潘北礦F1斷層組性質(zhì)與含、導水性分析

蘇明金，李 源，賈少平

(淮南礦業(yè)集團地質(zhì)勘探工程處，安徽淮南232052)

地質(zhì)與勘測

潘北礦F1斷層組性質(zhì)與含、導水性分析

蘇明金，李 源，賈少平

(淮南礦業(yè)集團地質(zhì)勘探工程處，安徽淮南232052)

Analysis of F1 Faults Properties and Water Aquosity and Conductivity in Panbei Colliery

通過對潘北礦F1斷層組形態(tài)、形成時期以及形成機制的剖析，揭示F1斷層組的構(gòu)造演化過程，并通過多孔抽水試驗等手段分析斷層組含、導水性，為合理提高斷層防水煤巖柱開采上限提供科學依據(jù)。

F1斷層組性質(zhì);F1斷層組含、導水性;開采上限

潘北煤礦F1斷層為南邊界斷層，為盡可能減小斷層壓煤，提高回采上限，在東2采區(qū)F1斷層附近布置12個鉆孔，目的為進一步控制F1斷層延展方向與發(fā)育深度，以及通過水文地質(zhì)勘探獲得斷層含、導水性資料。

1 F1斷層組形態(tài)分析

據(jù)三維地震資料，F(xiàn)1斷層平面上近似平行潘集背斜，走向NW－SEE，傾向SW－S。目前探明斷層東起潘一與潘二礦區(qū)邊界，西至潘三礦西部，走向延展大于15km，切割所有煤層，在潘三礦Ⅹ－Ⅺ5孔見斷層穿過奧灰，是一條規(guī)模較大的具正斷層性質(zhì)的斷裂。

本次鉆孔布置在六－八線間，其中七－八線間7個鉆孔很好地控制F1斷層，見圖1。

圖1 鉆孔布置平面與斷層控制

F1斷層性質(zhì)見表1，由表1可知:F1斷層落差在200m左右，以現(xiàn)在基巖面下探明切割深度與斷層落差之和，判定斷層形成時切割深度不小于600m;F1斷層被后期發(fā)育的F1－6斷層沿斷層走向截切，形成如圖1所示構(gòu)造組合，并與F1次級斷層一起構(gòu)成F1斷層組，其中F1－3，F(xiàn)1－4根據(jù)三維地震資料獲得。

本次研究以F1和F1－6斷層組合為主，并簡稱為F1斷層組(下文同理)。

表1 F1斷層性質(zhì)

如圖2～圖4，重新固結(jié)形成斷層角礫巖巖芯顯示被F1－6斷層截切下段巖芯固結(jié)前十分破碎，部分巖芯段輕微變質(zhì);其中，E2－1，E2－3鉆孔揭穿斷層角礫巖與破碎帶厚度在200m以上，可知斷層帶寬度較大，且斷層傾角近直立，結(jié)合斷層規(guī)模分析認為F1斷層除具備正斷層性質(zhì)同時可能具備走滑性質(zhì)，限于勘探程度，這有待進一步論證。

圖2 E2－6孔煤系地層砂巖破碎帶

圖3 E2－6孔煤系地層泥巖破碎帶

圖4 E2－6孔C39灰底板微變質(zhì)巖

2 斷層形成時期分析

F1斷層在六－七線、十三東線附近，分別截切了F66，F(xiàn)9逆斷層。潘北精查報告分析判定F66，F(xiàn)9逆斷層與陳橋－潘集背斜于印支運動形成;同時，F(xiàn)1斷層在十三線切割侵入的巖漿巖，巖漿巖經(jīng)地質(zhì)礦產(chǎn)部宜昌研究所測定絕對年齡屬燕山期，表明F1斷層形成不早于燕山運動［1］。

潘北礦井基巖上部除古潛山外直接被底礫層覆蓋，整個潘謝礦區(qū)可對比，根據(jù)在潘一、三礦井采集孢粉微體植物鑒定分析確定該層屬于早中新世沉積物［2］。由圖5和圖6可知，底礫層沉積厚度分布基本上受控于基巖面起伏變化，從SE向NW隨著基巖面逐漸降低，底礫沉積厚度逐漸增加。假如F1－6斷層形成晚于中新世，則F1斷層上、下盤底礫層沉積厚度應(yīng)存在顯著差異或F1－6斷層上盤基巖面標高明顯高于F1下盤 (差值應(yīng)與F1－6上盤抬升高度相當)，這均與底礫層等厚線和基巖面等高線分布規(guī)律不符，可知F1斷層組形成早于該期。中新世后期構(gòu)造運動對本區(qū)影響表現(xiàn)不明顯，這也為從事淮南煤田構(gòu)造研究的學者所認同［3－4］。

圖5 基巖面等高線

圖6 底礫層等厚

綜上所述，F(xiàn)1斷層組形成、定型于燕山與四川2期構(gòu)造運動。

3 F1斷層組形成機制分析

由上述斷層形成期分析可知，在控制區(qū)內(nèi)，F(xiàn)1斷層組在2期力學性質(zhì)不同應(yīng)力場下發(fā)育的。

(1)燕山期 伊邪那岐板塊由東往西俯沖、擠壓，依據(jù)板內(nèi)變形資料，中國東部此期構(gòu)造的最大主應(yīng)力方向以NW－NWW為主，構(gòu)造應(yīng)力強度中等，平均應(yīng)力差為99.4MPa，最大應(yīng)力差達161.8 MPa［5－6］。在強大擠壓作用下，近SN向產(chǎn)生縱向拉伸，近EW向可能產(chǎn)生走滑，為F1斷層發(fā)育提供動力條件。從斷層形成時期、力學性質(zhì)與規(guī)模來看，F(xiàn)1斷層只能發(fā)育于此次構(gòu)造運動。

