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0引言 构造作用是控制煤系和煤层形成、形变和赋存 的首要地质因素[1-3]。 地壳运动形成的构造拗陷为聚 煤作用提供了适宜的场所，成煤期的区域构造格局 和盆内同沉积构造影响沉积中心的迁移和富煤带的 展布，构造作用对古气候、古植物和古地理条件的控 制决定聚煤作用的兴衰，成煤期后的褶皱、断裂作用 破坏了煤盆地的完整性和连续性，将其分割为大小 不等的煤田或井田。 构造变动对煤矿床的改造，不 仅决定煤田勘查类型，而且决定矿井开发的难易程 度。 因此，在煤炭资源勘查和开发工作中，煤田构造 研究是一项贯穿始终的重要地质任务。 中国大陆是由若干个稳定地块和活动带镶嵌而 成的复式大陆，稳定地块规模小、刚性程度低、盖层 变形强烈[4,5]，与发育于单式大陆的北美、欧洲煤田相 比， 中国煤盆地经历的地质演化历史要复杂得多。 中国含煤岩系赋存的显著特点，是后期构造变形的 时空差异性，尤其是东部地区，能源需求量大、煤炭 开发程度高，露头和浅部资源基本上已动用，勘查重 点转向巨厚新生界覆盖区、老矿区外围等深部隐伏 煤田[6]，深部煤炭资源赋存环境的复杂性和已知信 息的有限性，增加了煤田构造研究的难度[7]。 中国煤田构造的复杂性和时空发育特点在很大 程度上决定了煤炭资源开发利用的价值，因而对我 国煤炭工业战略布局具有重要的影响。 1我国煤田构造研究历史简要回顾 中国煤田构造研究体系是广大煤田地质工作者 学习国外先进地质科学理论、立足于我国煤田地质 工作实践、逐步建立起来的，其发展过程大致可分为 4个阶段。 1.1奠基阶段（20世纪50年代至60年代中期） 新中国成立以后，随着国家经济建设的迅速发 展，我国煤田地质勘查队伍从无到有、由小到大，科 学研究也得以全面开展。 本阶段的显著特点是前苏 联所推崇的槽台学说在我国煤田地质研究中占据主 导地位。 槽台学说以历史-构造分析法为研究手段， 强调不同大地构造单元和不同大地构造发展阶段对 聚煤盆地的控制作用，注重对含煤建造和煤盆地的 构造成因分类，可以较好地解释煤盆地的时空分布 规律、沉积建造与成煤的关系，对当时煤田地质学的 发展起了积极推动作用。 我国煤田地质工作者引进和学习前苏联的地质 理论和研究方法，应用于大规模的找煤勘探实践，尤 其是结合50年代后期第一次全国煤田预测，对中国 煤田地质特征开展了全面研究，主要成果反映在由 原北京矿业学院煤田地质系等单位合著的第一部 中国煤田地质学中[8]。 1.2独立自主发展阶段 （20世纪60年代后期至70 年代后期） 地质力学在20世纪60年代后期至70年代达 到鼎盛时期，理论和方法在煤田地质工作中得到全 面推广应用，取代槽台学说成为我国煤田地质研究 中国煤田构造研究现状与展望 曹代勇 1，王 佟2，琚宜文3，孙军飞1，孙红波1，刘恩奇1 （1.中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京100083；2.中国煤炭地质总局，北京100039； 3.中国科学院研究生院，北京100049） 摘 要中国煤田地质的显著特点是煤盆地类型多样、煤系后期改造明显、构造样式丰富，从而在很大程度上决定了 煤炭资源开发利用的价值。 进入新世纪以来，我国煤田构造研究取得的主要成果包括①煤田构造的区域地质背景 研究取得重大进展；②中国东部盆地动力学与构造控煤作用受到关注；③煤田滑脱构造研究的继续控煤构造样 式的划分；④煤变形变质作用的构造控制研究愈加深入；⑤以三维地震技术为代表的煤田构造高精度探测技术全 面推广应用；⑥矿井构造定量评价和预测已成为煤田构造研究的亮点。 通过回顾总结我国煤田构造研究历史和主要 成就，分析了当前面临的挑战和机遇，提出了今后一段时期的重点攻关目标。 