小康井田煤系地质构造.pdf

第16卷 第6期 2006年11月 黑 龙 江 科 技 学 院 学 报 Journal of Heilongjiang Institute of Science 从区域构造背景、 构造应力场演化揭示了该井田地质构造的形成期次,即先后形成了压性结 构面以褶皱轴面、 逆断层面为代表走向呈北西西、 北东东、 北北西向的构造系统;分析了后期构 造形迹迁就和改造先存构造形迹的力学性质转化,其中,由于断层多期活动的综合效应和构造抬 升、 应力松弛使绝大部分断层现今表现为正断层;指出走向为北北东向同沉积正断层对原始煤层的 发育具有控制作用,其他方向的断层尤其是北北西向或近南北向的断层,主要表现为成煤后对煤层 的破坏作用。 关键词井田构造;构造应力场;构造形成期次;构造控煤 中图分类号 P613文献标识码 A Geological structure of coalmeasures in Xiaokang m ining area WANG Yulin, WANG Yongchun, WANG Hongju College of Resource and Environment Engineering, Liaoning TechnicalUniversity, Fuxin 123000, China AbstractThe paper introduces the application of the principle and of structural geology to dealwith the charactersof growth and regularitiesof distribution of three groupsof folds and five groupsof faults in Xiaokangmining area. Geological structural generation is opened out from background of region2 al structure and evolvement of tectonic stress field, viz .strike of compressive structural plane axial sur2 face of fold and reverse fault surface as the representation are NWW, NEE, NNW as a structural system successively . The paperpresents the analysis of transfor mation ofmechanicalproperty related to indulging the succeeding structural features and creating pre2exist structural features .The analysis shows that the occurrence most of faults as nor mal ones is attributed to the combined effect of polyphase fault activity, structural uplift and relaxation of stress nowadays . Strike of synsedimentary normal faults is due to the fact thatNNE controls the growth of original coal beds and strike of faults is due to that fact that other direc2 tions NNW or near SN in chief destroys coal beds after coal for ming . Key wordsmining area structure; tectonic stress field; structural generation; structural controlling coal 收稿日期 2006 - 08 - 28 0 引 言 小康井田位于辽宁省康平县境内,大地构造位 置处于天山 兴蒙褶皱区与华北板块边界赤峰 开 原超岩石圈断裂的北部边缘。该井田所在的三台子 盆地为东侧发育北北东向同沉积盆缘断裂的晚中生 代箕状陆相盆地,其基底由华北板块的前中元古代、 天山 兴蒙褶皱区的古生代变质岩系及早白垩世的 义县组火山岩系构成,盆地充填地层主要为下白垩 统沙海组含煤岩系和上白垩统孙家湾组黄褐色碎屑 岩系。