织纳煤田晚二叠世构造煤区域分布及构造控制_周培明.pdf

第 48 卷 第 3 期 煤田地质与勘探 Vol. 48 No.3 2020 年 6 月 COAL GEOLOGY tectonically deed coal; Yanshanian period; Himalayan period; tectonic evolution; deep fault; Zhina coalfield 在一期或多期构造应力作用下， 煤体结构甚至化 学成分发生变化的系列煤为构造煤。 构造煤内部含有 大量微孔隙、裂隙，比表面积增大，吸附性强，储气 能力较强，而渗透率较低[1]，是发生煤与瓦斯突出的 重要条件，构造煤类别越高，越易于发生瓦斯突出， 瓦斯防治难度也越大。 同时， 构造煤也是煤层气开发 中的一个亟待解决的重要难题， 一方面， 煤层适度的 构造变形可以在不影响储层改造的同时增加储气能 力； 另一方面， 过大的煤层构造变形不利于储层改造， 煤层气开发难度大。 多数学者认为， 构造煤的分布受 断层的层间滑动影响控制[2]。琚宜文[3]通过分析两淮 地区区域地质状况、 构造及其演化， 将两淮地区构造 煤的形成划分为低煤级煤、中煤级煤和高煤级煤 3 种变质变形环境；王恩营等[4]研究了区域构造控制 下不同成因、不同类型构造及构造群形成的控制作 用， 建立了构造煤的控制模式； 指出构造煤的层域分 布主要受含煤建造控制， 包括煤岩层岩性、 厚度及组 合；逆断层是构造煤形成的有利地质条件。 贵州织纳煤田煤与煤层气资源丰富，据贵州省 煤田地质局 2010 年提交的“贵州省煤层气资源潜力 预测与评价报告”，织纳煤田煤层气资源量约为 7 002.8 亿 m3，占全省地质总资源量的 22.91，平 均资源丰度较高，为 1.41 亿 m3/km2，勘探开发潜力 巨大[5]，故查明区内构造煤区域分布及构造控制规 律，可以为构造煤区域预测、煤矿瓦斯灾害防治及 煤层气开发有利区优选、煤层气勘探开发时序规划 奠定地质基础。 1 煤田概况 1.1 地质概况 织纳煤田位于贵州省中西部，大地构造位置位 于扬子陆块Ⅰ级、上扬子陆块Ⅱ级、扬子陆块南 部被动边缘褶冲带Ⅲ级上的织金宽缓褶皱区及六 盘水复杂变形区Ⅳ级，是黔中隆起的核心组成部 分，主要包括 5 个含煤构造单元，分别为比德向斜、 三塘向斜、珠藏向斜、阿弓向斜和关寨向斜。褶皱 十分发育，以短轴式褶皱为主，走向主要为 NE 向，西缘发育少量 NW 向隔挡式褶皱。断层主要 为高角度、NE 向走向断层，在区域性大断裂附近 最为发育[6-8]，织纳煤田构造纲要如图 1 所示。 1比德向斜；2加戛背斜；3水公河向斜；4五指山背斜；5以支塘向斜；6勺坐背斜；7白泥箐向斜；8张维背斜；9三塘向 斜；10后寨背斜；11阿弓向斜；12关寨向斜；13地贵背斜；14珠藏向斜；15克窝向斜；16熊家场背斜；17白果寨向斜； 18梅子关背斜；19桂果背斜；20补郎向斜；21牛场向斜；22大猫场向斜；23齐伯房背斜；24蔡官向斜；25站街向斜 图 1 织纳煤田构造纲要 Fig.1 Tectonic outline of Zhina coalfield 1.2 含煤特征 研究区含煤地层主要为上二叠统长兴组及龙潭 组，地层厚度 76437 m，龙潭组主要为一套碎屑岩 及煤层组成，为海陆交互相沉积；长兴组自西向东 逐渐由以碎屑岩为主的海陆交互相过渡为以碳酸盐 为主的局限台地相。含煤 369 层，一般 30 余层， 含煤总厚 1.3354.68 m，可采煤层 117 层，可采煤 层总厚 1.9723.55 m，其中 6、16、27 号为主要可 采煤层。