关键词煤田构造；煤田地质；研究进展；中国 中图分类号P618.110.2文献标识码A 基金项目“973计划”（2006CB202208，2007CB209400），中国煤炭地 质总局科技发展资金（2008－Ⅰ－03）资助项目。 作者简介曹代勇（1955），男，重庆人，教授，主要从事煤田地质、构 造地质教学科研。 责任编辑唐锦秀 文章编号１674－1803（２００8）10－００01－０6 中 国 煤 炭 地 质 ＣＯＡＬ ＧＥＯＬＯＧＹ ＯＦ ＣＨＩＮＡ Ｖｏｌ．20 Ｎｏ．10 Oct．２００8 第 20 卷 10 期 ２００8 年 10 月 第20卷中 国 煤 炭 地 质 的指导理论。 地质力学注重从地质现象（构造形迹）出发，分 析构造应力状况和作用方式、探讨构造成因机制、恢 复构造演化历史、进而进行构造控矿（控煤）预测。地 质力学强调以现场研究为基础、 野外调查与室内分 析相结合等原则， 使煤田构造研究得以直接面向地 质勘查和煤矿生产。地质力学的普及，对推动煤田构 造研究由简单的宏观描述和定性分析向多尺度、多 学科、综合研究方向发展起到了积极作用。70年代 中、 后期开展的第二次全国煤田预测以地质力学为 指导，初步总结出中国煤田构造的基本特征，主要成 果反映在中国煤田地质学[1,9]和煤田地质学[10] 等专著中。 1.3改革开放迅速发展阶段 （20世纪80年代至世 纪末） 岩石圈板块构造学说的提出， 在地球科学发展 史中具有划时代的意义， 促进各个学科领域取得突 破性进展。60年代以后，国际煤田地质构造研究动 向具有两个趋势 以槽台学说为基础的聚煤盆地构 造演化研究继续发展， 板块构造理论对煤田地质领 域的影响日益明显[11,12]。 随着改革开放的深入， 我国煤田地质领域空前 活跃，地质力学、地洼学说、多旋回理论、断块学说等 中国地质学家创立的构造地质理论在煤田地质领域 广泛实践；同时，板块构造学说逐渐成为我国煤田构 造理论的主流。 我国煤田地质工作者运用活动论思 想，研究各主要聚煤期的古构造、岩相古地理、古气 候和成煤植物、聚煤作用和聚煤盆地演化，逐步深化 了对中国煤田地质特征的认识[2,13,14]。 活动论观点的 确立、煤田滑脱构造研究、构造控煤概念的发展等重 要进展， 标志着具有中国特色的煤田构造理论框架 逐渐趋于成熟。 1.4稳步发展阶段（进入21世纪以来） 进入21世纪，随着我国国民经济快速发展对煤 炭需求的高速增长， 煤炭资源地质勘查以前所未有 的广度和速度展开。相应地，我国煤田地质研究开始 一个新的历史发展时期[15]，煤田地质构造研究思路 和研究方法体系基本形成[16]，煤田构造研究进入稳 定发展阶段。 当前，煤田构造研究具有下述特点 ①以板块构造为核心的地球动力学成为煤田构 造研究的指导理论； ②与构造地质、 油气盆地构造分析等相关学科 领域的渗透和交叉； ③以三维地震为代表的高精度物探技术、 遥感 技术、计算机技术等先进技术手段广泛应用； ④面向生产实践，与煤炭高效、安全生产有关的 矿井构造研究成为工作重点； ⑤新一轮全国煤炭资源潜力评价工作预示我国 煤田构造研究的又一高速发展阶段的到来。 2我国煤田构造研究的主要进展与动向 2.1煤田构造的区域地质背景研究取得重大进展 煤田构造是区域构造格架中的一个有机组成部 分， 地壳浅部的构造变形与深部物质运动和结构构 造之间存在密切的内在联系，因此，为了全面深入认 识煤田构造的分布规律、成因机制和演化历史，必须 加强区域构造背景研究， 从大陆动力学和盆－山耦 合角度探讨煤盆地的形成和演化进程。 盆山耦合关系是当前大陆动力学和盆地动力 学研究的热点[17-19]。 将煤盆地放在区域大地构造格 架中，开展盆山在空间上相互依存、在物质上相互转 换、 盆地沉降与山脉隆升耦合作用对煤层形成和改 造的动力学过程研究， 成为当前煤田构造研究的重 要内容[18,20]。