构造发育（精选七篇）
构造发育 篇1
关键词：焦作煤田,构造特征,断裂,伸展变形
构造作用是控制煤矿矿床形成、形变和赋存的首要地质因素。分析研究煤田构造作用, 可以有效帮助煤矿开展生产。为了全面了解焦作煤田构造发育特征及成因, 笔者对煤田地质勘查及矿井生产资料进行了综合分析, 以期获取构造发育的一些情况。
1区域构造特征
焦作煤田位于太行山隆起带南段, 小秦岭—嵩山东西向构造带北侧, 与黄河南岸的荥巩煤田遥相对应, 形成一向斜构造。研究区处于该向斜的北翼, 地层总体呈舒缓波状单斜构造, 走向一般为北东—北东东, 倾向南东。
大地构造位置属于华北板块南部板块内太行构造亚区之太行断隆。太行构造区总体以断块构造为特征, 以断裂构造为主要形式, 发育有NE及NW向2组断裂, 且多为高角度正断层, 相互交织成网。焦作煤田的构造面貌与太行构造区总体构造面貌高度相似, 是断裂与断块的组合, 是在隆起构造背景上形成的伸展构造形式, 其特点为以高角度正断层为主体, 形成地堑、地垒、掀斜断块等组合形态[1]。
2构造发育特征
2.1全区以高角度正断层为主体
焦作煤田地层平缓 (倾角5°～15°) , 构造以高角度正断层为主, 褶皱不甚发育, 仅在煤田南部发育有东西走向的恩村向斜。区内断层按展布方向可分为近东西向、北东向和北西向3组。
(1) 近东西向断层构成了区内断块的边界, 主要有盘古寺断层 (F8) 、凤凰岭断层 (F4-2) 、南张门断层 (F212) 等, 它们对北东向断层起限制作用。
(2) 北东向断层最为发育, 但规模和表现形态变化较大, 西部多组成地堑和地垒, 断层密度较大;中部和东部则表现为阶梯状构造, 断层密度较小。该组断层主要有王封断层 (F4) 、三十九号断层、李庄断层、九里山断层 (F14) 和薄壁断层 (F41) 等。
(3) 北西向断层与北东向断层近于垂直, 多为张性断裂, 数量不多, 但成对出现, 多形成地堑构造, 如方庄断层和北碑村断层、峪河断层 (F20) 和赤庄断层。
2.2南北具有分带性
焦作煤田位于太行构造区南缘, 紧邻35°构造带, 故煤田兼具NE、EW两个变形区的特点。区内主干构造线方向为NE40°～60°, 既不同于太行构造区走向NNE, 也不同于嵩箕区EW走向, 而是介于两者之间, 且变化趋势是随着与35°构造带距离由远至近, 走向也由NNE逐渐转向NE甚至局部为EW向, 整体上构成朝SE方向突出的弧形。
凤凰岭断层 (F4-2) 和峪河断层 (F20) 将该区分为北部、中部和南部3个不同的构造断块, 每个断块的构造形态、断层力学性质等特征明显不同。
(1) 南部断块。
位于盘古寺断层和凤凰岭断层之间, 浅部为一走向北东、倾向南东的单斜构造, 北东向断层较发育, 将地层切割为多个地堑和地垒;深部为一轴向近东西、向东倾伏的墙南向斜。该断块同时发育北东向和近东西向2组主干断裂, 并派生出北东东向羽毛状或分支状断裂和次一级小褶曲, 断层多为高角度正断层, 它的形成是南北向挤压作用的结果。
(2) 中部断块。
位于凤凰岭断层和峪河断层之间, 为地层走向北东、倾向东南的单斜构造, 断块内发育北东向和北西向2组正断层。其中, 北东向断层主要为反向断层, 将地层切割成一系列阶梯状小断块。凤凰岭断层对断块内的构造有明显的控制作用, 即愈靠近凤凰岭断层, 构造愈复杂。
(3) 北部断块。
位于峪河断层以北, 为地层走向北西、倾向南西的单斜构造, 断块内主要发育一组北东向断裂, 且断层面多倾向南东, 将地层切割成一系列阶梯状长条形小断块。
3构造成因探讨
在漫长的地质历史时期内, 焦作煤田先后经历了多期构造运动, 最终形成了目前的构造格局, 区内各构造的成因均与此有着密切的联系。
3.1海西期含煤岩系同沉积构造
据井下生产揭露, 该断层仅见于二1煤层及其顶、底板, 因压实作用而产生了顶断底不断、底断顶不断, 以及穿过煤层顶、底板很快消失的小断层 (图1) , 这种断层产生频率高, 落差小 (一般不大于3 m) , 使煤厚发生局部变化, 对煤层开采影响不大。
3.2印支期隆拗构造
晚三叠世太行山及其以东地区为一巨型隆起, 晚三叠世末在总体隆升的背景下受近南北向的挤压形成了恩村向斜。
3.3燕山早期伸展构造
(1) 盘古寺断层。
中侏罗世末已具雏形, 晚侏罗世末盘古寺断层进一步发展, 已具有了犁式伸展构造特征。
(2) 平陵断层和朱村断层。
位于盘古寺断层以南, 它们是一组大型同向断层, 延至盘古寺断层均消失, 显然受盘古寺断层的限制向北不再发展。这两条断层大致平行, 是燕山早期受北西、南东向挤压隆张形成的。
3.4燕山晚期伸展构造
在总体隆升的背景下产生了汤东犁式伸展断裂 (箕状构造) 。向北西倾的汤东犁式断裂因其伸展性质, 使地壳拉伸变薄、下陷, 在断层上盘形成一系列同向断层及反向断层 (如耿黄断层、九里山断层、薄壁断层等) , 一些小型断裂属于大型断裂的伴生构造 (图2) 。
区内的北西向断层有时被北东向大断层限制, 同时它又限制一些北东向较小的断层, 北西向断层的大小与其被限制的北东向断层呈正相关关系, 且其构造线与北东向断层近于直交。这些特征均说明北西向断层属于北东向断层的传递断层, 它所形成的窄狭地堑是传递构造破裂带, 故北西向构造与北东向构造是同期形成的。
