構造曲率對煤體結構控制作用的探討

王盼盼

（山東省煤田地質局第三勘探隊，山東 泰安 271000）

煤體結構破壞的影響因素有很多，其中構造應力強度、地質構造部位的不同會使構造面形成不同的構造曲率。一般構造應力大的區(qū)域，構造面曲率較大，構造煤比較發(fā)育[1-2]。因此可以利用構造曲率值的大小表征煤體結構的破碎程度。

1 研究區(qū)概況

1.1 區(qū)域地質背景

織納煤田位于揚子板塊川滇黔盆地黔北斷拱的西南邊緣，是“黔中古陸”或“黔中隆起”的核心組成部分，范圍主要為織金復背斜。褶皺構造在煤田內分布廣泛，織金寬緩復背斜為近EW 向斷續(xù)隱伏褶皺，主要出現在下古生界?？椊饛捅承痹谫F陽－鎮(zhèn)遠斷裂和納雍－甕安斷裂之間，是織納煤田主要組成部分。上古生界NE 向褶皺發(fā)育最廣泛，同時發(fā)育NE 向、NW 向、EW 向及近SN 向褶皺。NW向、EW 向、近SN 向褶皺分別靠近埡都－紫云斷裂、納雍－甕安斷裂、遵義斷裂，其發(fā)育程度明顯受到三組斷裂的影響[3-4]。上二疊統是織納煤田最主要的含煤地層。晚二疊世含煤地層底部與峨眉山玄武巖或茅口灰?guī)r呈假整合接觸，頂部與三疊系飛仙關（夜郎、大冶）組整合接觸，為海陸交互相含煤沉積[5-6]。

1.2 構造

比德－三塘盆地是織納煤田的主體部分，是一個復式向斜殘留盆地，主要發(fā)育NW 向和NE 向兩組構造。NE 向構造包括珠藏向斜、阿弓向斜、三塘向斜、白泥箐向斜，NW 向構造包括水公河向斜、加戛背斜、比德向斜，北部毗鄰畢節(jié)NE 向構造帶，西緣由新寨背斜與六盤水煤田相鄰，東南緣外為黔南斷陷。

（1）NW 向褶皺。NW 向褶皺沿埡都－紫云斷裂帶分布，主要見于盆地西部邊界（圖1）。褶皺走向總體為320°左右，軸面傾向多為NE。本組褶皺發(fā)育于燕山運動早期，之后被NE 向斷層截切或被NE 向褶皺近橫跨疊加改造。

（2）NE 向褶皺。盆地內部絕大部分的褶皺走向NE。褶皺總體走向N40°左右，軸面多傾向SE。本組褶皺定型在晚侏羅世～早白堊世，即中燕山期。褶皺在之后受大角度斜跨疊加改造作用，表現為左行“S”形疊加褶皺（圖1）。

圖1 比德－三塘盆地構造綱要圖

（3）NEE 向貴陽－鎮(zhèn)遠斷層、NW 向埡都－紫云斷層、NS 向遵義斷層均為煤田內深大斷層。貴陽－鎮(zhèn)遠斷層、埡都－紫云斷層均發(fā)育于古生代早期，在加里東運動期間體現為同沉積特點，并在不同構造運動階段不斷發(fā)生變化，制約織納煤田沉積環(huán)境、沉積厚度、煤巖特性及煤質。遵義斷裂形成較晚，主要受到燕山運動早期自東向西的強烈擠壓逆沖作用。

1.3 煤體結構

織納煤田內部煤層煤體結構比較完整。三塘向斜煤芯觀測結果顯示：龍?zhí)督M煤層結構較完整，基本為原生結構煤和碎粒煤；僅6 號煤層結構較破碎，為碎裂煤；整個鉆孔中未見糜棱煤發(fā)育。

水公河向斜五輪山井田龍?zhí)督M煤層煤體結構總體較完整，上段6 號煤層厚度較大，光亮煤發(fā)育，受到構造破壞較嚴重，鉆孔煤芯中發(fā)育摩擦鏡面。6 號煤以碎粒煤為主，可見原生結構煤、碎裂煤、碎粒煤、糜棱煤系列；3、5、8 號煤層以碎粒煤為主，糜棱煤少量發(fā)育。下段煤層群原生結構保存較好，少見碎裂、碎粒煤。

珠藏向斜6 號煤層一般為粉末狀結構；16 號、23 號煤層為塊狀結構，29 號煤為塊狀、粉末狀。在區(qū)域上，紅梅井田位于向斜北部仰起端，煤體比較破碎。肥一和肥三井田原生結構煤較發(fā)育，煤體結構較為完整。

阿弓向斜6 號煤層為粉狀、鱗片狀，16 號、27號煤層為塊狀，局部夾粉狀結構。區(qū)域上，南部阿弓勘查區(qū)煤體結構要復雜于北部文家壩勘查區(qū)。層域上，6 號煤破壞程度最大，16、27 號煤層次之。

比德向斜化樂勘查區(qū)2 號煤層以塊狀為主，局部為塊狀、碎塊狀，部分地區(qū)以粉狀為主。5 號煤層以塊狀為主，局部為細塊狀、粉狀。6 號煤層以粉狀、細粒狀為主，局部為塊狀。

1.4 構造曲率

從圖2 可以看出：比德－三塘盆地的構造曲率絕對值介于0～11×10-4之間，阿弓向斜軸部曲率絕對值最大為11×10-4，加戛背斜次之為8×10-4，后寨背斜、巖腳向斜南部為7×10-4，地貴背斜、ZF15斷層附近達到6×10-4，三塘向斜、ZF18 與ZF19 交接處略低為4×10-4，其他區(qū)域構造曲率值普遍較低，在0～4×10-4之間（圖2）。

