王 蔚，衛(wèi)彥昭，賈天讓2,，閆江偉2,

華北煤系變形特征與煤礦瓦斯賦存規(guī)律

王 蔚1,2，衛(wèi)彥昭3，賈天讓2,3，閆江偉2,3

(1. 河南理工大學(xué) 應(yīng)急管理學(xué)院，河南 焦作 454003；2. 瓦斯地質(zhì)與瓦斯治理省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，河南 焦作 454003；3. 河南理工大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作 454003)

瓦斯既是煤礦災(zāi)害的致災(zāi)因素之一，又是重要的清潔能源，厘清煤系變形瓦斯賦存規(guī)律是煤礦瓦斯災(zāi)害預(yù)防和煤層氣高效開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)。以華北煤系為研究對(duì)象，以構(gòu)造演化及控制為主線，運(yùn)用板塊構(gòu)造、構(gòu)造演化和瓦斯賦存構(gòu)造逐級(jí)控制等理論，系統(tǒng)研究華北煤系變形特征與煤礦瓦斯賦存規(guī)律。結(jié)果表明，華北板塊處于三大構(gòu)造域相互作用交接的中心，控制著華北板塊的形成與演化，華北板塊與周緣板塊之間的相互作用制約煤系的形成、賦存和變形，控制構(gòu)造煤的形成與分布，同時(shí)控制著煤礦瓦斯的生成、運(yùn)移和保存；華北煤系變形強(qiáng)度具有由板緣向板內(nèi)、由擠壓型造山帶向遠(yuǎn)離造山帶減弱的趨勢(shì)；構(gòu)造煤的形成與分布和構(gòu)造演化過(guò)程中煤系變形有較好的一致性，構(gòu)造煤的發(fā)育程度也具有由板緣向板內(nèi)以及由靠近擠壓型造山帶向遠(yuǎn)離造山帶減弱的趨勢(shì)，伸展構(gòu)造帶構(gòu)造煤不發(fā)育，但伸展背景下形成的大型滑脫構(gòu)造容易形成成層發(fā)育的構(gòu)造煤；華北煤礦瓦斯分布具有明顯的區(qū)帶特征，可劃分為7個(gè)高突瓦斯區(qū)和6個(gè)低瓦斯區(qū)，進(jìn)一步劃分為15個(gè)高(突)瓦斯帶和13個(gè)低瓦斯帶。研究成果對(duì)國(guó)家有的放矢的瓦斯治理和煤層氣開(kāi)發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。

華北煤系；地質(zhì)構(gòu)造；構(gòu)造演化；構(gòu)造煤；瓦斯賦存

煤炭是世界上最重要的能源之一，煤中瓦斯是制約煤炭安全高效生產(chǎn)主要因素之一，因而，影響瓦斯賦存尤其瓦斯突出因素的研究引起行業(yè)高度重視。20世紀(jì)50年代前蘇聯(lián)學(xué)者指出瓦斯賦存不均勻受地質(zhì)因素控制，國(guó)外學(xué)者在相關(guān)方面開(kāi)展了較為廣泛的研究。A. J. Hargraves[1]提出一定量的瓦斯、碎裂的煤體、殘余應(yīng)力或構(gòu)造應(yīng)力及不利于瓦斯釋放的作業(yè)方式等是發(fā)生煤與瓦斯突出的必須條件。I. W. Farmer等[2]發(fā)現(xiàn)突出僅發(fā)生在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈的區(qū)域，突出與無(wú)煙煤分布有關(guān)，也與變形和沉積構(gòu)造有關(guān)，如褶皺、斷層、層滑構(gòu)造尤其是煤層厚度急劇波動(dòng)。J. Shepherd等[3]指出約超過(guò)90%的煤與瓦斯突出集中在不對(duì)稱(chēng)向斜軸部、平臥褶皺轉(zhuǎn)折端和走滑斷層、逆斷層、反轉(zhuǎn)構(gòu)造、正斷層的強(qiáng)烈變形區(qū)。構(gòu)造煤、瓦斯壓力、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、采動(dòng)擾動(dòng)的地質(zhì)構(gòu)造及結(jié)構(gòu)變形或地質(zhì)構(gòu)造引起的異常地應(yīng)力等因素對(duì)瓦斯賦存及瓦斯突出造成影響。

國(guó)內(nèi)學(xué)者研究瓦斯賦存及瓦斯突出相對(duì)較晚。自周世寧提出影響煤層原始瓦斯含量的8項(xiàng)地質(zhì)因素[4]以來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)瓦斯賦存及瓦斯突出影響因素開(kāi)展廣泛研究。1982年，張子敏[5]、張袓銀等[6]承擔(dān)了原煤炭部“全國(guó)煤礦瓦斯地質(zhì)編圖”重大攻關(guān)課題，系統(tǒng)總結(jié)了全國(guó)煤層瓦斯的生成與保存條件及分布規(guī)律，并編制出版了《1∶200萬(wàn)中國(guó)煤層瓦斯地質(zhì)圖》。地質(zhì)構(gòu)造及演化、構(gòu)造煤形成與分布、構(gòu)造煤的煤巖學(xué)特征與結(jié)構(gòu)及其對(duì)瓦斯賦存與瓦斯突出的影響等方面相關(guān)學(xué)者也開(kāi)展了較為深入的分析與討論[7-15]，如于不凡[16]、徐鳳銀[17]、張宏偉[18]、張春華[19]、Jia Tianrang[20]、Yan Jiangwei[21]等對(duì)地質(zhì)構(gòu)造的應(yīng)力狀態(tài)及其與瓦斯突出的關(guān)系開(kāi)展了深入分析。

隨著研究的深入，許多學(xué)者開(kāi)始從地質(zhì)構(gòu)造演化的角度分析瓦斯突出。朱興珊等[22-23]以南桐礦區(qū)為例，從構(gòu)造和構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)演化的角度分析煤變質(zhì)程度、煤體破壞程度與瓦斯含量的分布特征。張子敏等[24-26]從區(qū)域構(gòu)造演化的角度研究平頂山、淮北宿縣、新密等礦區(qū)的構(gòu)造演化及其對(duì)瓦斯賦存的控制作用。宋巖等[27]研究指出煤層氣富集程度受控于構(gòu)造演化。韓軍等[28]以阜新礦區(qū)為例，研究指出不同形態(tài)的地質(zhì)構(gòu)造在構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)多期演化過(guò)程中造成局部構(gòu)造應(yīng)力、構(gòu)造煤和瓦斯賦存的區(qū)域性分布，從而控制礦井動(dòng)力災(zāi)害的分區(qū)分帶。張子敏等[29-30]提出瓦斯賦存構(gòu)造逐級(jí)控制理論，將全國(guó)煤礦瓦斯賦存區(qū)域構(gòu)造劃分為10類(lèi)，將全國(guó)煤礦瓦斯賦存分布劃分為30個(gè)大區(qū)，為深入揭示中國(guó)煤礦瓦斯賦存分布機(jī)理及瓦斯突出機(jī)理奠定了基礎(chǔ)。

