走滑構(gòu)造對煤礦開采的影響分析
——以黔西南地區(qū)為例

戎安寧

（貴州省黔西南州州能源局，貴州興義562400）

1 概述

黔西南地區(qū)位于揚子板塊西南緣(現(xiàn)今)，在早古生代廣西運動的基礎(chǔ)上，疊加早、晚二疊世之間的東吳運動，并于印支期受到華南陸內(nèi)造山形成的陸緣弧形構(gòu)造的影響，新生代又疊加復(fù)合了青藏高原擠出效應(yīng)所致的紅河剪切走滑構(gòu)造，受到北東—南東東—南東弧形壓扭性構(gòu)造和紫云—羅甸北西—南東向走滑斷裂的共同構(gòu)造作用，形成獨特而復(fù)雜的構(gòu)造變形[1]。構(gòu)造（褶皺和斷層）作用對煤礦的生產(chǎn)和安全有著重要的影響，對煤礦開采方法、頂板管理和采煤沉陷區(qū)的發(fā)育起到控制作用，一直備受研究人員和礦山工作人員的重視[2-3]。然而構(gòu)造形成機理是復(fù)雜的，不同類型的構(gòu)造（擠壓、伸展、走滑）形成的構(gòu)造應(yīng)力場不同，與之伴生的次級構(gòu)造在幾何學和運動學上也有很大差異。本次以受走滑構(gòu)造影響的煤炭礦山為研究對象，通過對礦區(qū)范圍露頭的實際觀測，并結(jié)合礦井地質(zhì)現(xiàn)象，淺析走滑構(gòu)造對礦區(qū)煤層開采的影響。

2 地質(zhì)背景

晚二疊世黔西南位于滇黔桂盆地北部，主要發(fā)育海陸交互相含煤碎屑巖夾灰?guī)r及淺海臺地相碳酸鹽巖夾含煤碎屑巖[4]。三疊紀研究區(qū)位于南盤江盆地北部，早三疊世早期大規(guī)模的海侵事件，使得三疊系底部發(fā)育“沙堡灣頁巖”、“南洪頁巖”。中三疊世，海侵使得盆地北部形成欠補償盆地，發(fā)育大套的碳酸鹽巖[5-6]。

研究區(qū)位于興義市南西約14km，臨近北西—南東向斷褶帶與北東—南西向斷褶帶交匯部位，礦區(qū)圍限于2條北東向走滑斷層內(nèi)，呈喇叭口形態(tài)，南西段最窄約500m，北東段最寬約1200m（圖1）。區(qū)內(nèi)中三疊統(tǒng)個舊組白云巖和灰?guī)r與上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M粉砂巖、細砂巖和粘土巖斷層接觸，龍?zhí)督M內(nèi)包含4套可采煤層C1-C4。上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M下部主要發(fā)育灰

黃色、灰色、深灰色灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r，上部則以碎屑巖為主，發(fā)育泥巖、粉砂巖、細砂巖和粘土巖夾含數(shù)套煤層。上二疊統(tǒng)長興組主要發(fā)育灰色中厚層狀灰?guī)r、泥灰?guī)r。下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組發(fā)育長石粉、細砂巖和頁巖。下三疊統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組發(fā)育灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r和粉、細砂巖。中三疊統(tǒng)個舊組發(fā)育厚層塊狀白云巖、灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r[7]。

圖1 研究區(qū)位置圖（底圖修改自云南省地質(zhì)局，1978）

3 露頭和礦井地質(zhì)觀測

研究區(qū)斷層活動的強度和運動學特征都不甚明確，導(dǎo)致在煤炭開采過程中對煤層分布規(guī)律認識不清，構(gòu)造破碎帶巷道頂板管理工作預(yù)見性不足。野外觀測主要針對區(qū)內(nèi)2條走滑斷層展開，南部與北部走滑斷層走向分別為50°和35°。觀測點1位于南部走滑斷層核部，沿走向觀測約20m，碎裂巖內(nèi)見灰?guī)r角礫呈棱角狀、次棱角狀，無定向排列，角礫直徑最大約22cm，最小不到1mm，構(gòu)成碎斑結(jié)構(gòu)。觀測點2位于主斷面附近，見大型水平走滑斷層，斷面彎曲，垂向延伸大于30m，擦痕走向54°，有一系列平行的剪切破裂與之呈30°相交，依據(jù)擦痕和階步形態(tài)判斷為右行剪切，未見到多期滑動痕跡。觀測點3見垂直高度大于20m的走滑斷層，斷面近直立，見水平擦痕，擦痕走向63°，右行剪切特征，破碎帶巖層角礫化，角礫長度多大于2mm。由野外露頭觀測南部走滑斷層斷裂帶寬度在20～30m，依據(jù)斷裂帶寬度與斷層位移之間的關(guān)系[9]，推測其位移在100m左右。北部走滑斷層附近巖石破碎帶寬度較小，推測斷層位移也較小，研究區(qū)主要受南部右行走滑斷層的影響，不會出現(xiàn)類似San Andreas與San Jacinto走滑斷層之間的塊體旋轉(zhuǎn)變形[10]。

