煤炭勘查區(qū)沉積環(huán)境及構(gòu)造分析

陳扣強(qiáng)

摘要：區(qū)域地層情況、構(gòu)造情況以及沉積環(huán)境對于礦井工程的實(shí)施具有決定性作用。為研究沉積環(huán)境及構(gòu)造情況對煤層開采的影響，以西南某勘察區(qū)為研究對象，分析了區(qū)域內(nèi)地層、構(gòu)造、沉積環(huán)境以及古地質(zhì)情況對煤層的影響，得到以下結(jié)論：①區(qū)域內(nèi)含煤地層分為4層，主要構(gòu)造為2個大型構(gòu)造；②煤系為海陸交互相沉積，沉積物堆積區(qū)是靠海的湖沼與盆地地帶；③勘查區(qū)在地質(zhì)作用下，煤呈灰黑-黑色，煤層水分北低南高，煤層厚度呈現(xiàn)中部高、南北兩邊逐漸變薄的現(xiàn)象。

關(guān)鍵字：地層；構(gòu)造；沉積環(huán)境；含煤地層

中圖分類號：P548文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）35-0123-03

Sedimentary Environment and Tectonic Analysis of Coal Exploration Area

CHEN Kouqiang（Jiangsu Changjiang Geological Survey Institute， Nanjing Jiangsu 210046）

Abstract： Regional stratigraphic conditions， structural conditions and depositional environment play a decisive role in the implementation of mine engineering. In order to study the influence of sedimentary environment and structure on coal seam mining， a survey area in southwest China was taken as the research object， and the influence of strata， structure， sedimentary environment and paleo geological conditions on coal seam in the area was analyzed， and the following conclusions were obtained：①The coal-bearing strata in the area are： There are 4 bottom layers， and the main structure is 2 large-scale structures；②The coal measure is the sedimentary of sea-land interaction facies. Sedi？ ment accumulation areas are lakes and basins near the sea；③Under the geological action of the exploration area， the coal is gray-black to black， and the coal seam moisture is lower in the north and higher in the south； the thickness of the coal seam is higher in the middle， and gradually becomes thinner on the north and south sides

Keywords： stratigraphy；structure；depositional environment；coal-bearing strata

礦井地質(zhì)情況研究對于礦井開拓開采、巷道布置具有決定性作用。對地質(zhì)鉆孔情況進(jìn)行準(zhǔn)確分析可以提高后期工程的安全性、準(zhǔn)確性。關(guān)于沉積環(huán)境及構(gòu)造分析，我國專家學(xué)者進(jìn)行了大量研究，針對不同的地域進(jìn)行了分析。馬東正等人針對吉木薩爾凹陷蘆草溝組沉積環(huán)境與物源進(jìn)行了深入研究[1]；米云川進(jìn)行了云南鎮(zhèn)雄羊場超大型磷礦沉積環(huán)境及資源潛力分析[2]；王軻等人采用化探的方法針對沉積物源進(jìn)行了地球化學(xué)探測研究[3]；修銘針對興城地區(qū)常州溝組-串嶺溝組沉積環(huán)境及物源區(qū)構(gòu)造背景進(jìn)行了分析，研究了該地區(qū)沉積環(huán)境和構(gòu)造情況[4]；閆夢琪進(jìn)行了西藏賽布措地區(qū)牛堡組物源分析及其構(gòu)造意義研究，[5]。以往的研究主要針對某個地區(qū)的沉積環(huán)境或構(gòu)造進(jìn)行[6-10]，主要應(yīng)用于考古、物源分析，針對煤礦沉積環(huán)境的研究比較少。為進(jìn)一步研究煤礦勘察區(qū)內(nèi)沉積環(huán)境，筆者對勘查區(qū)內(nèi)煤礦沉積環(huán)境和地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行了綜合分析，以研究地質(zhì)情況對礦井開采過程的影響。

