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第 44 卷 第 2 期 煤田地质与勘探 Vol. 44 No.2 2016 年 4 月 COAL GEOLOGY 2. 安徽省煤田地质局勘查研究院，安徽 合肥 230000 摘要 宿南矿区为淮北煤田重要矿区，其中 72煤层为矿区主要可采之一。地质勘探资料表明，该 煤层的厚度变化较大，变化特征明显。在矿井地质调查及矿区地质构造研究的基础上，发现该煤 层煤体结构破碎，煤层厚度变化与区内地质构造具有密切的联系。在煤厚区域分布特征方面呈现 NW–SE 向厚薄相间分布，其方向与研究区总体褶皱方向一致。局部厚度变化特征方面与断层走向 及褶皱轴向关系密切。因此，排除该煤层原生沉积影响因素，断裂构造与褶皱构造以及褶皱作用 伴生的层滑构造为区内煤层厚度变化的主要控制因素。 关 键 词宿南矿区；72煤层；地质构造；厚度变化；控制作用 中图分类号P618.11; P628.1 文献标识码A DOI 10.3969/j.issn.1001-1986.2016.02.005 Controlling effect of geological structure on the thickness variation of 72 coal seam in Sunan mining area LIU Hewu1, TONG Liuhua1, YAN Jiaping1, ZHU Wenwei2 1. School of Earth and Environment, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China; 2. Institute of Exploration of Bureau of Coal Geology of Anhui Province, Hefei 230000, China Abstract Sunan mining area plays an important role in Huaibei coalfield and coal seam 72 is one of the minable coal seams in the mining area. Geological exploration data show that the change of coal seam is large and it’s thickness variation is obvious. Based on the research of mine geological survey and geological structure, it is found that the coal structure is broken, and the thickness variation of coal seam is closely related to the geological struc- ture in the area. The distribution of coal thickness shows NW-SE alternative thickening and thining, the direction is the same as the overall fold direction. The local thickness variation is closely related to the trend of the fault strike and the axial direction of the fold. Therefore, excluding the impact of the coal seam of primary sedimentary factors, the faults, the folds and the layer slip structure associated with fold action mainly control the thickness variation of coal seam. Key words Sunan mining area; coal seam 72 ; geological structure; thickness change; control effect 宿南矿区位于宿州市东南部，矿区内包括桃园 井田、祁南井田、祁东井田以及龙王庙井田。矿区 多数井田开采深度已达到 800 m，深部仍处于勘探 阶段。矿井生产资料和深部勘探资料表明，目前已 开采的 72煤层厚度变化较大，影响煤矿采掘工程的 布置与采掘方式的选择[1-4]。因此，研究煤层厚度变 化特征及其控制作用因素对该区的煤炭资源开采具 有一定的指导意义。