鲁西地区煤田滑动构造特征.pdf

文章编号10012198620060320010203 鲁西地区煤田滑动构造特征 段秋梁,杨长春,闫 臻,张延玲 中国科学院地质与地球物理研究所,北京 100029 摘要通过对鲁西地区煤田的主滑面和次级滑面构造特征的分析,总结了次级滑面的发育型式对煤 层赋存状况的影响。结合区域火山活动和构造演化认为,该滑动构造为伸展背景下的掀斜断块型, 其滑动时间为白垩纪 新生代。 关 键 词滑动构造;掀斜断块;白垩纪 新生代;鲁西地区 中图分类号P618.1102 文献标识码A Sliding structure characteristics in coal fields of western Shandong DUAN Qiu2liang , Y ANG Chang2chun , Y AN Zhen , ZHANG Yan2ling Institute of Geology and Geophysics,Chinese Academy of Science,Beijing100029 ,China Abstract The configurations of the main sliding surfaces and secondary sliding surfaces of the coal field in western Shandong area are analyzed in this paper , as well as their influence on coal seams by sub2sliding surfaces structural pattern in the coal fields is summarized. Based on volcanic activities and tectonic evolution , it is suggested that the tiltedfault block , sliding structures in ex2 tensional setting should be developed in Cretaceous to Cenozoic age. Key words sliding structure ; tilted fault block; Cretaceous to Cenozoic ;western Shandong Province 1 引言 鲁西地区主要是指郯庐郯城 庐江断裂以 西、 聊考聊城 兰考断裂以东、 齐广齐河 广饶 断裂以南、 开封 郯城隐伏隆起带以北的区域 [1] ,属 于华北地台的一个构造单元。区内地层出露良好, 结晶基底为太古宙泰山群变质岩系,上古生界石炭 二叠系含煤岩系是沉积盖层之一。 鲁西地区是我国重要的煤产地之一,各煤田滑 动构造的研究资料丰富 [2 - 9] ,张永双等 [10] 对鲁西煤 田滑动构造与矿井灾害进行了研究。李万程 [11] 将 华北晚古生代煤田中的重力滑动构造划分为伸展构 收稿日期2005208201 基金项目中国科学院知识创新工程重大项目KZCX1 - SW- 18 - 04资助 作者简介段秋梁1968 , 男,山西原平人,博士研究生,工程师,从事区域和古潜山构造研究 1 [10] 张 抗.鄂尔多斯断块构造和资源[M].西安陕西科学技术出 版社, 198940 - 120. [11] 潘 江,霍福臣,曹景轩.宁夏陆相泥盆系及其生物群[M].北 京地质出版社, 19871 - 30. [12] 王尚启,虞子冶,王 成.宁夏中卫盆地晚泥盆世中华豆石介族 介形类的发现[J ].地层学杂志,1995 ,193 204 - 207. [13] 任纪舜,王作勋,陈炳蔚.从全球看中国大地构造 中国及邻 区大地构造图简要说明书[M].北京地质出版社, 19991 - 50 [14] 王廷印,王士政,王金荣.阿拉善地区古生代陆壳的形成和演 化[M].兰州兰州大学出版社,199480 - 130. [15] 高山林.鄂尔多斯盆地西缘构造地层分析及盆地演化研究 [D].北京中国科学院地质研究所,2001. [16] 张建新,许志琴,李海兵,等.北祁连加里东造山带从挤压到伸 展造山机制的转换[J ].长春地质学院学报,1997 ,273 277 - 283. [17] 邓晋福,杨建军,赵海玲,等.格尔木 额济纳旗断面走廊域火 成岩-构造组合与大地构造演化[J ].现代地质,1996 ,13 3 330 - 343. [18] 孟自芳,黄华芳,陈延章.河西走廊上志留统古地磁结果的大 地构造意义[J ].中国科学 B 辑 ,1992 ,5531 - 536. [19] 朱 鸿,贺正轩.阿拉善地块边缘古生代地层及构造演化[M]. 武汉中国地质大学出版社,19871 - 40. [20] 李兴振,尹福光.东昆仑与西昆仑地质构造对比之刍议[J ].地 质通报,2002 ,2111 777 - 783. [21] 曹宣铎,张瑞林,张汉文.秦巴地区泥盆纪地层及重要含矿层 位形成环境的研究[J ].西北地质,1990 ,271 - 124. [22] 刘 平,李作华,黄长青.