叠瓦状逆冲断层构造特征及控煤作用——以六盘水煤田麦子沟煤矿为例.pdf

doi 10. 3969/j. issn. 1674-1803. 2020. 05. 04 文章编号1674-1803 2020 05 - 0015 -05 叠瓦状逆冲断层构造特征及控煤作用 ----以六盘水煤田麦子沟煤矿为例 第 3 2 卷 5 期 第 3 2 卷 5 期 中国煤炭地质 Vol. 32 . 32 No. 5 2020 年 5 月______________________________________ . 5 2020 年 5 月______________________________________COAL GEOLOGY OF CHINA________________________________________________________________________May. 2020. 2020 杨 维 ， 张 博 ， 徐大杰 贵州省煤田地质局地质勘察研究院， 贵 阳550008 摘 要聚煤期后的控煤构造是控煤作用研究的重要内容之一， 决定了找煤方向及煤炭勘查和开发难度。根据地 质 、 钻探工程、 测井数据等勘查资料对六盘水麦子沟煤矿的构造特征进行构造解析， 探讨了煤矿的控煤构造。研究 显 示煤矿断层组合属叠瓦状逆冲断层组合， 该组合对煤层进行破坏和改造， 造成含煤地层缺失及重复;叠瓦状逆 冲断层主断层F3的上覆系统为逆冲叠瓦扇， 下伏系统为叠瓦状逆冲断层组合形成之前的褶皱构造， 上下两套系统 属不同的构造类型且具有明显的位移;上覆系统的滑移距离约为170〜820m， 且具有逆时针旋扭的性质。六盘水麦 子沟煤矿控煤样式属于逆冲叠瓦扇型。 关键词叠瓦状逆冲断层;控煤作用;控煤样式;鸡场坪断褶带;麦子沟煤矿 中图分类号P624. 6 文献标识码A Imbricate Thrust Structural Features and Coal Controlling A Case Study of Maizigou Coalmine in Lupanshui Coalfield Yang Wei, Zhang Bo and Xu Dajie Geological Exploration Research Institute, Guizhou Bureau of Coal Geological Exploration, Guiyang, Guizhou 550008 Abstract Study on coal controlling structure after coal accumulation stage is one of coal controlling study essentials ； it determines coal prospecting orientation and coal exploration, exploitation difficulties. Based on surface geology, drilling, well logging data carried out structural analysis for the Maizigou coalmine structural features in the Lupanshui coalfield, and quantitatively, semi-quantitatively dis cussed coalmine coal controlling structures. The study has shown that coalmine fault combination belonged to imbricate thrust combina tion； the combination carried out coal seam destruction and re, caused coal-bearing strata