72煤层是宿南矿区主要可采煤 层之一，大量钻孔测井曲线资料以及现场观测点显 示，72煤层厚度变化较大的区域内煤体结构较为破 碎，多见 III、IV 与 V 类煤[5]。后期构造变动破坏煤 体结构，形成结构破碎的构造煤[6-7]。初步推测煤层 厚度的变化与地质构造作用密切相关，通过对区内 地质构造发育特征的分析以及煤层厚度变化特征的 趋势面分析，以揭示地质构造对宿南矿区 72煤层厚 度的控制作用。 ChaoXing 第 2 期 刘和武等 地质构造对宿南矿区 72煤层厚度变化的控制作用 25 1 矿区构造概况 宿南矿区地处徐宿弧形构造南缘断褶带的宿南 向斜内，向斜东部为一 NW–SE 走向的西寺坡逆断 层所切割，造成该向斜的不完整图 1。向斜边缘地 层倾角较大，倾角 1535，深部地层呈舒缓波状， 倾角小于 10。全区次级褶皱发育程度较低，主要发 育于矿区东部与西南部。区内断层走向主要为 NNE 向， 其次为 NEE 向， 以高角度小落差正断层发育为主。 矿区浅部地质构造较深部复杂。矿区西南边缘 发育两条轴向 NWW 向的次级褶皱以及密集的中小 型正断层，走向以 NNE 向为主。矿区南部边缘发育 东西走向的魏庙大断层。东部边缘地区发育一系列 轴向 NWW 的次级褶皱以及一组走向近 SN 向的大 型逆断层。 组内逆断层落差较大， 最大可达到110 m。 图 1 宿南矿区地质构造纲要图 Fig.1 Structure outline of Sunan mining area 2 宿南矿区 72煤层厚度展布特征 矿区由西南向北东煤层厚度呈起伏变化。在矿区 西南部边缘煤层厚度整体较大，平面上形成厚薄相间 的厚度条带，包括两个厚度大于 3 m 的相对厚煤带与 两个 1.53.0 m 的相对薄煤带。矿区东部边缘煤层厚度 变化范围极大，两极厚度为 1.510.5 m，且自南向北依 次分布有 5 个特厚点。矿区深部煤层厚度分布较均匀， 厚度变化幅度小，厚度值集中分布于 1.53.0 m图 2。 图 2 宿南矿区 72煤层厚度等值线图 Fig.2 Contour map of coal seam 72 thickness in Sunan mining area 3 煤层厚度变化特征 趋势分析是通过建立多变量地质问题相适应的 多项式，采用回归分析的原理对因变量在空间上的 变化进行数学模拟，将因变量的变化的整体性与局 部性分开，分别对应回归分析得到的趋势值与剩余 值。趋势值反应的是在区域因素影响下煤层厚度变 化的整体趋势， 剩余值则包括正异常值与负异常值， 正异常值表明因变量的增加，负异常值则表明因变 量的减小[8-12]。 3.1 煤层厚度总体变化趋势 对宿南矿区 72煤层厚度作了 14 次趋势面分 析，本文选取拟合度 41.7的 4 次趋势面分析，并 利用 matlab 软件绘制 72煤层厚度 4 次趋势图图 3。 由图可见矿区内煤层厚度总体呈走向近 NW–SE 向 的马鞍状变化趋势面特征。煤层由矿区中部向北东 与南西方向增厚，形成厚-薄-厚的 3 个北东南西向 弧形煤厚条带。区内不同部位的煤层厚度变化趋势 互异。就矿区西南部局部而言，煤层厚度由 NE 向 SW 逐渐变薄。矿区中部煤层由两侧向内减薄，变 化相对较均匀。矿区东北部煤层的西北段与东南段 变化趋势差异较大。西北段厚度递增梯度小，变化 ChaoXing 26 煤田地质与勘探 第 44 卷 方向各异，平面上呈圆弧状变化。东南段煤层厚度 递增梯度极大，变化方向近东西向。 图 3 宿南矿区 72煤层厚度 4 次趋势图 Fig.3 Four trend diagram of coal seam 72 thickness in Sunan mining area 3.2 煤层厚度局部分布趋势 利用 72煤层厚度 4 次趋势的残差值绘制煤层厚 度 4 次剩余图图 4。 以残差值为 0 的等值线为参考， 大致将矿区划分为 3 个变化趋势条带，由南至北依 次编号Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。Ⅰ带与Ⅱ带内残差值大于 0， 为正异常区。 其中Ⅰ带还可细分为 3 个北西–南东向 的次级异常带，呈两个大于 1 m 的次级增厚带夹一 个小于 1 m 的次级增厚带。Ⅲ带东南段正异常区有 5 个岛状圈闭，岛状圈闭中心最大的异常值达到 8 m。 次级煤厚变化区中Ⅰ带与Ⅲ带东南段次级增厚 带的意义较大。 4 地质构造对煤层厚度变化的控制作用 4.1 区域构造与层滑作用对煤层总厚度变化的 控制 宿南矿区燕山期产生强烈的构造变形。燕山运 动早期太平洋板块与亚洲板块汇聚拼贴产生由 NW 向转向 NWW 向的挤压应力作用下徐宿弧形构造外 缘带在形成 NNE 向宿南向斜断褶带。 