依據(jù)走滑斷層Riedel模型，走滑斷層附近會發(fā)育與之呈Φ/2角度相交的R剪切（Φ為內(nèi)摩擦角），呈低角度相交的P剪切以及與P剪切呈90°-Φ/2相交的共軛剪切R′（圖3a）。對應(yīng)到地圖尺度，R為張性斷層，P為逆斷層或者褶皺，R′與R共軛，也為擠壓構(gòu)造，但相比起R較少發(fā)育[9]。礦井內(nèi)見龍?zhí)督MC1煤層與長興組厚層狀泥灰?guī)r斷層接觸，斷層產(chǎn)狀330°/85°，斷層為正斷層，垂向斷距約60m。斷層走向60°，與南部走滑斷層呈10°夾角（圖2a）。龍?zhí)督MC2煤層與C4煤層上覆地層灰色中薄層狀細砂巖斷層接觸，細砂巖內(nèi)夾含炭質(zhì)條帶，見順層滑動，滑動面見炭屑。斷層產(chǎn)狀285°/60°，斷層為逆斷層，垂向斷距34～50m。斷層走向15°，與南部走滑斷層呈35°夾角（圖2b）。

圖2 礦井斷層特征

4 結(jié)論

研究區(qū)主要受南部右行走滑斷層的影響。區(qū)內(nèi)斷層與南部走滑斷層的幾何學關(guān)系可知，正斷層與主走滑斷層低角度相交，逆斷層與主斷層交角稍大，分別與Riedel剪切模型的R與P剪切形態(tài)吻合（圖3），只是由于巖石內(nèi)摩擦角存在差異，夾角不同而已。因此，筆者推測礦區(qū)內(nèi)會出現(xiàn)一系列走向為60°和15°的正斷層和逆斷層或褶皺，在兩類構(gòu)造交匯的區(qū)域巖層更加破碎，頂板易于塌落（圖3b）。同一煤層受正斷層或逆斷層的影響，會出現(xiàn)下降或上升。因此在穿越斷層開采時要合理地追索煤層，確定最為經(jīng)濟、合理的開采方案，如開采C2煤層時穿越逆斷層后，C3或C4易于開采（如圖2b）。

圖3 Riedel剪切模型(a)與礦區(qū)斷層模型(b)

[1] 張國偉，郭安林，王岳軍，等.中國華南大陸構(gòu)造與問題[J].中國科學：地球科學,2013，43(10):1553-1582.

[2] 夏玉成，孫學陽，湯伏全.煤礦區(qū)構(gòu)造控災(zāi)機理及地質(zhì)環(huán)境承載能力研究[M].北京：科學出版社，2008.

[3] 劉江波.斷層下盤采動對上盤煤層安全開采影響研究[D].山東科技大學，2014.

[4] 陳洪德，曾允孚.右江盆地的性質(zhì)及演化討論[J].巖相古地理，1990，10(10):28-37.

[5] 梅冥相,高金漢,孟慶芬.南盤江盆地早——中三疊世層序地層格架及相對海平面變化研究[J].現(xiàn)代地質(zhì)，2002，16(2)：137-146.

[6] 梅冥相，馬永生，鄧軍，孟慶芬，易定紅，李東海.南盤江盆地及鄰區(qū)早中三疊世層序地層格架及其古地理演化—兼論從“滇黔桂盆地”到“南盤江盆地”的演變過程[J].高校地質(zhì)學報，2003，9(3)：427-439.

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[9] Fossen H.Structural Geology[M].Cambridge,Cambridge Uni?versity Press,2010：159-161.

[10] Allen P A,Allen J R.Basin analysis[M].Oxford,Blackwell Publishing,2005：191-196.