hiatus and repetition. Main fault F3 of imbricate thrust overlying system is thrusting imbricate fan, underlying system is fold structure before imbricate thrust combination ed. Upper and lower two systems belong to different structural types with obvious displacement, slip distance of overlying system is about 170 820m with anticlockwise twisting property. Lupanshui coalfield Maizigou coalmine coal controlling pattern belongs to thrust imbricate fan type. Keywords imbricate thrust； coal controlling； coal controlling pattern； Jichangping fault-fold belt； Maizigou coalmine 0引言 构造控煤作用主要包括 聚煤前， 先存构造条 件对聚煤古地理环境的控制作用； 聚煤期， 同沉积 构造作用对成煤环境的干扰及控制； 聚煤后， 晚期 的构造活动对煤层（ 含煤岩系） 的破坏和改造。六 盘水煤田的控煤构造（ 主要为晚二叠世含煤地层） 同样经历这三个阶段。聚煤前， 泥盆纪-二叠世六 盘水地区进人陆内裂陷阶段〜3];早二叠世， 东吴 第一作者简介 杨维（1986） ， 男， 贵州纳雍人， 中国地质大学（ 武 汉） 地质学专业毕业， 硕士研究生， 地质工程师， 研究 方向为煤田地质。 收稿日期2020-03-20 责任编辑宋博辇 运动造成大量的玄武岩浆溢流喷发， 对聚煤盆地 基底起到填平补齐的作用， 造 成NW高 、SE低的古 地 形 特 征 ， 为 聚 煤 盆 地 的 形 成 提 供 了 先 存 条 件 4]。聚煤期， 盘县-水城断裂、 紫云-六盘水断 裂 、 师宗-贵阳断裂等断层的同沉积活动（ 断层两 侧差异隆升或一侧进一步裂陷） 造成聚煤的古沉 积环境改变[ 5]， 从而形成不同沉积相的含煤地 层 ； 聚煤期后， 该地区经历了印支期、 燕山期、 喜山 期构造运动， 对煤以及含煤地层进行了破坏和改 造。后期的构造运动主要控制了煤的变形与变 质 ， 即是改变了煤层的物理性状（ 赋存状态） 以及 化学性质（ 煤质煤类） 。聚煤后的改造作用是控制 煤系和煤层赋存状态的主要地质作用， 不仅决定 找煤方向， 还决定煤炭勘查和开发的难度[6_7]。 1616 中国煤炭地质 第 3 2 卷第 3 2 卷 后期控煤构造因构造应力作用方式、 边界条件 以及物质基础不同而呈现不同的构造变形和构造组 合 ， 故控煤构造样式也多种多样。六盘水地区地质 构造复杂， 经历了多期而不同的构造演化阶段〜12]， 故 其 控 煤 构 造 样 式 较 多 归 纳 起 来 主 要 有 挤 压 、 伸展、 剪切与旋转、 反 转 四 大 类 包 括 单 斜断块型、 褶皱断裂型、 逆冲叠瓦扇型、 地堑型、 扭动 叠加型、 褶皱叠加型、 穹盆构造型、 负反转构造型等 多种类型[ 1 16]。后期构造作用对煤层的改造作用 方式多样， 本文仅以六盘水麦子沟煤矿为例， 利用煤 矿的勘查资料及钻探成果， 对其构造控煤样式（ 主 要是对煤层的改造作用） 进行定量-半定量的探讨, 旨在为该地区的煤炭勘查和开发提供有利的技术 指导。 1区域地质背景 研究区大地构造位于羌塘-扬子-华南板块、 扬 子陆块、 上扬子地块、 威宁隆起区鸡场坪断褶带m 。 鸡场坪断褶带处于威宁隆起区内中南部发耳穹 盆区与盘县断褶带之间（ 图l h发耳穹盆区断层发 育少、 规模小， 褶皱形态以穹窿、 构造盆地为主。