韓城礦區(qū)構(gòu)造控煤樣式與構(gòu)造控煤模式

孫學(xué)陽(yáng) 夏玉成 李成 苗霖田 李鵬強(qiáng)

摘?要：為掌握韓城地區(qū)煤田構(gòu)造變形特征和含煤地層賦存的規(guī)律，指導(dǎo)該區(qū)的煤炭資源勘查與評(píng)價(jià)，在系統(tǒng)總結(jié)韓城礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育規(guī)律的基礎(chǔ)上，運(yùn)用構(gòu)造控煤分析方法，提出了礦區(qū)控煤構(gòu)造樣式，總結(jié)出礦區(qū)構(gòu)造控煤模式。研究認(rèn)為韓城礦區(qū)構(gòu)造控煤樣式共有3大類8種類型，其形成機(jī)制主要以擠壓作用為主，輔以拉張和走滑作用。煤層賦存規(guī)律與控煤構(gòu)造樣式與模式密切相關(guān)，韓城礦區(qū)普遍存在聚煤前古構(gòu)造控煤模式、同沉積構(gòu)造控煤模式和后期構(gòu)造控煤模式等3種構(gòu)造控煤模式。綜合韓城礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育機(jī)制，解釋了韓城礦區(qū)東南淺部瓦斯含量高于西北深部的反常現(xiàn)象存在的原因。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)構(gòu)造;控煤構(gòu)造樣式;構(gòu)造控煤模式;韓城礦區(qū)

中圖分類號(hào)：P 618.11?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2019.0108文章編號(hào)：1672-9315（2019）01-0050-06

Coal?control structural patterns and coal?control

structural modes of Hancheng mine area

SUN Xue?yang，XIA Yu?cheng1，LI Cheng3，MIAO Lin?tian2，LI Peng?qiang1

（1.College of Geology and Environment，Xi’an University of Science and Technology，Xi’an 710054，China;

2.Key Laboratory of Coal Resource Exploration and Comprehensive Utilization，Ministry of Land and Resources，Xi’an 710021，China;

3.Geological Survey Center，ShaanxiInstitute of Geological Survery，Xi’an 710054，China）

Abstract：To obtain the regularities of coal structure deformation and the occurrence coal?bearing stratum，and guide the exploration and evaluation of coal resources in Hancheng area，coal?control structural analysis method is used to conclude coal?control structural modes，based on the existing coal field geological prospecting data and systematic summary of coal field structural features.It is considered that the coal?control structural patterns were classified into three patterns and eight modes.The formation mechanism is mainly compression，complemented by extensional or strike?slip actions.The relation between coal measures hosting features and coal?control structural patterns and modes is very closed.There are three coal?control structural modes in Hancheng mine area such as paleostructure mode，synsedimentary structure mode and later structure mode.Based on the development mechanism of geological structure in Hancheng mine area，the reasons for the abnormal phenomena of gas content in the southeast higher than that in the Northwest Hancheng mine area are explained.

Key words：geology structure;coal?control structural patterns;coal?control structural modes;Hancheng mine area