板块构造背景做为沉积盆地分类的理论 基础[21,22]，取得了巨大的成功，但许多动力学过程并 没有解决， 特别是发生在大陆范围的动力学过程。 2007年末出版的中国北部能源盆地构造[18]是近 年来中国煤田构造研究方面最重要的学术专著，在 系统总结中国大陆非稳态特征与动力学机制以及中 国北部能源盆地叠加、 复合和盆－山耦合特征的基 础上，着重论述了中国北部能源盆地的构造背景、特 征、 形成和演化以及盆地构造对化石能源赋存的构 造作用， 并进一步讨论了盆地形成的区域动力学背 景和深部作用机制。 2.2中国东部盆地动力学与构造控煤作用受到关注 盆地构造动力直接控制着盆地各种地质作用的 发生和盆地类型及其演化[23]，进而制约着煤矿床赋 存状况。 我国的煤盆地具有复杂的构造-热演化史， 尤其是东部的晚古生代煤盆地，经历了印支、燕山和 喜马拉雅等不同期次、 不同性质构造和深部作用的 叠加和改造[24]，盆地内部出现不同程度的不均衡抬 升、翘倾、深埋、构造变形、复合改造作用等[18]。 中国 东部煤田构造研究程度较高， 自20世纪80年代以 来开展的推覆、伸展构造研究，不仅找到了大量的煤 炭资源、开辟了新的找煤方向，而且在对煤田构造理 论的认识方面也取得重要进展[25,26]。 基于中国东部中生代两大构造体制的转换作用 以及岩石圈减薄机制的研究成果，探讨不同时期、不 同体制下构造作用对煤层的控制作用， 受到人们的 2 10期 关注。华北东部晚古生代含煤盆地在经历印支期南、 北两大板块的碰撞对接，以及燕山期的构造叠加，经 受了由挤压向伸展构造体制的转折，伴随着多期次、 多类型的岩浆活动， 对不同构造体制下煤矿床的改 制和就位模式产生重要影响[27]。 2.3煤田滑脱构造研究的继续控煤构造样式的 划分 20世纪70年代中期以来国际上兴起的逆冲推 覆构造研究热潮以及80年代的伸展（滑覆）构造的 研究[28,29]，被视为板块构造理论成功地应用于大陆地 质的标志。20世纪80年代以来，对中国煤田滑脱构 造进行了广泛、深入的研究，建立了煤田滑脱构造的 系统分类和典型构造模式， 丰富发展了滑脱构造理 论和我国煤田构造理论[25,26]。构造样式是指一群构造 或某种构造特征的总特征和风格， 即同一期构造变 形或同一应力作用下所产生的构造的总和。 构造样 式研究的目的在于揭示地质构造发育的规律， 建立 地质构造模型[30,31]。 在地质勘查资料不足的情况下， 可以通过构造样式的研究去认识可能存在的构造格 局和进行构造预测。构造样式最初用于描述褶皱，现 已广泛应用于油气盆地构造分析[32]。 控煤构造样式是指对煤系和煤层的现今赋存状 况具有控制作用的构造样式， 它们是区域构造样式 中的重要组成部分但不是全部。 控煤构造样式的划 分采用当前构造样式研究的主流方案地球动力 学分类，划分为伸展构造样式、压缩构造样式、剪切 和旋转构造样式， 以及具有构造叠加和复合性质的 反转构造样式等4大类。在此基础上，要注重煤田构 造的特点，如滑动构造在煤田中常见，形成于多种应 力环境，故可单独划分滑动构造样式类[33]。 控煤构造 样式的厘定，是煤田滑脱构造研究的继续和发展，对 于深入认识煤田构造发育规律、 指导煤炭资源评价 和煤炭资源勘查实践具有重要意义。 2.4煤变形变质作用的构造控制研究愈加深入 煤是一种对温度、 压力等地质环境因素特别敏 感的有机岩， 地质历史中的各种构造热事件必然 导致煤发生物理、化学、结构和构造变化[11,34]。近年来， 前陆盆地、逆冲推覆带等构造活动区的研究成果，揭 示了构造热事件对煤变形变质作用的显著控制 [35-40]，促进人们对煤化作用本质性的思考，提出了煤 化作用与构造热事件耦合效应的新课题[41]。 煤化作用系统与构造热事件耦合效应主要表 现为系统（煤）与外界（地质环境）的能量和物质交换 作用。