陕西秦岭泥盆系成矿环境及找矿 [J ].有色金属矿产与勘察,1999 , 86 348 - 352. [23] Cohen H A , Dart CJ , Akyuz H S,et al. Syn - rift sedimentation and structural development of the Gediz and Buyuk Menderes graben ,west2 ern Turkey[J ]. J. Geol. Soc. , London , 1995 ,152 629 - 638. [24] 胡健民,孟庆任,白武明,等.南秦岭构造带中晚古生代伸展构 造作用[J ].地质通报,2002 ,218～9 471 - 477. [25] 曹宣铎,赵江天,胡云绪.秦岭石炭纪古海洋特征及古地理再造 [J ].地球科学 中国地质大学学报,1995 ,206 624 - 630. [26] 汤良杰,金之钧,张明利,等.柴达木盆地构造古地理分析[J ]. 地学前缘, 2000 ,74 421 - 428. [27] 赖绍聪,张国伟,裴先治.南秦岭勉略结合带琵琶寺洋壳蛇绿岩 的厘定及其大地构造意义[J ].地质通报,2002 ,218 - 9 465 - 470. [28] 潘桂棠,陈智梁,李兴振.东特提斯地质构造形成演化[M].北 京地质出版社,1997 ,1 - 86. [29] Dunlap W J , Fossen H. Early Palaeozoic orogenic collapse ,tectonic stability , and late Palaeozoic continental rifting revealed through ther2 mochronology of K - feldspars , southern Norway [J ].Tectonics , 1998 ,174 604 - 620. 第34卷 第3期 2006年6月 煤田地质与勘探 COAL GEOLOGY 有的地段只有六灰以下的层段,如Y81水3 孔;少数钻孔见有五灰与奥陶系灰岩直接接触,如 T8水2孔。 3 次级滑面特征 鲁西煤田中的次级滑面一般沿煤系中岩性差异 悬殊的界面或软弱夹层发育,如可采煤层的顶底板、 煤层、 煤层夹石等层位,具有明显的层位选择性。据 不完全统计 [8] ,肥城煤田至少发育7个次级滑面,分 图1 宁阳煤田19 - 1勘探线剖面图[9] Fig.1 Profile map along prospecting line No.19 - 1 in Ningyang coal field 1 灰岩;2 主滑面;3 次级滑面; 4 正断层 图2 肥城煤田本溪组下部地层柱状对比图[3]有改动 Fig.2 Bore strata correlation histogram of lower part of Benxi ation in Feicheng coal field 1 灰岩;2 泥岩;3 铝土质泥岩;4 铁质粉砂岩 别位于五灰顶面、102、9、8、6煤顶面、31、2煤底面;新 汶煤田存在5个次级滑面,分别位于2、4、11、13、15 煤附近;宁阳煤田的5个次级滑面分别位于3煤顶 底、 三灰顶面、 太原组中粒砂岩顶、 十下灰底和十三 灰顶面,显示出明显的块段差异性。 3.1 次级滑面的表现形式 煤层中次级滑面的存在常造成煤层加厚带、 无 煤带或顶、 底板岩层楔入到煤层中 [2 ,4] ,次级滑面大 体可归纳为顺层式、 切层 顺层式、 切层 顺层 切 层式和塑性流变式4种 [3 ,8]型式。综合以上资料 ,可 以发现,在这些煤层附近发育的次级滑面中,可分为 顺煤层发育和切穿煤层的滑面两种,其中,前者可以 进一步分为顺煤层顶板、 顺煤层底板和顺煤层顶、 底 板3种,而后者可以进一步分为断面呈铲式和断面 呈椅式两种图 3 。 顺煤层顶板发育的滑动构造常使煤层不同程度 的缺失,并产生侵顶现象;顺煤层底板发育的滑动构 造常导致底板岩层楔入到煤层中;而顺煤层顶、 底板 均发育的滑动构造使煤层整体发生流变。 断面呈铲式切穿煤层的滑面,一般切过煤层顶 板并沿煤层底板发育;而断面呈椅式切穿煤层的滑面 是顺煤层滑动对早期切穿煤层断层的调节和改造。 另外,在华丰井田尚发现小型逆冲断层 [5] ,这种 构造现象可能发育于滑动构造的外缘推挤带 [12] 。 3.2 滑动构造对煤层的影响 鲁西地区煤田内发育于煤层附近的次级滑面对 煤层的影响已有较详细论述 [2 - 4 ,6 - 10] ,概括起来表现 在煤厚、 煤质和开采3个方面,但不同的次级滑动型 式表现的差异较大。 3.2.1 滑动构造对煤层厚度变化的影响 次级滑面的发育多使煤层呈带状减薄或缺失, 局部也可能造成煤层的重复增厚。断面呈铲式切穿 煤层的滑动构造对煤层厚度影响最大,常造成煤层 的迅速减薄并缺失,如肥城陶阳矿 [3] ;断面呈椅式切 11第3期 段秋梁,杨长春等鲁西地区煤田滑动构造特征 图3 次级滑面发育型式示意图 Fig.3 Sketch types of sub - sliding surfaces 穿煤层的滑动构造仅造成煤层的局部减薄,而顺煤 层顶板发育的滑动构造常造成煤层厚度逐渐减薄, 这两种型式在宁阳保安矿均有发育 [10] 。 