6 号煤厚 06.5 m，一般 3 m 左右，以中厚 煤层为主，厚度较稳定，但新店、流长、平坝一带 ChaoXing 第 3 期 周培明等 织纳煤田晚二叠世构造煤区域分布及构造控制 31 出现沉积缺失或尖灭； 16 号煤厚 03.72 m， 一般 2 m 左右，属中厚煤层，煤层较稳定，原生结构煤和构 造煤均较发育；27 号煤厚 03.5 m，一般 12 m， 属薄中厚煤层，大部分地区可采，原生结构煤和 构造煤均较发育[9-10]。 2 织纳煤田晚二叠世构造煤区域分布规律 构造煤的分类有多种方法， 根据构造破坏程度， 煤体结构分为 4 种类型[11]，即原生结构煤、 碎裂煤、 碎粒煤和糜棱煤；根据构造变形机制将构造煤分为 3 个变形序列 10类煤[12] 脆性变形序列包括碎裂煤、 碎斑煤和碎粒煤、碎粉煤、片状煤和薄片煤；韧性 变形序列包括揉皱煤、糜棱煤和非均质结构煤；脆 韧性过渡型为鳞片煤。本文根据研究区构造煤发育 特征，同时考虑煤体结构对煤层气开采的影响，采 用简化的构造变形机制对构造煤的划分方法，将构 造煤划分为脆性变形系列和韧性变形系列，脆性变 形系列包括碎裂煤、碎粒煤和碎粉煤，韧性变形系 列只包括糜棱煤。原生结构煤一般较有利于煤层气 渗流，碎裂煤由于构造裂隙发育程度适中而具有煤 层气开发的良好物性条件，碎粒煤、碎粉煤、糜棱 煤由于其煤体松软、强度低、渗透性差而不利于煤 层气开发[13]。 获取煤体结构资料的主要途径有煤壁观测编 录、钻孔取心和测井曲线。本次整理分析了研究区 比德向斜、三塘向斜、珠藏向斜、阿弓向斜和关寨 向斜等 14个含煤构造单元共 200余个煤田钻孔取心 资料，对于煤壁未揭露区及取心率低、煤体结构描 述不明确等钻孔，辅以测井曲线反演获取煤体结构 资料[14-15]，通过综合分析，查明 6、16 和 27 号煤的 煤体结构区域分布特征。 2.1 6 号煤煤体结构分布特征 6 号煤构造煤较发育，主要有碎裂煤、碎粒煤 和碎粉煤，糜棱煤仅在蔡官向斜部分地区有少量分 布图 2。 研究区西北角以及支塘向斜等区域以原生 结构煤为主，部分区域发育少量碎裂煤，煤体结构 总体较好；西部比德向斜、水公河向斜、三塘向斜 等区域以碎裂煤为主，局部地区发育少量碎粒煤； 中部关寨向斜、阿弓向斜、珠藏向斜、补郎向斜、 蔡官向斜、牛场向斜等区域碎粒煤及碎粉煤发育， 煤体结构破坏较严重；东北部站街向斜等区域缺失 6 号煤。 2.2 16 号煤煤体结构分布特征 16 号煤构造煤较发育，碎裂煤较少，且未见糜 棱煤图 3。分布特征明显，大致以织金珠藏连线 为界，西部比德向斜、三塘向斜、阿弓向斜、以支 塘向斜等大片区域以原生结构煤为主，部分地区发 育少量碎裂煤，煤体结构总体较好；东部补郎向斜、 蔡官向斜、站街向斜、关寨向斜等大片区域以碎粒 煤和碎粉煤为主，煤体松软，机械强度差；中部小 部分区域如牛场向斜等以碎裂煤为主，局部地区发 育少量碎粒煤。 图 2 织纳煤田 6 号煤煤体结构分布 Fig.2 Distribution of coal structure of No.6 seam in Zhina coalfield 图 3 织纳煤田 16 号煤煤体结构分布 Fig.3 Distribution of coal structure of No.16 seam in Zhina coalfield 2.3 27 号煤煤体结构分布特征 27 号煤构造煤较发育，碎裂煤较少，且不见糜 棱煤。 分布特征与 16 号煤较为相似， 西部比德向斜、 三塘向斜、阿弓向斜、以支塘向斜等大片区域及东 南部蔡官向斜局部地区以原生结构煤为主，部分地 区发育少量碎裂煤，煤体结构总体较好；南部补郎 向斜及东北部站街向斜、关寨向斜等区域以碎粒煤 和碎粉煤为主，煤体松软，机械强度差；中部小部 分区域如牛场向斜等以碎裂煤为主，局部地区发育 少量碎粒煤图 4。 