(2)四川期 岡瓦納板塊繼續(xù)分裂向北漂移與歐亞板塊相對南移作用下，中國東部地區(qū)主要受SW-NE向最大主壓應(yīng)力，平均應(yīng)力差為107.4MPa，最大應(yīng)力差達183.5MPa［5－6］。為了吸收、釋放強大的壓應(yīng)力，SW-NE向產(chǎn)生壓縮、斷裂，在地下水作用下，巖塊具備沿著50～80m寬的破碎帶構(gòu)造軟弱面向上逆沖并形成高角度逆斷層條件。綜合斷層形成時期、力學性質(zhì)以及與F1斷層切割關(guān)系，F(xiàn)1－6斷層應(yīng)發(fā)育于此次構(gòu)造運動。

綜上分析，F(xiàn)1斷層組是經(jīng)先正后逆2期構(gòu)造運動疊加形成現(xiàn)在構(gòu)造樣式。

4 F1斷層組含、導水性分析

首先，F(xiàn)1斷層組由前期的正斷層經(jīng)后期擠壓、反轉(zhuǎn)等作用多期改造而成，早期發(fā)育的張裂隙在后期擠壓作用，逐漸閉合;斷層帶位于煤系地層，母巖以泥巖為主，斷層作用碎裂后重新固結(jié)的斷層角礫巖也以泥質(zhì)膠結(jié)為主，其間夾雜的碎裂砂巖、灰?guī)r裂隙大部分被泥屑充填，鉆探揭露斷層破碎帶時未發(fā)生漏水、涌水現(xiàn)象。此類機制下形成的斷層組加之斷層帶斷層巖性質(zhì)可以推斷該斷層組應(yīng)具備阻水性能［7］。

其次，通過多孔抽水試驗結(jié)果(如表2):E2－3，E2－6與E2－7三孔對F1斷層帶進行抽水試驗，相應(yīng)單位涌水量均遠小于0.1 L/(s·m)，判斷斷層帶富水性極弱;在水位差31.61～94.35m壓力之下，從觀測孔水位波動幅度可知斷層帶與下含、C3－Ⅰ灰以及斷層帶之間不存在水力聯(lián)系，結(jié)合抽水孔與觀察孔位置關(guān)系 (見圖1)可以認為斷層導水性極差，具有相對隔水性能。

最后，為進一步驗證斷層具備阻水性能，本次勘探采用擬流場測漏技術(shù)探測2個鉆孔間不同層位之間水力聯(lián)系［8－9］。測漏工作是在斷層兩盤鉆孔間完成的，測漏結(jié)果見表3。由表3可知:斷層帶與下盤下含、C3－Ⅰ灰之間水力聯(lián)系不明顯，位于斷層帶兩側(cè)的上盤下含與下盤C3－Ⅰ灰、上盤煤系地層與下盤下含水力聯(lián)系同樣不明顯［10］。因此，F(xiàn)1斷層組不含水并具備相對隔水性能。

表2 抽水孔與相應(yīng)觀測孔水文地質(zhì)參數(shù)

表3 測漏結(jié)果

5 結(jié)束語

(1)F1斷層組是先正后逆經(jīng)多期運動改造形成現(xiàn)在構(gòu)造樣式。

(2)F1斷層組富水性極弱并具備相對隔水性能。

(3)依據(jù)上述2點可以合理提高斷層帶防水煤巖柱開采上限，但提高上限需預(yù)先分析、模擬斷層帶在開采作用下位移、變形情況，及時判明斷層是否活化導通含水層，以排除安全隱患。

［1］淮南礦業(yè)集團，安徽煤田地質(zhì)局地質(zhì)勘探院.潘北井田精查勘探報告［R］.合肥:安徽煤田地質(zhì)局地質(zhì)勘探院，2003.

［2］淮南礦業(yè)集團地質(zhì)勘探工程處.謝橋井田煤系上覆第三系地層 (紅層)隔水性補勘驗證評價報告［R］.淮南:淮南礦業(yè)集團地質(zhì)勘探工程處，1999.

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［4］張 泓，鄭玉柱，鄭高升，等.安徽淮南煤田阜鳳推覆體之下的伸展構(gòu)造及其形成機制［J］.煤田地質(zhì)與勘探，2003，31(3):1－4.

［5］萬天豐，曹秀華.中國三疊紀中晚期—早更新世構(gòu)造應(yīng)力值的估算［J］.中國地質(zhì)大學學報，1997，22(2):145－152.

［6］萬天豐.中國大地構(gòu)造綱要［M］.北京:地質(zhì)出版社，2003.

［7］王 輝，羅國煜，李艷紅，等.斷層富水性的結(jié)構(gòu)分析［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2000(3):12－15.

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［9］楊 洋，周必文，鄧峰華，等.井間擬流場電阻率成像［A］.中國地球物理學會第二十七屆年會論文集［C］.合肥:中國科學技術(shù)大學出版社，2011.

［10］淮南礦業(yè)集團，中南大學.潘北井田F1斷層含導水性探查工程擬流場測漏成果報告［R］.淮南:淮南礦業(yè)集團，2012.

［責任編輯:王興庫］

TD163

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1006-6225(2012)05-0023-03

2012－06－21

蘇明金 (1982－)，男，安徽六安人，碩士，工程師，從事礦井水文地質(zhì)工程地質(zhì)工作。