瓦斯(煤層氣)是含煤地層及其煤層歷經(jīng)地質(zhì)作用的氣體地質(zhì)體，瓦斯的生成、保存、運(yùn)移和富集與地質(zhì)條件密切相關(guān)[5]。地質(zhì)構(gòu)造作用控制著瓦斯賦存和分布，一方面造成瓦斯賦存分布不均衡，另一方面形成儲(chǔ)存或瓦斯排放的有利條件；瓦斯賦存狀態(tài)是含煤地層經(jīng)歷歷次地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)演化作用的結(jié)果。

中國(guó)主要賦存7個(gè)地質(zhì)時(shí)代的含煤地層，分別是石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系，煤炭資源豐富，同時(shí)煤系中賦存豐富的瓦斯(煤層氣)資源潔凈能源，但由于煤層經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，構(gòu)造煤發(fā)育，煤層滲透性低，造成瓦斯難以抽采。中國(guó)含煤地層主要經(jīng)歷過(guò)華力西、印支、燕山、喜馬拉雅和現(xiàn)代地球動(dòng)力學(xué)的作用，板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的碰撞、造山運(yùn)動(dòng)的擠壓隆起、拉張裂陷以及巖漿活動(dòng)等，使得煤層發(fā)生變形、變質(zhì)、滑動(dòng)、剪切等，影響煤層厚度和煤體結(jié)構(gòu)，同時(shí)影響瓦斯(煤層氣)的生成、運(yùn)移和賦存狀態(tài)。煤層瓦斯聚集時(shí)使得煤礦開(kāi)采時(shí)易發(fā)生嚴(yán)重的瓦斯?jié)舛瘸?、瓦斯突出等?zāi)害。

煤層瓦斯含量、瓦斯涌出量、煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性、煤層滲透性等存在分區(qū)分帶特征，受控于地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[5]。構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)存在序次和級(jí)別，其大小和性質(zhì)控制著構(gòu)造形跡的范圍、性質(zhì)和強(qiáng)度。板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的時(shí)間、性質(zhì)、范圍、規(guī)模和強(qiáng)度，控制區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)、范圍和強(qiáng)度。擠壓、拗陷、巖漿活動(dòng)等有利于瓦斯的生成和保存；擠壓、剪切活動(dòng)有利于構(gòu)造煤的形成和瓦斯聚集及煤與瓦斯突出，而拉張、裂陷利于瓦斯釋放[25]。

區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造控制礦區(qū)、礦井地質(zhì)構(gòu)造，礦井地質(zhì)構(gòu)造控制采區(qū)、采面地質(zhì)構(gòu)造。通過(guò)構(gòu)造逐級(jí)控制就可以圈定出以擠壓、剪切作用為主的高瓦斯區(qū)、高瓦斯帶、煤與瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)和瓦斯抽采有利區(qū)或不利區(qū)[5]。區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和應(yīng)力場(chǎng)演化及構(gòu)造形跡分布特征是研究礦區(qū)、礦井地質(zhì)構(gòu)造特征的基礎(chǔ)和依據(jù)，而礦區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)、構(gòu)造形跡進(jìn)而控制礦井構(gòu)造及采區(qū)、采面構(gòu)造，高級(jí)別構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)及構(gòu)造形跡控制低級(jí)別構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)及構(gòu)造形跡，并利用大量瓦斯地質(zhì)信息揭示瓦斯地質(zhì)規(guī)律，從而可以對(duì)瓦斯賦存、煤層滲透性和煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性等進(jìn)行預(yù)測(cè)和區(qū)帶劃分。

不同賦煤區(qū)瓦斯賦存的主控因素各異，即使同一個(gè)賦煤區(qū)不同區(qū)域構(gòu)造位置其瓦斯賦存規(guī)律也可能不同。華北賦煤區(qū)廣泛發(fā)育石炭–二疊紀(jì)煤系，其次為西部和北部的早中侏羅世煤系、鄂爾多斯盆地的晚三疊世煤系和東部沿海的古近紀(jì)褐煤。華北賦煤區(qū)煤炭資源十分豐富，煤炭產(chǎn)量居首位，是我國(guó)最重要的煤炭基地，也煤層氣商業(yè)開(kāi)發(fā)最為成功的地區(qū)。以華北煤系為研究對(duì)象，以地質(zhì)構(gòu)造控制及演化規(guī)律為主線，運(yùn)用板塊構(gòu)造、區(qū)域構(gòu)造演化和瓦斯賦存構(gòu)造逐級(jí)控制等理論，在華北區(qū)域構(gòu)造演化及控煤特征分析的基礎(chǔ)上，揭示華北煤系變形特征和煤礦瓦斯分區(qū)分帶特征，以期對(duì)華北賦煤區(qū)瓦斯預(yù)測(cè)、煤礦瓦斯災(zāi)害防治及煤層氣開(kāi)發(fā)提供重要參考。

1 區(qū)域構(gòu)造演化及控煤特征

華北賦煤區(qū)位于歐亞板塊東緣，古亞洲洋、特提斯洋和太平洋三大構(gòu)造相互交接作用的中心區(qū)域[31](圖1)，在長(zhǎng)期演化過(guò)程中，周邊塊體運(yùn)動(dòng)和相互作用在華北板塊周?chē)纬闪艘幌盗性焐綆Ш蜆?gòu)造帶[32]。華北板塊演化及其與周緣板塊之間的相互作用，制約含煤盆地的形成、變形，控制構(gòu)造煤的形成和分布，進(jìn)而控制煤礦瓦斯的生成、運(yùn)移和保存。

華北地區(qū)經(jīng)歷了阜平、呂梁和晉寧3個(gè)構(gòu)造旋回，以陸核垂向增厚和側(cè)向增生方式形成最早的陸殼。中奧陶世至早石炭世長(zhǎng)期遭受隆升剝蝕后，華北古大陸主體再度下沉，形成統(tǒng)一的巨型克拉通內(nèi)坳陷盆地[33]。晚石炭世，海水由東北部太子河流域入侵，沉積了晚古生代第一個(gè)含煤地層本溪組。晚石炭世至二疊紀(jì)前后，華北板塊與西伯利亞板塊碰撞，使天山–興蒙褶皺系崛起，華北北部抬升地形反轉(zhuǎn)為北高南低，海水由北向南逐漸退出，由海陸交互相過(guò)渡為晚二疊世陸相盆地。整個(gè)石炭–二疊紀(jì)，華北大部分地區(qū)處于相對(duì)構(gòu)造穩(wěn)定狀態(tài)，沉積巖相、厚度穩(wěn)定，成煤范圍廣，含煤地層連續(xù)性好。

