貴州修文龍窩煤礦構(gòu)造分析及其對(duì)煤礦生產(chǎn)的影響

聶波 徐大杰

摘要：本文通過(guò)分析龍窩煤礦的地質(zhì)構(gòu)造，研究其演化歷史，探討構(gòu)造發(fā)育對(duì)煤礦開(kāi)采的影響。綜合研究發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)發(fā)育褶皺1條（龍窩向斜）和斷層7條。研究區(qū)的構(gòu)造演化是在黔中隆起的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)燕山期NW-SE向擠壓形成了先期的龍窩向斜及逆斷層F3和F7，后期構(gòu)造反轉(zhuǎn)發(fā)生伸展作用形成了正斷層F1、F2、F4、F5和F6。區(qū)內(nèi)構(gòu)造的發(fā)育，破壞了煤層的連續(xù)性，還導(dǎo)致礦區(qū)的開(kāi)采技術(shù)條件變得復(fù)雜，對(duì)礦區(qū)的煤炭資源開(kāi)發(fā)有一定的影響。

關(guān)鍵詞：龍窩煤礦；構(gòu)造分析；構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)；構(gòu)造演化

龍窩煤礦位于黔中區(qū)域，前人對(duì)此區(qū)域的構(gòu)造特征、區(qū)域礦產(chǎn)等已做了一定的研究[1-8]。本文通過(guò)對(duì)龍窩煤礦地表地質(zhì)調(diào)查以及鉆探工程，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，分析了礦區(qū)聚煤期后斷層及褶皺對(duì)煤層的破壞和改造作用，并探討了構(gòu)造條件對(duì)煤炭資源、開(kāi)采方式、安全生產(chǎn)的影響，以期對(duì)今后煤礦的進(jìn)一步勘查開(kāi)采具有指導(dǎo)意義。

1.區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)大地構(gòu)造位于羌塘-揚(yáng)子-華南板塊（I）揚(yáng)子陸塊（II）上揚(yáng)子地塊（III）黔北隆起區(qū)（IV）織金穹盆構(gòu)造變形區(qū)（V）?？椊瘃放铇?gòu)造變形區(qū)構(gòu)造樣式以穹窿-構(gòu)造盆地及短軸背向斜組合為主，線性構(gòu)造形跡優(yōu)選方向有近SN向、NE向、EW向及NW向，穹窿-構(gòu)造盆地主要發(fā)育于不同方向構(gòu)造之間的過(guò)渡區(qū)域[9-11]。由于研究區(qū)位于織金穹盆構(gòu)造變形區(qū)（V）東南邊界與鳳岡南北向隔槽式褶皺變形區(qū)（V）結(jié)合部位，受邊界條件師宗-貴陽(yáng)-鎮(zhèn)遠(yuǎn)斷裂以及遵義-貴陽(yáng)斷裂的影響，研究區(qū)僅發(fā)育NE向和近EW向的褶皺及斷層（圖1）。區(qū)內(nèi)發(fā)育的地層主要為二疊系中統(tǒng)茅口組、二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M、二疊系上統(tǒng)長(zhǎng)興組；三疊系下統(tǒng)夜郎組，三疊系下統(tǒng)茅草鋪組、三疊系中統(tǒng)松子坎組。

研究區(qū)地處織金穹盆構(gòu)造變形區(qū)東南部下阱口斷裂和-安清楊家寨斷裂（遵義-貴陽(yáng)斷裂南段）所夾區(qū)塊六廣向斜和小箐向斜之間。下阱口斷裂和-安清楊家寨斷裂皆為NNE向壓扭性逆斷層，傾向SEE。六廣向斜和小箐向斜均為NE- NEE向的寬緩向斜，兩翼傾角均較緩，為10°～20°[10]。研究區(qū)處在六廣向斜南東翼以及小箐向斜北西翼和復(fù)雜斷層的發(fā)育部位，斷裂、褶皺均發(fā)育，主要構(gòu)造線方向?yàn)镹E向和NEE向（圖1）。

2.礦區(qū)構(gòu)造特征

研究區(qū)中東部發(fā)育一條軸向NE-NEE的向斜（龍窩向斜），研究區(qū)內(nèi)延伸約3km，擴(kuò)展寬約2km，核部最新地層為三疊系下統(tǒng)夜郎組玉龍山段厚層狀石灰?guī)r，兩翼地層主要為夜郎組沙堡灣段、龍?zhí)督M、茅口組，兩翼地層傾角均較緩，約12-18°，平均15°，為不對(duì)稱寬緩向斜（圖2，圖3）。

研究區(qū)發(fā)育斷裂構(gòu)造7條（圖2，圖3），其構(gòu)造特征見(jiàn)表1。

其中，F(xiàn)1、F2、F4、F5和F6為正斷層，F(xiàn)3和F7為逆斷層。斷層切割二疊系-三疊系的地層。正斷層走向均為NE向，30°～50°，傾向SE，傾角45°～70°；F2、F4、F5和F6斷層落差50m～200m，F(xiàn)1斷層落差300m～500m。逆斷層F3和F7走向均為NE 30°～40°，傾向NE，傾角50°左右，F(xiàn)3斷層落差40m～50m，F(xiàn)7斷層落差大于500m。

