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2007 第16卷 第1 - 2期 甘 肃 地 质 GANSU GEOLOGY 2007 Vol. 16 No. 1 - 2 图1 太行山东麓某煤产地构造剖面图 据四川矿业学院等,煤田地质学,1974 Fig11 Structural map of a certain coal district in the east foot of Taihang Mountain O2 中奥陶统;C2 中石炭统;C3 上石炭统;C - P 石炭、 二叠系;P12 下二叠统 文章编号1004241162007012005020006 浅谈构造对煤田的改造作用 ① 高小明,张庚申 甘肃煤田地质局149队,甘肃 兰州 730020 摘 要含煤盆地形成之后,受地应力作用产生的各种构造现象,改变了原始煤盆地的形态,且具有多样性、 复 杂性。研究成盆后构造对煤田的改造作用,对煤炭资源的预测和勘查具有重要意义。通过部分实例,论述了断层 和褶皱对煤田的改造作用,并对今后的找煤方向提出认识。 关键词煤盆地;构造;改造作用;找煤意义 中图分类号P618111 文献标识码A 含煤岩系形成之后,在地应力的长期作用下,煤 系地层发生多次断裂和褶皱,这种构造称之为成盆 后构造。这种长期构造变动的结果,形成了当今千 姿百态的煤田形态。 本文通过分析成煤盆地形成后构造对煤田的改 造作用,以期对今后的找煤工作有所帮助。 1 断裂作用 断裂在煤田中普遍存在,且形迹多样。断裂的 规模受区域构造活动的影响,其方向、 性质、 断距都 有很大差异。由于地壳运动时间跨度大,应力方向 也在不同的时期有所改变,断裂会产生逆转和反复 活动,故在生成序次上也表现为多期性、 重复性和复 杂性,对煤层赋存的形态表现出复杂多样的构造形 迹。 111 伸展构造 伸展构造的驱动力是重力和重力的不稳定性。 这类构造与挤压构造关系也较密切,常常相伴产 生。其形态有地堑、 半地堑、 地垒和裂谷等类型。煤 盆地地堑式和地垒式构造是在煤田形成之后,经过 构造活动由多个正断层切割形成的如图 1 。在煤 田中,这类断层会产生负面效果,使煤田遭受破坏, 煤系地层或煤层保存不完整。在甘肃省祁连山前缘 的部分煤田,受到断层影响抬高的部分,煤系遭受 剥蚀;而下降部分得以保存,形成了一些孤立煤产 地。 ①收稿日期2006212227 作者简介高小明1969～ , 男,1994年毕业于阜新矿业学院今辽宁工程科技大学资源勘查系煤田地质勘查专业,工程师。 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 112 先逆后正断层 由于断层活动的长期性和地应力方向的多变 性,往往在成煤盆地内或其边缘,产生先逆后正的断 层。这类断层改造了原始煤盆地,使原本完整的煤 盆地分成两块或多块 , 造成断层一侧有煤,而另一 侧无煤的现象。在甘肃省窑街煤田南部的海石湾井 田上覆地层为第四系黄土层和白垩系下统河口群红 色碎屑岩,为一隐伏的煤田。区域断层F19断层,在 地表的白垩系地层中,表现为一正断层如图 2 。 经对数十个钻孔资料的分析研究,认为F19断层为一 经过多期构造活动的先逆后正的断层组。根据这一 认识,在该断层的西侧开展找煤,结果发现了煤层赋 存较好的煤产地。但该断层的上盘无煤系和煤层, 为巨厚的白垩系下统河口群红色岩系。 图2 海石湾井田55′ 勘探线剖面图 Fig12 Section of 55’exploration line in Haishiwan coal field 海石湾煤田,在成煤期为一完整的成煤盆地,沉 积中心在F19断层以东。由于燕山构造运动的影响, 受EW方向挤压力的作用,区域上产生了F19逆断 层,该断层走向近SN ,倾向E ,倾角24 ～37 。造成 海石湾煤盆地近中心部位发生断裂,使东盘上升,西 盘下降。下降盘的煤系地层因受牵引作用,靠近断 层带形成明显的直立或倒转,使煤层加厚,706号钻 孔煤2层的厚度达到60m;远离断层,煤层则变薄。 