印支運(yùn)動(dòng)，中國(guó)東部大陸由受古亞洲構(gòu)造域控制轉(zhuǎn)向由特提斯–古太平洋構(gòu)造域控制，華北板塊南北邊緣造山帶發(fā)生南北向擠壓，華北晚古生代含煤盆地開(kāi)始解體分化，煤系發(fā)生構(gòu)造變形。晚三疊世華北含煤盆地的東界向太行山以西退縮，鄂爾多斯盆地內(nèi)部受影響微弱，發(fā)育了晚三疊世含煤巖系沉積。印支運(yùn)動(dòng)末期，由于秦嶺和祁連山強(qiáng)大的擠壓力及太平洋板塊的俯沖作用，鄂爾多斯盆地整體抬升，西部和南部抬升幅度較大，三疊系上部遭受強(qiáng)烈剝蝕，侏羅系煤系基底總體上呈NNW走向，向NEE緩傾斜。

燕山運(yùn)動(dòng)，華北地區(qū)進(jìn)入了由古亞洲構(gòu)造域和濱太平洋構(gòu)造域共同作用的局面。自中侏羅世開(kāi)始，華北板塊受西伯利亞板塊和華南板塊的南北向擠壓，加之太平洋板塊向西俯沖，派生出強(qiáng)大的NW–SE向壓應(yīng)力，同時(shí)存在塊體的旋轉(zhuǎn)及左旋剪切作用，華北地區(qū)形成了一系列NE–NNE向平行排列或雁列的褶皺、逆沖斷層。早中侏羅世，鄂爾多斯盆地構(gòu)造活動(dòng)趨于緩和，西緣逆沖構(gòu)造帶幅度明顯減弱，為成煤作用創(chuàng)造了良機(jī)，發(fā)育了下侏羅統(tǒng)富縣組和中侏羅統(tǒng)延安組含煤巖系[34]。

喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)早期，隨著庫(kù)拉–太平洋板塊俯沖帶向東遷移，亞洲大陸東緣由安第斯型大陸邊緣轉(zhuǎn)化為西太平洋型大陸邊緣，中國(guó)大陸東部進(jìn)入受太平洋構(gòu)造域控制的裂陷階段[35]。中國(guó)東部弧后區(qū)應(yīng)力狀態(tài)從擠壓轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓘?，形成?guī)模宏大的大陸裂陷區(qū)，如NNE–SSW走向下遼河、渤海灣、南華北和華東巨大的地塹系。魯西隆起區(qū)在古近紀(jì)發(fā)生全面伸展，豫西地區(qū)在古近紀(jì)發(fā)生普遍斷塊掀斜運(yùn)動(dòng)，與此過(guò)程相關(guān)的煤田重力滑動(dòng)構(gòu)造廣泛發(fā)育于豫西嵩箕地區(qū)。

2 煤系變形規(guī)律與構(gòu)造煤分布特征

2.1 煤系變形規(guī)律

影響煤系構(gòu)造變形的主要因素有煤系基底屬性與深部構(gòu)造、地球動(dòng)力學(xué)環(huán)境、構(gòu)造演化歷程及煤系巖性組合特征等[36]，對(duì)煤系、煤層賦存狀態(tài)及煤層開(kāi)采地質(zhì)條件具有主要控制作用的構(gòu)造樣式為疊瓦式逆沖構(gòu)造、推覆式滑脫構(gòu)造、褶皺構(gòu)造和走向滑動(dòng)構(gòu)造[37]。Ⅲ–Ⅴ類(lèi)構(gòu)造煤廣泛分布且有利于煤層瓦斯賦存[38]。深部構(gòu)造格局和基底區(qū)域構(gòu)造屬性決定含煤盆地構(gòu)造演化的活性，從而決定含煤巖系后期改造方式、強(qiáng)度和現(xiàn)今賦存狀態(tài)[39-40]。

華北賦煤區(qū)邊緣經(jīng)受長(zhǎng)期強(qiáng)烈的碰撞、擠壓作用，煤系及構(gòu)造變形強(qiáng)烈；由于擠壓應(yīng)力由板緣向板內(nèi)遞減，煤系變形強(qiáng)度也具有向板內(nèi)減弱的趨勢(shì)，從而形成了板緣強(qiáng)擠壓變形和板內(nèi)差異變形的顯著特點(diǎn)。板緣強(qiáng)擠壓變形分為華北板塊北緣強(qiáng)擠壓變形區(qū)(Ⅰ1)、鄂爾多斯盆地西緣強(qiáng)擠壓變形區(qū)(Ⅰ2)和華北板塊南緣強(qiáng)擠壓變形區(qū)(Ⅰ3)，板內(nèi)差異變形以鄂爾多斯盆地東緣斷裂帶(離石斷裂)和太行山西緣斷裂為界，大體可以將華北賦煤區(qū)板內(nèi)分為鄂爾多斯盆地弱變形區(qū)(Ⅱ1)、山西地塊過(guò)渡變形區(qū)(Ⅱ2)、渤海灣盆地伸展變形區(qū)(Ⅱ3)(圖2)。依據(jù)各分區(qū)構(gòu)造變形特征，進(jìn)一步劃分出變形帶(表1)。

①北緣斷裂帶；②華北賦煤區(qū)南緣斷裂帶；③郯廬斷裂帶；④遵化–包頭基底隆起帶；⑤鄂爾多斯西緣逆沖斷裂帶；⑥華北含煤盆地南緣逆沖斷裂帶；⑦昌平–寧河斷裂帶；⑧豐沛斷裂帶；⑨離石斷裂帶；⑩紫荊關(guān)斷裂帶

2.2 構(gòu)造煤分布特征

構(gòu)造煤是煤層在構(gòu)造應(yīng)力作用下，成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造發(fā)生變化，引起煤層變形(破壞、粉化等)、流變(增厚、減薄等)和變質(zhì)(縮聚、降解等)作用的產(chǎn)物，其形成受構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的性質(zhì)、方位、強(qiáng)度、作用持續(xù)時(shí)間、作用期次及煤巖性質(zhì)、厚度和組合等控制。

