屯蘭礦區(qū)斷層構(gòu)造走向與落差相關(guān)關(guān)系研究

劉 威

（西山煤電（集團(tuán)）公司屯蘭礦地測(cè)科，山西 古交 030206）

1 引言

屯蘭礦位于西山煤田西北部，是華北斷塊區(qū)呂梁-太行斷塊五臺(tái)山塊隆南部次級(jí)構(gòu)造單元古交掀斜地塊的中心。井田內(nèi)地層沉積比較穩(wěn)定，走向呈北西30～60°，傾向南西，傾角2～15°，是一個(gè)由NNE向SSW傾伏的波浪狀單斜構(gòu)造，較大褶曲少見，但次一級(jí)小型波狀褶曲發(fā)育，斷層較多且成組出現(xiàn)，地質(zhì)條件極復(fù)雜。因此，深入研究斷層構(gòu)造發(fā)育規(guī)律，可為礦井設(shè)計(jì)和開拓布局提供準(zhǔn)確的地質(zhì)依據(jù)，對(duì)礦井的合理開發(fā)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 地質(zhì)構(gòu)造基本特征

2.1 區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)背景

古交掀斜地塊是以古交為中心的三角形地區(qū)，其中部被晉中新裂陷的北部太原斷陷疊加而分割成兩部分，煤田西部邊緣為狐堰山山字型褶皺帶，地塊內(nèi)地層展布為南新北老，總體上由東、北、西三面向內(nèi)緩傾斜，向SSW傾伏的不對(duì)稱向斜構(gòu)造；地層產(chǎn)狀均較平緩；局部地段顯示一些規(guī)模較大的斷裂和微弱的褶皺，構(gòu)造線方向大多呈北東向，北東東向，少數(shù)呈東西向或近南北向。受NW向的土堂斷層、西銘斷層和NNE向的晉祠斷層及NE向的清交大斷裂控制，煤田內(nèi)部以NE或NEE向斷層為主，且多呈地壘形式出現(xiàn)（見圖1）。

2.2 礦區(qū)斷層構(gòu)造情況及統(tǒng)計(jì)

礦區(qū)內(nèi)斷層較多，均屬高角度正斷層，落差一般北東向南西變小，均有壓扭右旋性質(zhì)，地表及井下揭露斷層共計(jì)205條，其中落差＜5m的112條，5～10m的59條，10～20m的22條，20～50m的7條，50m以上5條（落差最大為古交斷層達(dá)156m），而現(xiàn)本礦開采高度約1.4～5.0m。落差大于開采高度的斷層對(duì)施工影響較大，落差較小斷層延伸不成規(guī)律，故本次僅針對(duì)落差大于1m以上的斷層走向延伸長(zhǎng)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（見表1）。

圖1 井田構(gòu)造綱要圖

表1 斷層落差各段分布數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

3 斷層落差與走向延展長(zhǎng)度相關(guān)關(guān)系

落差與走向延展長(zhǎng)度是表示斷層構(gòu)造的兩個(gè)主要參數(shù)，也是評(píng)價(jià)綜采工作面地質(zhì)條件的重要因素。斷層沿走向與傾向不可能無(wú)限延展，落差會(huì)逐漸變小趨于零即尖滅，根據(jù)斷裂構(gòu)造理論和本礦大量實(shí)例證明，斷層落差與走向水平延伸長(zhǎng)度之間存在一定的相關(guān)關(guān)系，通過對(duì)本礦區(qū)一定數(shù)量的斷層落差和走向長(zhǎng)度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，建立了適合于本礦區(qū)地質(zhì)條件的斷層落差與延展長(zhǎng)度的經(jīng)驗(yàn)公式。這樣對(duì)今后礦井在掘進(jìn)期間揭露的斷層落差預(yù)測(cè)走向延展長(zhǎng)度，可能較為合理的評(píng)價(jià)或預(yù)測(cè)回采工作面斷層構(gòu)造的基本情況（圖2）。

通過對(duì)屯蘭礦區(qū)斷層落差與延展長(zhǎng)度散點(diǎn)與回歸曲線相關(guān)分析顯示，礦區(qū)內(nèi)大多數(shù)斷層的落差與延展長(zhǎng)度之間存在較為良好的相關(guān)關(guān)系，成正比關(guān)系，平面延展長(zhǎng)度隨落差降低而減小，反之亦然，其中延展長(zhǎng)度是落差的40余倍，經(jīng)驗(yàn)公式為“y=44.007x+150.3”，可作為斷層構(gòu)造預(yù)測(cè)的依據(jù)。

4 揭露斷層的實(shí)際應(yīng)用

屯蘭礦區(qū)大型斷層主要有以下幾條：

（1）王芝茂正斷層（F17）

位于礦區(qū)的南部邊界，斷層走向北東60°，傾向北西，傾角65～75°。礦區(qū)內(nèi)最大落差150m，西端延至鄰區(qū)，礦區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)度約6.5km。

（2）土地溝正斷層（F21）

位于礦區(qū)的南部、土地溝村北，走向北東55～57°，傾向南東。傾角70～80°，最大落差120m，礦區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)度約5km。

（3）頭南峁正斷層（F22）

位于礦區(qū)中部、梁莊村南，斷層走向北東60～65°，傾向南東，傾角55～76°，最大落差140m，礦區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)度約6.2km。

（4）古交正斷層（F23）

位于井田中東部，斷層走向北東42～50°，傾向北西，傾角65～70°。向北東延至鄰區(qū)。最大落差156m，礦區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)度約7.0km。

（5）風(fēng)坪嶺正斷層（F110）

位于井田西北部，鹿莊村北，斷層走向北東35°，傾向北西，傾角55～70°。礦區(qū)內(nèi)最大落差40m，礦區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)度2km。

對(duì)上述幾條斷層最大落差和延展長(zhǎng)度按照?qǐng)D2進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表2。

圖2 斷層落差（1m以上）與延伸長(zhǎng)度想關(guān)關(guān)系分析圖

表2 主要斷層最大落差與延伸長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)表

從上面幾條斷層的最大落差和延伸長(zhǎng)度關(guān)系可以看出，計(jì)算值與實(shí)際值非常接近。因此，該礦區(qū)斷層走向延展長(zhǎng)度與落差的經(jīng)驗(yàn)公式“y=44.007x+150.3”可應(yīng)用于實(shí)際中，為礦井現(xiàn)階段施工及未來布置提供依據(jù)。

5 結(jié)論

本文結(jié)合屯蘭礦斷層構(gòu)造的特點(diǎn)，建立數(shù)學(xué)相關(guān)曲線，用數(shù)據(jù)定量化的經(jīng)驗(yàn)公式表示斷層要素之間的特征，為今后礦井生產(chǎn)評(píng)價(jià)工作面斷裂構(gòu)造提供較為精確化的地質(zhì)依據(jù)，因此將“y=44.007x+150.3”經(jīng)驗(yàn)公式，作為礦區(qū)斷層構(gòu)造預(yù)測(cè)的一項(xiàng)近似指標(biāo)。