滑动构造特征

滑动构造特征（精选4篇）

滑动构造特征 篇1

1 引言

在煤田地质勘探中, 地质滑动构造是指地质体沿水平断层带 (滑动带) 运动所形成的构造组合, 作为滑覆类型之一的重力滑动构造, 其结构要素由下伏系统、润滑层、滑动面、滑动系统和前缘推挤带5部分组成。滑动构造的基本要素是构成滑动拆离的低强度和高应变的软弱层, 地壳上部的沉积盖层和其中的煤系地层具有软硬层相间、成层性好的特点, 尤其是低强度和高塑性煤层本身就是一个很好的滑动层, 沉积盖层和煤系中滑动构造的普遍性日益被广大地质工作者所认识, 现结合涟邵煤田M15井田地质滑动构造特征对其特征及发育规律性进行分析探讨。

2 矿区煤田地质构造特征

2.1 地层

涟邵煤田大多数井田的地层主要有寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、侏罗系、第三系和第四系, 现自下而上分述如下:

奥陶系:为煤系的基盘, 总厚900m左右, 分上、下两部分。下部以白云质厚层状结晶灰岩为主, 含燧石带及结核, 表面为黑色, 内部为乳白色, 与上寒武系假整合接触, 厚90m左右。上部除下段含有薄片状石灰岩及页岩外, 均为厚层状石灰岩, 表面呈深灰色, 内部为青灰色及乳白色, 厚800m左右。

石炭系:厚102～178m, 以假整合沉积在中奥陶系之上, 下统测水组主要有粘土岩、石灰岩及粉砂岩组成, 砂岩较少, 偶尔含薄煤1～2层, 但不可采。底部为铁质岩, G层铝土, 上部为杂色粘土岩夹两层石灰岩和黑色粉砂岩。

石炭系下统测水组:下界为灰岩之上的砂岩底板, 上界至侏罗系剥蚀面。残厚0～143.64m, 自西而东减少。该组岩石以深灰色砂岩、泥岩和砂岩为主, 两者常常呈互层出现, 夹有石灰岩和少量的粘土岩, 石灰岩有3层, 是该井田的含煤层组。

二叠系上统龙潭组:与下伏煤系地层呈角度不整合接触。厚度为107.01～321m, 主要为紫红色细粒石英砂岩、长石砂岩, 泥质胶结, 交错层理十分发育。其底部有砾岩、砂砾岩, 成分以石英岩为主。本组下部夹有一层厚57.00m左右的厚层砾岩, 砾石成分为石英岩, 砾径0.2～5cm。本组上部为浅灰色砂岩, 在井田内由西而东逐渐增厚。

三叠系下统大冶组:与下伏地层呈角度不整合接触, 主要为红色粉砂岩夹砾岩, 砾岩成分主要为下古生界的石灰岩。分布在井田深部边缘, 仅在东部的山沟中零星出露。

第四系:以不整合上覆于下伏地层之上, 主要为未胶结的冲积、坡积及残积的次生黄土和砂层。表土厚0～9.12m, 砂层厚0.5～6.08m。

2.2 构造

本井田位于梓门桥组泥灰岩段南翼的最东部, 构造形态为单斜构造, 无明显的次一级褶皱存在。地层走向稳定, 大约为310°, 倾向北东40°, 倾角12°至19°, 变化趋势是中部大, 向西部、东部变小, 自浅而深变小。另外, 在个另断块因受牵引的影响, 煤层倾角还有局部变化。井田的构造属中等类型。井田内主要为一组NEE向的断层发育。就煤层走向看, 东部简单, 中部、西部较复杂。从倾向看, 浅部简单, 深部复杂。井田内主要地质断层产状见图1、表1。

2.3 煤层与煤质

含煤地层为石炭系、二叠系, 残厚100.00～180.36m不等。石炭系煤层主要沉积在下统测水组内, 含煤共11层, 总厚7.50m。其中主要可采煤层4层, 自上而下分别为9煤、11煤、13煤及15煤, (表2) 可采总厚4.46m。

煤田的工业牌号为低、中变质的气煤———肥煤, 具有很强的粘结性, 属中灰——富灰、中硫———高硫煤。煤岩组分以镜煤、亮煤为主, 暗煤及丝炭次之, 半亮型至光亮型。

3 煤田地质滑动构造发育特征及其规律性分析

通过对该井田滑动构造发育特征的研究探讨, 可得出以下向点规律:

3.1 层位选择性

滑动构造的发育具有严格的层位选择性, 这一规律性在该井田地质得到了体现。绝大多数滑面都是沿地层层序中结合力最差的软弱界面和塑性比较大的软弱层发育, 断层面产状基本平行于层面产状。井田滑动构造的滑动面主要沿煤系底部的假整合面以及煤系中可采煤层的顶底面、煤层、煤层夹层等层位发育。