不同學(xué)者強(qiáng)調(diào)的構(gòu)造煤分類(lèi)依據(jù)及分類(lèi)方案不同。20世紀(jì)70年代以前，構(gòu)造煤的分類(lèi)主要是以構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)研究為基礎(chǔ)進(jìn)行劃分，即根據(jù)構(gòu)造煤的粒度大小劃分出不同類(lèi)型[41]。1981年在美國(guó)加州召開(kāi)的“糜棱巖類(lèi)巖石的意義和成因”會(huì)議之后，構(gòu)造煤的分類(lèi)借鑒構(gòu)造巖的分類(lèi)方法，按照成因–結(jié)構(gòu)分類(lèi)，把糜棱煤納入韌性變形序列[42-44]。本次按照《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》劃分的5種類(lèi)型進(jìn)行分析，以便和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合，即Ⅰ類(lèi)(非破壞煤)、Ⅱ類(lèi)(破壞煤)、Ⅲ類(lèi)(強(qiáng)烈破壞煤)、Ⅳ類(lèi)(粉碎煤)、Ⅴ類(lèi)(全粉煤)。

表1 華北賦煤區(qū)煤系變形分區(qū)分帶與構(gòu)造煤特征

注：Ⅰ類(lèi)—原生結(jié)構(gòu)煤(非破壞煤)；Ⅱ類(lèi)—碎裂結(jié)構(gòu)煤(破壞煤)；Ⅲ類(lèi)—碎粒結(jié)構(gòu)煤(強(qiáng)烈破壞煤)；Ⅳ類(lèi)—粉粒結(jié)構(gòu)煤(粉碎煤)；Ⅴ類(lèi)—糜棱結(jié)構(gòu)煤(全粉煤)。

構(gòu)造煤的形成與分布與構(gòu)造演化過(guò)程中煤系變形有較好的一致性[45-47]。擠壓構(gòu)造帶構(gòu)造煤發(fā)育，構(gòu)造擠壓越強(qiáng)烈，煤體破壞越嚴(yán)重。在華北板塊南緣、北緣及板內(nèi)造山帶形成了強(qiáng)擠壓變形區(qū)，也是華北賦煤區(qū)構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)，普遍發(fā)育Ⅲ–Ⅳ類(lèi)構(gòu)造煤；構(gòu)造煤的發(fā)育程度呈現(xiàn)由板緣向板內(nèi)及由靠近造山帶向遠(yuǎn)離造山帶減弱的趨勢(shì)；越靠近擠壓型構(gòu)造，構(gòu)造煤破碎越嚴(yán)重、厚度越大。伸展構(gòu)造帶構(gòu)造煤不發(fā)育，但在伸展構(gòu)造帶的盆地隆起邊緣發(fā)育Ⅱ–Ⅲ類(lèi)構(gòu)造煤；而伸展背景下形成的大型滑脫構(gòu)造使煤體破壞嚴(yán)重，構(gòu)造煤成層發(fā)育，如豫西煤田成層發(fā)育Ⅳ–V類(lèi)構(gòu)造煤，被稱(chēng)為“三軟煤層”[48]。華北賦煤區(qū)煤系變形與構(gòu)造煤發(fā)育特征見(jiàn)表1，構(gòu)造煤分布如圖3所示。

3 華北賦煤區(qū)煤礦瓦斯賦存規(guī)律

3.1 煤礦瓦斯賦存地質(zhì)構(gòu)造控制

印支期開(kāi)始，在華北地區(qū)東部，受太平洋庫(kù)拉板塊俯沖碰撞較早，魯西隆起，導(dǎo)致其缺失三疊系，二疊系的煤層瓦斯保存條件變差；煤層瓦斯風(fēng)化帶垂深普遍在600 m以上，目前90%以上的礦井仍為低瓦斯礦井。燕山早中期，由于太平洋庫(kù)拉板塊沿NWW向俯沖作用加強(qiáng)，形成了太行山、膠遼、鄂爾多斯西緣逆沖推覆、隆起造山帶，形成一系列NNE向壓扭性斷裂、褶皺，分別控制太行山東麓、通化–紅陽(yáng)、鄂爾多斯盆地西緣等高瓦斯及瓦斯突出帶。同時(shí)形成了鄂爾多斯、下遼河–華北盆地拗陷帶。

喜馬拉雅早期，太平洋板塊和菲律賓海板塊沿日本–琉球海溝向NWW俯沖，導(dǎo)致大陸邊緣裂解，同時(shí)，印度板塊沿雅魯藏布江縫合線與歐亞板塊發(fā)生碰撞，并持續(xù)向北推擠消減，一方面使青藏高原因地売重疊而隆起，另一方面以滑移線場(chǎng)形式影響中國(guó)大陸東部構(gòu)造變形，使得中國(guó)東部大陸向洋蠕散，加上造山后陸塊松弛及造山帶向沿海遷移后引起的后緣擴(kuò)張作用，華北板塊以裂陷活動(dòng)為主，形成下遼河–渤海–華北裂陷盆地、汾渭裂陷盆地等，煤層瓦斯大量釋放，并控制河北邢臺(tái)、汾渭等低瓦斯帶。

華北板塊北緣，以板塊北緣斷裂為界，毗鄰赤峰活動(dòng)帶，受控于西伯利亞板塊的碰撞擠壓作用，構(gòu)造上以擠壓、褶皺、逆沖推覆造山活動(dòng)為主，印支–燕山期巖漿活動(dòng)劇烈。煤化程度高、煤層變形破壞強(qiáng)烈，控制陰山燕遼高突礦區(qū)礦井的分布。由西至東，包頭、下花園、北票、紅陽(yáng)、本溪、通化都是高瓦斯突出礦區(qū)，其中，北票礦區(qū)發(fā)生煤與瓦斯突出1 500余次，為嚴(yán)重的煤與瓦斯突出礦區(qū)。

圖3 華北賦煤區(qū)構(gòu)造煤分布

華北板塊南緣，從豫西煤田到淮南煤田，受東秦嶺變形帶和大別山變形帶及華北板塊南緣斷裂帶控制。從晉寧期開(kāi)始華北板塊與華南板塊匯聚；加里東期、華力西–印支期華南板塊俯沖、華北板塊推覆隆升；燕山–喜馬拉雅期中國(guó)南部大陸整體向北移動(dòng)，從而觸發(fā)陸–陸俯沖、陸內(nèi)堆疊，形成近東西向展布的滑脫、推覆、走滑和隆升的強(qiáng)烈變形帶。在豫西煤田、從小秦嶺向南至北秦嶺，為一系列平行排列的近東西向展布逆沖推覆、滑脫構(gòu)造，煤層擠壓斷裂破壞強(qiáng)烈；構(gòu)造煤發(fā)育，厚度1.5 m以上；在豫西登封、新密、禹縣、滎鞏等煤田，全層發(fā)育構(gòu)造煤，為豫西“三軟”煤層發(fā)育區(qū)。華北板塊南緣淮南、平頂山、宜洛、義馬至甘肅靖遠(yuǎn)，高突礦井礦區(qū)廣泛分布。

郯廬斷裂帶西側(cè)受華南板塊向華北板塊俯沖碰撞作用，形成徐淮前陸褶皺沖斷帶，在弧頂南北兩翼擠壓剪切帶分別控制著皖北宿縣、臨渙和淮北高突礦區(qū)、礦井分布。