其中沙海组自下而上分为砂岩夹泥岩及砾岩 段、 含煤段、 油页岩段和泥岩段。 小康井田地质构造比较复杂,尤其是小断层十 分发育,常见煤层错移或煤厚沿断层出现削减变薄 带以下称煤厚削减带现象。给煤矿生产带来负 面影响。笔者通过揭示该井田地质构造特征、 分布 规律及其成因,希望有益于小康井田的矿井地质工 作及煤矿生产,并能对邻区同时代井田的地质构造 研究提供借鉴作用。 1 构造特征 1. 1 褶皱 小康井田大地构造位置见图1。其煤系褶皱的 形态类型主要表现为平缓褶皱,按其轴迹的延伸方 位分为以下3组,见图2。 北西西向褶皱包括C1、C2、C3及C4主体部分、 C5的东南段。其中C2、C3实际上原为一个褶曲,由 于后期北东向褶曲的改造,致使其中间段不够明显 而成现今的C2、C3两部分。该组褶皱的轴迹方位变 化于290 ～310,平均为298 。 北东东向褶皱包括C5、C6、C7和C8,其中C5、 C7为向斜, C6、C8为北斜,向、 背斜相间分布。由于 受先期褶皱的干扰和后期褶皱的改造作用,北东向 褶皱轴迹多呈波曲状,总体延伸方位为55 ～65 。 北北西 近南北向褶皱包括C9、C12和C10、C11 的主体部分,总体走向350 ～360 。其中C10、C11的 东南段是北北西 近南北向褶皱迁就和改造早期的 北西西向褶皱的产物。 1. 2 断层 井田西南边界断层煤田地质勘探工程证 实 [1 ] ,小康井田西南边界存在走向大体呈315 的 F1、F2、F33条正断层,它们相距100～170 m平行分 布,倾向南西,最大累计落差达200 m。另据辽宁省 区域地质志 [2] ,该断层带恰好是赤峰 开原超岩石 圈断裂所在位置,说明F1、F2、F3的形成与先存的基 底构造活动有关。 井田内断层通过对井田内实见的65条断层延 伸长度 100 m的较大断层和110条小断层落差 多为012～4. 0 m的统计表明,只有2条北东东向 断层现为逆断层,其余断层现在均为正断层。 断层走向的优势方位组的平均方位分别为 298 、346 、25 和63 ,如图3所示。具同 沉积性质的断层走向呈25 ,如图4所示。 从数量上看,走向在330 ～360 的断层占已 知断层总数的26;不同方向的擦痕、 断层角砾和 断层泥同时存在等断层面的构造特征表明,多数 断层具有多期活动的特征,如图5所示。该区有 一些近南北走向的断层,断层面呈圆弧状,发育于 煤层中或煤层上部,形成煤厚削减带,对煤层破坏 程度较大,它们多发育于次级小背斜核部,断层面 下方煤层及夹矸常有局部塑性变形或“ 底辟 ” 现 象,如图6所示。 973第6期王宇林,等小康井田煤系地质构造 2 构造成因 2. 1 区域构造背景 经加里东运动和海西运动,南部的华北板块 塔里木板块、 北部的西伯利亚板块与二者之间的中 亚 蒙古洋板块的相互碰撞,导致后者闭合,形成了 统一的古亚洲大陆,这种南北挤压作用一直延续到 中三叠世末;晚三叠世 早侏罗世处于构造均衡调 整阶段;早侏罗世末和侏罗世末的两次北西 南东 向挤压作用,在我国东北部形成了北东向压性构造 形迹 [3 ]。 2. 2 盆地发育期的构造应力场 白垩世初,我国东北地区构造应力场表现为大 规模右旋走滑拉伸体制,初裂期导致岩浆喷发,形成 了义县组火山岩系;在这种构造体制的持续作用下, 进入断陷期,诞生了三台子及阜新、 铁法等众多盆地 组成的东北亚晚中生代断陷盆地系 [4 ] ,并形成了小 康井田沙海组中的北西西向298 同沉积褶皱 及逆断层、 以25 为优势方位的北北东向大量正断 层、 北北西、 北东东向平移性断层构成的同沉积构造 系统,见图7a,其中 σ3为最大张应力,即最小主压 应力。这里的构造系统是指在同一构造应力场中形 成的不同方向、 不同力学性质的构造组合。 至早白垩世晚期,断陷作用趋缓,并出现构造抬 升,导致该区没有阜新组沉积。 进入晚白垩世,即孙家湾组沉积期,包括三台子 盆地及邻区铁法盆地在内的辽北地区与北部松辽地 区一起进入了整体拗陷阶段,该期的构造形迹在该区 表现不明显,孙家湾组及松辽地区泉头组等同期地层 覆盖了辽北 吉西的广大地区,从断陷盆地演化的角 度而言,三台子盆地在孙家湾组沉积前已经消亡。 2. 3 盆地消亡后的构造演化 冀辽地区大量地质研究成果 [3, 5]表明 ,在白垩纪 末,区域构造应力场表现为北西 南东向挤压和构造 抬升。该时期形成了小康井田由北东东向褶皱及逆 断层、346为优势方位的正断层、 北西西及北北东向 平移断层构成的构造系统,见图7b。