主 要 为NNE向褶皱与NW向褶皱叠加， 为NW-SE和 NE-SW向挤压应力下叠加作用的产物。盘县断褶 带线性构造形迹优选方向为NNE向， 断层规模均较 大， 性质以逆断层为主， 具多期活动特征[1],沿断层 多有古近系盆地发育;NNE向褶皱中以盘关向斜为 代表， 其中段轴面向西倾斜， 南北两端轴面向东倾 斜， 为NNE向褶皱被后期构造改造为反“S” 型构 造[12]。鸡场坪断褶带展布于盘县普安-鸡场坪及其 西延部分， 总体走向NWW。旧称土城弧形构造带， 具有复式向斜形态， 由一系列的较紧闭褶皱及压性、 压剪性走向断裂构成[8]， 其与莲花山弧形构造带、 杨梅村背斜带构成盘县三角形， 是中生代该区域构 造联合-复合作用的产物[8]。还有学者认为包括鸡 场坪断褶带和盘县断褶带（ 盘关向斜） 在内的构造 组合燕山期经历了正、 反扭动复合叠加[IIM2]。但该 断裂带走向NWW-NW， 倾向SW,切割二叠系、 三叠 系， 以逆断层为主， 少量发育正断层。逆断层从东往 西呈东段分叉， 中段合并， 西段衍生较多次生断层的 杨 维 ,等 叠瓦状逆冲断层构造特征及控煤作用一以六盘水煤田麦子沟煤矿为例5期 表现形态[17];\正 断 层 切 割NWW向逆断层。褶 皱主要发育有土城向斜、 坪地背斜、 照子河向斜、 西 龙背斜、 淹伍寨向斜。其中背斜紧闭， 向斜宽缓， 其 褶皱组合具有隔档式褶皱组合的特征[28]。 2地质基本特征 研究区六盘水麦子沟煤矿位于场坪断褶带西 段 ， 主要发育的地层为二叠系上统峨眉山玄武岩组、 龙潭组,三叠系下统飞仙关组、 永宁镇组， 三叠系中 统关岭组， 以及第四系（ 图 2。 地 层 走 向NWW-SEE， 倾 向SSW,倾角20〜 60,局部70。含煤地层龙潭组（P3〖） 岩性主要由 灰 、 深灰色， 薄至中厚层状粉砂岩、 泥质粉砂岩、 细砂 岩、 粉砂质泥岩、 泥岩及煤层组成， 层厚248 280 m， 平均厚262 m,含煤约50 层 ， 可采煤层自上而下有 1、 5、 6 、 9 、 10、 12、 15、 17、 18、 19 号煤层共 10 层。研究 区褶皱和断层发育。褶皱地表出露有大湾子背斜 区域上为坪地背斜） 、 拖不科向斜及照子河向斜。 大湾子背斜及拖不科向斜出露于研究区西北部断层 F3和Fw之间， 褶皱枢纽往NW延伸出区外， 往SE 向被断层FM截断（ 图 2， 照子河向斜出露于研究区 南侧， 被断层匕所截。区内发育断层包括5 条逆断 层 和 3条 正 断 层D5条 逆 断 层 （F3、F60、F46、F48和 F49走向皆为NWW向， 倾 向SSW， 倾 角 30。 60。 。 3 条正断层（F8、F47、F„ 中F8 和F53为斜断层， 斜切 割三叠系和龙潭组（P3/， 走向均沿NE向发育， 断 层倾向SE， 倾 角 5060;F47断层切割飞仙关组 T,/和龙潭组（P,/， 走 向NWW， 倾 向SSW， 倾角 60， 近似为走向断层（ 图 2。 200m 4 比 例 尺 n - 三*系卜後飞| 丁三系K统飞 仙 文 组 一 段I 17 仙 -爱 系Tt t水宁 镇 f f l* 8 \\yi f 金系下统永宁 组笫- g 二4 系下统永宁组 第三，四段 璺系中统关岭组 Q 正 断 层 及 编 号 逆 断M 及 编 号 煤 层 露 头 线 及 编 号 地 层 界 线设丄坡 麦 子 沟 煤 矿矿界 Figure 2 图 2麦子沟煤矿勘查区地质简图 Maizigou coalmine exploration area geological sketch 3构造解析 3. 1主断层的厘定及性质3. 1主断层的厘定及性质 研究区内F ,断层延伸2. 5 km,延伸方向与地 层走向近一致， 近似为走向断层， 地表主要切割了飞 仙 关 组 （T, / 和 龙 潭 组 （P3Z。0 线以东走向 NWW285。 ；。 ； 0 线 以 西 600m 开 始 ， 走向逐渐变为 NW310。 。。 。区内地层倾向为SSW向， F ,断层倾向 SSW 向（ 图 2。 勘查资料显示（ 图 3， 从E到W， 7 线 到 0 线 ， F,断层倾角约为50〜60;0线向西至2 线 ， 断 层F3 倾角由50 60。 逐渐减小变为30。 ， 具有铲式断层特 点。F,断层上、 下盘构造控煤作用有差异 上盘中 龙潭组（P3Z含煤岩系发育多条断层,煤系地层受构 造改造强烈， 煤层缺失； 下盘主要为飞仙关组（T,/ 砂泥岩和龙潭组（P3/含煤岩系， 煤系地层较完整， 1818 中国煤炭地质 第 3 2 卷第 3 2 卷 〇绂 勘 衩 线 剖 而 图 图3麦子沟煤矿勘查区地质剖面图 Figure 3 Maizigou coalmine exploration area geological section 表现为褶皱变形， 显 示f3 断层具有分界性质。f3 断层上盘因空间位置的不同切割的煤层也不尽相 同0线以东至7 线 ， 断 层F3均切割龙潭组至19号 煤层以下;在0 线最大切割的位置处于18 19号煤 层之间;0 线以西至2 线 ， 切割龙潭组至19号煤层 以下， 煤层普遍发生错移， 显 示F3 断层具有一定规 模。因此， 本 文 将F3 断层厘定为研究区内的主 断层。 由F3断层上下盘的压覆关系以及运动方向判 定F3断层为逆断层。勘查资料显示F3 断层兼具有 铲式断层的特点， 滑移距离较大， 故f3 断层具有逆 冲断层性质。不同位置断层滑移距离有差异， 经剖 面图上分析， 量取该断层的滑移距离可知从2 线到 7 线滑距从170 m逐渐变大到820 m,其逆冲滑移的 距离有逐渐变大的趋势。F3 断层具有逆冲断层性 质的同时略具逆时针旋扭的性质（ 见图4。 3 . 2 叠瓦状逆冲断层特征叠瓦状逆冲断层特征 F3 断层上盘（ 上覆系统） 内 发 育 4 条逆断层 .F .F 和F49， 具有逆冲断层性质特点。断层 Fw区 内 延伸长度为3.6 km,主要切割了龙潭组 P3Z砂泥岩以及煤层。断 层Fm沿倾向向深部延 伸均归并于断层F3。由 0 线剖面可见， 往深部继续 延伸Fw断层可与断层F3汇合。4 线 和 7 线剖面据 勘查资料显示,FM 断层在其沿倾向到深部可与断层 F3 汇合。同理， 断 层Fw 作为逆冲系统内部的一条 重要断层,它又承载着更小一级的逆冲体系。〇线 剖 面 显 示 断 层 上 盘 内 发 育 有F 、F48和F49断层 3 条逆冲断层。其中，F49断层平面上向东和向西延 杨 维 ， 等 叠瓦状逆冲断层构造特征及控煤作用一以六盘水煤田麦子沟煤矿为例195 期 伸均与Fw断层交汇。和F48断层位两条近似平 行的断层， 走 向NWW， 研究区内延伸2.62.8 km 图 2， 倾角40 50,沿倾向向深部均与FM 断层 归并汇合（ 图 3。基于以上分析， 可判S Fm.F 、 f48、f49与断层F3构成了叠瓦状逆冲断层系统。断 层F3作为底板逆冲断层为整个叠瓦状逆冲断层系 统提供滑动面， 同时又制约着上覆系统的内部结构 及构造的发育。因底板逆冲断层F3 上盘次级断层 呈扇状排列， 未发育顶板逆冲断层， 麦子沟煤矿的控 煤样式属于逆冲叠瓦扇型。 3.3褶皱3.3褶皱 以上所有的逆冲断层（ 匕 60 46 48和 [49及 其夹块构成了逆冲推覆构造的上覆系统。F3断层 滑移面之下的下伏构造系统与上覆构造系统具有不 同的构造特征。通过前人分析的地质资料m可知， 照子河向斜、 土城向斜均为枢纽向SE倾伏的向斜， 而大湾子背斜和拖不科向斜同照子河向斜、 土城向 斜为相同构造应力场下的产物。大湾子背斜和拖不 科向斜同样为向SE倾伏的褶皱，F3 断层的上覆系 统只是破坏了地表到一定深度内的褶皱卷入地层， 断层F3滑移面以下的系统没有遭受破坏， 仅发生褶 皱变形。基于此观念并结合研究区勘查资料认为， F,断层滑移面下的构造系统主要是大湾子背斜和 拖不科向斜向SE的倾伏延伸段。 