3.5喜马拉雅早期走滑构造
该期由于东西向挤压, 加之地球自转速率的变化, 使盘古寺断层南盘相对向西走滑, 并在北盘形成了一组NE—NEE向呈羽毛状排列的压扭性小断层。
盘古寺断层在平面上的组合具有S形特征, 也反映了其具有扭动走滑的特点。这一走滑运动影响范围很大, 带动了整个焦作煤田向西偏转。该区现在的北东向构造就是经推扭改造后形成的, 在构造走向转弯处形成了新乡—沿村的复式背斜。
在盘古寺断层右型走滑的同时, 产生了次级和三级走滑断层, 焦作煤田内的凤凰岭和南张门断层就是这样形成的。滑动地体内岩层受到北西、南东向的挤压, 因而形成断块间褶皱。随着走滑运动的进行, 小褶曲轴向也因受到牵引而发生变形。
盘古寺断层南盘的向西走滑受阻于平陵断层, 从而形成了武陟隆起。同时, 由于武陟隆起的大幅度抬升, 也改变了盘古寺断层, 这一段盘古寺断层的南盘抬升, 而北盘相对下降, 形成了倾向向北的董村断层。
3.6喜山期同沉积构造
区内东西向断裂以及北东向的箕状构造, 均具有同沉积构造的特征, 主要表现在新生界的沉积厚度在正断层上盘显著变厚。说明这些断层在喜山期一直在继续活动, 至今尚未停止 (图3、图4) 。该区历年地震中心均位于这些断层附近, 是这些断层仍在活动的佐证。
4结语
综上所述, 焦作煤田主要构造特征以断裂为主, 并均为高角度正断层, 组合成堑垒构造及掀斜断块等构造样式;因紧邻35°构造带, 煤田由南向北显示出较为明显的分带性;区内地层经历了多期地壳运动, 部分断层具有多期活动性, 至今尚未停止;中、新生代的伸展变形构造成为控制煤田的基本构造格局。
参考文献
构造发育 篇2
在威宁水文地质调查中,笔者等发现这一地区向斜和背斜转折端有岩溶泉的发育,其走向与褶皱轴线走向一致,对上述现象做了一些探讨和研究.研究结果显示,在构造应力场作用下,岩层变形逐渐加大,继而形成构造形迹-褶皱构造,在其轴部局部应力场作用下,在褶皱转折端产生放射状张裂隙,该类张性裂隙有利于地下水的`赋存、径流和岩溶发育.
作 者：屈伟 丁坚平邹仕孝 曹兴民 QU Wei DING Jian-ping ZHOU Shi-xiao CAO Xing-min 作者单位：屈伟,丁坚平,曹兴民,QU Wei,DING Jian-ping,CAO Xing-min(贵州大学资源与环境工程学院,贵州,贵阳,550003)
邹仕孝,ZHOU Shi-xiao(贵州开磷集团矿业总公司,贵州,贵阳,550003)
构造发育 篇3
大邑构造上三叠统须家河组三段 (下简称须三段) 是川西坳陷深层天然气的有利勘探区[4]。该区储层以中细粒碎屑石英砂岩为主, 孔隙度和渗透率很低, 为低渗透砂岩储层。裂缝的存在可以很好地改善储层的渗滤特性, 尤其在该区低渗透储层中, 裂缝是流体渗流和油气运移主要通道, 它控制着油气藏的形成与分布[5,6]。但目前该区裂缝研究程度较低, 裂缝的发育特征认识不清, 因此, 对该区低渗透性储层裂缝的研究有着非常重要的意义。本文通过对岩芯裂缝的系统观测, 对该区须三段储层的构造裂缝类型及发育程度进行描述和分析, 为该区裂缝性低渗透油气藏的勘探开发提供依据。
1 区域地质概况
大邑构造地理位置处于成都市大邑县城西北, 距成都市约70km。在区域构造上, 位于川西坳陷西南部, 属于龙门山南段冲断推覆带前缘的隐伏构造带, 东临什邡—邛崃中央向斜带 (成都凹陷) , 西为雾中山—三河场半裸露断褶带, 北与鸭子河—平落坝隐伏断褶带相接, 南与邛西构造相接 (图1) 。工区处于四川盆地彭州—大邑地区石油天然气勘查区内[4]。
2 储层构造裂缝类型
构造裂缝是那些按照其方向、分布和形态可以归因于局部构造事件或与局部构造事件伴生的裂缝[7]。在该区, 构造裂缝常成组出现, 切穿深度较大, 方向性明显, 分布比较规则, 对油气的形成与分布影响最大。通过对大邑9口垂直井 (大邑1井、大邑2井、大邑3井、大邑4井、大邑5井、大邑6井、大邑7井、大邑101井及大邑102井) (图2) 须三段储层的岩芯裂缝观测, 按倾角大小可将该区须三段储层的构造裂缝分为垂直缝 (≥75°) 、高角度缝 (45°-75°) 和低角度缝 (≤45°) 三种类型。
2.1 垂直缝
该区垂直缝共包括两种类型, 一种是剪裂缝, 这种裂缝缝面一般比较平直、光滑, 无充填物 (图3A) ;另一种是与最大挤压应力方向平行的张裂缝, 其缝面粗糙不平, 延伸较短, 常被矿物充填 (图3B) 。
2.2 高角度缝
岩层变形后在局部应力的作用下形成该类型的裂缝。其缝面平直, 常见擦痕和阶步 (图3C) ;当局部应力为拉张环境时, 形成高角度张裂缝, 缝面凹凸不平, 常有矿物充填 (图3D) 。
注:A.垂直剪裂缝 (大邑3井) ;B.垂直张裂缝 (大邑4井) ;C.高角度缝剪裂缝 (大邑2井) ;D.高角度缝张裂缝 (大邑1井) ;E.缝面上的摩擦镜面和擦痕线理 (大邑2井) ;F.剖面“X”型剪切缝 (大邑1井)
2.3 低角度缝
岩芯观察发现, 顺层滑脱裂缝是该区发育最多的一类低角度缝。当地层的岩性不均一, 岩石能干性差别较大时, 地层沿软弱层顺层滑脱 (该区主要是砂岩层沿炭质粉砂岩、炭质页岩或煤层滑脱) , 形成顺层滑脱裂缝, 在该区表现为低角度缝。这种裂缝缝面上常有明显的摩擦镜面和擦痕线理 (图3E) 。当岩性较均一, 通常在岩层变形后的挤压环境, 或者岩石褶皱变形中性面以下部分处于弯曲后派生的挤压应力环境时形成另一类低角度缝 (剖面“X”型剪切缝) (图3F) 。