0?引?言

中國(guó)煤礦具有煤盆地類型多樣、含煤地層后期遭受改造明顯、構(gòu)造樣式多樣的特點(diǎn)。地質(zhì)構(gòu)造是控制煤炭資源聚積過(guò)程與賦存狀態(tài)首要的地質(zhì)因素[1-8]。雖然古植物、古地理、古氣候、古水文地質(zhì)條件等因素對(duì)煤層聚積過(guò)程都有影響，但構(gòu)造因素既可直接控制煤層聚積過(guò)程與賦存狀態(tài)，又可通過(guò)對(duì)古地理、古氣候、古水文地質(zhì)條件等因素的影響而間接控制聚煤作用及其強(qiáng)度。構(gòu)造對(duì)煤的直接控制不僅表現(xiàn)為對(duì)煤層聚集過(guò)程的控制，而且還表現(xiàn)為對(duì)煤層變位、變形、變質(zhì)等賦存狀態(tài)的控制。雙明等研究了鄂爾多斯盆地構(gòu)造演化和構(gòu)造控煤作用[9-11]。廖昌珍等基于野外觀察和構(gòu)造測(cè)量資料，論述了鄂爾多斯盆地東緣邊界帶分段特征及斷裂構(gòu)造樣式，認(rèn)為研究區(qū)發(fā)育有反沖斷裂、上盤斷坡褶皺和蓋層滑脫等3類構(gòu)造樣式[12]。劉軍等通過(guò)對(duì)陜西省渭北石炭—二疊紀(jì)煤田的構(gòu)造分布特征、分布規(guī)律以及地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤系賦存的控制作用進(jìn)行綜合研究，將該煤田內(nèi)主要控煤構(gòu)造樣式總結(jié)為伸展構(gòu)造樣式和壓縮構(gòu)造樣式[13]。王輝運(yùn)用構(gòu)造解析法，討論了渭北石炭二疊紀(jì)煤田合陽(yáng)縣控煤構(gòu)造特征及構(gòu)造樣式，認(rèn)為該區(qū)有3類6種控煤構(gòu)造樣式[14]。田俊偉總結(jié)了韓城礦區(qū)下峪口井田的地質(zhì)構(gòu)造特征及其對(duì)主采煤層的影響[15]。韓城礦區(qū)礦產(chǎn)資源較為豐富，尤以煤炭具有區(qū)域優(yōu)勢(shì)，控煤構(gòu)造樣式[16-18]的確定，對(duì)于總結(jié)韓城地區(qū)煤田構(gòu)造變形特征[19-21]與煤系賦存的規(guī)律[22]，指導(dǎo)煤炭資源勘查與評(píng)價(jià)有重要的意義。涉及研究區(qū)的相關(guān)研究也有不少，但要么研究范圍很大，涉及整個(gè)鄂爾多斯盆地，要么研究范圍過(guò)小，僅針對(duì)某個(gè)井田。從研究成果來(lái)看，迄今尚未見到專門針對(duì)韓城礦區(qū)的構(gòu)造控煤樣式與構(gòu)造控煤模式的研究成果。

文中通過(guò)分析總結(jié)韓城礦區(qū)聚煤前古構(gòu)造和聚煤期同沉積構(gòu)造對(duì)聚煤作用的控制，以及聚煤后構(gòu)造變動(dòng)對(duì)煤系、煤層、煤質(zhì)的改造，揭示地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤炭資源的聚積過(guò)程與賦存狀態(tài)的主導(dǎo)影響作用，總結(jié)和劃分控煤構(gòu)造樣式，建立構(gòu)造控煤模式。

1?韓城礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育特征

韓城礦區(qū)總的構(gòu)造格局為一個(gè)倒轉(zhuǎn)背斜的殘留翼，具體表現(xiàn)為一個(gè)北東走向，向北西方向傾斜，且被級(jí)一次褶皺和斷裂復(fù)雜化了的單斜構(gòu)造。斷裂與褶皺均較為發(fā)育，但在空間上發(fā)育程度不同，具有“東西分帶，南北分塊;淺部復(fù)雜，深部簡(jiǎn)單”的發(fā)育特征。斷裂與褶皺等構(gòu)造發(fā)育有“東強(qiáng)西弱、南強(qiáng)北弱”的特點(diǎn);從斷裂構(gòu)造發(fā)育類型的角度考察，南區(qū)以切層斷層為主，北區(qū)以層滑構(gòu)造占多數(shù)，具有“南斷北滑”的特點(diǎn)。

礦區(qū)內(nèi)的中型至大型地質(zhì)構(gòu)造主要集中分布在幾個(gè)構(gòu)造帶內(nèi)，具有明顯的成帶性和方向性。南區(qū)構(gòu)造帶相距較近，構(gòu)造帶變形強(qiáng)烈，北區(qū)構(gòu)造帶構(gòu)造簡(jiǎn)單。南區(qū)以走向近EW向斷層及褶皺為主，北區(qū)以走向NW的褶皺構(gòu)造為主以及北部邊界NEE?NE向的斷層。小斷層主要以NW向、NE向?yàn)橹?，小斷層的分布受區(qū)域控制性斷層的控制。

韓城礦區(qū)層滑構(gòu)造及與層滑構(gòu)造相關(guān)的構(gòu)造煤發(fā)育廣泛，分布具有分區(qū)性。北區(qū)的層滑構(gòu)造多為褶皺型，構(gòu)造煤分布范圍廣、級(jí)別較高;南區(qū)的層滑構(gòu)造多為斷裂型，構(gòu)造煤分布范圍相小、級(jí)別較低，多為原生結(jié)構(gòu)煤。