3.2 煤礦瓦斯賦存區(qū)帶

運(yùn)用瓦斯賦存構(gòu)造逐級(jí)控制理論，基于華北賦煤區(qū)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造演化、瓦斯賦存地質(zhì)構(gòu)造逐級(jí)控制特征，結(jié)合華北賦煤區(qū)含煤地層及其沉積特征、煤的變形變質(zhì)規(guī)律及構(gòu)造煤分布特征，將華北賦煤區(qū)煤礦劃分為7個(gè)高突瓦斯區(qū)和6個(gè)低瓦斯區(qū)，進(jìn)一步劃分19個(gè)高(突)瓦斯帶，15個(gè)瓦斯帶，如圖4所示。

華北板塊北緣高突瓦斯區(qū)：突出總次數(shù)383次，突出礦井對(duì)數(shù)40對(duì)，最大瓦斯壓力5.8 MPa，最大瓦斯含量23 m3/t；

華北板塊北緣高突瓦斯區(qū)：突出總次數(shù)796次，突出礦井對(duì)數(shù)33對(duì)，最大瓦斯壓力6.61 MPa，最大瓦斯含量25.6 m3/t；

太行山東麓高突瓦斯區(qū)：突出總次數(shù)649次，

突出礦井對(duì)數(shù)39對(duì)，最大瓦斯壓力3.53 MPa，最大瓦斯含量42.79 m3/t；

桌子山賀蘭山高突瓦斯區(qū)：突出總次數(shù)6次，突出礦井對(duì)數(shù)15對(duì)，最大瓦斯壓力4.8 MPa，最大瓦斯含量22.66 m3/t；

圖4 華北賦煤區(qū)煤礦瓦斯地質(zhì)簡(jiǎn)圖

鄂爾多斯盆地東緣高突瓦斯區(qū)：突出總次數(shù)155次，突出礦井對(duì)數(shù)8對(duì)，最大瓦斯壓力4.59 MPa，最大瓦斯含量17.82 m3/t。

沁水盆地高突瓦斯區(qū)：突出總次數(shù)233次，突出礦井對(duì)數(shù)31對(duì)，最大瓦斯壓力4.3 MPa，最大瓦斯含量36.25 m3/t。

淮北逆沖推覆高突瓦斯區(qū)：突出總次數(shù)140次，突出礦井對(duì)數(shù)18對(duì)，最大瓦斯壓力5.31 MPa，最大瓦斯含量15.97 m3/t；

京西瓦斯區(qū)：43對(duì)瓦斯礦井；

鄂爾多斯盆地中部瓦斯區(qū)：高瓦斯礦井13對(duì)，瓦斯礦井216對(duì)，最大瓦斯壓力0.6 MPa，最大瓦斯含量8.57 m3/t；

山西北部瓦斯區(qū)：高瓦斯礦井25對(duì)，瓦斯礦井57對(duì)，最大瓦斯壓力0.91 MPa，最大瓦斯含量10.76 m3/t。

魯西徐豐永夏瓦斯區(qū)：高瓦斯礦井7對(duì)，瓦斯礦井6對(duì)，最大瓦斯壓力3.4 MPa，最大瓦斯含量14.3 m3/t；

冀中瓦斯區(qū)：高瓦斯礦井1對(duì)，瓦斯礦井11對(duì)，最大瓦斯壓力0.7 MPa，最大瓦斯含量14.1 m3/t；

汾渭瓦斯區(qū)：高瓦斯礦井13對(duì)，瓦斯礦井55對(duì)，最大瓦斯壓力1.9 MPa，最大瓦斯含量22.07 m3/t；

其中，沁水盆地高突區(qū)位于山西地塊過(guò)渡變形帶，屬于弱擠壓變形與伸展變形兼具帶，以原生結(jié)構(gòu)煤為主，僅在盆緣及構(gòu)造局部發(fā)育Ⅱ–Ⅲ類(lèi)構(gòu)造煤，其煤層滲透率在高瓦斯區(qū)中屬于最好的，這是其成為我國(guó)目前煤層氣商業(yè)開(kāi)發(fā)最成功地區(qū)的根本原因。

4 結(jié)論

a.華北賦煤區(qū)邊緣的現(xiàn)今構(gòu)造以擠壓型為主，是相鄰板塊碰撞的擠壓應(yīng)力波及板內(nèi)的產(chǎn)物，此帶內(nèi)煤系變形劇烈，煤系變形強(qiáng)度具有由板緣向板內(nèi)、由擠壓型造山帶向外側(cè)減弱的趨勢(shì)，從而形成了板緣強(qiáng)擠壓變形和板內(nèi)差異變形的顯著特點(diǎn)。

b. 構(gòu)造煤的形成與分布主要受構(gòu)造應(yīng)力控制，與構(gòu)造演化過(guò)程中煤系變形有較好的一致性；華北板塊南北緣及板內(nèi)造山帶形成的強(qiáng)擠壓變形區(qū)，普遍發(fā)育Ⅲ–Ⅳ類(lèi)構(gòu)造煤；構(gòu)造煤的發(fā)育程度具有由板緣向板內(nèi)及由靠近擠壓型造山帶向遠(yuǎn)離造山帶減弱的趨勢(shì)；伸展構(gòu)造帶構(gòu)造煤不發(fā)育，但伸展背景下形成的大型滑脫構(gòu)造容易形成成層發(fā)育的構(gòu)造煤。

c. 華北賦煤區(qū)劃分為7個(gè)高突瓦斯區(qū)和6個(gè)低瓦斯區(qū)，進(jìn)一步劃分15個(gè)高(突)瓦斯帶和13個(gè)低瓦斯帶。其中，沁水盆地高突區(qū)位于山西地塊過(guò)渡變形帶，屬于弱擠壓變形與伸展變形兼具帶，以原生結(jié)構(gòu)煤為主，其煤層滲透率較高，這是其成為我國(guó)目前煤層氣商業(yè)開(kāi)發(fā)最成功地區(qū)的根本原因。

[1] HARGRAVES A J，Instantaneous outbursts of coal and gas：A review & discussion[C]//Proc Aus IMM，1983.

[2] FARMER I W，POOLEY F D. A hypothesis to explain the occurrence of outbursts in coal，based on a study of West Wales outburst coal[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，1967(4)：189–193.

[3] SHEPHERD J，RIXON L K，GRIFFITHS L. Outbursts and geological structures in coal mines：A review[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Science & Geomechanics Abstracts，1981，18(4)：267–283.

[4] 周世寧，林柏泉. 煤層瓦斯賦存與流動(dòng)理論[M]. 北京：煤炭工業(yè)出版社，1999.