區(qū)內(nèi)發(fā)育的斷層及褶皺皆為NE或近似NE向。其中，龍窩向斜與六廣向斜及小箐向斜具有相似的構(gòu)造屬性，同屬NW-SE向擠壓構(gòu)造應(yīng)力作用的產(chǎn)物；同樣，逆斷層F3和F7也是NW-SE向擠壓構(gòu)造應(yīng)力作用的產(chǎn)物。因此，研究區(qū)內(nèi)龍窩向斜以及逆斷層F3和F7可能是同一構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)作用下形成的；逆斷層和褶皺在局部方向有所差異，可能是應(yīng)力在持續(xù)作用下，該地區(qū)隨邊界條件的改變而發(fā)生構(gòu)造擾動(dòng)所致。NE向的正斷層則是在伸展環(huán)境下形成的，同逆斷層以及褶皺的形成分屬不同的構(gòu)造期次。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，小箐向斜發(fā)生褶皺作用卷入的最新地層為中白堊系的紅色砂礫巖沉積，可判定產(chǎn)生褶皺和逆斷層的時(shí)代為燕山期。在本區(qū)無(wú)法判定NE向的正斷層和逆斷層的生成先后循序，但鄰區(qū)直距龍窩煤礦10km的大壩煤礦區(qū)NE向的正斷層切割了NE向的向斜[12]，可判定NE向的正斷層晚于前期的NE向具擠壓性質(zhì)的構(gòu)造行跡。因此，可以間接判定出研究區(qū)NE向構(gòu)造先形成逆斷層和褶皺，后形成正斷層。與前人的分析基本一致[9-11]。

3.構(gòu)造分析及演化

研究區(qū)域的構(gòu)造發(fā)展史可知，該區(qū)域南華紀(jì)-二疊紀(jì)屬于黔中隆起區(qū)，經(jīng)歷了海中隆起和陸上隆升兩個(gè)階段[1-3]，但其都為垂向上的運(yùn)動(dòng)，不發(fā)生褶皺運(yùn)動(dòng)，因此黔中隆起發(fā)展階段只是對(duì)研究區(qū)的構(gòu)造形態(tài)提供物質(zhì)基礎(chǔ)，使地層發(fā)生小角度傾斜。印支運(yùn)動(dòng)，在貴州主要呈現(xiàn)為一個(gè)走向北北東并向北揚(yáng)起的寬緩向斜拗曲，研究區(qū)地處該向斜轉(zhuǎn)折端附近，地層傾角影響較小主要使其向SE向傾斜。燕山運(yùn)動(dòng)使研究區(qū)受到NW-SE向擠壓，形成NE向的褶皺和逆斷層，由于擠壓應(yīng)力的持續(xù)的不同階段和邊界條件的改變，造成逆斷層和逆斷層，以及逆斷層和褶皺反應(yīng)的作用強(qiáng)度和方式可能不一致。區(qū)域上的下阱口斷裂斷距約100m，安清-楊家寨斷裂則大于1000m，逆斷層F3的垂向斷距則為40m～ 50m，F(xiàn)7的垂向斷距則>500m，同時(shí)F3斷層具有旋鈕性質(zhì)，在北段表現(xiàn)為逆斷層，在南段與后期形成的F2斷層重合，表現(xiàn)為正斷層，實(shí)際上是該斷層在燕山期擠壓構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)中表現(xiàn)出逆時(shí)針旋鈕性質(zhì)，可能與伊佐奈岐板塊在侏羅紀(jì)時(shí)期向西北方向運(yùn)移、俯沖和碰撞有關(guān)[20]；也可能是燕山期構(gòu)造應(yīng)力轉(zhuǎn)換造成的。燕山后期，擠壓構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)轉(zhuǎn)換成伸展構(gòu)造引力場(chǎng)，從而形成了正斷層F1、F2、F4、F5和F6。斷層F1落差最大，則說(shuō)明該處伸展作用可能最強(qiáng)。喜山期，貴州省可能兼受太平洋板塊和印度板塊俯沖的影響，主要表現(xiàn)為區(qū)域性抬升和斷塊活動(dòng)，形成一系列地壘-地塹式構(gòu)造組合樣式。礦區(qū)的構(gòu)造樣式可能與喜山期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)沒(méi)有直接聯(lián)系，但是區(qū)域上一些NE向的斷層則是在喜山期再次活化（和平斷層在修文縣六廣附近切割了上白堊統(tǒng)）。因此，研究區(qū)的逆斷層的傾角較大，可能與喜山期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有關(guān)。

