說明巖漿巖可能導通深部熱水，引起水質異常，而這一導通現(xiàn)象也能很好地說明研究區(qū)垂向發(fā)育的裂隙能夠導通奧灰水。同時，在印支、燕山期巖體接觸帶賦存的硫化礦床及上古煤系地層中，硫化物氧化溶濾形成的酸性水常促使礦體周圍巖溶強烈發(fā)育，形成局部的巖溶強發(fā)育帶。含煤地層中常含有黃鐵礦，攜帶FeS2的砂巖裂隙水與奧灰水混合后，可發(fā)生異離子效應，促進巖溶作用，研究區(qū)巖漿作用如圖9所示。

圖9 研究區(qū)巖漿作用示意圖

3 結論

(1)錢家營礦區(qū)2個褶皺較集中區(qū)分別位于東北、西南兩端，形成“帚狀構造”構造型式，中部為較大范圍的單斜構造區(qū)，這種構造格局控制了斷層的發(fā)育規(guī)律。

(2)錢家營礦巖漿巖以巖墻或巖脈為主，主要沿NNW向斷裂由深部向上侵入煤層中部或者煤層頂、底板。在巖漿巖深層侵入區(qū)域，受深部熱水交換影響，造成區(qū)域地溫異常。