1勘查區(qū)概況

勘查區(qū)面積為120 km2，位于貴州西南地區(qū)?？辈靺^(qū)域范圍如圖1所示。

1.1地層情況

根據(jù)目前的鉆探情況分析，勘查區(qū)主要地層系列為峨眉山玄武巖組、三疊系飛仙關(guān)組、二疊系宣威組和永寧鎮(zhèn)組。永寧鎮(zhèn)組整體厚度為101～200 m，巖體呈層狀，灰色，其中夾雜少量泥巖、灰?guī)r等；飛仙關(guān)組平均厚度200～290 m，巖性主要為綠色、紫色砂巖，夾雜鈣化砂巖，巖性整體比較穩(wěn)定；上二疊系峨眉山玄武巖厚度為150～230 m，主要巖層為玄武巖，夾雜凝灰?guī)r；中三疊統(tǒng)關(guān)嶺組平均厚度100～200 m，巖層為灰色厚層狀-中厚層狀石灰?guī)r。

1.2構(gòu)造情況

本次勘查區(qū)內(nèi)主要地質(zhì)構(gòu)造為褶皺構(gòu)造，包括格目底向斜和威水背斜，同時衍生出諸多短軸向斜、背斜等褶皺構(gòu)造。構(gòu)造整體為南北方向，兩個大型褶皺構(gòu)造橫貫勘查區(qū)，衍生的短軸構(gòu)造有大河邊向斜、二塘向斜、比德向斜等?？辈烊S影像顯示，短軸向斜、背斜構(gòu)造均為南北方向，在古造山運(yùn)動作用下，構(gòu)造整體向東邊俯沖，導(dǎo)致向斜東邊薄西邊厚。結(jié)合區(qū)域內(nèi)巖性分析，砂巖等彈性極限比較小的巖層在褶皺構(gòu)造中會出現(xiàn)斷裂，從而形成小斷層。

2沉積環(huán)境及構(gòu)造分析

勘察區(qū)內(nèi)存在遠(yuǎn)古化石，主要為魚類、貝類化石，存在少量陸地古生物化石，因此可知該區(qū)域?yàn)楹ｊ懡换ハ喑练e，整個煤系地層沉積環(huán)境為靠海區(qū)域、盆地等。古地質(zhì)運(yùn)動中峨眉山玄武巖噴發(fā)后巖漿侵襲海濱平原區(qū)域，形成沉積區(qū)域巖漿巖地層。在海水沖刷作用下，陸地高大灌木叢林發(fā)生沉積，古植物在成煤作用下，原地堆積。根據(jù)巖層構(gòu)造方向，該區(qū)域煤系地質(zhì)為陸相向海相逐漸發(fā)展的一次海侵現(xiàn)象，同時底盤震蕩激烈，整體出現(xiàn)上升情況，最終形成的煤層為泥炭沼澤發(fā)育陸相和濱海沼澤成煤情況。

勘察區(qū)域內(nèi)主要大型構(gòu)造位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺、揚(yáng)子臺褶帶、黔中早古拱斷褶束三級臺階。其中揚(yáng)子臺褶帶中部相對隆起，褶皺構(gòu)造向西南傾斜，整體傾向東北，傾角為32°～48°。古地質(zhì)板塊運(yùn)動下，形成三級臺階板塊，形成褶皺構(gòu)造同時衍生出斷層構(gòu)造，根據(jù)現(xiàn)場勘察，區(qū)域內(nèi)有斷層構(gòu)造16條，斷層構(gòu)造概況如表1所示。

3影響分析

在沉積環(huán)境和構(gòu)造影響下，沉積地層、地質(zhì)構(gòu)造在沉積環(huán)境中綜合作用形成的煤炭為黑灰色，煤層和巖層交匯處為黑褐色。直觀可見的煤巖為暗淡星型煤，結(jié)構(gòu)為層中結(jié)構(gòu)，少量呈豎向條狀結(jié)構(gòu)，構(gòu)造區(qū)域煤炭紋理不規(guī)則，構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)域煤炭紋理清晰，光澤暗淡，煤炭中存在少量葉片狀。礦井主采煤層9#煤層平均厚度4.6 m，部分松軟，整體堅硬，通過背斜、向斜、斷層構(gòu)造區(qū)域會呈現(xiàn)粉狀。9#煤層底板存在一層黃鐵礦，呈粒狀。未采動區(qū)域存在自然裂隙帶，最大裂隙2 mm。將現(xiàn)場煤炭帶到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)煤炭凝膠化基質(zhì)含量為60%，角質(zhì)化物質(zhì)20%，雜質(zhì)為10%，含苞欲放量5%，其他為石英、黏質(zhì)土、方晶石等；煤層水分2%，灰分13%，硫分0.36%，北側(cè)水分為0.5%，南部平均水分2%，整體南高北低。