该井田滑动构造的滑面所在相对位置, 对主采煤层赋存具有很大的影响。如果滑动面位于主采煤层之上, 煤系盖层会有不同程度地缺失, 使主采煤层埋深浅于根据滑动面上覆岩层露头所推断的深度, 从而有利于开采。以该井田的Fs断层为界, 断层下盘的地层, 滑动面主要位于侏罗纪地层与煤系的不整合面上, 因此11煤层不仅得以良好保存, 而且埋藏较浅。

如果滑动面以主采煤层为主, 可以造成煤层局部增厚或变薄, 但由于变形强烈, 顶板遭到破坏严重, 使开采技术条件复杂化, 从而降低了开发价值。该井田以Fs断层为界, 断层上盘的地层, 滑动面主要位于11煤层之中, 不仅使该煤层的厚度变化大, 煤层鳞片化, 而且使得泥岩顶板严重破碎。

滑动面位于主采煤层之下或煤系基岩内, 主采煤层作为滑动系统, 往往遭受大面积剥蚀。

3.2 多级性及方向性

该井田的滑动构造是一个多级重力滑动构造体系, 其结构比较复杂。根据滑动构造规模大小及区域发育的特点, 可将井田滑动构造分为两级。煤系底部假整合面上的滑动构造规模大, 并在整个湘中地区具区域性发展, 这为一级滑动构造, 其滑面为主滑面。煤系及非煤系地层中一系列次级滑面及其分割的许多滑片构成二级滑动构造, 其规模小, 但很发育。一级和二级滑动构造共同构成了煤田多层次的滑动构造体系, 主滑面在滑动过程中起主导作用, 控制着次级滑面的发育, 次级滑面又控制着更次一级滑面。事实上润滑层中的岩层及煤层呈现鳞片结构, 是不同级别的次级滑面所致。

该井田滑动构造的运动方向直接受掀斜断块的控制, 与断块掀斜方向完全一致。因为次级滑面的倾向与地层的倾向、主滑面的倾向近于一致, 所以十分有利于不同级别滑动面的发育。尽管在井田内不同的块段有不完全一致的滑动方向, 但整个井田的滑动运行的总体方向是由南向北进行的。

3.3 多期性及继承性

涟邵煤田这一井田滑动构造具有多期性和继承性。从本质上讲, 重力滑动构造的形成过程就是重力失稳过程。重力失稳后, 在一定的条件下通过物质运动实现新的重力平衡。当新的平衡再度被破坏时, 也就孕育着又一次的滑动过程。先期形成的滑动面是一个力学性质软弱的面, 往往为再次滑动提供良好的界面。

对于这一井田的重力滑动构造来说, 由于其形成严格受周围边界断裂的控制, 而边界断裂本身具多期活动性特点, 边界断裂的每一期活动都会引起构造边界条件的改变, 并提供诱发因素, 势必造成井田滑动构造的多期活动的特点。多期性在主滑面及次级滑面上表现都比较明显, 主滑面之上滑动层中岩层的破碎、揉皱及缺失显示不同运动方向和力学性质, 表明这种运动不是一次完成的;次级滑面更是如此。11煤层鳞片化、片理化及揉皱现象特别明显;顶板泥岩不仅被不同方向节理切割成大小不同的碎块、碎片, 而且碎块、碎片上摩擦镜面十分光滑, 显然是遭受多次滑动的结果。根据井田边界断裂的形成时间及断块掀斜作用的主要活动时间, 可以推断涟邵煤田这一井田滑动构造形成时间为燕山晚期之后, 其形成并非一次性滑动的结果, 而是由主滑面带动煤系中的各个次级滑面经过多次递进脉冲式的滑动发展而来, 每一次滑动都在煤岩层中留下了相应的痕迹。

井田滑动构造运动具有一定的继承性规律, 即先前的滑动面在下一次滑动构造运动中仍然是首先优选的滑动面。当有两个相邻的地层弱面存在时, 如果其中一个已在先前的地质运动中已成为滑动面, 那么在下一次的地质运动中将继续成为滑动面, 而另一个弱面往往难以再发育成滑动面。这种规律叫做滑动面生成的邻近规律, 滑面形成的邻近规律在该井田体现得十分明显。

现场生产揭露表明, 11煤层中的滑动构造滑动强度和13煤层中的滑动构造滑动强度互为消长关系。即如果11煤层滑动构造表现强烈, 13煤层表现就相对微弱;如果11煤层滑动构造表现微弱, 13煤层表现就相对强烈。

邻近规律在该井田的9层煤和11层煤中也得到体现。当9煤层存在, 就会在9层中优先产生次级滑面, 一旦在11煤层附近以上的9煤层中产生了滑动面, 11煤层中就不会或很难再形成一个新的滑面。这在现场表现为:在井田内, 只要有9煤层存在的区域, 该区域的11煤层就保存良好。