3 各类构造裂缝发育程度
通过对大邑9口井须三段储层岩芯观测, 统计出了各井构造裂缝的发育程度 (表1) 。经统计, 大邑构造须三段岩芯构造裂缝中, 低角度缝分布最广 (86.5%) , 垂直缝次之 (10.1%) , 高角度缝发育最少 (3.4%) 。
4 结论
通过岩芯观察, 大邑构造须三段低渗透砂岩储层构造裂缝按其倾角大小分可为垂直缝 (倾角≥75°) 、高角度缝 (45°﹤倾角﹤75°) 和低角度缝 (倾角≤45°) 三种类型。其中, 低角度缝是该区分布最广的一类构造裂缝, 约占86.5%;垂直缝次之, 约占10.1%;高角度缝发育最少, 约占3.4%。
参考文献
[1]于红枫, 王英民, 周文.川西坳陷松华镇白马庙地区须二段储层裂缝特征及控制因素[J].中国石油大学学报, 自然科学版, 2006, 30 (3) :17—21
[2]吴世祥, 汪泽成, 张林, 等.川西坳陷T3成藏主控因素与有利勘探区带分析[J].中国矿业大学学报, 2002, 31 (1) :75—79
[3]唐立章, 张贵生, 张晓鹏, 等.川西须家河组致密砂岩成藏主控因素[J].天然气工业, 2004, 24 (9) :5—7
[4]赵爽.川西坳陷大邑构造须家河组二段含气富集带预测[D].成都理工大学硕士学位论文, 2008
[5]袁明生.低渗透裂缝性油藏勘探.北京:石油工业出版社, 2000
[6]周文.裂缝性油气储集层评价方法[M].成都:四川科技出版社, 1998
构造发育 篇4
东周窑井田位于山西省北部, 大同煤田西部, 面积119.1288km2。设计生产能力1000万吨/年, 主要开采石炭系5#、8#煤层。矿井现属基建矿井, 于2008年开工建设, 截至2011年上半年, 首采工作面已圈出。以往的勘探工作中, 对井田地层、煤层分布, 较大型断裂、褶皱、火成岩、陷落柱等构造基本有效控制, 但在矿井建设过程中, 巷道实际揭露构造情况要远比勘探结论复杂。以首采工作面掘进情况为例, 8101工作面在掘进中, 设计沿C5#煤层掘进, 但C5#煤层火成岩侵入严重, 掘进1000余米, 半煤层、全岩巷占到70-80%, 基本无开采效益, 最终只能改延C8-1#煤层掘进。全工作面顺槽及切巷共揭露陷落柱3个;断层27条, 落差0.4-20米;火成岩墙1条, 宽度2-3米。密集分布的地质构造给工作面生产带来很大困难, 同时也造成下下伏近距离煤层C8-2#层的破坏。因此进一步研究井田内构造分布特征, 总结其发育规律, 在采煤工作面布置及生产方式上提前采取措施, 在煤矿经济效益及资源综合利用方面均具有重要意义。
2 区域地质
2.1 区域地层
东周窑井田位于大同煤田西部, 大同煤田地处华北地台的北部边缘, 出露的地层由老到新有:太古界集宁群;古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系;中生界侏罗系、白垩系;新生界第三系、第四系。
2.2 区域构造
大同煤田形成于古生代末的三叠纪末期, 后期受到了燕山运动的改造。煤田受到东侧强大的挤压力作用以及一对逆时针方向的近于南北向的直扭的联合作用, 形成了鹅毛口巨型推覆体, 口泉深大断裂, 大同向斜等一序次一级构造, 并产生了北东—北西向压裂隙、张裂隙以及东西向、近南北向的扭裂隙, 在作用力持续作用下, 发生了构造形迹序次的转化。在作用力的衰变过程中, 发生层位错移, 并追踪了一序次的各组裂隙, 形成了现在的中型断层。由于受到东侧强大挤压力, 北西、北东向断分别表现为张性和压性, 又由于受到了逆时针方向的近南北方向的直扭力偶作用, 产生了先张后扭和先压后扭的特性。中型断层旁侧小断层则为三序次的构造, 由于它们均为燕山期的产物, 故相互间互有切割、制约现象。
3 井田地质
3.1 井田地层
井田位于大同煤田西部, 地表出露的地层由老到新有侏罗系下统永定庄组, 中统大同组、云冈组, 白垩系下统左云组地层, 第三系上新统, 第四系更新统、全新统。钻孔揭露的地层有二叠系、石炭系及奥陶系。
3.2 煤层
区内稳定、较稳定可采煤层有山4﹟、5﹟、8-1#、8-2#。其中山4﹟煤层为局部可采煤层, 厚度由0.3—6.17m, 平均2.58m。5#煤层区内稳定分布, 煤层厚度由0.46—16.38m, 平均5.60m;煤层结构复杂, 夹矸层数由3-10层, 一般5-6层, 夹矸厚度由0.10-0.42m;煌斑岩侵入于井田内5#煤层大部。8-1#煤层区内稳定可采, 煤层厚度由0.00—4.93m, 平均厚度2.30m, 结构简单, 夹矸0-2层, 层厚0.17-0.43m。8-2#煤层区内稳定可采, 煤层厚度由0.00—4.32m, 平均2.40m。煤层结构简单, 夹矸0-2层, 层厚0.10-0.47m。
3.3 井田构造
井田内构造受区域应力场所制约, 主要表现为两期, 燕山运动构造应力场为由北西、南东方向挤压, 形成大同向斜, 喜山运动构造应力场发生较大变化, 主要受右旋剪切拉张作用, 使原先形成的压性断裂转变为张性, 其表现形式为以小型褶皱构造为主, 伴有断裂构造及煤层陷落柱。