印支期（T3）在南向北方向的擠壓應(yīng)力作用下，韓城礦區(qū)的煤系煤層及上覆巖層出現(xiàn)東西走向的褶皺、東西走向的逆斷層以及由北東向和北西向剪裂面疊加形成的共軛剪節(jié)理系，呈現(xiàn)出構(gòu)造變形“南強(qiáng)北弱”的特征;燕山期（J～K1）在自南東向北西的擠壓應(yīng)力作用下，奠定了韓城礦區(qū)構(gòu)造擱架，出現(xiàn)北東走向的褶皺、北東走向的逆斷層、東西向與南北向剪裂面疊加行成的共軛剪節(jié)理系，呈現(xiàn)出構(gòu)造變形“東強(qiáng)西弱”的特征，此時(shí)在北區(qū)發(fā)育較多的層滑構(gòu)造和構(gòu)造煤;喜山期（K2～Q）構(gòu)造在南東方向的拉張應(yīng)力作用下，韓城礦區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育了正斷層及其組合的伸展構(gòu)造，仍表現(xiàn)出“東強(qiáng)西弱”和“南強(qiáng)北弱”的規(guī)律。三期次的構(gòu)造相互限制、相互疊加和相互改造，造成了韓城礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造錯(cuò)綜復(fù)雜的局面。

韓城礦區(qū)以文間嶺隆起為界，化分成北區(qū)與南區(qū)[23-26]。北區(qū)包括下峪口、桑樹坪煤礦;南區(qū)包括象山煤礦。 韓城礦區(qū)總面積為1 110 km2.區(qū)內(nèi)總體構(gòu)造形態(tài)為一個(gè)北東走向，向北西傾斜的波狀單斜構(gòu)造。各種構(gòu)造類型多集中發(fā)育在韓城的礦區(qū)邊淺部，各個(gè)礦井中深部大中型斷層不發(fā)育，僅有少量褶皺構(gòu)造發(fā)育，地層相對(duì)平緩，傾角多在10°以內(nèi)[27]。韓城礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜，構(gòu)造類別比較多樣，既有斷層又有褶皺，既有節(jié)理又有層滑（圖1）。

2?韓城礦區(qū)控煤構(gòu)造樣式及其劃分

控煤構(gòu)造樣式，是對(duì)煤系和煤層的發(fā)育狀況具有顯著控制作用，對(duì)煤礦開采有重要影響的主要構(gòu)造類型及其組合的總結(jié)，反映構(gòu)造變動(dòng)與煤層賦存狀態(tài)的因果關(guān)系。控煤構(gòu)造模式的劃分，對(duì)于掌握煤田地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育的規(guī)律、指導(dǎo)煤炭資源勘查、安全高效開采具有重要的意義。以地球動(dòng)力學(xué)背景為基礎(chǔ)，依據(jù)構(gòu)造樣式與盆地形成的地球動(dòng)力學(xué)的一致性，一般將構(gòu)造樣式劃分為伸展、壓縮、剪切和旋轉(zhuǎn)，以及反轉(zhuǎn)等4大類。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合煤田構(gòu)造的特點(diǎn)，可單獨(dú)劃分其他典型的控煤構(gòu)造樣式類型。

由韓城礦區(qū)構(gòu)造發(fā)育特征可知，韓城礦區(qū)沒有發(fā)現(xiàn)有走滑斷層。F1大斷裂其形成于燕山期NW和SE向擠壓應(yīng)力的作用下，形成了NE走向的逆斷層，后在喜山期NW和SE向的拉張應(yīng)力作用，形成了張性大斷裂，是典型的反轉(zhuǎn)構(gòu)造。但F1位于在韓城礦區(qū)東南邊界以外，不是本礦區(qū)內(nèi)的主要斷裂，所以走滑構(gòu)造構(gòu)造樣式和反轉(zhuǎn)構(gòu)造不是本區(qū)主要構(gòu)造控煤樣式。韓城礦區(qū)在三期構(gòu)造應(yīng)力作用下，主要發(fā)育斷裂、褶皺和層滑構(gòu)造，對(duì)應(yīng)構(gòu)造控煤樣式為伸展構(gòu)造樣式、擠壓構(gòu)造樣式和層滑構(gòu)造樣式3大類型。依據(jù)韓城礦區(qū)構(gòu)造特征，結(jié)合野外地質(zhì)調(diào)查和煤田地質(zhì)勘探資料，將韓城礦區(qū)劃分為3大類8種類型的控煤構(gòu)造樣式（表1）。