如果两个邻近弱面的先前的地质运动中同时形成滑动面, 在下一次的滑动构造运动中, 这两个面仍然同时形成滑面, 这叫做邻近滑面的共生规律。这往往是在上覆岩层的重量远远超过了两个邻近滑面形成所需的重量时产生。

3.4 缓慢性

该井田滑动构造的滑带非常缓慢, 是重力长期蠕变作用的结果。从井田的变形特点看, 煤田总体构造变形司浅层脆性变形, 但煤系中存在煤层、泥岩等软弱岩层, 滑面产状又比较平缓。因此, 滑动构造本身变形表现为脆———塑性变形, 既滑又流, 既断又褶。假整合面上滑动带表现为揉皱破碎带;煤系中的次级滑动构造使煤层发生塑性流动形成煤包、煤刺, 产生脆性破碎形成碎粒煤、碎粉煤、鳞片煤等。其微观结构特征也显示了煤层的脆———塑性变形, 即煤岩石的破坏是通过多次的剪切力作用和塑性流变来实现的;煤层的顶板在滑动过程中主要发生脆性变形, 形成破裂岩、断层泥等。

涟邵煤田这一井田滑动构造的演化过程可以分为4个阶段: (1) 孕育阶段, 这是一个由稳定结构环境到不稳定构造环境的转变时期; (2) 剪切破裂阶段, 岩石中势能的积存, 使得最大剪应力作用面上的极限应力达到或超过岩体的抗剪强度后, 岩体便开始沿一族或两族滑移线方向破裂, 破裂首先在强度较低的软弱岩层中出现; (3) 滑动变形阶段, 顺层、切层裂面基本沟通, 主滑断裂接近或趋于形成, 这时如果有其他触发因素进一步推动, 岩体将会在重力控制下滑断裂面滑动; (4) 稳定破坏阶段, 滑体滑到底处, 并经过局部调整后, 势能消失, 岩体的应力也由于重力扩展而松驰, 这时由显著的变动状态转化为相对稳定状态。后经滑动后期的断裂、破坏、抬升、剥蚀、堆积、掩埋, 或成为出露于地表的滑动构造, 或成为部分埋藏于地下的滑动构造。

3.5 短距性

井田滑动构造的滑距不大, 地层缩短量小, 基本上属原地滑移, 规模局限。煤系中的次级滑面, 其滑动距离一般为7m至15m。假整合面上的主滑面, 自西向东弯弯曲曲地近于将滑动系统包围, 在北部受到边界断裂的限制, 滑动系统呈东西向延展, 滑动规模不大。现保存的煤系地层主要为滑体的中前部, 其本身褶皱构造不发育, 前缘地层反倾段又不大, 说明地层缩短量小, 滑动构造的滑距不大, 属局部性构造。

造成该井田滑动构造短距性规律的主要原因是滑动空间的限制。本井田杨家山断裂控制的煤系地层。该断裂是向井田内倾斜的正断层, 其下盘为太古界变质岩组成的山体。井田的滑动构造是由南向北进行, 古老的山体有效地阻止了井田内岩体向北大距离的滑动。因此, 井田内岩体的滑动空间主要来自于岩体内部的挤压与拉伸, 其次是张性断裂所形成的空间, 再则是岩体内部空隙提供的空间。

3.6 块段差异性

井田地质滑动构造是区域性伸展条件下, 断块掀斜作用的产物, 严格受断块活动所控制, 不仅表现在不同块段内次级滑面的数量、缺层情况、变形强度、滑动带宽度及派生构造等方面都有较大的差异, 而且不同块段的滑动方向、发育程度、断层对断块的掀斜程度以及掀斜时间都有所不同, 从而导致不同断块滑动构造发育程度不同 (见表3) 。

3.7 波动性

这是滑动构造的表现特征, 也是识别滑动构造的重要标志之一。波动性主要表现在滑动强度有差异性, 即滑动构造的发育程度沿一定的方向具有从强—较强—较弱—弱—较强—强的规律。这种波状特征是滑动面具有波动性的体现。M15井田的11116东付巷、11117西付巷等都可以见到该特征的表现。从整个井田来看:由东往西, 滑动构造的发育大体上具有减弱的趋势;而由浅入深滑动构造有加强的趋势。

4 结论与与建议

除此而外, 涟邵煤田规模较大的还有罗家坝滑覆断裂带、凤冠山推覆断裂带、株木山推覆断裂带等, 因此分析涟邵煤田地质滑动构造特征及其规律对该区找煤有重要的现实意义, 具体建议如下:

⑴涟邵煤田M15井田滑动构造属于重力滑动构造, 是由断块掀斜作用形成的。滑动系统为煤系及其上覆岩层;

⑵井田的滑动构造具有明显的规律性, 特别是滑动面生成的邻近规律在该煤田表现尤为明显;