F19逆断层上升盘受到不同程度的剥蚀,由于断层活 动的不均衡性,受到剥蚀的程度也有差异。燕山运 动晚期,由于区域应力场发生改变,在拉伸作用影响 下F19断层向反方向滑动,使原来的上升盘下降,成 为正断层的性质。并在两盘均接受了白垩系河口群 地层的沉积。同时,由于断层仍在活动着,造成白垩 系地层东厚西薄。 113 逆冲推覆构造 逆冲推覆构造多产生于构造活动强烈的造山带 及其前陆。它主要是在水平力的作用下产生的一种 构造形态。这类构造规模一般都较大,走向上延伸 数百公里甚至千余公里以上,其推覆距离也可达百 余公里。它的速率一般为1～115cmΠd。在这一过 程中,岩层会相伴产生褶皱,同时也会产生性质有差 别的次级断裂。如甘肃省靖远县魏家地矿区、 陇南 市龙沟煤田和两当县西坡矿区等,都有低角度的逆 掩断层存在,且规模较大。 魏家地矿区F1 - 2组就是这类断层。断层走向 SE 50 ～60,延伸长度30余km ,断层破碎带一般 数米到数十米,有的区段宽达100m以上如图 3 。 陇南市龙沟煤田的F12为一逆冲断层组,该断层 使煤系基底地层二叠系石灰岩推覆于煤系地层之 上,覆盖面积较大,形成岩席,往往出现构造窗和飞 来峰如图 4 。F12断层走向NE 35,倾向NW ,走 向长10km以上,断距2km以上。因地形和断层面 的起伏,平面上断层线呈蛇行曲折,在倾向上起伏不 平,局部地段倾向与主体倾向相反。 龙沟煤田处于 15第1 - 2期 高小明等浅谈构造对煤田的改造作用 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 图3 魏家地煤田剖面示意图 根据李菊花,谭继忠,魏家地断层煤的生成机理及研究意义 Fig13 Sketch map of coal field section in Weijiadi 图4 龙沟煤田F12逆冲推覆断层 Fig14 F12overthrust nape fault of Longgou coal field 图5 河北兴隆煤田构造剖面图 据四川矿业学院,煤田地质学,1974 Fig15 Structural section of Xinglong coal field in Hebei Province O 奥陶统;C 石炭系;P 二叠系;J - K 侏罗、 白垩系 构造强烈的活动带,所以,断 层纵横交错,将煤田分成几 个形态各不相同的块段,成 为各井田的自然边界。 114 叠瓦式构造 煤系形成之后,由于强 烈的水平挤压,有时形成同 方向逆冲断层组。部分断层 组,在地表为多条断层,向深 部合并为一条,呈 “Y” 字型。 在煤田勘查中,这类构造经 25 甘 肃 地 质 第16卷 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 常遇到。河北省兴隆煤田就是比较典型的一例图 5 。 115 顺层滑动层滑断层 由于水平方向压应力的作用,在坚硬岩层和软 弱岩层之间常出现面状滑动现象。这种滑动会产生 不协调的褶曲或顺层断层。此类构造对煤层的赋存 状态有较大的影响。煤层属软弱岩层,在地应力的 作用下会发生柔性变形和流动。当煤层及其顶板受 到侧向压应力时,就会因力的作用产生剪切滑动,造 成煤层顶板下凹或底板上隆,煤层因流变和揉皱变 形,使厚度变薄或增厚。层滑构造常与较大边缘断 层关系密切,一般情况下,靠近较大断层一侧的煤层 变薄,变薄带方向与断层走向基本一致,范围因地而 异。如河南省某煤田煤层的层间滑动构造图6a、 图 6b 。这种构造形态与区域力的方向有关,通过 对它的研究,可以恢复古应力场的面貌。在煤田的 勘查和煤矿的生产过程中,对此类断层的研究,可以 图6a 黄煤二矿沿倾向煤体形态切面图 Fig16a Coal field body section along dip of second mine of Hangmei 煤层顶板或底板与煤层间产生层滑,顶板上隆或底板下凹 部分煤层增厚,向断层一侧,煤层变薄。 图6b 沿断层倾向煤体形态切面图 Fig16b Coal field body section along fault dip 中兴煤矿风立井处煤厚10m ,向北西开采30m ,遇F31断层, 底板产状基本正常,顶板与煤层间产生层滑,煤层变薄,厚度 小于2m ,且薄煤带展布方向在平面上与断层方向基本一致。 