能量交换包括热能（力）和机械能（力）两大类。 热力（温度）是煤化作用的主导因素，而动力变质现 象虽早已被人们所认识， 但对其作用机理一直存在 争议[42]。 近年来的研究发现，动力变形不仅是一种物 理机械作用，而且也起着某种地球化学作用、即力学 化学作用，可以促进煤大分子结构的变化[43]。 采用 VRA、XRD、FTIR、EPR和NMR等技术对构造煤进 行的分析， 揭示了应力尤其是剪切应力引起的煤结 构裂解、聚合、异构、芳构等多种化学效应[40,44-46]，在 此基础上，提出了应力降解机制和应力缩聚机制，强 调构造应力对煤化作用的“催化”意义[47]。 煤化作用也是一个煤与外界进行物质交换的过 程。在热力和应力作用下，有机质热降解和机械降解 产物，如烃类等以气、液等形式溢出煤体；同时煤与 围岩之间还可能通过元素扩散、吸附、络合、固溶等 形式进行物质交换， 导致煤中元素组成发生变化 [41,48]。 近年来，对顺煤层剪切带、构造煤及储层物性的 研究取得了长足的发展[43,49,50]。 借鉴构造岩的分类方 法并充分考虑煤变形的特殊性， 提出构造煤的结 构成因分类新方案[37,45]；对构造煤纳米级结构进行 了探索， 揭示了构造煤超微结构变质变形环境的关 系及其储层意义[45]。 2.5以三维地震技术为代表的煤田构造高精度探测 技术全面推广应用 学科整体水平的提高必然以研究方法和技术手 段的现代化为前提，20世纪90年代以来，我国煤田 构造研究方法和技术手段有了长足的进展， 逐步形 成一套完整的体系。 可以将其概括为以野外观测和 地质制图为基础，宏观与微观相结合、局部与区域相 结合、浅部与深部相结合、定性与定量相结合、地质 与物探相结合，多学科、多尺度、多层次、全方位综合 研究[16]。 20世纪80年代末以来， 通过引进千米深钻和 高分辨数字地震勘探技术， 使我国煤田勘查水平有 了很大提高。1993年在淮南谢桥矿开展采区三维地 震勘探工业性试验， 首次查明落差5m以上断层， 1997年在淮南潘三矿又实现了700m深度查明≥ 3m断层的技术飞跃。 近年来，利用三维可视化技术 解释煤层中的断层、陷落柱，精度达95以上[7,51]。 通 过加密采样密度，提高覆盖次数，研究激发参数，成 像处理等综合解释技术， 可以将地震识别断层的能 力提高到2m[52]。 进入21世纪以来， 在三维三分量地震勘探技 术、AVO反演技术研究方面进行了大量探索， 推动 了三维地震勘探技术在全国广泛应用， 初步建立起 了具中国特色的煤矿采区三维地震勘探为主的地质 曹代勇，等中国煤田构造研究现状与展望 3 第20卷中 国 煤 炭 地 质 构造探测体系， 找到了影响煤矿综合机械化开采技 术应用的小地质构造有效途径。 2.6矿井构造预测与定量评价成为煤田构造研究的 亮点 随着我国煤炭工业发展， 煤田地质工作重点逐 步由资源勘查阶段向矿井开发阶段转移，“九五”期 间， 提出高产高效矿井地质保障系统作为煤炭产业 科技攻关目标之一[51]，查明矿井地质构造是其中的 首要环节[53]。 当前，矿井构造研究已成为煤田地质领 域最具活力的亮点之一， 矿井构造规律的研究已从 定性描述逐步发展到定量分析。 采区三维地震勘探 技术和井下综合物探技术使矿井构造定位探测精度 大大提高；与此同时，开展了矿井地质构造预测和构 造评价方法研究，数理统计、模糊综合评判、灰色系 统理论、 岩石力学以及构造应力场分析等已得到较 为广泛的应用，形成了构造要素统计分析、构造形态 空间分析和构造复杂程度综合评价的研究思路[53,54]。 地质构造三维建模与可视化、 矿井构造定量评价信 息系统、FLAC软件等数值模拟等新技术的应用，在 研究煤矿构造成因与展布、断裂导水性、煤与瓦斯突 出等动力灾害方面[55-57]，发挥出越来越重要的作用。 