⑶井田的滑动构造总体发育规律为由浅部向深部明显加强;由东部向西部逐渐减弱。

参考文献

[1]湖南省地质矿产勘查开发局四一八队, 湖南省煤炭资源远景调查报告[R], 1989, 7

[2]马杏垣, 重力作用与构造运动[M], 北京:地震出版社, 1989

[3]宋振江, 保安井田产状断层特征初探[J];煤田地质与勘探], 1993, 21

[4]周爱国.蔡鹤生.地质环境质量评价理论与应用[M].北京:中国地质大学出版社, 1998

滑动构造特征 篇2

1井田水文地质条件

综合分析告成煤矿水文地质条件, 得出了二1煤层顶板含水层自下而上情况。

( 1) 二1煤层顶板破碎带含水层。因受滑动构造影响, 井田内二1煤层顶板大部分被破碎带取代, 厚度一般20 ~ 40 m。井田四周薄, 中部较厚。滑动构造断裂带的岩石成分、颜色混杂, 压性结构面十分发育, 处于压紧闭合状态, 富水性不强, 补给条件不佳, 该含水层对正常开采影响不大[4]。

( 2) 三叠系下统圈门组砂岩含水层。圈门组下段 ( T11—T12) 砂岩颗粒分选好, 圆度均为次圆及次棱角状, 发育大型板状斜层理。砂岩所占比例较高, 单层厚度较大, 多在90 ~ 100 m, 该层富水较强。由于受芦F1滑动构造的影响, 局部地段该含水层反倾伏于二1煤层之上, 与二1煤层相距较近, 成为煤矿直接充水含水层, 是矿井顶板涌水量的主要来源。 经过13采区北部和21采区西部对顶板水的疏放, 该含水层目前水位为 ± 0 m[5]。

2顶板突水主控因素及机理研究

二1煤层上覆岩层中的隔水层是有效阻隔顶板水涌出的安全带, 煤层开采后隔水层的隔水性能受到影响。二叠、三叠系中各砂岩孔隙、裂隙含水层被泥岩、砂质泥岩所隔开, 原始状态时相互间水力联系不密切, 补给及储水条件相差较大。采动引起顶板冒裂后, 其隔水性能将完全被破坏, 此时裂隙带内顶板砂岩含水层中的水将全部涌入井下。

( 1) 采动顶板“上三带”分布。F-RFPA2D分析系统是一个模拟材料渐进破坏的数值试验工具, 利用F-RFPA2D分析系统可以对煤层顶板岩层破坏的全过程进行模拟, 从模拟过程中能充分提取顶板变形的相关信息[6]。

综合矿井钻孔柱状所描述的各岩层岩性特征和相关地质资料, 得知其岩石力学参数 ( 表1) [7]。

主要几何参数是依据开采方案并考虑采动影响范围确定的。模型长600 m、高400 m ( 至地表) , 模拟重点是研究随着下部长壁工作面推进而引起顶板突水有较大影响的上覆岩层, 煤层采用长壁式开采, 开挖步距为4 m, 垮落法顶板控制。图1是由RF- PA-Flow模拟得到的工作面垮落计算结果, 图1中的灰度代表顶板应力数值的大小, 数值越大, 颜色越亮, 数值越小, 颜色越暗[8]。

根据数值模拟的结果知, 冒落带的高度约36 m。由于该区域内的岩层完全失去了原有的连续性和层状结构, 水体极易通过。冒落带内的岩层由于进一步的破碎具有较大的碎胀系数, 在堆积一定高度后, 就能接触到上部岩层, 这样就会对上部岩层的起到支撑作用。上部岩层又会进一步压实冒落区内的破碎岩块, 因而冒落带上方的岩层会发生变形、离层、断裂但未脱离于原岩体, 形成了裂隙带, 根据数值模拟的结果, 裂隙带的高度约66 m。冒落带和裂隙带合称为导水裂隙带, 高度为102 m。该区内岩层部分断开, 裂隙间的连通性极好, 具有良好的透水性[9]。导水裂隙带上部的岩层由于是完整的, 其上覆岩层只有微小裂隙, 连通性不好, 透水性微弱, 并且越往上部岩层发展, 几乎不再产生裂隙[10]。

( 2) 顶板砂岩富水性探测技术。告成矿二1煤层开采后顶板涌水影响取决于二1煤层顶板以上导水裂隙带范围内顶板砂岩富水情况, 因此在开采前应详细查明二1煤层附近的顶板圈门组一、二段砂岩含水层的位置、规模、富水性和导水性及其变化, 沟通各含水层以及地表水之间相互补给关系的程度, 采用瞬变电磁物探手段可以快速查明和分析煤层顶板导水裂隙带范围内可能诱发而引起突水的地段[11]。图2为13采区北部二1煤层顶板以上10, 50, 100 m电阻率顺层切片, 图2中颜色越深代表电阻率越低, 说明富水性越强, 反之则富水性越弱。从图2中可以看出, 二1煤层顶板富水区域主要分布在采区东北部, 且离煤层越远, 富水区域面积越大[12]。