ZHOU Shining，LIN Baiquan. Theory of coal seam gas occurrence and flow[M]. Beijing：China Coal Industry Publishing House，1999.

[5] 張子敏. 瓦斯地質(zhì)學(xué)[M]. 徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2009.

ZHANG Zimin. Gas Geology[M]. Xuzhou：China University of Mining and Technology Press，2009.

[6] 張祖銀，張子敏. 1∶200萬(wàn)中國(guó)煤層瓦斯地質(zhì)圖編制[M]. 西安：西安地圖出版社，1992.

ZHANG Zuyin，ZHANG Zimin. 1∶2 million coal seam gas geological map compilation in China[M]. Xi’an：Xi’an Cartographic Publishing House，1992.

[7] 袁崇孚. 構(gòu)造煤和煤與瓦斯突出[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù)，1986，13(1)：32–33.

YUAN Chongfu. Structural coal and coal and gas outburst[J]. Coal Science and Technology，1986，13(1)：32–33.

[8] 彭立世，陳凱德. 順層滑動(dòng)構(gòu)造與瓦斯突出機(jī)制[J]. 焦作礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，1988(3)：156–164.

PENG Lishi，CHEN Kaide. Bedding sliding structure and gas outburst mechanism[J]. Journal of Henan Polytechnic University(Natural Science)，1988(3)：156–164.

[9] 曹運(yùn)興，彭立世. 順煤斷層的基本類(lèi)型及其對(duì)瓦斯突出帶的控制作用[J]. 煤炭學(xué)報(bào)，1995，20(4)：413–417.

CAO Yunxing，PENG Lishi. The basic types of coal faults and their control on gas outburst zones[J]. Journal of China Coal Society，1995，20(4)：413–417.

[10] 康繼武，楊文朝. 瓦斯突出煤層中構(gòu)造群落的宏觀特征研究：論平頂山東礦區(qū)戊(9–10)煤層的構(gòu)造重建[J]. 應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，1995，3(1)：45–51.

KANG Jiwu，YANG Wenchao. Study on the macro-features of tectonic communities in gas outburst coal seam：On the tectonic rebuild of No.9-10 coal seam in the eastern Pingdingshan mining district，Henan Province[J]. Journal of Basic Science and Engineering，1995，3(1)：45–51.

[11] 姜波，秦勇. 變形煤結(jié)構(gòu)演化機(jī)理及其地質(zhì)意義[M]. 徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1998.

JIANG Bo，QIN Yong. Evolution mechanism of structures of deformed coals and its geological significance[M]. Xuzhou：China University of Mining and Technology Press，1998.

[12] 張玉貴，張子敏，曹運(yùn)興. 構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)與瓦斯突出[J]. 煤炭學(xué)報(bào)，2007，32(3)：281–284.

ZHANG Yugui，ZHANG Zimin，CAO Yunxing. Deformed-coal structure and control to coal-gas outburst[J]. Journal of China Coal Society，2007，32(3)：281–284.

[13] 琚宜文，王桂梁. 煤層流變及其與煤礦瓦斯突出的關(guān)系：以淮北海孜煤礦為例[J]. 地質(zhì)論評(píng)，2002，48(1)：96–105.

JU Yiwen，WANG Guiliang. Rheology of coal seams and their relation with gas outburst：A case study of the Haizi Coal Mine，Huaibei Coalfield[J]. Geological Review，2002，48(1)：96–105.

[14] 韓軍，張宏偉，張普田. 推覆構(gòu)造的動(dòng)力學(xué)特征及其對(duì)瓦斯突出的作用機(jī)制[J]. 煤炭學(xué)報(bào)，2012，37(2)：247–252.

HAN Jun，ZHANG Hongwei，ZHANG Putian. Nappe structure’s kinetic features and mechanisms of action to coal and gas outburst[J]. Journal of China Coal Society，2012，37(2)：247–252.

[15] 高魁，劉澤功，劉健，等. 構(gòu)造軟煤的物理力學(xué)特性及其對(duì)煤與瓦斯突出的影響[J]. 中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2013，23(2)：129–133.

GAO Kui，LIU Zegong，LIU Jian，et al. Physical and mechanical characteristics of tectonic soft coal and their effects on coal and gas outburst[J]. China Safety Science Journal，2013，23(2)：129–133.

[16] 于不凡. 煤和瓦斯突出與地應(yīng)力的關(guān)系[J]. 工業(yè)安全與防塵，1985(3)：2–6.

YU Bufan. The relationship between coal and gas outburst and ground stress[J]. Industrial Safety and Environmental Protection，1985(3)：2–6.

[17] 徐鳳銀，朱興珊，王桂梁，等. 芙蓉礦區(qū)古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)及其對(duì)煤與瓦斯突出控制的定量化研究[J]. 地質(zhì)科學(xué)，1995，30(1)：71–84.

XU Fengyin，ZHU Xingshan，WANG Guiliang，et al. The quantitative research on the paleotectonic stress field and its control to coal and gas outburst[J]. Scientia Geologica Sinica，1995，30(1)：71–84.

[18] 張宏偉. 地質(zhì)動(dòng)力區(qū)劃方法在煤與瓦斯突出區(qū)域預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2003，22(4)：621–624.

ZHANG Hongwei. Application of geo-dynamic division method in prediction of coal and gas outburst region[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2003，22(4)：621–624.

[19] 張春華，劉澤功，劉健，等. 封閉型地質(zhì)構(gòu)造誘發(fā)煤與瓦斯突出的力學(xué)特性模擬試驗(yàn)[J]. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，42(4)：554–559.

ZHANG Chunhua，LIU Zegong，LIU Jian，et al. Physical scale modeling of mechanical characteristics of outburst induced by closed geological structure[J]. Journal of China University of Mining & Technology，2013，42(4)：554–559.

[20] JIA Tianrang，F(xiàn)ENG Zhendong，WEI Guoying，et al. Shear deformation of fold structures in coal measure strata and coal-gas outbursts：Constraint and mechanism[J]. Energy Exploration & Exploitation，2018，36(2)：185–203.

[21] YAN Jiangwei，JIA Tianrang，WEI Guoying，et al. In-situ stress partition and its implication on coalbed methane occurrence in the basin-mountain transition zone：A case study of the Pingdingshan coalfield，China[J]. Sādhanā，2020，45(23)：2–6.

[22] 朱興珊，徐鳳銀. 論構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)及其演化對(duì)煤和瓦斯突出的主控作用[J]. 煤炭學(xué)報(bào)，1994，19(3)：303–314.

ZHU Xingshan，XU Fengyin. The controlling effect of tectonic stress field and its evolution on coal and gas outburst[J]. Journal of China Coal Society，1994，19(3)：303–314.