综上分析可以看出，织纳煤田晚二叠世煤层煤体 结构分布具有较明显的规律，即自西向东，煤体结构 逐渐变差，西部主要以原生结构煤和碎裂煤为主，而 东部主要以碎粒煤和碎粉煤为主， 局部地区存在差异。 ChaoXing 32 煤田地质与勘探 第 48 卷 图 4 织纳煤田 27 号煤煤体结构分布 Fig.4 Distribution of coal structure of No.27 seam in Zhina coalfield 3 构造煤区域分布控制因素 煤体结构的破坏程度主要由构造应力和煤岩性 质共同决定，而褶皱、断裂、层间滑动等都是构造 应力的表现形迹，不同的构造应力形迹反映不同的 构造应力特征，同时，地质构造多期性造成构造煤 多期变形[16-18]。织纳煤田构造复杂，构造煤的分布 特征与深大断裂的分布密切相关，深大断裂的分布 特征影响着不同时期构造应力的展布，在织纳煤田 内不同区域形成复杂的褶皱、断层和层滑构造等构 造形迹，不断改造煤体结构，形成了煤体结构区域 分布特征。 3.1 构造演化 织纳煤田晚二叠世煤系自形成以来，主要经历 了印支、燕山和喜马拉雅等期次构造运动的影响。 在黔中隆起及其邻区，印支期主要发生在晚三叠世 早、晚期之间，为煤层生成阶段，巨厚的三叠系沉 积使得晚二叠世煤层埋深不断增加，普遍发生煤化 作用，到印支期末，煤层普遍达到无烟煤阶段；燕 山期主要发生在晚侏罗–早白垩世期间， 可划分为燕 山期早期、主燕山期燕山期中期、燕山期晚期， 主燕山期是煤层发生构造变形的主要阶段，主燕山 期最早的应力场为自东向西的区域性挤压应力场， 主燕山期晚期，由于印度板块加速向北移动，区域 应力场转变为自 NW 向 SE 的挤压，晚燕山期，区 域应力场从主燕山运动时的 NW 向继续顺时针旋 转， 逐渐转变为 NNW 向， 最后形成近 SN 向挤压的 区域构造应力场，期间褶皱断裂作用强烈，煤层在 构造应力作用下大幅度抬升而被剥蚀，煤层埋深不 断变浅，煤化作用停止，煤级基本定型，同时，煤 体结构也被强烈改造，形成了大量构造煤；喜马拉 雅期主要为新近纪以来的构造变形，煤层仍以抬升 为主，造成煤层埋深进一步变浅，同时对早期构造 进行叠加改造，主要表现为对早期构造的继承性发 展，晚二叠世煤层煤体结构进一步受到破坏[4,7]。 3.2 深大断裂 织纳煤田构造煤分布特征与区内及周边的深大 断裂密切相关， 4条深大断裂分别为水城–紫云断裂、 贵阳–镇远断裂、遵义–惠水断裂和纳雍–瓮安断裂。 深大断裂影响区域应力场的分布，从而在煤田不同 位置形成了不同的控煤构造样式，各种控煤构造对 煤体结构的改造差异较大，其中，挤压构造和层滑 构造对煤体结构的破坏作用最大。 3.2.1 水城–紫云断裂 水城–紫云断裂位于织纳煤田西部，总体走向 300310，主体倾向 SW。在走向上，断裂带的 不同部位其沉积和构造变形存在差异，大致可以 分为 3 段，其中，北西段威宁赫章水城六 枝一带构成了六盘水煤田和织纳煤田的分界，对 织纳煤田西部煤层的构造变形影响最大，燕山期 早期的近 EW 向挤压和晚期近 SN 向的挤压在 NW 向的垭紫断裂带处均产生 NW 向的压剪性扭滑和 NE 向逆冲推覆，形成复杂的剪切体系和狭长地带 内的 NW 向雁列褶皱群，主要包括煤田东部的比 德向斜、水公河向斜和加戛背斜等，主要形成了 平面“S”、反“S”形构造等控煤构造，并伴有压剪 性断层，逆冲推覆构造和层滑构造等不发育，故 对煤层煤体结构的改造作用相对较弱，构造煤以 碎裂煤为主。 