3我国煤田构造研究面临的挑战和机遇 3.1主要差距和面临的问题 回顾我国煤田构造地质学的研究， 在煤田滑脱 构造、煤盆地构造分析、构造控煤样式、矿井构造定 量研究等方面已形成鲜明特色， 新技术手段应用等 方面也取得显著进展。 但是，就学科总体而言，我国 煤田构造研究与当代构造地质研究先进水平相比， 还存在较大的差距。 ①煤田构造基础理论方面的研究较薄弱，自20 世纪80～90年代煤田滑脱构造研究取得重大突破 以来，我国煤田构造基础理论研究少有实质性进展。 ②多局限于本地区或本行业的地质构造问题， 研究视野较窄， 与国内外的交流和学科交叉与综合 集成研究少；注重实践经验的积累，与当代地质科学 理论的结合较少，研究的高度不够。 ③自主创新的环境不尽如人意， 自主创新的能 力依然较弱，模仿性研究多，针对我国煤田地质实际 的独创性成果少。 ④20世纪90年代以来， 基层单位技术人才流 失严重， 科研院校煤田构造研究的高层次专门人才 缺少，导致煤田构造研究整体实力有所下降；研究经 费投入不足，难以出大成果、上高水平。 ⑤当前我国煤田构造理论研究水平和技术手段 与生产实践需求尚不相适应， 还不能满足煤炭资源 保障和现代化矿井生产的需要。 3.2发展前景和有利条件 我国煤田地质构造的复杂性决定了构造研究在 煤炭勘查和开发中的重要作用，在今后若干年内，我 国煤田构造研究将紧密追踪当代地质科技进展、围 绕国家经济建设需要，调整和拓宽自身研究领域。 ①逐步完善和发展反映我国地质特色的煤田构 造理论体系， 运用当代地质科学理论加强煤田构造 研究；地球系统科学、大陆动力学等当代地学理论将 为煤田构造研究注入新的活力。 ②先进技术手段为煤田构造研究提供强有力的 工具，高分辨遥感技术、信息技术、高精度物探技术 的推广应用， 将极大提高煤田构造研究的广度和深 度。 ③高产、高效、高安全、高资源回收率开发对煤 田构造研究提出更高要求， 矿井构造研究重点将进 一步转向为生产服务， 以综合研究为核心的煤田构 造研究方法体系将不断完善； 以高分辨地震仪为代 表的新一代数字化、 智能化物探手段的发展更为迅 速。 ④新一轮煤炭资源潜力评价提出的攻深 （东部 深层）、找难（构造复杂区找煤）、查新（新区域和新层 位）目标，为煤田构造研究开拓了新领域。 ⑤煤田构造研究领域与基础构造地质、 油气盆 地构造、矿田构造研究之间的交叉和渗透，促进煤田 构造研究领域不断拓展深化。 3.3优先研究课题 根据我国煤炭资源勘查开发的需要， 基于我国 煤田构造条件和已有研究基础， 近期应重点开展以 下几方面的攻关研究。 3.3.1中国东部深部煤炭资源赋存的构造控制 虽然深部煤炭资源与浅部资源形成的大地构造 背景相同，但深部资源在不同期次构造变动的时间、 类型、样式、强度等方面可能与浅部不一致，构造作 用对深部煤炭资源赋存的控制有其自身特性。因此， 在深部资源形成的大地构造背景方面， 如盆山耦 合、 克拉通破坏、 盆地动态构造演化与深部作用过 程、区域构造环境、总体构造特征等需要重新认识。 3.3.2控煤构造样式研究及其资源勘查评价意义 在详细总结已有研究成果和煤系变形控制因素 的基础上，科学的界定控煤构造样式的内涵和外延， 结合当前正在开展的全国煤炭资源潜力评价工作， 从几何学、 运动学和动力学三方面对控煤构造样式 开展深入系统研究， 针对各类控煤构造样式提出找 4 10期 煤勘查模式，为煤炭地质勘查评价提供科学依据。 3.3.3盆地热动力与煤炭资源的形成和演化 热力、重力与应力是形成盆地的三大动力，但前 两类动力作用的研究相对薄弱。 华北地区东部中生 代以来多次岩浆热作用， 对晚古生代煤层产生了 较强的变形和变质作用。 深入研究深部煤层的变形 变质特征、建立深部煤层的构造－热演化模式，是深 部煤炭资源评价和开发的重要科学问题。 