推测富煤带的存在及位置,以便指导生产。 116 平移断层 平移断层在煤田中也较多见。它是受挤压剪切 力的影响或较大断裂的派生物,使地层顺层或切层 错开,一般规模都较小。煤田遭受这类断层的改造 后,常不连续的雁行式排列。 117 盆缘断层 在成煤盆地的边缘一侧或两侧,往往会产生正 断层。这类断层有两类,一类属同沉积断层;另一类 则在煤盆地形成之后,在盆缘产生断裂。同沉积断 层是在盆地接受沉积的过程中,盆缘一侧不断隆起, 形成的断层随着盆地接受沉积。同时断层也在不断 的活动。它的特点是断层走向与盆地中地层的走向 基本一致,在剖面上,表现为断层上陡下缓,且断层 面常呈凹形。从沉积厚度上看,下降盘地层明显加 厚,靠近断层附近厚度较大,远离断层则逐渐变薄。 煤盆地形成之后,盆缘断层多为正断层,也有逆 断层存在。这类断层使盆地中心部分下降,有时形 成地堑。中心部位煤层和地层厚度大,保持了原沉 积时的状态。靠近断层的部位,煤层往往变薄,有断 层牵引现象。 2 褶皱作用 通常说来成盆后的背斜构造可使煤系地层上 升,易遭风化剥蚀,使大部分的煤层被剥蚀。而向斜 构造使煤系地层下凹、 沉降,煤层得以保存。然而, 由于成盆后的背斜构造,使赋煤深度变浅,有利于煤 层开采。背斜轴部抬起受到剥蚀,两翼则成方向相 反的单斜构造,煤层得以保存。有的向斜两翼埋深 较浅,甚至出露地表,而向斜轴部煤层埋深加大,将 给开采带来极大困难。 褶皱的产生是受力的方向控制的,它既有水平 方向的挤压力,又有垂直方向的升降力。总之,岩层 的褶皱受力较为复杂,具体到某些地域,以哪种力为 主引起的褶皱,要具体问题具体分析。主要从区域 构造力的存在方式、 构造期力的变化等方面综合分 析、 研究,确定其主要受力因素。 35第1 - 2期 高小明等浅谈构造对煤田的改造作用 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 煤田勘查中,褶皱是普遍存在的一种地质现象。 常因受力的方向和强度不同,会出现背斜、 向斜、 复 式背斜、 复式向斜、 滑动褶皱、 揉流褶皱、 弯流褶皱等 现象。 211 层滑褶曲 在断层的影响下,岩层发生褶皱、 形成向斜、 背 斜或其他形态的褶皱,在翼部还会产生次一级的褶 皱或波状起伏。如湖南某煤田,由于受到F1逆冲断 图7 湖南某煤田39勘探线剖面 Fig17 39 exploration line section of a certain coal field in Hunan Province 层的影响,使煤系变形图7 ,褶皱形态也较复杂。 断层上盘呈 “S” 形和 “M” 形,而其下盘则为单斜。其 主要特点是造成地层重复,断层上盘挤压强烈,有由 SE向NW滑动的痕迹,煤层表现为层间滑动褶曲。 212 复式褶曲 在煤盆地形成之后,由于区域性的构造运动,产 生了区域性的褶皱,同时会产生次一级的较为复杂 的褶皱,使煤田的形态更加复杂。从整体看,是一个 比较大的向斜或背斜,从局部看,会成为一个同斜褶 曲。 如甘肃省两当县某煤田的复式向斜的构造图 8 。该煤田属泥盆纪浅海相含煤盆地,煤层沉积较 稳定。由于成煤期早,受到秦岭EW构造带的控 制,产生了近EW向的褶皱。因构造活动期长,造 成地层直立甚至倒转,并伴有断裂的产生,加上岩浆 侵入活动,使煤田遭受到严重的改造。表现为① 煤 层受到挤压流变形成扁豆状或透镜状,但其层位仍 然存在;②岩浆岩脉常常侵入煤层中,有的穿层侵 入,使煤层中断;③ 次级向斜的两翼不对称,北翼陡, 甚至倒转,煤层变厚,最厚可达10余m ,而南翼倾角 缓,一般为30 左右,煤层也随着变薄,一般为013～ 015m ,甚至尖灭。 图8 两当某煤田复式向斜同斜褶曲构造示意图 Fig18 Sketch map showing complex syncline homoclinal fold of a certain coal field in Liangdang 3 从成盆后构造角度进行煤田预测 地质构造运动对煤盆的改造作用使煤田中的构 造形迹复杂多样,探索煤田是否存在,不但要根据古 地理环境、 地层的接触关系及分析成盆期构造的控 煤作用,而且需研究成盆后构造的控煤作用。