3防治水技术措施

( 1) 顶板砂岩水的预疏放技术。由于滑体内裂隙发育, 对顶板砂岩水进行预疏放并使其达到安全开采水压, 以防顶板冒落时大流量突水冲溃工作面, 减少工作面涌水对回采的影响。告成煤矿一般采取疏水巷、顶板输水钻孔和回采工作面导流钻孔3种形式[13]。根据物探及地质钻孔资料分析, 13采区北部顶板水富水性较强, 对正常开采影响很大, 为解决该区域顶板水问题, 该矿通过施工顶板疏水巷并在疏水巷施工顶板疏水钻孔对二1煤层顶板水的袭夺, 进行人为控制下有目的地放水, 形成以疏水巷道为中心的降落漏斗, 降低区域顶板水水位, 为矿井在该区域内安全回采创造好的水文地质条件, 该疏水巷及疏水钻孔最大水量达160 m3/ h, 对该区域回采起到很好的降压掩护效果[14]。

由于二1煤层顶板含水层裂隙发育, 存在一些彼此孤立的蓄水块段。在此条件下, 回采巷道掘进不能将砂岩裂隙水疏放出来, 而当工作面回采引起的上覆岩层破坏波及并连通蓄水块段时, 砂岩裂隙水则大量涌入工作面, 严重恶化工作面作业条件, 危及安全生产[15]。因此, 回采期间在运输巷通过施工穿过含水层的仰斜钻孔, 将富集于构造裂隙及采动裂隙的水导流下来, 避免涌水从工作面涌出, 具体情况如图3所示。

( 2) 采空区排水技术措施。采煤后随着顶板垮落, 上覆砂岩水部分从采空区以采空区水形式涌出, 采空区水受到堵塞时积聚, 当压力升高超过临界值突然涌出, 危害严重。因此需考虑对涌水采取排水措施, 常用的排水措施包括专用泄水孔和采空区埋设花管。可以利用煤层底板下方的L7-8灰岩底抽巷, 向工作面采空区施工导流钻孔将采空区积水引至泄水巷排出, 这样可以在顶板水量较大的情况下仍不影响生产。采空区埋设花管是为了将采空区积水引出采空区, 预先在采空区每隔20 m设置1根花管, 沿运输巷向回风巷布置。将采空区水引至下巷排出。埋设花管可有效减少涌水在采空区的积聚, 减小大量积水对工作面生产的危害。

4结论与建议

( 1) 根据数值模拟的结果, 开采二1煤层冒落带的高度约36 m, 裂隙带的高度约66 m, 即煤层顶板以上102 m范围内存在砂岩含水层对工作面正常开采影响较大。

( 2) 针对告成煤矿滑动构造条件下二1煤层顶板水富水区域分布不均的特点, 利用瞬变电磁物探技术可以准确查明顶板富水区分布情况, 尤其是煤层顶板导水裂隙带范围内含水层富水区分布情况, 为防治水措施执行提供依据。

( 3) 对二1煤层顶板砂岩水富水区域, 在回采前利用疏水巷道及疏水钻孔对顶板砂岩水进行区域性预疏放, 达到安全开采水压, 在回采过程中利用导流钻孔对局部富水区域进行导流, 此外, 利用底抽巷施工导流孔和采空区埋设花管, 可有效防治采空区聚集顶板水, 减少涌水对回采工作面的影响。

摘要：针对告成煤矿滑动构造特殊地质条件下顶板涌水严重问题, 通过计算机模拟技术模拟开采过程中导水裂隙带发育高度。利用物探方法解决滑动构造顶板砂岩含水层富水性分布不均的问题, 重点查明导水裂隙带发育高度内砂岩含水层富水性问题。为减小顶板砂岩含水层对正常开采的影响, 告成煤矿采取了顶板疏水巷和疏水钻孔提前进行区域疏放的措施, 并在工作面回采时采用导流钻孔进行局部疏放补充;为减少老孔积水对工作面的影响, 采取了底抽巷施工导流孔和采空区预埋导流管的方法解决采空区积水问题。

滑动构造特征 篇3

宁阳煤田位于华北板块鲁西隆起宁阳断陷北部, 属于汶泗凹陷的组成部分, 受汶泗凹陷和郓城断裂的控制, 呈东西向长条状分布。凹陷带内保存了古生界石炭-二叠系地层, 并发育有上侏罗统的蒙阴组和第四系。井田出于宁阳煤田最东端的中深部地段, 总体形态为一走向近东西的单斜构造。主要含煤地层为下二叠统太原组和山西组, 煤系和煤层沉积稳定, 为华北型含煤构造, 井田内中小断层发育。