3.2.2 贵阳–镇远断裂 贵阳–镇远断裂位于织纳煤田南部，走向 NEENE 向，倾向南或北，主燕山期主要为右行压 剪性阶段，挤压作用开始显著加剧，由于受到与之 交叉的水城–紫云断裂的影响和限制， 织纳煤田南部 形成一系列 NE 向的大型褶皱，主要包括补郎向斜 和蔡官向斜等。晚燕山期，NESW 向的挤压逆冲 逐渐强烈，形成了多数的逆冲叠瓦构造和层滑构造 等控煤构造，煤层受到较大破坏，碎粒煤和碎粉煤 发育，补郎向斜甚至形成了糜棱煤。 3.2.3 遵义–惠水断裂 遵义–惠水断裂位于织纳煤田东部，走向近 NNE 向，倾向东，局部向西，主燕山期发生强烈 的自东向西逆冲兼左行剪切，在织纳煤田东部形 成了一系列 NNE、NS 向的褶皱，主要包括站街向 斜等；晚燕山期随着印度板块向北加速移动，在 煤田形成近 SN 向构造应力场， 断裂以拉张兼右行 平移为主，煤田内地层发生剧烈褶皱、断裂，发 育逆冲、逆掩断层，对煤体结构破坏严重，碎粒 煤和碎粉煤发育。 ChaoXing 第 3 期 周培明等 织纳煤田晚二叠世构造煤区域分布及构造控制 33 3.2.4 纳雍–瓮安断裂 纳雍–瓮安断裂位于织纳煤田内部且靠近北部， 走向 NEE，倾向南或北，总体为压性、压扭性质的 逆断层为主，正断层次之。主燕山期表现为右行张 剪性，晚燕山期，表现为自南向北逆冲，断层破碎 带附近煤体结构受到破坏，但整体对区内煤体结构 改造作用较小。 综上分析，燕山期构造活动最为强烈，构造煤 主要在此阶段形成，其中，遵义–惠水断裂对构造煤 的形成和分布影响最大，其次为贵阳–镇远断裂。主 燕山期早期自东向西的区域性应力场受到遵义–惠 水断裂阻挡，在煤田东部，褶皱、断裂作用剧烈， 发育逆冲、逆掩断层等构造，对煤体结构破坏严重， 碎粒煤和碎粉煤发育。主燕山晚期，区域应力场转 变为 NWSE 向挤压，贵阳–镇远断裂挤压作用加 强， 加之晚燕山期 NNW 向、 近 SN 向的强烈挤压逆 冲作用，导致逆冲叠瓦构造和层滑构造发育，煤田 东南部煤层煤体结构进一步受到破坏，碎粒煤和碎 粉煤发育。 4 结 论结 论 a. 贵州织纳煤田晚二叠世主要可采煤层6、16 和 27 号构造煤较发育，煤体结构具有较明显的区 域分布规律，即自西向东构造煤逐渐增多，煤体结 构破坏更加严重，西部主要以原生结构煤和碎裂煤 为主，有利于煤层气的开发，而东部主要以碎粒煤 和碎粉煤为主，局部地区出现差异，不利于煤层气 的赋存和煤储层的改造。 b. 研究区晚二叠世主要可采煤层煤体结构区 域分布规律主要受构造演化和深大断裂控制， 其中， 遵义–惠水断裂对主燕山期早期近 EW 向区域应力 场的阻挡作用，使得煤田东部褶皱、断裂作用强烈， 构造煤发育，加之贵阳–镇远断裂在主燕山晚期 NWSE 向构造应力场和晚燕山期 NNW 向、 近 SN 向构造应力场的作用下，挤压逆冲作用加强，使得 煤田东南部煤层受到破坏，构造煤发育。 c．．研究区晚二叠世主要可采煤层煤体结构区 域分布规律以及构造控制特征， 可有效指导煤炭安 全生产及煤层气勘探开发区块优选， 但鉴于收集的 资料有限，不能精确到甜点区的优选，也难以准确 细分出各煤体结构， 仅按煤层气勘探开发有利程度 划分为有利于开发的原生和碎裂结构煤， 较有利于 开发的碎裂和碎粒结构煤， 不利于开发的碎粒和碎 粉结构煤， 研究区煤体结构精细划分还有待进一步 分析。 请听作者语音介绍创新技术成果 等信息，欢迎与作者进行交流 参考文献References OSID 码 [1] 曹伟. 不同类型构造煤储气特征及采气优选方案分析[D]. 太 原太原理工大学，2015. 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