3.2.2 滑动构造对煤质的影响 其影响主要表现在使邻近滑面的煤层发生揉皱 破碎、 色泽暗淡、 煤质变差,这种改造作用对滑面上 部的煤层影响较大,而对滑面下部影响相对较小。 在这些次级滑面型式中,顺煤层顶、 底板发育的滑动 构造,由于受到顶、 底板之间强烈的剪切作用使煤层 整体发生流变,也使煤层煤质整体变差成为构造煤, 如宁阳煤田伏山矿 [10] ;而其他型式的滑面则仅使滑 面附近煤层的煤质发生变化,如发育于肥城煤田的 陶阳矿、 保安矿内呈铲式、 椅式切穿煤层的次级滑面 型式 [3 ,10] 。 3.2.3 滑动构造对煤层开采的影响 主要表现在对煤层顶板、 底板的改造上,其中顺 煤层顶板发育的滑动构造常造成煤层顶板各地不一 或出现 “二合顶” 现象,导致冒顶事故的发生,肥城矿 区的8煤和3煤在开采过程中的多次冒顶伤人事故 就与此有关 [9] ;而顺煤层底板发育的滑动构造,往往 破坏了原有的隔水层而成为诱发底板突水的因素,如 肥城矿区陶阳矿和国庄矿的大型底板突水事故 [9] 。 4 滑动型式与时代 对于鲁西地区的煤田滑动构造,吕朋菊等 [2] 认 为是中生代以来断块翘起不整合面上的重力滑动构 造;张永双等 [8] 归因于古近纪后期地幔物质上涌所 导致强烈的侧向伸展和掀斜作用;而多层次滑脱构 造作用可能构成了这种滑动构造的主要深部诱导因 素 [4] 。近期的研究表明,鲁西火山活动的高潮期应 主要变化于114. 8 0. 6 ～118. 20. 6 Ma的早 白垩世 [13] 。泰山自古近纪和新近纪以来经历了3 次强烈的上升阶段和相对稳定阶段的交替 [14] ,说明 自晚中生代以来鲁西地区一直处于强烈的构造活动 阶段;而块体呈多米诺骨牌式的排列特征 [15] ,以及 泰山是年轻断块山 [14] 又说明这种构造运动以掀斜 断块活动为主,泰山周围下古生界与泰山群不整合 面上的滑动构造形成于燕山晚期之后 [16] ,也是这一 构造运动的结果。 滑动构造形成的条件是存在位势差和重力不 稳,地层中相对较软弱的构造界面和软弱岩层是滑 动面发育的有利层位 [12] ,石炭 二叠系含煤地层底 部与奥陶系之间的平行不整合面,及含煤地层内部 的煤层就构成了滑动构造发育的主要和次级滑动 面,白垩纪以来持续的断块掀斜和隆升作用就成为 滑动发生的动力来源,其中白垩纪以断块掀斜作用 为主,而新生代以差异隆升作用为主。总之,鲁西煤 田内部滑动构造的形成是受控于白垩纪 新生代以 来的断块掀斜 隆升作用。 参考文献 [1] 金振奎,刘泽容,石占中.鲁西地区断裂构造类型及其形成机 制[J ].石油大学学报, 1999 , 235 1 - 5. [2] 吕朋菊,魏久传,张明利.肥城煤田滑动构造的发现及其意义 [J ].山东矿业学院学报, 1992 , 112 120 - 126. [3] 施龙青,高延法,尹增德,等.肥城煤田滑动构造在矿井水害中 的作用[J ].中国矿业大学学报, 1998 , 274 356 - 360. [4] 李海玉,周东玲.新汶矿区多层次滑脱构造[J ].煤田地质与 勘探, 1998 , 264 1 - 5. [5] 魏久传,朱 鲁,李敬发.华丰井田地质构造特征[J ].山东矿 业学院学报, 1994 , 132 114 - 118. [6] 胡绍祥,施龙青,杨增夫,等.新汶煤田汶南井田滑动构造发 育规律[J ].煤田地质与勘探, 2003 , 312 16 - 19. [7] 刘国林.山东新汶煤田协庄井田地质构造特征及其对煤矿安 全生产影响的研究[D].泰安山东矿业学院. 1993. [8] 张永双,吕朋菊,王克有.宁阳煤田地质构造的基本特征[J ]. 山东矿业学院学报. 1995 ,151 55 - 60. [9] 吕朋菊,张永双,张明利,等.鲁西煤田多级滑动构造系[J ]. 地质论评, 1995 , 416 503 - 508. [10] 张永双,吕朋菊,张明利.鲁西煤田滑动构造与矿井灾害 [J ].中国煤田地质, 1995 , 72 11 - 17. [11] 李万程.重力滑动构造的成因类型[J ].煤田地质与勘探, 1995 , 231 19 - 24. [12] 马杏垣,索书田,游振东,等.嵩山构造变形 重力构造、 构造解析[M].北京地质出版社. 1981. 1 - 237. [13] 邱检生,徐夕生,罗清华.鲁西富钾火山岩和煌斑岩的40Ar - 39Ar定年及源区示踪[J ].科学通报, 2001 , 4618 1500 - 1508. [14] 张明利,金之钧,吕朋菊,等.新生代构造运动与泰山形成 [J ].地质力学学报, 2000 , 62 23 - 29. [15] 李万程.煤田构造样式分析步骤 兼论鲁西区构造样式 [J ].中国煤田地质, 1998 , 103 4 - 9. [16] 吕朋菊,张明利,朱兴珊.泰山周围下古生界与泰山群不整 合面上滑动构造的发现[J ].地质论评, 1990 , 365 473 - 478. 21煤田地质与勘探 第34卷