1 地层

1.1 地层总述

本井田含煤岩系为石炭-二叠系, 属于华北型含煤构造。井田地层系统自上而下分别为第四系、侏罗系、二叠系、石炭系和奥陶系。自上而下分述如下。

第四系:厚度为1m~25m, 平均厚度为6.50m, 厚度自东向西逐渐增大, 由砂质粘土、沙、砂砾石组成。

侏罗系:区内最大残厚为258.80m, 属于陆相沉积, 主要由巨厚层状黄色砂岩、含砾砂岩、砾岩组成。

二叠系下石盒子组:区内最大残厚184.20m。为内陆河湖相沉积, 以杂色粘土岩、会-灰绿色砂岩为主, 不含煤。

二叠系山西组:为本井田主要的含煤地层, 平均厚度61.60m, 主要沉积贴点是以中粗-细碎屑岩为主夹可采煤层和浅色泥质岩。

二叠系太原组:太原组平均厚度153.50m, 为本井田主要含煤地层。岩性由灰色、深灰色粉砂岩和泥岩、灰色-灰绿色砂岩石灰岩、煤层及底板粘土岩组成。为较典型的海陆交互型含煤沉积。

石炭系本溪组:本溪组平均厚度24.53m。含薄煤层2层均为不可采煤层, 间夹杂色铝质泥岩和铝土岩 (G) 的山西式铁矿层。

奥陶系中统:井田内钻孔最大揭露厚度为32.51m (10号孔) , 由褐灰色、肉红色厚层状质纯石灰岩组成。

1.2 构造

伏山镜头日安位于宁阳煤田东区西段, 总体上为一单斜构造, 地层走向主要为近东西向, 局部有偏转, 向南倾斜, 倾角一般在10°~25°, 伏山井田滑动构造剖面见图1。煤田内构造一断裂为主, 褶皱不甚发育, 中生代断裂十分发育, 大小不同的几组断层纵横交错, 组成网络式的构造隔间除井田边界断层外, 井田内部落差较大的短程不甚发育。断层以近北东-近东西走向为主, 多为正断层。煤田构造具有明显的不均匀性, 在水平和垂向上, 构造分区性和分层性十分明显。以石炭0二叠系和中奥陶统假整合为主滑面的多级重力滑动构造的存在, 又使煤田的构造面貌更趋于复杂化, 其井田地质构造复杂程度属中等类型, 井田构造纲要图见图2。

2 滑动构造发育规律

通过对伏山井田滑动构造发育特征的研究。得出以下几点规律。

(1) 滑动的多级性。

该类构造是一个多级重力滑动构造体系, 由一个主滑面和若干个次级滑面及其被滑面分割而成的许多滑片组成。呈平行重叠式的结构式样。主滑面发育在二叠系中与中奥陶统的假整合面上, 滑动规模大变形强烈, 在滑动过程中起主导作用, 并控制次级滑面的发育。一般地越靠近主滑面次级滑面越发育。统计发现伏山-保安井田内至少发育5个次级滑面。分别位于3煤层顶底面、三灰顶面、太原组中的粗砂岩顶面, 十下灰底面、十三灰顶面等。

(2) 层位的选择性。

滑动构造的滑面对层位具有严格的选择性, 绝大多数滑动面都沿地层中结合力最差的软弱界面和塑性比较大的软弱层发育, 层位选择十分明显。

(3) 滑动的方向性。

滑动方向, 直接受掀斜断块的控制, 与断块掀斜防线 (地层方向) 相一致, 同时, 受区域伸展方向的影响, 有的部位有沿地层走向的分量, 如保安煤矿东翼的小量滑动呈南东方向滑动, 伏山井田及保安井田西翼的滑动方向总体为向南, 少有偏东。

(4) 形式多样性。

断裂滑面的表现形式多种多样, 既有同向滑动构造也有反向滑动构造, 既有上部切层向下沿层面发育的形式, 又有严格沿层面发育的层滑形式, 还有以流变为主的塑流形式。次级滑面的表现形式等。次级滑面的表现形式可以归纳为顺层式、切层—顺层式、切层—顺层—切层式和塑流式等四种形式。

(5) 垂向上构造不协调性。

这是滑动构造的表现特征, 也是识别滑动构造的重要标志。主要表现在较大滑面上下盘的构造不一致, 上盘构造比较简单, 下盘构造比较复杂, 还表现在次级滑面上下构造特征的差异以及各煤层小构造的数量、密度、方向的不一致。

(6) 块段差异性。

滑动构造是区域性伸展条件下断块掀斜作用的产物, 严格受断块活动所控制, 不仅表现在不同断块内次级换面的量, 缺层情况、变形程度、滑脱带宽度及派生构造等方面都有较大差异, 而且不同块段的滑动方向有所不同。

(7) 力学性质的复杂性。

井田内滑动构造在各块段的形态和规模有所不同, 其力学性质存在差异。浅部以张性正断层为主, 深部以剪性扭动为主, 力学性质浅部表现为张性、张剪性深部表现为剪性和压剪性。主滑面沿假整合面发育, 其力学性质主要以剪性扭动为主。有浅及深有从张—张剪性—压剪性变化的趋势。

