浦溪井田地质构造与煤层赋存规律

GEOLOGICAL STRUCTURE AND OCCURRENCE LAWS
　　OF COALBED IN PUXI MINE FIELD
　　Yan Huaping　(Jiahe Coal Mine of Zixing Mining Bureau,Hunan Province)

　　Abstract　The geological structure and occurrence laws of coal beds in Puxi mine field,Yuanjia Mining District,especially,the space distribution pattern of the thick coal band,are described in detail,providing the basic data for the mine production.
　　Keywords　mining district;structure;coal bed;distribution law

1　引言
　　袁家矿区浦溪矿井设计能力为30万吨／年，投产已十多年，实际生产能力仅为设计能力的1／3多一点。制约生产能力的主要因素是煤层赋存形态复杂。笔者在收集与分析矿井地质资料的基础上，对此进行了初步分析与研究。
　　
2　井田含煤地层概况
　　袁家矿区浦溪井田位于湖南省嘉禾县东北部，含煤面积9 km²。区内地层由老到新依次出露二叠系下统栖霞组(P₁q)、当冲组(P₁d)、斗岭组(P₁do)、上统小元冲组(P₂x)、大隆组(P₂d)、三叠系下统大冶组(T₁d)、下第三系(E)及第四系(Q)等。其中斗岭组中段为主要含煤段，共含煤7层，其中二、五、六为可采或局部可采煤层，现主采煤层为五煤，平均厚度2.41 m，属极不稳定煤层。
　　
3　井田地质构造特征
　　浦溪井田位于袁家向斜北段偏南，为一波状起伏的复式向斜。褶曲轴近南北向。褶曲幅度多在30～50 m之间。按构造展布方向，区内主要构造大体可分为三组(图1)。

图1　浦溪井田构造示意图

3.1　南北向构造
　　以挤压褶皱和逆冲断层为主，井田西翼伴生有低序次张性走向断裂。区内主要褶曲由西向东依次发育有瑶冲向斜(7)、三元—马路头向斜(A)、满堂背斜(B)、导塘洞向斜(2)、鹿家湾背斜(1)、水东园向斜(C)、青石背斜(3)、下满塘向斜(4)、上双窝背斜(5)和洞水塘向斜(6)等。其中三元—马路头向斜、下满塘向斜、水东园向斜及洞水塘向斜为主要赋煤构造。主要断裂由西向东依次发育F51、F47、F58等张性走向断层，F52、F46等逆冲断层。地层断距30～50 m。
3.2　北西向构造
　　以扭性高角度正断层为主，多发生在井田的东翼及中部，由北往南依次有F72、F63、F57、F68等断层。地层断距30～100 m。
3.3　东西向构造
　　以张性高角度正断层为主。区内所见F56、F76等断层分别构成井田南北自然边界。
　　从井田主要构造形迹的展布形式及结构面力学性质分析，不难看出其组合排列方式，统一于来自东西挤压的区域应力场。另与主体褶曲同序次的构造，还有东西向张性断裂及北西向扭性断裂。
3.4　井田的次级构造
　　井田次级褶曲幅度或断层断距均小于20 m。就一般意义而言，复式向背斜是由不同级别、不同序次的褶曲组成的，其低序次与高序次褶曲必然呈现一定的几何关系。井下开采表明，次级褶曲与小断裂普遍发育，其构造形迹明显受井田高一级(主要)构造制约，符合于区域应力场分布规律，并具有相似的展布形式。
3.4.1　次级褶曲
　　据现有生产水平控制或揭露的12组(24条)主要次级褶曲分析，其平面展布存在如下特征(图2)。