3.3.1 褶皱
井田位于大同向斜西北翼。地层总体为一缓倾斜的单斜构造。地层走向185°-190°;倾向95°-100°;倾角2°-10°, 一般为3°-5°左右。井田内褶皱构造为隐伏褶曲, 由区内钻孔所控制, 仅能从煤层底板等高线图上获得。
3.3.2 断层
井田断裂构造有北东向、近南北向、北西向三组, 勘探过程中共发现9条, 均为正断层。
通过对井田上部开采侏罗系煤层的地煤东周窑、北杏庄、马口、永财坡、店湾等矿井实见地质构造与东周窑井田勘探及巷道实见构造合并成图分析统计。东周窑井田内断层具体情况如下: (1) 断层总数的82.3%为小断层, 断层主走向为北西向。据统计, 在断层中52.6%的为北西向断, 15.8%为近南北向断, 31.6%为北东向断。 (2) 断层的倾角在52°-89°之间, 大多数断层的倾角在60°以上, 北东向的个别断层断面有扭转现象。 (3) 不同方向的断层的构造形迹特征明显不同。北西向断:层面凹凸不平企业斜落擦痕, 断面长考切破碎带的宽度较大。北西向断:在平面上呈雁行状排列, 同北西西向断相互追踪、更替, 重接部分有明显转折现象, 且有一定距离的平行共同存在现象。各组断层其间距大多为150-200米之间。
3.3.3 陷落柱
井田在勘探过程中发现陷落柱有9个, 首采工作面掘进中又发现2个。根据对整个煤田陷落柱发育规律研究, 陷落柱发育多处于北西、北东两组断裂构造交汇地带, 此处受应力作用岩层强度减小, 地下水容易对灰岩层产生溶蚀, 从而形成陷落柱。
3.3.4 火成岩侵入
井田内山4#、5#煤层受到印支期煌斑岩侵入破坏。其中山4#煤层为局部可采煤层, 仅井田北部可采区局部存在火成岩侵入, 对煤层有一定的破坏作用。由长焰煤变为无烟煤。5#煤层为全区可采煤层, 煌斑岩侵入井田大部分区域, 煌斑岩的侵入不仅破坏了5#煤层厚度, 使其原本结构复杂的煤层变的更加复杂, 同时对5#煤层的煤质起到接触变质作用, 使原本为长烟煤、气煤变质为贫煤、无烟煤。
4 构造分析结论
由于大同煤田侏罗系揭露断裂构造与石炭系存在一定继承性, 通过对上部侏罗系构造与石炭系合成分析, 东周窑井田内断层均为高角度正断层且以小断层为主。北东向的断层局部断层面扭转而成逆断层。井田内断层展布方向以北西—北西西向为主, 北西—北西西向断呈雁行状排列。各组断层间间距约150-200m。北东和近东西向断以“K”和“入”字型同之相交。北西—北西西向断层呈张扭性, 北东向断层呈压扭性, 近东西向呈扭性。北东向断破坏性较小, 顶板易管理。北西向断破坏带较宽, 顶板不易管理。越靠近大断层的地带, 小断层越发育。大断层相交叉的地带是断层密集区。断层的落差同延伸长度成正比。断层的倾角随岩石坚硬程度不同而有所变化。井田中的断裂构造是一对近南北方向的逆时针直扭力偶和东南侧强大挤压力共同作用形成的。存在一定规律性。其原因与形成大同煤田现在形态的地质运动时期近东西向应力相关。此对矿井生产系统的合理布置具有重要意义。
火成岩侵入程度与煤层起伏及小断裂发育程度有一定关联, 在5#煤层相对隆起区受煌斑岩侵入破坏较严重, 且火成岩侵入可能对断裂构造落差产生影响。
5 采掘巷道系统布置
充分认识和掌握断层的发育特征和规律, 不仅可以有效的指导矿井的安全生产工作, 更为地质工作提供了可靠的依据。如:由于井田是呈雁行排列并且是北西向的, 因此为了减少盘区煤柱的损失和避开主要断层和盘区巷少掘岩巷, 在盘区划分时以北西向断作为盘区边界, 沿北西向盘区运输巷。又如:为了有利于回采和综采过断, 工作面以北西向布置就顺利避开了北西向断, 而工作面内一般没有或仅有小的斜交断层。又如:综采过断时为了安全有效往往都是根据不同性质的断层采取不同的过断措施, 北西向断破碎带比较宽因而对顶板的整体性破坏较大, 因此与北西向断时要加强顶板支护;而由于北东断顶板较好管理, 因此可以比北西向断的顶板降低一点要求。又如:在掘巷中遇见断层, 特别是对盘全为岩石且无标志层的较大断层时, 首先根据正断层判别测产状, 其次观测断面擦痕、阶步等是否与正断层性质相符, 最后是观测大断附近的小断层、牵引褶曲与大断的正断层性质是否相符。通过上述几个步骤就能正确的指导过断以及寻找断失煤层。又如:在掘进中如果巷道中小断增多, 则前方不远处必有大断, 因此为了节省巷道且又不浪费资源, 考虑到小断多而顶板破碎造成采煤困难, 就应当停止掘进。
在工作面设计时提前考虑在煤层相对隆起区域可能存在火成岩侵入严重和小断层较发育的情况, 更合理的布置工作面, 最大可能减小工作面开采过程中能过构造的机率, 提高生产效率。
6 对今后矿井地质工作的建议
6.1 加强地质补充钻探
东周窑井田原地质勘探工程采用750×750基本网距开采钻孔布置, 经井下巷道揭露及本次分析认为, 井田地质复杂程度较原设计预计程度复杂, 为进一步控制井田构造分布及煤层发育情况, 建议在原750×750基本网距基础上, 插心开展地质补充钻探。
6.2 开展三维地震勘探
为了进一步控制对矿井生产有影响的小型地质构造, 应在钻探基础上开展三维地震勘探, 为生产系统布置提供更加详实依据。
参考文献
[1]大同矿区侏罗纪煤田地质总论, 大同矿务局, 1996.