3 滑动构造对煤层的影响

3.1 滑动构造对煤质的影响

其影响主要表现在使邻近滑面的煤层发生揉皱破碎、色泽暗淡、煤质变差, 这种改造作用对滑面上部的煤层影响较大, 而对滑面下部影响相对较小。在这些刺激滑面形式中, 顺煤层顶、底板发育的滑动构造、由于受到顶、底板之间强烈的剪切作用使煤层整体发生流变, 也使煤层煤质整体变差为构造煤。

3.2 滑动构造对煤层开采的影响

主要表现在对煤层顶板、底板的改造上, 其中顺煤层顶板发育的滑动构造造成煤层顶板各地不一或者出现“二合顶”现象, 导致冒顶事故得发生。而顺煤层底板发育的滑动构造, 往往破坏了原有的隔水层而成为诱发底板突水的因素。

4 结语

(1) 一个多级重力滑动构造体系, 呈平行重叠式的结构式样。滑动系统为煤系及其上覆岩层。

(2) 伏山井田滑动构造与断块掀斜方向 (地层方向) 相一致, 总体为向南, 少有偏东。

(3) 滑动构造受断块活动所控制, 井田中不同块段的滑动构造发育程度有一定差异。

(4) 伏山井田滑动带多位于3上煤层底板, 极大地影响了煤矿生产和采掘布置。

摘要：在论述釜山井田地层、构造总体特征的基础上, 总结出了伏山井田滑动构造发育的规律为滑面的多级性、层位的选择性、滑动的方向性、表现形式的多样性、垂向构造的不协调性、垂向构造的不协调性、块段差异性及力学性质的复杂性。指出滑动构造对煤层赋存及煤层开采的主要影响, 对指导煤矿生产有重要的实际意义。

关键词：伏山井田,滑动构造,规律

参考文献

[1]马杏垣.重力作用域构造运动[M].北京:地质出版社, 1989:48～50.

[2]吕朋菊.泰山周围下古生界与泰山群不整合面上滑动构造的发现[J].地质论评, 1990, 36 (5) :473～478.

滑动构造特征 篇4

在山西西山煤田西南边缘的文水县王家庄井田发育一重力滑动构造, 该构造以石炭二叠系与奥陶系中统地层之间的假整合面为主滑面, 滑动系统为石炭二叠纪的含煤岩系, 原地系统为奥陶系中统石灰岩, 同时由于上部含煤岩系地层的重力推挤作用, 在滑动构造后根部发育复杂的平卧褶皱, 共同组成一勺状滑褶式滑动构造体系, 对煤矿生产带来重大影响。

1 地质概况

1.1 地层

本区属华北型石炭二叠系含煤岩系。区内奥陶系、石炭系、二叠系、第四系覆盖在不同时代地层上, 地层总体上由西向东、由老到新依次出露。

1.2 地质构造

本区位于区域上东社向斜倾角较陡的西翼, 受研究区西缘重力滑动构造影响, 在滑动构造后根部之上, 由于上部岩层的重力推挤作用, 发育一平卧褶皱, 该褶皱轴向与地层走向基本一致;在向东部向斜轴部方向的被动滑动段则有一系列小型逆冲断裂发育。

2 重力滑动构造存在的主要依据

2.1 地层缺失及平卧褶皱的发现

据以往勘探钻孔揭露资料, 研究区内奥陶界面之上地层存在不同程度缺失现象, 缺失地层厚度自西向东递减。从地层缺失情况来看, 研究区西部自南向北呈条带状分布地层缺失厚度大, 缺失厚度一般在100m以上, 出现山西组地层甚至下石盒子组地层与奥陶系灰岩直接接触的情况, 体现出高角度、大落差的正断层特征, 在钻孔揭露的断层破碎带以上的岩层, 地层出现2次甚至3次重复的情况[1], 根据钻孔岩芯标志层及煤层煤质等进行对比, 排除了逆断层的可能性, 确定为一近南北向的平卧褶曲。平卧褶皱的褶曲形态及褶叠情况等在井田西部自南向北表现出一定的差异性。高角度、大落差的正断层及上部平卧褶皱在井田西部自南向北近平行岩层走向周边发育。

研究区东部地层缺失厚度一般在30 m~50 m之间, 出现太原组下部K2灰岩或其下部10号煤层与奥陶系灰岩直接接触的情况, 太原组10号煤层下部及本溪组地层缺失。钻孔揭露的断层破碎带以上的10号煤层厚度异常, 区域均厚为5 m左右的10号煤层在研究区内普遍薄化甚至变质为炭质泥岩, 而研究区的局部地带经钻孔揭露该煤层厚度增厚至十几米[2]。