图2　井田次级构造示意图

3.4.1.1　平行展布
　　采区内次级褶曲均大致成近南北向平行展布，与主体褶皱构造方向基本一致，但稍有偏转，偏角一般为5°～15°，即呈NNW向延展。
3.4.1.2　成组成带
　　区内背向斜构造紧密相间，互为依存，成组成带出现，且背斜相对紧闭，向斜相对宽缓。经计算，次级褶曲在采区内的封闭面积为35%。
3.4.1.3　等距排列
　　区内背向斜构造间隔距离北疏(14采区)南密(12采区)。北段按20～70～20 m，南段按30～40 m等距交替排列。因此遵循定位原理对推断相邻采区及延深水平的构造展布，将具有指导意义。
　　次级褶曲波幅、波长与伸展长度相对较小，一般仅及井田主要褶曲的1／10～1／3，个别甚至更小。
　　a.　波幅与波长　本矿井采区内揭露的次级褶曲波幅为5～20 m，一般10 m左右。波长为20～70 m，一般为30～40 m。
　　b.　枢纽产状　枢纽产状变化较大，总体为南高北低，向北倾没，与主体褶曲(洞水塘向斜)倾没方向一致。
　　c.　伸展长度　区内次级褶曲与主体褶曲基本平行者，延伸相对较远，一般延展长度多在600～900 m之间。偏离主体褶曲方向较大的(偏角为15°～30°)次级褶皱，如编号为3、4、5、6、11、12的三组背、向斜，其延展长度都在300 m以内(图2)。
3.4.2　次级断裂
　　在同一区域应力场作用下，区内强弱岩层的形变表现出两种不同的形式：强岩层(顶底板砂岩)表现为脆性形变，即断裂；弱岩层(煤)表现为塑性形变，即挤压褶曲。因此井田内次级小断裂构造常见于顶底板岩层中，很少切割煤层，因而次级断裂构造对煤层赋存形态一般不构成影响。井巷工程共揭露次级小断裂200余条，其断距为0.5～15 m，一般在3 m以下。结构面大都表现为NE、NW向高角度扭性断裂。只有当扭性结构面转化为以挤压为主的压扭断裂时，才破坏煤层的连续性，并影响煤层赋存形态。
3.5　区域应力场与中小型构造形成机理
　　本区含煤建造成生于加里东晚期形成的拗陷带内，于石炭纪末期海退升起，到二叠纪初期才逐渐下降接受海侵，沉积栖霞组灰岩。早二叠世末期，华南地区发生东吴运动，地壳大面积上升，普遍发生海退，海水沿槽地往复活动，在本区狭长的滨海盆地中沉积了海陆交互相含煤岩系。早二叠世斗岭组(P₁do)后期，地壳下沉，本区再度沦为滨海、浅海环境，成煤作用逐渐消失，形成滨、浅海相沉积物。早三叠世海相岩层迅速沉积以后，中三叠世末期强烈的印支运动，使本区含煤岩系初具复向斜的构造轮廓。与区域南北向构造比较，袁家向斜应属于这个构造带中的二级构造。侏罗纪以后的构造运动，使本区南北向构造形迹进一步强化，并在挤压变形的波动过程中，伴生出较多幅度不大、延伸不长的小型褶曲与次级小型断层 ，从而导致井田构造形态常出现倾向上的波状起伏和局部变化，最终演变成当今的构造形式。

4　煤层赋存形态及其规律
　　本区含煤建造因受东西两侧古陆控制，展布呈南北走向。在以后不断受到来自东西方向的地应力作用下，形成一系列紧密相间的南北向褶曲构造，并造成煤层赋存形态复杂化。
4.1　煤层倾角变化及其规律
　　矿井现有生产水平处在井田东翼的缓倾斜地段。井下揭露证实，由于次一级褶曲变动，现开采区段煤层形态缓、陡相间，煤层倾角在0°～90°之间变化，局部甚至倒转。区内揭露或控制的煤层倾角变陡带(以下简称陡坡带)共15处，按其展布方向及成生联系，由东到西大体可划为8个陡坡带(表1)。并具有如下特征：

表1　陡坡参数表(二、四采区)