[2]东周窑井田石炭二叠系补充勘探报告, 山西省地质矿产勘查开发局二一七地质队, 2007.
构造发育 篇5
平朔矿区为山西省最大的石炭—二叠纪含煤地层, 包括上石炭统本溪组、太原组和下二叠统山西组, 含煤16层。矿区地质构造较复杂, 本文在数理统计及归纳总结等方法的基础上, 对井田断裂构造发育规律进行研究, 拟在用于指导井田的勘探、建设与生产。
1 研究区概况
研究区位于平朔矿区西北部, 宁武向斜的北端[1]。矿井总体为一平缓的向斜构造, 向斜轴向近NW-SE向, 贯穿整个研究区的褶皱为东坡向斜[2], 如图1所示。
研究区中小型褶皱较为发育, 研究区西部褶皱呈现北西展布, 近似平行排列。东北部地层向SW倾斜, 西南部地层向NE倾斜, 中部较平缓[3]。研究区中部发现一个呈不规则带状展布的陷落带, 目前在陷落带中已发现4个陷落柱, 未见岩浆岩侵入体。
2 研究区断裂构造发育情况分析
研究区断裂构造较发育, 特别是中小型断层, 并且主要表现为高角度正断层。根据矿方三维地震勘探, 解译出了首采区的大部分落差大于3 m的断层, 图2示出了, 为在首采区解释出的2处代表性的阶梯状组合正断层。
矿井断裂的发育具有一定的规律性, 展布方位以NW、NE向为主, 其次为近EW向, 小型断裂发育密集, 落差大多集中在10 m以下。研究区落差大于5 m的断层统计见表1。
2.1 井下典型断层特征
(1) F20断层。断层由地震资料和井下钻探工程控制, 位于木瓜界背斜和314向斜之间。断层落差在25~35 m, 倾角在75°~87° (图3) , 走向近东西向, 延伸长度在1 200 m。由于断层处在木瓜界背斜一翼, 地层倾角较大, 在12°~15°, 它对整个二采区工作面的布置影响较大。断层面附近没有断层破碎带, 煤层上部的中粒砂岩含水性较好, 在断层面30 m范围内上部岩层局部有破碎, 且裂隙十分发育, 致使在断层面处没有出现断层导水, 但断层周边却出现大量淋水现象。
(2) F25断层。断层位于X1陷落柱附近, 断层倾向NE27°, 倾角40°~73°, 落差25~35 m, 延伸长度在1 400 m左右。根据揭露发现, 该断层在不同部位产状变化较大, 而且在断层面上部倾角为70°左右, 而在9煤层下部只有40°, 沿断层面断层倾角自上而下有变缓的趋势, 如图4所示, 倾角变得很缓。断层破碎带宽度在3~5 m, 破碎带中岩性较为混杂, 主要为砂岩和和泥岩碎块, 局部有煤碎屑, 风化严重, 尤其表现在砂岩上, 长石严重高岭土化, 固结程度低。
(3) F28断层。断层倾角为65°, 落差6~8 m, 断层倾向NE78°, 断层带宽0.8 m (图5) 。破碎带中主要为中细粒砂岩, 断层带附近裂隙发育, 断层带附近裂隙淋水较多。
(4) F26断层。断层倾角在57°左右, 落差4~6m, 断层倾向NE70°, 断层带宽度5 m, 断层带中主要为角砾岩, 岩性为中粒砂岩以及泥岩, 严重风化, 由于该断层导通了上部的含水层, 在断层破碎带中淋水较大, 并且破碎带中砂岩风化, 极为松软, 煤层暗淡失去光泽 (图6) 。
对井下实际揭露断层来看, 大多断层有断层破碎带, 破碎带内泥质砂岩以及泥岩碎块混杂, 断层附近煤岩层裂隙较为发育。表明矿井断裂构造大多数是多期构造活动综合影响的结果, 早期的构造运动产生的断裂, 经过后期构造运动的改造及重新活化, 导致断层破碎带、裂隙发育[4]。而F20断层应该是形成比较晚, 推测为喜山期构造活动的产物[5]。
2.2 常见断层平面组合特征
从整体上看研究区小型断层比较发育, 其在平面上的形态展布主要有雁列型组合、平行组合以及交叉组合。研究区内NW-NNW向断裂平面展布多呈现为雁列式 (图7) 。根据地质力学相关理论分析, 这种构造的组合一般是在压扭性质的剪切应力场环境下形成, 从其组合特征可以推断该区受到顺时针的压扭作用[6,7,8]。结合区域构造演化史可知, 该区域这种构造组合样式应该是燕山早-中期构造运动的产物[9,10,11,12,13], 在NE-NNE方向上表现出的拉张应力, 而区域应力场整体表现为NW-NNW向的挤压应力, 在其综合作用下形成了区内NW-NNW向的压扭性剪切应力场, 造就了区内雁列式的断层组合[14,15]。
断裂在平面上的形态展布第2种常见的形式为平行式断层组合, 如图8所示, 由多条断层近平行排列组合。
根据井下断层发育的形态特征, 发现这些断层产状比较接近, 落差相对不大, 断层面明显, 没有断层破碎带, 推测形成的时代相对较晚。结合区域构造演化史, 这些NEE向平行排列的断层组合是喜山期构造运动的产物[7]。喜山期印度板块与欧亚板块发生碰撞, 致使青藏高原向北东东向挤压, 而在山西北部, 挤压作用相对较弱, 主要呈现为NNW-SSE向的张应力场造就了区内平行式的断层组合。
2.3 常见断层剖面组合特征
(1) 井田范围内常见的断层组合为阶梯状正断层、地堑组合以及堑垒相间的组合。阶梯状正断层组合表现为一系列正断层近平行排列成阶梯状, 井下典型的在首采区多处有这种组合形式, 图2即为三维地震解释的该种类型断层的组合, 根据井下实际的揭露, 也多处发现这种断层组合, 如在9101综采工作面也有发现 (图9) , 主要由高角度断层组合成的阶梯状组合。