[23] 朱興珊，徐鳳銀，李權(quán)一. 南桐礦區(qū)破壞煤發(fā)育特征及其影響因素[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，1996，24(2)：28–32.

ZHU Xingshan，XU Fengyin，LI Quanyi. Development characteristics and influencing factors of damaged coal in Nantong mining area[J]. Coal Geology & Exploration，1996，24(2)：28–32.

[24] 張子敏，張玉貴. 大平煤礦特大型煤與瓦斯突出瓦斯地質(zhì)分析[J]. 煤炭學(xué)報(bào)，2005，30(2)：137–140.

ZHANG Zimin，ZHANG Yugui. Investigation into coal-gas outburst occurred in Daping Coalmine，by using theories of gas-geology[J]. Journal of China Coal Society，2005，30(2)：137–140.

[25] 張子敏，張玉貴. 瓦斯地質(zhì)規(guī)律與瓦斯預(yù)測(cè)[M]. 北京：煤炭工業(yè)出版社，2005.

ZHANG Zimin，ZHANG Yugui. Gas geological law and gas prediction[M]. Beijing：China Coal Industry Publishing House，2005.

[26] 張子敏，張玉貴，衛(wèi)修君，等. 編制煤礦三級(jí)瓦斯地質(zhì)圖[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2007.

ZHANG Zimin，ZHANG Yugui，WEI Xiujun，et al. Compilation of three-level gas geological map of coal mine[M]. Beijing：China Coal Industry Publishing House，2007.

[27] 宋巖，趙孟軍，柳少波，等. 構(gòu)造演化對(duì)煤層氣富集程度的影響[J]. 科學(xué)通報(bào)，2005，50(增刊1)：1–5.

SONG Yan，ZHAO Mengjun，LIU Shaobo，et al. The influence of structural evolution on the enrichment degree of coalbed methane[J]. Chinese Science Bulletin，2005，50(Sup.1)：1–5.

[28] 韓軍，張宏偉，宋衛(wèi)華，等. 構(gòu)造凹地煤與瓦斯突出發(fā)生機(jī)制及其危險(xiǎn)性評(píng)估[J]. 煤炭學(xué)報(bào)，2011，36(增刊1)：108–113.

HAN Jun，ZHANG Hongwei，SONG Weihua，et al. Coal and gas outburst mechanism and risk analysis of tectonic concave[J]. Journal of China Coal Society，2011，36(Sup.1)：108–113.

[29] 張子敏，吳吟. 中國(guó)煤礦瓦斯地質(zhì)規(guī)律及編圖[M]. 徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2014.

ZHANG Zimin，WU Yin. Chinese coalmine gas geological law and mapping[M]. Xuzhou：China University of Mining and Technology Press，2014.

[30] 張子敏，吳吟. 中國(guó)煤礦瓦斯賦存構(gòu)造逐級(jí)控制規(guī)律與分區(qū)劃分[J]. 地學(xué)前緣，2013，20(2)：237–245.

ZHANG Zimin，WU Yin. Tectonic-level-control rule and area-dividing of coalmine gas occurrence in China[J]. Earth Science Frontiers，2013，20(2)：237–245.

[31] 李三忠，索艷慧，戴黎明，等. 渤海灣盆地形成與華北克拉通破壞[J]. 地學(xué)前緣，2010，17(4)：64–89.

LI Sanzhong，SUO Yanhui，DAI Liming. Development of the Bohai Bay Basin and destruction of the North China Craton[J]. Earth Science Frontiers，2010，17(4)：64–89.

[32] 曹代勇，寧樹(shù)正，郭愛(ài)軍，等. 中國(guó)煤田構(gòu)造格局與構(gòu)造控煤作用[M]. 北京：科學(xué)出版社，2018.

CAO Daiyong，NING Shuzheng，GUO Aijun，et al. Tectonic framework of coalfields and tectonic control of coalseams in China[M]. Beijing：Science Press，2018.

[33] 琚宜文，衛(wèi)明明，薛傳東. 華北盆山演化對(duì)深部煤與煤層氣賦存的制約[J]. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，40(3)：390–398.

JU Yiwen，WEI Mingming，XUE Chuandong. Control of basin-mountain evolution on the occurrence of deep coal and coalbed methane in North China[J]. Journal of China University of Mining & Technology，2011，40(3)：390–398.

[34] 王雙明. 鄂爾多斯盆地構(gòu)造演化和控煤構(gòu)造作用[J]. 地質(zhì)通報(bào)，2011，30(4)：544–552.

WANG Shuangming. Ordos Basin tectonic evolution and structural control of coal[J]. Geological Bulletin of China，2011，30(4)：544–552.

[35] 琚宜文，王桂粱，衛(wèi)明明，等. 中新生代以來(lái)華北能源盆地與造山帶耦合演化過(guò)程及其特征[J]. 中國(guó)煤炭地質(zhì)，2014，26(8)：15–19.

JU Yiwen，WANG Guiliang，WEI Mingming，et al. North China energy basin and orogenic belt coupled evolution process and its characteristics since Meso-Cenozoic[J]. Coal Geology of China，2014，26(8)：15–19.

[36] 王桂梁，琚宜文，鄭孟林，等. 中國(guó)北部能源盆地構(gòu)造[M]. 徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2007.

WANG Guiliang，JU Yiwen，ZHENG Menglin，et al. Energy basin structure in North China[M]. Xuzhou：China University of Mining and Technology Press，2007.

[37] 王佟，夏玉成，韋博，等. 新疆侏羅紀(jì)煤田構(gòu)造樣式及其控煤效應(yīng)[J]. 煤炭學(xué)報(bào)，2017，42(2)：436–443.

WANG Tong，XIA Yucheng，WEI Bo，et al. Structural styles and their control effect on Jurassic coalfield in Xinjiang[J]. Journal of China Coal Society，2017，42(2)：436–443.

[38] 王亮，鄭思文，趙偉，等. 淮北煤田煤與瓦斯突出災(zāi)害差異性和控制因素研究[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù)，2020，48(10)：75–83.

WANG Liang，ZHENG Siwen，ZHAO Wei，et al. Study on difference and control factors of coal and gas outburst disasters in Huaibei Coalfield[J]. Coal Science and Technology，2020，48(10)：75–83.

[39] 郭德勇，韓德馨. 地質(zhì)構(gòu)造控制煤和瓦斯突出作用類(lèi)型研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，1998，23(4)：337–341.

GUO Deyong，HAN Dexin. Research on the types of geological tectonic controlling coal-gas outbursts[J]. Journal of China Coal Society，1998，23(4)：337–341.

[40] 童玉明，陳勝早，王伏泉，等. 中國(guó)成煤大地構(gòu)造[M]. 北京：科學(xué)出版社，1994.

TONG Yuming，CHEN Shengzao，WANG Fuquan，et al. China coal-forming regional structure[M]. Beijing：Science Press，1994.