通过分析对比研究区各个钻孔的标志层及地层缺失情况最终确定, 在奥陶系灰岩界面普遍发育的断层为同一条断层, 该断层在区内西部体现为高角度、大落差, 在东部体现为低角度、宽断面、较小落差的特征, 其断层切过断面形态呈勺状, 断层下盘为奥陶系灰岩的坚硬基底, 岩石变形不显著, 其上盘构造则非常复杂, 尤其是上部平卧褶曲的发育, 其断层面实际上就是重力滑动构造的主滑面。

2.2 面状构造变形及奥灰界面破碎带的普遍发育

在区内钻孔揭露奥陶界面以上普遍有5 m~10 m左右的破碎带存在, 破碎带以棱角状的灰岩、泥岩及粉砂岩为主, 大小悬殊。区内各钻孔电测井显示, 其人工放射性曲线在该段均出现高峰, 说明破碎现象普遍存在[1]。同时破碎带上部地层产状紊乱, 岩石揉皱现象明显, 泥岩、砂质泥岩等较软岩体滑动擦痕及滑面沿顺层方向普遍发育, 这种面状的构造变形, 显示出顺层滑动构造的特点。

2.3 地表岩层出露特征

区内西部总体地势西高东低, 现沿地层倾向方向自西向东进行表述:研究区西部为奥陶系中统灰岩出露区, 在奥陶系灰岩向东靠近煤系地层方向地层倾角由40°左右突变为近垂直, 在与石炭系地层的接触面附近发育有多处崩塌区, 本溪组地层露头受挤压糜棱岩化甚至基本不可见;向东出露太原组岩层K2灰岩下部地层基本破碎, 岩层近直立且张性裂隙发育, 山西组受挤压糜棱岩化, 其赋存2号、3号、4号可采煤层薄化至不可见;再向东出露的上、下石盒子组岩层倾角一般在70°左右, 局部倒转。综合来看研究区内的地貌及岩层出露特征与滑动构造的地表岩层出露特征相符。

3 西山煤田西南边缘滑动构造的基本特征

a) 该滑动构造是以石炭二叠系与奥陶系中统之间的假整合面为主滑面, 滑动系统为石炭二叠纪的含煤岩系, 原地系统为中奥陶统石灰岩, 同时在滑动构造后根部发育复杂的平卧褶皱, 共同组成一勺状滑褶式构造体系;b) 主滑面产状与假整合面产状一致, 倾向近东向, 倾角一般为40°~90°, 总体形态呈上陡下缓的勺状。次级滑面产状与煤系地层产状一致, 基本上和主滑面平行, 构成重叠式的组合;c) 该滑动构造在井田西部以高角度、大落差切过煤系地层, 向东则急剧变缓, 垂向落差变小, 主滑面形态呈勺状, 下盘为奥陶系灰岩的坚硬基底, 岩石变形不显著, 上盘平卧褶曲发育[1];d) 该滑动构造下部的太原组10号煤层塑性流变表现明显, 反映出缓慢滑动造成的煤层蠕变特征。煤层底板的相对滑动使整个煤层都处在滑脱带中, 使煤层的原生结构受到破坏成为了构造煤。

4 滑动构造的成因探讨

研究区位于山西西山煤田西南边缘, 西山煤田西南边缘强烈抬升使西部奥陶系灰岩出露区形成剥蚀山区, 其东部下陷使煤系得以保存, 为煤田的滑动构造提供了一个向东倾斜的适宜斜坡和重力源, 同时在奥陶系和煤系之间的假整合面本身既是一个构造薄弱面, 也是一个岩性变化悬殊的界面。下伏奥陶系石灰岩厚度大, 岩性坚硬, 起一个稳固底盘的作用;而上覆煤系地层主要以粉砂岩、泥岩、砂岩、薄层灰岩及煤层等为主, 强度相对较小。假整合面上下岩性差异大, 结合力弱, 是发生滑动构造的理想界面, 为滑动构造提供了一个良好条件[1]。上部平卧褶皱的发育可确定该构造属于重力滑动构造中褶皱逆冲型中的滑褶亚型[3] (见表1) 。

5 结语

在山西西山煤田西南边缘发育的这一重力滑动构造, 是山西省首次发现的此种构造, 对山西各煤田的构造研究和分析具有借鉴意义, 同时重力滑动构造对煤层厚度、顶底板及瓦斯等均有很大影响, 加大了构造预测和矿井地质工作的难度。因此, 加强煤田内滑动构造的研究, 掌握其表现特征及发育规律, 对指导矿井生产乃至煤田勘探都具有重大现实意义。

参考文献

[1]吕朋菊, 魏久传, 张明利.肥城煤田滑动构造的发现及其意义[J].山东矿业学院学报, 1992, 11 (2) :120-126.

[2]张永双, 吕朋菊, 张明利.鲁西煤田滑动构造与矿井灾害[J].中国煤炭地质, 1995, 7 (2) :11-17.