(2) 堑垒相间式断层组合形式。堑垒相间的组合在井田发育较为广泛, 井田中小型褶皱较为发育, 向斜核背斜的相间排列较为常见, 数条走向大致平行的正断层相向或背向倾斜组合而形成这种组合形式。在井田西南部这种组合形式较多, 在311向斜附近有堑垒相间式断层组合 (图10) 。
断层分布于向斜或背斜两翼, 且均表现为正断层, 此外, 褶皱的轴向和断层的走向大多一致。推测在褶皱形成后期, 该区域在经受挤压应力后, 又不同程度的受到了拉张应力, 从而产生一系列的小型正断层, 组成典型的地垒和地堑相间发育的样式, 这种构造组合较为常见, 如在311向斜附近的这一典型组合 (图10) 。从局部来看是由系列阶梯状正断层组合而形成, 或是半地堑-半地垒组合。在这种构造组合中, 断层倾角在45°~75°, 推测断层是在拉张应力作用晚期, 应力集中积累大过了煤岩层的塑性应变极限, 便形成了突变的断裂构造活动, 释放前期积累的构造应力。
(3) 地堑型断层组合形式。断层沿向斜两翼分布, 并且主要以高角度正断层为主。该井田宽缓型褶皱较为发育, 如井田的8号勘探线 (图11) , 为一宽缓的褶皱, 两翼地面倾角较小, 在3°~11°之间, 断层分布在褶皱的两翼。
3 结语
构造发育 篇6
八里桥勘查区位于淮北煤田涡阳矿区,行政区划属安徽省涡阳县。西与花沟井田相邻,并部分接壤,北部与涡北煤矿相接,南部与徐广楼井田和蒙关店勘查区相邻。勘查区(普查程度)构造较复杂,褶皱和断层均较发育,特别是断裂构造,不仅切割了煤层,导致煤层的变形与缺失,同时也是岩浆岩的侵入煤层的通道,对煤层的厚度、结构及煤质产生较大影响。因此,揭示八里桥勘查区的构造和岩浆分布特征对今后煤炭详查、勘探及矿井建设均具有重要意义。
1 井田构造分析
1.1 区域构造特征
八里桥勘查区属于淮北煤田涡阳矿区,淮北煤田断裂构造呈网格状构造格局,自北而南主要东西向断裂有丰沛断裂、宿北断裂、光武一固镇断裂(板桥断层);由东向西主要南北向断裂有固镇~长丰断裂、丰县~口孜集断裂(丰涡断层)、夏邑~固始断裂。主要表现为分东西向、南北向、北西和北东西向共轭断裂三组,它们大多为南北向东倾的隐伏断裂,控制两侧煤系的构造形态;北西和北东向共轨断裂一般都表现为矿区内或勘探区内的小构造使整体构造变形进一步复杂化。
八里桥勘查区属于淮北煤田涡阳矿区,其北依宿北断裂,南接板桥断层,西邻夏邑~阜阳断裂,东邻丰涡断裂,地堑--地垒组合是涡阳矿区的主要构造表现形式(图1)。涡阳矿区的地堑--地垒组合具有近东西向和近南北向的两种展布形式,其中东西向者规模相对较大。它们复合后的形态正好是类似基底的网格状。两种方向的地堑--地垒构造间复合具有多种型式,其复合效应使得煤系地层被深埋,沉积新生界地层;在地堑和地堑的复合部位,下第三系红层比较少见,煤系地层赋存较浅;在地垒和地垒的复合部位,可见基岩露头零星裸露,煤系地层或赋存较浅,或被剥蚀。
1.2 井田构造特征
勘查区煤系地层隐伏在新生界地层之下,总体形态为一走向近南北,倾向西的单斜构造,次级褶曲较发育,区内见多个轴向近东西的次级向斜构造。勘查区地层倾角一般在5~20°之间,受构造影响,局部地层倾角可达30°。勘查区内煤系地层被断层切割成若干断块,共查出勘查区及邻近断层27条,且全为正断层,断层间的组合主要为阶梯状排列,部分呈地堑或地垒状,大部分断层切割了整个含煤岩系,影响了煤层的连续性和可采性。
1.2.1 褶曲构造
勘查区总体形态为一走向近南北,倾向西的单斜构造。区内见一轴面近东西、向西倾伏的次级宽缓向斜,该次级向斜轴部位于16勘探线附近,北翼被F6断层切割,北北东向的F2、F3断层切割整个向斜,向斜两翼倾角相差不大,平均20°左右。勘查区煤系地层的产状受断层的控制较明显,该单斜地层倾角总体表现为由西至东,倾角逐渐变大,范围为5°-30°,其中勘查区F1断层以西区域,地层倾角普遍较小,一般为5°-10°;F1断层以东区域倾角一般为15°-25°,局部层段倾角可达30°。勘查区范围内可采煤层埋藏深度变化较大,3煤层埋深在600m~1900m之间,8煤层埋深在900m~2100m之间,11煤层埋深在1000m~2200m之间,最浅处均位于勘查区4勘探线和8勘探线之间区域。
1.2.2 断裂构造
根据钻探、地震断点以及区域构造规律和本区的构造特点,共组合断层27条,且全为正断层。按断层走向划分,主要为近SN和近EW向,其次为NW和NE向,其中近SN向的断层14条,近EW向断层7条,NW向断层4条,NE向断层2条,其中走向近SN的断层,以倾向E为主;走向近EW的断层,以倾向N为主。按照断层落差划分,落差≥500m的断层6条,落差≥100m的断层12条,落差<100m且≥50m的断层4条,落差<50m的断层5条,断层间的组合主要呈阶梯状排列,部分呈地堑或地垒状,大部分断层切割了整个含煤岩系,影响了煤层的连续性和可采性。
2 井田岩浆岩分布特征
受区域岩浆侵入活动的影响,勘查区内岩浆活动较多,主要集中在勘查区的南部和中部局部地区(通过钻孔和测井揭露),岩浆侵入了二叠系含煤地层,使煤层被吞蚀、变薄或变质为贫煤或天然焦,对勘查区煤层的厚度、稳定性和变质程度有一定的影响。根据本次钻探揭露资料,有岩浆岩侵入到2煤层和8-1煤层,其中对8-1煤层影响较大,对煤层厚度、结构及煤质产生重要影响。