3?韓城礦區(qū)構(gòu)造控煤模式

構(gòu)造控制著煤層的形成過(guò)程，煤層形成后受到構(gòu)造的改造。構(gòu)造控煤模式是關(guān)于構(gòu)造對(duì)煤層聚集、變位、變形、變質(zhì)的控制機(jī)理的總結(jié)。韓城礦區(qū)構(gòu)造控煤模式包括古構(gòu)造控煤模式、同沉積構(gòu)造控煤模式及后期構(gòu)造控煤樣式。

3.1?聚煤前古構(gòu)造控煤模式

在古地形低洼處，接受沉積的時(shí)間較早，聚煤強(qiáng)度較大，造成煤層局部增厚的現(xiàn)象。韓城礦區(qū)古構(gòu)造控煤模式如圖2所示。

3.2?同沉積構(gòu)造控煤模式

韓城礦區(qū)晚古生代聚煤階段，廣泛接受聚煤物質(zhì)，同沉積構(gòu)造形跡對(duì)聚煤強(qiáng)控制作用明顯：基底下沉幅度大的地方，含煤巖系厚度大，煤層厚度也增大;基底下沉幅度小的地方，含煤巖系厚度薄，煤層厚度也薄。煤層厚度和含煤巖系的厚度正相關(guān)，如圖3所示。

3.3?后期構(gòu)造控煤模式

韓城礦區(qū)煤系形成以后，先后經(jīng)歷了印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)和喜山運(yùn)動(dòng)。上述構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，對(duì)韓城礦區(qū)煤層改造作用明顯，造成了韓城礦區(qū)的構(gòu)造變形在區(qū)域上具有顯著的不同特點(diǎn)。

韓城南部礦區(qū)的斷裂構(gòu)造和褶皺均比較發(fā)育（圖4）。斷層形成地壘和地塹等組合形式;褶皺構(gòu)造的波幅較大。斷層造成了煤層的減薄甚至斷失;背斜區(qū)構(gòu)造變形相對(duì)較強(qiáng)。小斷層多表現(xiàn)為頂斷底不斷和底斷頂不斷，因斷裂型層滑作用，局部形成構(gòu)造煤。

韓城礦區(qū)的北區(qū)普遍發(fā)育寬緩褶皺，煤層呈現(xiàn)波狀起伏。斷裂構(gòu)造較少。因褶皺型層滑作用相對(duì)強(qiáng)烈，普遍發(fā)育較高級(jí)別的構(gòu)造煤（圖5）。

韓城礦區(qū)在燕山期受到來(lái)自南東方向的擠壓，在礦區(qū)東南邊淺部形成倒轉(zhuǎn)背斜和大型斷裂帶，使煤系煤層受到強(qiáng)烈破壞。在動(dòng)力變質(zhì)作用與區(qū)域變質(zhì)作用疊加耦合作用下，韓城礦區(qū)東南淺部煤層的變質(zhì)程度異常程度有增加的趨勢(shì);由于淺部煤層露頭有地表水入滲作用，利于細(xì)菌等微生物參與煤化作用，形成次生生物氣，故出現(xiàn)深部煤層的瓦斯含量低于邊淺部的反常現(xiàn)象（圖6）。

4?結(jié)?論

1）韓城礦區(qū)總體構(gòu)造格局是倒轉(zhuǎn)背斜的殘留翼，表現(xiàn)為一單斜構(gòu)造。礦區(qū)東西部呈現(xiàn)帶狀分布，南北部呈現(xiàn)塊狀分布;煤層埋藏淺的地區(qū)構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜，埋藏深的地區(qū)構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單的特征。礦區(qū)內(nèi)部的斷裂構(gòu)造和褶皺構(gòu)造分布具有東部礦區(qū)構(gòu)造強(qiáng)烈，西部弱，南部強(qiáng)烈而北部較弱的特點(diǎn);

2）依據(jù)韓城礦區(qū)構(gòu)造特征，將韓城礦區(qū)控煤構(gòu)造樣式劃分3類8型。其中伸展構(gòu)造樣式包含地塹型、地壘型和階梯型;擠壓構(gòu)造樣式包含縱彎褶皺型、逆沖型和疊瓦型;層滑構(gòu)造樣式包含褶皺型層滑和斷裂型層滑;

3）古構(gòu)造控煤模式、同沉積構(gòu)造控煤模式及后期構(gòu)造控煤樣式揭示了構(gòu)造對(duì)韓城礦區(qū)煤層聚集、變位、變形、變質(zhì)的控制機(jī)理。

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