在斷層構(gòu)造影響下，F(xiàn)5斷層構(gòu)造使得位于勘察區(qū)中部的煤層形成較大破壞區(qū)域，F(xiàn)3為F2分支斷層，在F3和F2斷層共同作用下，形成了一條并破壞向斜軸。該破壞區(qū)域通過中嶺井田，中嶺井田開采過程中會出現(xiàn)北東向斷層所形成的破壞含煤地層。根據(jù)鉆探結(jié)果，F(xiàn)13、F14、F15落差約為15 m，切割二疊紀(jì)地層，煤層影響較小。煤層發(fā)育為西北向構(gòu)造先發(fā)育，隨后為東北向發(fā)育，東北向構(gòu)造對西北向構(gòu)造有一定破壞作用，控制煤層賦存發(fā)展。

綜上所述，沉積環(huán)境影響勘察區(qū)煤層物理、化學(xué)性質(zhì)，構(gòu)造情況影響勘察區(qū)煤層破壞、發(fā)育情況。

4構(gòu)造區(qū)域地震勘探及分析

為研究勘查區(qū)內(nèi)地質(zhì)情況，現(xiàn)采用地震勘探技術(shù)對威水背斜區(qū)域進(jìn)行了勘察。在勘察區(qū)域內(nèi)定點(diǎn)爆破，爆炸源作為震源，對地震波進(jìn)行回收反演分析。

為研究勘察區(qū)內(nèi)整體情況，在研究區(qū)域內(nèi)設(shè)置地震勘察測線。勘察測線為南北分布，測線16條，測線附帶16條炮線，測線及炮線布置如圖2所示。

首先在勘察區(qū)內(nèi)選擇合適的靜校正處理方法，其次對勘察區(qū)內(nèi)煤層埋藏深度情況、有效反射信號、干擾項(xiàng)進(jìn)行考察研究。煤層需進(jìn)行淺層高分辨率處理和數(shù)據(jù)迭代演化解算。對經(jīng)過構(gòu)造區(qū)域的剖面進(jìn)行精準(zhǔn)識別，做好速度建模迭代、偏移成像迭代，以提高成像精度。針對不同類型信號，在保真的前提下進(jìn)行多域多維綜合去噪，提高信號信噪比。

通過數(shù)據(jù)采集、反演分析得出威水背斜區(qū)域地質(zhì)源分析圖如圖3所示。

由圖3可知，威水背斜剖面為南北方向，南邊緩傾角后出現(xiàn)上俯沖現(xiàn)象，北邊上部存在地層擠壓產(chǎn)生的小斷層，同時存在小褶皺構(gòu)造。煤層出現(xiàn)威水背斜區(qū)域比較厚、兩邊比較薄的現(xiàn)象，且北邊出現(xiàn)煤層連續(xù)性間斷的現(xiàn)象。地震勘察結(jié)果和地質(zhì)分析結(jié)果基本一致。

5結(jié)論

通過對貴州某勘查區(qū)內(nèi)地層情況、構(gòu)造情況進(jìn)行勘察，針對勘查區(qū)內(nèi)沉積環(huán)境和構(gòu)造進(jìn)行分析，確定該區(qū)域地質(zhì)情況對煤層的影響，得出以下結(jié)論：①區(qū)域內(nèi)主要有峨眉山玄武巖組、三疊系飛仙關(guān)組、二疊系宣威組和永寧鎮(zhèn)組；②勘察區(qū)內(nèi)構(gòu)造為威水背斜和格目底向斜；③經(jīng)沉積環(huán)境分析，煤系為海陸交互相沉積；④沉積環(huán)境和構(gòu)造對煤層影響為勘查區(qū)內(nèi)煤呈灰黑-黑色，煤層水分北低南高，煤層厚度呈現(xiàn)中部高、南北兩邊逐漸變薄的現(xiàn)象。

對勘查區(qū)威水背斜進(jìn)行了地震勘察，勘察結(jié)果和地質(zhì)分析基本一致。

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