该构造系统反 映的最大主压应力σ1方向为北北西 南南东向,与 区域应力场的最大主压应力方向略有偏差,其原因之 一是该期的张性正断层迁就、 沿用了早白垩世早期形 083黑 龙 江 科 技 学 院 学 报 第16卷 成的北北西向断层。另一个原因则与井田西南边界 断层对井田构造形迹的影响有关见文中 4 。 此后,冀辽地区先后经历了老第三纪的伸展体 制和老第三纪末的挤压体制,在这一总背景下,三台 子盆地所在地区基本处于抬升剥蚀状态,但老第三 纪末的挤压体制可能使北东东向压性结构面的形迹 得到强化。 已有研究成果表明,新第三纪冀辽地区以拗陷 作用为主 [3] ,但对小康井田所在辽北地区仍处于隆 起状态而未接受沉积。进入第四纪后,区域构造的 压性结构面走向为北北西向 [6] ,小康井田实测压性 结构面走向为近南北向,二者基本吻合。这一构造 应力场形成了井田内轴迹为355 的褶皱及同方 向逆断层,另外,走向为346 的先存断层被迁就、 改造成平移 逆断层。但该期并未形成与压性结构 面走向垂直的张性正断层,表明该应力场的张应力 由北西西和南西西即北东东向两组断层的张扭 性活动而释放。实际上仍然是迁就、 改造原有的构 造形迹,只是由于增添了355 方位占优势的压性结 构面,而使构造形迹进一步复杂化。这期构造活动 对该井田煤层的破坏性较大,形成了一些近南北走 向、 断层面呈弧形的煤厚削减带图3 ,其形成机理 有待于深入研究。 3 力学性质及相关讨论 如前所述,小康井田煤系构造形迹是多期构造运 动的产物。后期的构造应力场常迁就利用先存的构 造形迹,同一断层在不同阶段具有不同的力学性质。 井田断层面的擦痕方向和切割关系表明,不同期次构 造应力场与相应的构造系统的关系如图7所示。 需要指出,现今的断层几乎全部都表现为正断 层,而与褶皱形成期次、 方向相同的逆断层却很少保 留下来,这与不同时期构造活动引起的断层位移的 综合效应以及孙家湾组沉积后,尤其是第三纪该区 经历构造抬升、 发生应力松弛等因素有关。 4 构造形迹 小康井田走向优势方位分别为298 、346 和 355的构造形迹,它们在区域上的相应方位分别为 290 、335和340 [6 ] ,这种差别与井田西南边界断 层F1及F2、F3在近代构造应力场中的左旋张扭有 关,使其东北侧井田岩块发生顺时针旋转,致使上述 3个方向的构造形迹走向的方位角变大。但由于该 边界断层在白垩世末曾发生过右旋压扭,井田前两 组构造形迹发生的逆时针旋转,部分抵消了该边界 断层近代左旋张扭的效应,而355 方位的构造形迹 在白垩世末还未形成。故前两个方向的构造形迹走 向与后一方向的构造形迹走向受该边界断层活动影 响的综合效应并不完全一致。另外,在井田西南部 小断层的密度较大,反映它们的形成与西南边界断 层存在着一定的成因联系。 5 结 论 1褶皱轴迹呈波曲状、 许多断层面兼具不同 力学性质等证据表明,该区经历了多期构造活动,每 期构造应力场形成了相应的构造系统。 2后期构造形迹常迁就、 改造了先存的构造 形迹。 3井田内发育褶皱轴迹呈北西西、 北东东和 北北西3个方向的褶皱,上述顺序即它们的生成顺 序。其中北西西向褶皱为同沉积褶皱。 4井田发育了走向优势方位分别为298 、 346 、355 、25 、63 的5组断层,现今几乎全部呈正 断层形式。 5同沉积北北东向正断层对原始煤层的发 育具有控制作用,造成两盘煤层厚度不一;其他断 层对煤层的影响主要是成煤后的改造作用,第四 纪以来生成的断层面呈弧形的近南北向走向的断 层在一些地段导致了煤厚削减带的形成,对煤矿 生产影响较大。 参考文献 [1 ] 辽宁省煤田地质勘探公司101队.康平煤田三台子一井精查 地质勘探报告[R ].沈阳辽宁省煤田地质勘探公司, 1976. [2 ] 辽宁省地质矿产局.辽宁省区域地质志[M ].北京地质出版 社, 1989. [3 ] 马寅生.燕山东段 下辽河盆地中新生代盆岭构造及应力场 演化[M ].北京地质出版社, 2004. [4 ] 李思田,路风香,林畅松.中国东部及邻区中、 新生代盆地演化 及地球动力学背景[M ].武汉中国地质大学出版社, 1997. [5 ] 崔盛芹,李锦蓉,孙家树,等.华北陆块北缘构造运动序列及区 域构造格局[M ].武汉地质出版社, 2000. [6 ] 刘志刚,王连忠.应用地质力学[M ].北京煤炭工业出版 社, 1994. 作者简介王宇林1953 - ,男,辽宁省建平人,教授, 研究方向煤油气地质、 矿井地质、 沉积学, E2mail woshiwan2 gyulin126. com。 183第6期王宇林,等小康井田煤系地质构造