4.構(gòu)造對(duì)礦區(qū)的影響

4.1對(duì)煤炭資源量的影響

由于礦區(qū)范圍內(nèi)構(gòu)造的發(fā)育，不僅破壞了煤層的展布形態(tài)，還對(duì)煤炭資源量存在一定影響。若將該礦區(qū)的斷層及褶皺取消，恢復(fù)沉積初始的近水平狀態(tài)，利用平均煤層厚度，則可大致計(jì)算出礦區(qū)應(yīng)有初始煤炭資源量為1970萬(wàn)噸，但礦區(qū)通過(guò)勘查估算獲得資源儲(chǔ)量為1120萬(wàn)噸，比初狀態(tài)減少了850萬(wàn)噸。

4.2對(duì)煤礦開(kāi)拓巷道的影響

龍窩煤礦煤炭成藏后，由于后期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，區(qū)內(nèi)的煤層被切割分成幾部分，使礦體的產(chǎn)出形態(tài)復(fù)雜化，增大了區(qū)內(nèi)煤炭資源的開(kāi)采難度。首先，在巷道開(kāi)拓中，需要避開(kāi)斷層破碎帶，盡可能將斷層作為采區(qū)劃分的邊界，導(dǎo)致采區(qū)布置復(fù)雜化；其次，斷層還影響平巷掘進(jìn)，巷道掘進(jìn)中，若遇到稍大的斷層，有時(shí)須考慮使巷道拐彎，以保證平巷和煤層底板的距離，但巷道拐彎會(huì)增加巷道長(zhǎng)度，從而增加運(yùn)輸環(huán)節(jié)，對(duì)各種管道工程的鋪設(shè)也帶來(lái)很大困難，在掘進(jìn)中碰到斷層，還必須加強(qiáng)支護(hù)，甚至要采取特殊措施才能通過(guò)斷層[13]。例如本區(qū)的F1斷裂，上下盤斷距達(dá)到300m～500m，在布置開(kāi)采巷道時(shí)，下盤的巷道若需延伸到上盤，需貫穿F1斷層，增加的巷道長(zhǎng)度將超過(guò)1500m。不僅造成礦山建設(shè)成本增加，且隨著深度的增加，巷道的支護(hù)難度也將隨之增大。本區(qū)斷裂較多，褶曲發(fā)育，煤層的連續(xù)性差，在一定程度上，造成機(jī)械化采煤的難度增加。

4.3對(duì)煤礦生產(chǎn)安全的影響

在礦區(qū)開(kāi)采過(guò)程中，地質(zhì)構(gòu)造所呈現(xiàn)出的變化是導(dǎo)致安全事故發(fā)生的一個(gè)重要因素。褶曲構(gòu)造會(huì)導(dǎo)致煤層頂?shù)装宓乃苄宰冃?，出現(xiàn)縱彎、橫彎的現(xiàn)象，形成不同形式的剪切現(xiàn)象，在受外力作用的情況下，可能引發(fā)頂板冒落、塌陷等事故的發(fā)生；而斷裂構(gòu)造，常常成為煤礦地下水、瓦斯的匯聚通道，在一定條件下誘發(fā)突水事故和瓦斯事故[14-15]。根據(jù)搜集的區(qū)內(nèi)煤層頂?shù)装逦锢砹W(xué)樣，在向斜軸部，其巖石的抗剪抗切強(qiáng)度較弱；而礦區(qū)的東南部地區(qū)，由于受F1、F5、F6斷裂的影響，煤層埋深較深，基本上都處于當(dāng)?shù)刈畹颓治g面以下，地層巖石含水較多，斷層有可能成為突水通道。

5.結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)礦區(qū)褶皺和斷裂特征及其構(gòu)造組合分析，受區(qū)域性的NE向褶曲構(gòu)造與斷裂控制作用明顯，區(qū)內(nèi)構(gòu)造以NE向構(gòu)造為主，區(qū)內(nèi)構(gòu)造屬褶斷型控煤構(gòu)造。

（2）分析研究認(rèn)為，本區(qū)的構(gòu)造形態(tài)主要是在燕山期定型的。在燕山早期，受擠壓構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)作用下形成了龍窩向斜以及逆斷層F3和F7；燕山晚期，擠壓構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)轉(zhuǎn)換成伸展構(gòu)造引力場(chǎng)，從而形成了正斷層F1、F2、F4、F5和F6。喜山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)可能對(duì)區(qū)內(nèi)構(gòu)造形態(tài)進(jìn)行了輕微改造。

（3）本區(qū)范圍內(nèi)構(gòu)造特征的分布，不僅破壞了區(qū)內(nèi)煤層的原生形態(tài)，還導(dǎo)致區(qū)內(nèi)煤炭資源較原生態(tài)減少；且區(qū)內(nèi)構(gòu)造的發(fā)育與分布，對(duì)煤礦的采區(qū)布置、巷道掘進(jìn)、安全生產(chǎn)等均有較大的影響。

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