4控煤作用分析及讨论 4. 1构造次序4. 1构造次序 基于以上分析， 本文厘定研究区的构造形迹生 成次序如下（ 图 5。 1 最早受NE-SW向挤压先形成了包含照子 河向斜、 土城向斜、 大湾子背斜和拖不科向斜在内的 NW向褶皱,褶皱向SE倾伏。 2 然后构造应力发生逆时针旋转变为NNE- SSW向挤压， 在此过程中形成了以F3断层为底板逆 冲断层的叠瓦状逆冲构造， 沿滑移面上覆系统也具 有逆时针旋扭性质， 同时断层也破坏了大湾子背斜 和拖不科向斜SE段的部分地层； 随着挤压作用的 持续，F3断层上盘含煤地层进一步遭受破坏， 从西 往东挤压作用增强， 在 7 线剖面含煤地层被侧向挤 出， 含煤地层变薄,正断层F47与叠瓦状逆冲断层组 合为同一期产物。 3 最后,在伸展机制下形成了正断层F8、F53。 4 . 2 控煤作用分析4 . 2 控煤作用分析 在构造演化序列中， 含煤地层龙潭组（ P J先是 随照子河向斜、 土城向斜、 大湾子背斜和拖不科向斜 一起协同摺皱变形， 然 后 被F3 断层分割成两套系 图 5研究区构造次序示意图 Figure 5 A schematic diagram of study area structural sequence 统。下伏系统构造变形相对较弱， 上覆系统则是随 着挤压的继续， 被叠瓦状逆冲断层组合继续破坏， 煤 层的连续性以及空间位态均发生改变， 含煤地层出 现重复及缺失。随后， 伸展体制下形成的斜断层Fs 和切割了含煤地层,破坏了煤层的连续性， 造成 含煤地层的缺失。 4. 3对煤层开发的讨论4. 3对煤层开发的讨论 六盘水麦子沟煤矿控煤构造主要表现为挤压背 景控制下的叠瓦状逆冲断层。以主断层F3 为界， 上 盘次级逆冲断层形成叠瓦扇构造组合， 对含煤地层 改造强烈， 挤压背景下， 含煤地层均发生了缺失及重 复现象， 煤层开发难度较大。而下盘含煤地层构造 变形相对较弱， 煤层连续性好， 可以作为煤矿今后煤 层勘查及开发的重点。 5结论 通过的六盘水麦子沟煤矿的构造特征分析， 得 出以下结论及建议。 1 麦子沟煤矿断层组合属叠瓦状逆冲断层组 合， 该组合对煤层进行破坏和改造， 即控煤样式属于 逆冲叠瓦扇型。 2 叠瓦状逆冲断层主断层F3 的上覆系统为 逆冲叠瓦扇， 下伏系统为叠瓦状逆冲断层组合形成 之前的褶皱构造， 上下两套系统属不同的构造类型 且具有明显的位移， 从西往东滑移距离从170 m逐 渐变大到820 m， 具有逆时针旋扭的性质。 3 麦子沟煤矿受叠瓦状逆冲断层控制影响煤 层存在重复及缺失现象， 叠瓦状逆冲断层的识别对 煤矿后期煤层针对性开采有重要指导作用。 下转第31页） 巩书华， 等 广西天峨-南丹地区中泥盆统罗富组页岩气地质条件研究巩书华， 等 广西天峨-南丹地区中泥盆统罗富组页岩气地质条件研究 31315 期5 期 6结论 1 天峨-南丹地区中泥盆统罗富组具有较高 页岩气生烃潜力。该组富有机质泥页岩厚度大， 沉 积中心位于西南部罗富-吾隘一带， 有机质类型属 丨 1 2型有机质， 有机碳含量较高， 高值区主要分布在 南丹县-罗富镇-芒场镇组成的区域内， 热演化程度 处于过成熟早期阶段。 2 区内罗富组页岩矿物组分与储集特征均有 利于后期压裂开发。其页岩矿物成分整体以脆性矿 物为主;储层特征属特低孔特低渗储层， 孔隙类型主 要是晶间-粒间微孔与溶蚀孔。 3 该区罗富组具备了形成页岩气藏的基本地 化及物性条件， 但含气效果并不理想， 区内含气量整 体均值在0.5 m3/t以下， 且气体组分以氮气为主， 未达到有利区段的下限标准。含气性差的主要控制 因素为构造作用和岩浆活动两个方面， 因此在现阶 段技术条件下， 存在T业化页岩气流的可能性较低。 参考文献 [1] 张金川， 金之均， 袁明生.页岩气成藏机理和分布[J ].天然气工 业，2004,247 15-18. 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