根據構造曲率等值線分布情況，將構造曲率與煤體結構之間關系分為三個等級。

（1）高曲率區(qū)：主曲率絕對值大于5×10-4。該類區(qū)域總體上分布于ZF15 斷層附近、地貴背斜軸部、阿弓向斜軸部、后寨背斜軸部、加戛背斜軸部、比德向斜北部軸部、巖腳向斜南部。

（2）中等曲率區(qū)：主曲率絕對值在3×10-4～5×10-4。該類區(qū)域總體上分布于珠藏向斜軸部、三塘向斜軸部、水公河向斜軸部、比德向斜南部軸部、ZF18 斷層與ZF19 斷層交接處、黑塘勘查區(qū)。

（3）低曲率區(qū)：主曲率絕對值小于3×10-4。該類區(qū)域主要分布在盆地中、西部。

2 構造曲率對煤體結構的控制作用

從區(qū)域上來看，高曲率區(qū)主要分布在向斜、背斜軸部，兩翼構造曲率絕對值較低。同時，在寬緩向斜附近，煤層底板構造曲率絕對值較低。

阿弓向斜軸部、比德向斜北部軸部主曲率絕對值大于5×10-4。區(qū)域上，南部阿弓勘查區(qū)構造曲率絕對值大于5×10-4，最大達到11×10-4。北部文家壩勘查區(qū)構造曲率絕對值小于4×10-4。阿弓向斜6號煤層為粉狀、鱗片狀，16 號、27 號煤層為塊狀，局部夾粉狀結構。區(qū)域上，南部阿弓勘查區(qū)煤體結構要復雜于北部文家壩勘查區(qū)?？傮w上表現出構造曲率絕對值越大煤體結構越復雜的規(guī)律。

比德向斜化樂勘查區(qū)的構造曲率絕對值在0×10-4～1×10-4之間，2 號煤層以塊狀為主，局部為塊狀、碎塊狀，部分地區(qū)以粉狀為主。5 號煤層以塊狀為主，局部為細塊狀、粉狀。6 號煤層以粉狀、細粒狀為主，局部為塊狀。比德向斜化樂勘查區(qū)構造曲率絕對值較小煤體結構較完整。

圖2 比德－三塘盆地6 號煤層底板構造曲率等值線圖

珠藏向斜軸部、三塘向斜軸部、水公河向斜軸部主曲率絕對值介于3×10-4～5×10-4。

珠藏向斜6 號煤層一般為粉末狀結構，厚度大，易于垮塌；16 號、23 號煤層為塊狀結構，29 號煤為塊狀、粉末狀。在區(qū)域上，紅梅井田位于向斜北部仰起端，構造曲率絕對值在1×10-4～2×10-4之間，煤層變形程度較高，煤體比較破碎。肥一和肥三井田構造曲率絕對值在小于1×10-4，原生結構煤較發(fā)育，煤體結構較為完整。

三塘向斜構造曲率絕對值在0×10-4～3×10-4之間，鉆孔1001 煤芯觀測結果顯示：龍?zhí)督M7 號、14下、17 號、19 號、21 號煤層結構完整，屬于原生結構煤；5 號、5下、14 號、27 號、30 號煤層結構較完整，為原生結構煤和碎粒煤；6 號煤層結構較破碎，為碎裂煤。整個鉆孔中未見糜棱煤發(fā)育，總體煤體結構完整。

水公河向斜構造曲率絕對值在0×10-4～1×10-4之間，五輪山井田龍?zhí)督M煤層煤體結構總體較完整，主要為細條帶～中條帶狀結構。但是，上段6 號煤層厚度較大，光亮煤發(fā)育，受到構造破壞較嚴重，鉆孔煤芯中發(fā)育摩擦鏡面。6 號煤以碎粒煤為主，可見原生結構煤、碎裂煤、碎粒煤、糜棱煤系列；3、5、8 號煤層以碎粒煤為主，糜棱煤少量發(fā)育。下段煤層群原生結構保存較好，主要為細條帶～線理狀結構，少見碎裂、碎粒煤。如圖3。

圖3 比德－三塘盆地勘查區(qū)分布圖

總體上來看，煤體結構破碎區(qū)主要分布在向斜、背斜軸部構造曲率絕對值較大的區(qū)域，兩翼煤層結構較完整，如阿弓向斜軸部構造曲率絕對值達11×10-4，而兩翼煤層底板構造曲率絕對值只有2×10-4。同時，在寬緩向斜附近，如三塘向斜和水公河向斜，煤體破壞程度較低，結構較完整；加戛背斜較狹窄，構造曲率絕對值達8×10-4，煤體破壞程度較高。煤層煤體結構的破碎程度除受到構造應力場、構造曲率的影響，煤層發(fā)育特征、煤巖石學特征也是影響煤體結構的重要因素。不同煤巖類型的力學性質不同，煤層結構、煤質特點影響厚煤層中構造煤的分層分布。含煤地層中煤層聚集層位綜合厚度大的層位，明顯發(fā)育構造煤。

3 結論

構造曲率值反映彎曲煤層中裂縫的相對發(fā)育程度，通過構造面的曲率分析可以定性描述煤體結構在區(qū)域上的分布。比德－三塘盆地構造曲率分析顯示：煤體結構破碎區(qū)可能主要分布在構造應力較集中的向斜軸部、背斜軸部、深大斷裂發(fā)育區(qū)及斷裂縱橫交錯區(qū)段，而在寬緩向斜附近煤體破壞程度較低，結構較完整。地質構造形態(tài)不同，反映其形成時期具有不同的構造應力環(huán)境，構造應力環(huán)境決定形成構造面的曲率大小，構造曲率在一定程度上反映煤層受破壞的程度。同時，煤體結構還受到煤層發(fā)育特征、煤巖石學特征的影響。