3.3.4煤炭资源综合勘查与矿井地质保障技术的构 造研究 在资源勘查至煤矿开采的全过程中加强构造条 件评价工作，重点开发高精度勘查技术，包括基于三 维地质模型约束的观测系统、 地震数据叠前偏移成 像技术、成像测井技术等；进一步完善矿井地质条件 预测评价系统， 实现对矿井构造条件的综合评价和 量化预测，为现代化矿井生产提供可靠地质保障。 参考文献 [1]韩德馨，杨起.中国煤田地质学（下册）[M].北京煤炭工业出版社， 1980. 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Current Research Status and Prospect of Coalfield Structural Study in China Cao Daiyong1，Wang Tong2，Ju Yiwen3，Sun Junfei1，Sun Hongbo1and Liu Enqi1 （1.State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining, CUMT, Beijing 100083；2.China National Administration of Coal Geology, Beijing 100039；3.Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049） Abstract The remarkable characteristics of coalfield geology in China are various genetic types of coal basin, strong deation of coal measures and a wide variety of structural styles, which in great degree determined the exploration value of coal resources. The main research progresses of coalfield structures in China since the new century includes1 the important advances in regional background research of coalfield structures,2 basin dynamics and tectonics control of coal in the eastern China had been attracted great attention,3 study of the detachment tectonics in coalfields promotes the study of the structural styles control of coal,4 the advances of tectonic control on coal deation and metamorphism,5 high accurate geophysics technology represented by TSP 3D seismic had widely applied to survey coalfield structures,6 mining structure quantifying uation and forecast developed a new growing point of coalfield structural study. The paper summarized th
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