[41] 陳善慶. 鄂、湘、粵、桂二疊紀(jì)構(gòu)造煤特征及成因分析[J]. 煤炭學(xué)報(bào)，1989，16(4)：2–10.

CHEN Shanqing. Characteristics of tectonically deformed Permian coal in Hubei，Hunan，Guangdong and Guangxi Provinces and analysis of its origin[J]. Journal of China Coal Society，1989，16(4)：2–10.

[42] 侯泉林，張子敏. 關(guān)于“糜棱煤”概念之探討[J]. 焦作礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，1990(2)：21–26.

HOU Quanlin，ZHANG Zimin. The study of the concept of “mylon coal”[J]. Journal of Jiaozuo Mining Institute，1990(2)：21–26.

[43] 李康，鐘大賁. 煤巖的顯微構(gòu)造特征及其與瓦斯突出的關(guān)系：以南桐魚(yú)田堡煤礦為例[J]. 地質(zhì)學(xué)報(bào)，1992，66(2)：148–157.

LI Kang，ZHONG Daben. Microstructures of coal and their relation with gas outbursts：A case study of the Yutianbao Coal Mine，Nantong[J]. Acta Geologica Sinica，1992，66(2)：148–157.

[44] 曹代勇，張守仁，任德貽. 構(gòu)造變形對(duì)煤化作用進(jìn)程的影響：以大別造山帶北麓地區(qū)石炭紀(jì)含煤巖系為例[J]. 地質(zhì)論評(píng)，2002，48(3)：313–317.

CAO Daiyong，ZHANG Shouren，REN Deyi. The influence of structural deformation on coalification：A case study of Carboniferous coal measures in the northern foothills of the Dabie orogenic belt[J]. Geological Review，2002，48(3)：313–317.

[45] 琚宜文，姜波，侯泉林，等. 構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)–成因新分類(lèi)及其地質(zhì)意義[J]. 煤炭學(xué)報(bào)，2004，29(5)：513–517.

JU Yiwen，JIANG Bo，HOU Quanlin，et al. The new structure-genetic classification system in tectonically deformed coals and its geological significance[J]. Journal of China Coal Society，2004，29(5)：513–517.

[46] 琚宜文，姜波，王桂梁，等. 構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)及儲(chǔ)層物性[M]. 徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2005.

JU Yiwen，JIANG Bo，WANG Guiliang，et al. Tectonic coal structure and reservoir physical properties[M]. Xuzhou：China University of Mining and Technology Press，2005.

[47] 王恩營(yíng)，易偉欣，李云波. 華北板塊構(gòu)造煤分布及成因機(jī)制[M]. 北京：科學(xué)出版社，2015.

WANG Enying，YI Weixin，LI Yunbo. The distribution and genetic mechanism of tectonic coal in North China plate[M]. Beijing：Science Press，2015.

[48] 李云波，張騰飛，宋黨育，等. 基于多重分形奇異性理論的瓦斯地質(zhì)規(guī)律預(yù)測(cè)方法：以淮南礦區(qū)潘一礦為例[J]. 煤炭學(xué)報(bào)，2018，43(12)：3436–3446.

LI Yunbo，ZHANG Tengfei，SONG Dangyu，et al. Prediction method of methane geological law based on the multifractal singularity theory：An example from the Panyi Coalmine，Huainan coalfield，China[J]. Journal of China Coal Society，2018，43(12)：3436–3446.

Deformation characteristics of coal measures and gas occurrence law of coal mines in North China

WANG Wei1,2, WEI Yanzhao3, JIA Tianrang2,3, YAN Jiangwei2,3

(1. Safety and Emergency Management Research Center, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454003, China; 2. State Key Laboratory Cultivation Base for Gas Geology and Gas Control(Henan Polytechnic University), Jiaozuo 454003, China; 3. Safety Science & Engineering School, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454003, China)

Gas is not only one of the important disaster-causing factors in coal mines, but also an important clean energy. Understanding the deformation characteristics of coal measures and the occurrence of gas is the basis for coal mine gas disaster prevention and coalbed methane development. Taking the North China coal measures as the research object, taking the tectonic evolution and control as the main line, using the theory of plate tectonics, tectonic evolution and step by step control of gas-occurring structures, the deformation characteristics of the North China coal-measures and the law of coal mine gas occurrence were systematically studied. The research results show that the North China Plate is at the center of the interaction and junction of the three major tectonic domains and controls the formation and evolution of the coal measures. The interaction between the North China Plate and the peripheral plates restricted the formation, occurrence and deformation of the coal-measure strata, controlled the formation and distribution of tectonic coal, thereby controlling the generation, migration and preservation of coal mine gas; The deformation strength of the North China coal measures has a tendency to weaken from the edge of the plate to the interior of the plate, from the compression orogenic belt to the far orogenic belt; The formation and distribution of coal measures are in good agreement with the deformation of coal measures in the process of tectonic evolution. The development degree of tectonic coal also has a tendency to weaken from the edge of the plate to the interior of the plate and from the nearby compression orogenic belt to the far the orogenic belt. The tectonic coal is not developed in the extending tectonic zones, but the large detachment structures formed under the extensional background is easy to form layered tectonic coal; The gas distribution in North China coal mines has obvious regional characteristics, which can be divided into 7 high gas outburst areas and 6 low gas areas, further divided into 15 high (abrupt) gas belts and 13 low gas belts. The research results have important guiding significance for targeted gas control and coalbed methane development.

North China coal measures; geological structure; tectonic evolution; tectonic coal; gas occurrence

語(yǔ)音講解

TD712

A

1001-1986(2021)06-0121-10

2021-01-05；

2021-08-04

河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目(202102310221，202102310619)；河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目(20A430016)

王蔚，1983年生，男，河南焦作人，博士，講師，碩士生導(dǎo)師，從事瓦斯地質(zhì)與瓦斯防治、瓦斯地質(zhì)信息化等方面的研究. E-mail：wangweihpu@hpu.edu.cn

賈天讓?zhuān)?979年生，男，河南夏邑人，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，從事瓦斯地質(zhì)與瓦斯防治、瓦斯地質(zhì)信息化等方面的研究. E-mail：jiatianrang@126.com

王蔚，衛(wèi)彥昭，賈天讓?zhuān)? 華北煤系變形特征與煤礦瓦斯賦存規(guī)律[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2021，49(6)：121–130. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2021.06.015

WANG Wei，WEI Yanzhao，JIA Tianrang，et al.Deformation characteristics of coal measures and gas occurrence law of coal mines in North China[J]. Coal Geology & Exploration，2021，49(6)：121–130. doi: 10.3969/ j.issn.1001-1986. 2021.06.015

移動(dòng)閱讀

(責(zé)任編輯 范章群)