2.1 岩浆岩侵入特征
(1)侵入范围
本区岩浆岩主要发育在勘查区的南部和中部局部地区,勘查区北部未见岩浆岩侵入,具体表现为:在勘查区24勘探线以南区域岩浆岩侵入现象明显(如区内的24-1孔、24-2孔和验1孔均有揭露);在勘查区中部12勘探线附近局部地区也见有岩浆侵入现象(如12-2孔),被侵入煤层局部变质成天然焦或火夹焦。
(2)岩石性质
根据钻孔岩芯的野外鉴定资料,结合邻区花沟井田、涡北井田、徐广楼井田和区域岩浆岩的成果资料分析,初步判断勘查区内岩浆岩岩性主要为辉绿岩、正长岩和辉石闪长岩。
(3)侵入层位及产状
区内揭露岩浆岩侵入地层深度一般为1000-1400m,岩浆岩侵入层位主要为8-1煤层及其顶底板处(12-2孔、24-2孔和验1孔揭露),此外2煤层也零星见有岩浆侵入现象(24-1孔揭露)。岩浆侵入岩的产状可能以小型岩床和岩脉形式产出。
(4)侵入时代
本区岩浆岩未进行绝对年龄测定,但据《中华人民共和国区域地质调查报告》及邻区花沟井田、涡北井田和徐广楼井田等实际揭露情况,推测其侵入时代应属燕山期。
2.2 岩浆岩与构造的关系
岩浆岩与构造关系密切,张裂隙或张性断层为岩浆活动提供了良好的上升通道。通过对勘查区岩浆岩的钻孔揭露和构造展布特征分析,认为:由于勘查区岩浆岩主要集中分布在本区南部24勘探线附近区域,而该区域断裂构造相对复杂,近SN向、近EW向和NW向断层相互交织、错断,从而给岩浆侵入提供良好的通道;结合岩浆岩的钻孔揭露层位与邻近断层的位置关系,可初步判断F2、F3断层对控制勘查区内岩浆岩的侵入层位影响最大,可能是岩浆的侵入通道,其次为F9和F11断层;由于以上近SN向断层是燕山期的近东西向挤压应力作用的结果,也间接反映了勘查区内岩浆侵入体的侵入时代为燕山期。
3 岩浆岩侵入对煤层的影响
3.1 沿煤层侵入
根据勘查区钻孔揭露(如12-2孔、24-2孔)和测井解释资料,勘查区内岩浆侵入层位以8-1煤层为主,其次为2煤层。被侵入的煤层表现为拱开、缺失、变薄、变质程度增高、煤层结构变复杂。经勘查区钻孔揭露,在岩浆岩侵入地区,煤层常变质成火夹焦或天然焦(图3-11),但由于岩浆岩厚度较小,对煤、岩层间距影响不大。
3.2 沿煤层顶、底板侵入
岩浆岩侵入煤层顶、底板常常造成顶、底板部分被吞蚀,使煤层的接触变质具有渐变性,即直接接触变为天然焦,向远渐变为焦化煤和正常煤。
根据勘查区钻孔(验1孔、24-1孔和24-2孔)揭露资料,见有岩浆岩侵入到煤层顶、底板软弱岩层中的现象(图3-12)。由于图中F2、F3和F9正断层的落差较大(均大于100m以上),结合钻探与测井资料分析,可初步推测F2、F3和F9断层破碎带可能是勘查区内岩浆岩的主要通道。当侵入的岩浆岩距离煤层顶、底板距离较近时,可将接触部位或距离较近的煤层变质成火夹焦或天然焦(如24-2钻孔中8-1煤层局部变质成天然焦、24-1孔中2煤层局部变质成火夹焦),对煤层的厚度、结构及煤质产生较大影响。
4 结论
综上所述,本区构造形态为一走向近南北,倾向西的单斜构造,次级褶曲发育,地层倾角一般在5~20°之间,局部地层倾角可达30°。勘查区内以断裂为主,区内近SN向、近EW向、NW向和NE向等断裂构造交割成网状,且全为正断层,断层间的组合型式主要为阶梯状,部分呈地堑或地垒状,断层落差整体较大,大部分断层切割了整个含煤岩系。勘查区中部和南部地区有岩浆侵入,其中中部地区岩浆侵入8-1煤层,但岩浆侵入范围较小,对煤层影响有限;勘查区南部岩浆岩侵入层位以8-1煤层为主,其次为2煤层,岩浆岩侵入范围相对较大,对煤层的厚度、结构及煤质产生较大影响。因此,初步确定勘查区构造复杂程度为中等-复杂。
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构造发育 篇7
从陶一煤矿多年的生产情况来看, 井田内断层纵横、构造复杂是导致矿井生产能力小的主要原因, 这些地质因素不但影响了工作面的布置和采掘活动的正常进行, 还在很大程度上成为影响煤矿安全、高效生产的主要因素。因此, 研究井田内地质构造的发育特征及古构造应力-应变场的变化对断层的影响, 对优化煤矿采掘工程布置、保障生产安全、提高经济效益有着重要意义。
1 井田地质概况
陶一井田地处华北板块 (Ⅰ级) 太行山隆升地块 (Ⅱ级) 南部, 太行拱断束 (Ⅲ级) 武安凹断束 (Ⅳ级) 东缘。井田范围内大部分被新生界地层所掩盖, 基岩出露较少, 地层倾向东或南东, 倾角一般10~25°, 区内赋存的地层为典型的华北型地层。矿区整体呈NNE向展布, 褶皱与断裂的共同作用形成了武安~彭城地堑向斜, 康二城至峰峰断阶单斜, 区内总的构造形态为单斜构造, 褶皱较平缓, 断层密集。
2 断层发育特征
2.1 断层产状特征
陶一井田处于东部F1断层和西部F4断层所构成的地垒断块之上, 基本构造为一被短轴褶曲和断层所复杂化了的平缓单斜。南部走向N30°E左右, 中部N40°W左右, 北部又为NE变为N, 地层倾角10~15°。井田内断层走向以北北东向为主, 东西向次之, 通过钻探和巷道揭露, 井田范围内落差大于10m的断层共发现14条, 均为高角度正断层。