本文 主要从研究成盆后的构造形迹指导找煤,提出以下 几点粗浅的认识。 311 认真调查分析断层形迹、 辨别断层性质 实践证明,地壳中大多数规模较大的断层已固 化的古老断层和较近时代形成的新断层除外大都 经历过两次或两次以上的构造运动,而且由于不同 45 甘 肃 地 质 第16卷 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 活动时期的构造应力场不同,断层两盘的运动方式 常常几经变化。目前两盘的空间位置,是断层几次 活动的结果,即它只能反映移位而不能直接说明其 位移,所以要根据对断层面滑动痕迹、 断层面上粗磨 材料和断层泥等的研究辨别断层性质,研究各活动 期断层构造形态的变化,然后预测断层另一盘的含 煤情况。 人们常忽视在推覆构造和逆断层老地层之下找 煤。但从甘肃省窑街煤田F19断层的下盘赋存较厚 煤层,而上盘无煤的例子中,可以看出在 “先压后张” 的 “正断层” 下盘找煤,也成为可能。 312 研究聚煤盆地的组合型式,预测远景找煤区 如某一煤田,现探明是一单斜构造,极有可能只 是背斜或向斜的一翼,核部或其它部位被一断层断 开、 错移或受到剥蚀,应根据区域应力方向预测褶皱 的另一翼。 在同一构造运动时期和同一构造应力作用下形 成一系列背斜和向斜。如两当广金煤田,含煤向斜 和背斜连续赋存。所以在含煤盆地外围寻找含煤背 向斜也是煤田预测的方法之一。 通过几十年来的勘查,暴露易找的煤田已基本 查明,现今找煤多在盖层厚、 埋深大的区域,所以难 度也相应增大。这就需要煤田地质工作者客观的、 实事求是的对各种地质体进行综合分析,综合研究, 利用综合找煤的手段确切的了解煤田的赋存状态, 从而指导对煤田的勘查与开发。 参 考 文 献 [1] 朱志澄 1 构造地质学[M]1 北京中国地质大学出版社,20051 [2] 王定武,王运泉 1 煤田地质与勘探方法[ M]1 江苏中国矿业 大学出版社,20051 [3] 张建奎,等 1 登丰煤田白坪井田层滑构造研究[J ]1 中国煤田 地质,2005 ,1761 [4] 陈梦连 1 渣渡矿区测水煤系滑脱构造特征及其控煤作用[J ]1 中国煤田地质,2006 ,1811 DISCUSSION ON TRANSATION EFFECT OF STRUCTURES OF COAL FIELD GAO Xiao2ming ,ZHANG Geng2shen No. 149Team of Gansu Bureau of Coal Geological Exploration,Lanzhou730000 ,China Abstract All varions structures ed by crustal stress changed the shape of original coal basin after for2 mation of coal basin. It is of significance to predict and explore coal resources by studying transation effect of post basin - ation. Some examples are taken to expound the transation effect of faule and fold to coal field , and the future directions of prospecting coal are put forward. Key words coal basin ; structures; transation effect ; significance of prospecting coal 55第1 - 2期 高小明等浅谈构造对煤田的改造作用 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.