同时在区域推 挤应力的作用下，非能干性的煤层与含煤岩系内的 图 4 宿南矿区 72煤层厚度 4 次剩余图 Fig.4 Four residual diagram of coal seam 72 thickness in Sunan mining area 能干性岩层之间发生层间滑动。层滑面上擦痕所指 示的层间滑动方向与煤层厚度变化条带的方向垂 直。因此，推测区内煤层在层滑构造次级褶皱的共 同作用下使塑性煤层流动， 煤层原生厚度发生改变， 最终形成 3 个长轴方向与宿南向斜轴向一致的 3 个 煤厚条带。 4.2 次级褶皱构造对煤层总厚度变化的控制 Ⅰ带范围内，通过对比图 1 与图 4 可见，两个 次级煤层增厚带的长轴方向与带内发育的张学屋向 斜及王楼背斜两条轴向一致，且轴线分布位置大致 重合。煤层底板产状起伏变化为煤层的流变提供条 件图 1 的 AA剖面。同时软弱的煤层在次级褶皱 作用产生的挤压应力的进一步作用下发生塑性流 动。此外，根据研究资料显示Ⅰ带内 72煤层煤体结 构破碎程度高，煤体结构分布由浅至深存在碎裂状 煤–鳞片状、压实的粉末状煤-坚硬煤体的分层性， 多见 IV 类、V 类煤，煤层内部镜面发育，表明带内 发育大面积的层间滑动。含煤岩系内煤层能干性低 于夹层岩层的能干性。在区域应力作用下强弱岩层 间发生层间滑动。褶皱与层间滑动两类相伴生的地 质构造叠加作用于煤层，致使煤层内部结构遭到破 坏，产生塑性流变，形成藕节状或透镜状的煤层。 并在整个带内形成了多个长轴方向与带内地质构造 ChaoXing 第 2 期 刘和武等 地质构造对宿南矿区 72煤层厚度变化的控制作用 27 形迹一致的次级煤厚变化条带。 4.3 断裂构造作用对区内煤层厚度变化的影响 a. 正断层牵引作用导致煤厚变薄 区内揭露的断层以高角度正断层为主，落差多 为 030 m，集中分布于Ⅰ带内。该类断层常引起煤 层局部厚度的变化。靠近正断层两侧应力集中区的 煤层多被压薄，远离断层的部位煤层受到的应力较 小，塑性煤层向远离断层的部位流动，多形成相对 的厚煤带。 如矿区西南部正断层 F9倾角 60，落差 H0 70 m切断 72煤层后，东侧距离断层约 20 m 的钻孔 补 19-3 与 15-16-6 揭露的煤厚仅 1.2 m 左右，而距 离 F9断层东侧 203.7 m 的钻孔 15-16-11 揭露的煤层 厚度却达到 3.78 m。从 BB′剖面图上可以看出 72 煤层沿着 F9断层面滑动， 由于正断层 F9的引张和拖 曳作用使得断层附近的煤层厚度减薄，同时在上下 盘之间出现 10.7 m 宽的无煤带。 图 5 F9断层两盘煤层厚度变化分布图 Fig.5 Distribution of the thickness of two sides of fault F9 b. 逆断层挤压堆积作用导致近断层区煤厚增加 由图 1 可见，矿区Ⅲ带东南段发育西寺坡逆断 层带。带内 8 条走向近 EW 向的大型逆断层平行排 列构成叠瓦状构造组合。断层带内主断层的断层面 向西南突出，上盘由东北向西南上冲。Ⅲ带处于主 断层的下盘。 Ⅲ带东南部边缘煤层底板标高在–200 –600 m 的范围内，煤系赋存整体较高。带内煤厚变 化特别显著，最大厚度可达 10.5 m。煤层厚度具有 串珠状分布特征，平面上呈由南向北一线排列五个 煤层厚度增加的等值线小圈闭区域。小圈闭长轴方 向近 NWW-SEE 向，与各逆断层的走向一致。 从成因条件分析，该处特厚煤层主要是由于各 大型逆断层的推挤作用的结果。叠瓦状构造组合的 各大型逆断层上盘依次向上逆冲，断夹块之间相互 挤压。致使煤层发生塑性流变，煤层厚度重新分布。 同时断夹块间的错移使煤层发生重复叠加图 6。 图 6 宿南矿区西寺坡逆断层带切割 72煤层剖面示意图 Fig.6 Diagram of Xi Sipo fault zone cutting 72 coal seam in Sunan mining area 5 结 论 a. 72煤层在宿南矿区内的分布特征明显，从矿 区西南到矿区的东北总体上呈现厚–薄–厚的带状分 布的特点。厚煤与薄煤的条带方向与整个宿南向斜 的轴向一致。 b. 矿区褶皱构造作用是导致 72煤层总体厚度 变化的主要原因之一。因褶皱构造作用而伴生的层 间滑动构造形成区域煤厚变化的的不均匀性。 c. 矿区内煤层的局部厚度变化主要表现在断 层的牵引及推挤作用。尤其是大型逆断层组的强烈 推挤形成煤层的特厚点。正断层牵引作用形成近断 层区的相对薄煤带。 此外， 矿区西南部煤层厚度的分 布还受到次级褶皱与其相伴生的层滑构造的影响。 参考文献 [1] 陈尚斌，朱炎铭，袁伟，等. 开滦唐山矿逆冲推覆构造及其控 煤作用[J]. 煤田地质与勘探，2011，3927-12. 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