井田内统计的108条断层中, 有104条是正断层, 优势倾角在60-70°, 占已揭露断层的96.3%, 逆断层仅有4条且均为小型断层。按走向方位, 可将断层分为NNE向和NEE向2组, 且以NNE向 (30-40°) 为优势走向方位。断层的平面展布形式主要有平行式、雁行式等组合形式, 而剖面组合形式表现为地堑式、地垒式和阶梯式。
2.2 两盘牵引及断层带特征
断层两盘紧邻断层的岩层, 常发生明显弧形弯曲, 这种弯曲叫做牵引褶皱。一般认为这是两盘相对错动对岩层拖曳的结果, 并且以褶皱弧形弯曲的突出方向指示本盘的运动方向。而陶一井田内揭露的大部分断层在断层面附近均表现出不同程度的反牵引特征, 对于这一现象, 经深入研究认为, 这是由于断裂面先挤压后拉伸, 且后者规模大于前者造成的。也就是说裂隙先在挤压力的作用下形成了逆断层, 并使两盘岩层在断面附近形成牵引褶曲, 后来又受到拉张力作用, 两盘沿已形成的断面滑移并最终以正断层的形态呈现出来。由此看来, 断层附近的反牵引现象是两期构造复合的产物。
井田内断层破碎带经历多期应力作用, 其结构状态比较复杂, 但是仍有一些规律可循。一般情况下, 断层带宽度不大, 基本上与断层落差成正比, 断裂面呈剪切面或弧形滑面状。断层带物质复杂, 断层遇到具有塑性、韧性岩层断层带充填物为断层泥, 未固结有可塑性;断层遇到刚性、脆性岩层断层带充填物则为断层角砾岩, 为棱角状或次棱角状, 砾石大小悬殊不等, 其间充填有泥质及煤屑。
3 古构造应力-应变场演化
板块受力变形:根据区域大地构造背景和参考前人意见, 自晚古生代石炭二叠纪含煤地层形成至今, 本区古构造应力场经历了3个时期:海西期、印支-燕山期、喜山期, 多期构造应力场相互复合, 使区内构造形态显得错综复杂。
3.1 海西期
二叠纪时期, 华北板块处于扬子板块和欧亚板块南北夹击之中。在这样一个南北向挤压的构造应力场中, 华北板块形成东西向延伸的褶皱和逆断层, 以及走向NNE和NNW两组共轭剪节理或压扭性断裂网络。这一阶段形成的弱结构面, 在后期区域拉张应力场中, 为井田内NNE向较大断层 (如F1、F4等) 和NW向断层 (井田内数量不多的NW向小断层) 的形成奠定了物质基础。
3.2 印支-燕山期
中生代早期中朝板块与杨子板块碰撞, 结束了中国南海北陆的地理格局, 受近SN向水平应力挤压形成了NW-SE和NE-SW向两组共轭剪节理。陶一井田位于华北古板块中部, 变形相对微弱, 井田北部的北牛叫向斜和井田内的师窑向斜等近东西向构造就是在这一阶段形成的, 这些构造由于受到后期多次运动的改造变化很大。
中侏罗世晚期至早白垩世, 古太平洋板块向亚欧板块的俯冲速度加快, 导致古太平洋迅速闭合。剧烈的陆陆碰撞作用, 使亚洲大陆东部受到了前所未有的强烈挤压。强大的侧向挤压力促进了中国东部背斜型隆起, 太行山巨型隆起带的雏形就形成于这一时期, 同时剧烈的板块运动还诱发了强烈的火山和岩浆活动, 致使井田内部发育了多层沿软弱岩层及层理面侵入的闪长岩床。到晚燕山期, 太平洋板块和古亚洲板块碰撞更加深入, 这一过程使处于岩层底部的微小裂隙开始闭合终止了强烈的岩浆活动, 而在隆起带顶部却由于强大的构造张性应力场形成了大量NNE向纵张断裂 (断裂面与岩层面夹角约55°) , 进而形成次级张性地堑和箕状盆地。因此, 井田内部较大断裂多以高角度正断层产出, 并切割了早期侵入并已经凝固的闪长岩床。
3.3 喜山期
中生代末至古近纪印度板块向欧亚板块靠拢, 古印度洋逐渐消失, 喜马拉雅造山运动就此开始。印度次大陆的西端在52Ma时首先与欧亚大陆碰撞, 使华北板块受到了NE-SW向的挤压力, 这一作用直接导致了井田范围内NE-SW向小型逆断层的形成, 随着印度次大陆在向北运动的同时也发生着逆时针旋转, 42Ma左右东端与欧亚板块拼合, 这时挤压应力方向也发生了偏转呈NNE-SSW向, 这一转向就产生了强大的滑移引张应力场, 在这样的应力场下井田内的大断层和前期形成的小型逆断层出现不同程度的右旋滑移趋势, 由格里菲斯准则分析, 强大的滑移引张应力场作用加速了井田内大断层边缘羽状裂隙的扩展, 这些羽状裂隙同早期的NNE向节理 (包含小型逆断层) 一起形成了井田内的小断层群, 同时也导致了师窑向斜轴线和被岩浆岩脉在F12断层两侧产生右旋错动。
4 结论
①陶一井田大断层以高角度的断裂构造为主, 与岩层面夹角约55°。②井田内发育的断层基本为正断层, 优势走向30-40°, 并有右旋滑移特征。③井田内大断裂构造主要形成于燕山末期并晚于岩浆活动, 大断裂周边的小断层则多为喜山运动的产物。④井田内部分小型断层在两盘表现出反牵引特征, 这是大地应力场变化导致两期构造复合引起断层性质转换的结果。
摘要：通过对邯郸矿区陶一煤矿多年勘探和生产中获得的大量地质资料分析研究, 得出该矿地质构造以正断层发育为主, 断层分期形成及中小断层两盘呈反牵引的特点。并在此基础上结合大地及区域地质构造情况, 进而探究了陶一井田古构造应力-应变场演化与断层形成间的关系。
关键词：断层,发育特征,古构造应力-应变场,演化
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