缓断裂成因机制研究与煤田地质勘探工作改进

2011-03-22福建煤电股份有限公司谢俊钢

海峡科学 2011年10期

关键词：煤系岩组童子

福建煤电股份有限公司谢俊钢

福建煤电股份有限公司谢俊钢

该文通过研究缓倾角断裂成因机制分析，找出缓倾角断裂的分布规律以及对煤系地层赋存的影响，提出煤田地质勘探方法和勘探手段的改进，以快速评价勘探区和缩短勘探周期等。

缓断裂研究改进地质勘探

0 引言

长期以来，福建省广大煤田地质工作者在地质勘探过程中陆续发现普遍存在于童子岩组及其上下地层中的缓倾角断裂。对它的成因机制、形态特征、分布规律及其对煤系地层的赋存情况等方面进行较为广泛的探讨。本文以勘探矿区、井田的实际资料为基础，结合童子岩组沉积的古构造、古地理环境及其地质发展历程，探讨缓倾角断裂的成因、分布规律、形态特点及其对煤田地质勘探工作的影响。

1 童子岩组沉积的古构造、古地理概貌

童子岩组是在上古生代海退序列中沉积的含煤建造，众所周知，加里东运动使泥盆纪以前的地层发生强烈的褶皱、变质并伴有岩浆侵入，此时地壳不断上升，结束了地槽相沉积历史，形成了一系列以北东向为主、北西向为次的隆起和坳陷。这些隆起虽经风化、剥蚀、夷平；但其总貌依然如故。其后地壳逐渐下降，发生了以中、晚石炭世为标志的大海浸。童子岩组就是在此后的海退过程中，继早二叠世栖霞组、文笔山组之后沉积的近海型含煤建造。童子岩组沉积的古构造以北东向隆起与坳陷相间排列，从东往西为闽东南隆起、闽清—华安坳陷、尤溪—永福隆起、南平—龙岩坳陷、顺昌—上杭隆起、将乐—武平坳陷及武夷隆起。

除北东向主要隆起和坳陷外，尚有北西向次级隆起及少数近南北向的隆起。由于这些隆起与坳陷的存在，使童子岩组沉积环境呈现较为复杂的古地貌形态。即沿北东向坳陷的基底虽起伏，坳陷的平面形态呈蛇弯曲状，上述隆起随着海退作用的加强，进一步上升和成煤期后历次构造运动的作用，使童子岩组的构造变形呈现复杂的图案，为缓倾角断裂的形成具备了条件。

2 缓倾角断裂的形态特征和分布规律

2.1 缓倾角断裂沿走向、倾向均呈波状起伏，其起伏幅度和密度与沉积地层的岩性厚度、作用应力大小，周围地质体的物理力学性质等有关。一般靠近地表附近的倾角比深部大些。

2.2 缓倾角断裂的空间形态为同步褶曲型，无论在大区域上还是在矿区或井田内，都是如此。如翠屏山矿区构造多呈现北北东向的倒转褶曲形态，F0缓断层呈波状凹形分布于煤系地层中，与褶曲形态基本一致，断层面总体倾向亦为北东向。

2.3 缓倾角断裂面的形态虽然呈波状起伏和同步褶曲型，但其总体走向与倾向仍是明显的。其走向一般与隆起走向一致。倾角指向煤系地层一侧。如坑柄井田北侧为万安隆起，其走向为北西—南东，而缓断裂走向亦为北西—南东，倾向南西。

2.4 缓倾角断裂多数情况下并非一条，而是成组出现，按其剖面上组合、排列方式，可分为单断双层式、双断三层式、众断四层式等。

2.4.1单断双层式

它指的是剖面上只有一条，缓断裂，把煤系或其上下地层分割开，呈上下双层结构形式。若为断失煤系上覆地层的缓断裂，称脱顶缓断裂；若断失煤系下伏地层者，称脱底缓断裂。也有为断失煤系地层中部的童子岩组二段地层。单断双层式的缓断裂一般对煤系地层破坏程度较小，极少造成丧失工业开采价值的情况产生。

2.4.2双断三层式

它指的是在剖面上煤系及其上下、地层中二条缓断裂切割，呈三层形式结构。断裂切割位置和排列方式有下列四种情况：（1）同时存在脱顶和脱底两条缓断裂；（2）同时存在脱底和煤系内部两条缓断裂；（3）同时存在脱顶和煤系内部两条缓断裂；（4）煤系内部同时存在两条缓断裂。

从已有资料看，第二种情况（即脱底与煤系内部同时存在缓断裂）时，对煤系构造形态的复杂化影响极大，造成这种现象的原因是由于煤系下伏地层为刚性灰岩，而夹于两缓断裂之间的煤系地层则由塑性的泥岩、粉砂岩、煤层及部分砂岩组成。在滑动过程中产生较为强烈的塑性流动，形成各种形态的褶皱如倒转、平卧等，煤层厚度也作重新分配，形成串珠、透镜状等形态。属于这种类型的如龙岩翠屏山矿区，属以褶皱为主的复杂构造类型。

2.4.3众断四层式

它指的是在剖面上出现三条以及三条以上的缓断裂，使煤系及其上下地层呈四层形式或更多层式的结构。

2.5 缓倾角断裂的堑陷和垒鼓构造，缓断裂在形成过程中可与其上盘的两条反倾向逆断层联合形成局部的堑陷和垒鼓构造。

2.6 根据大量的地质勘探资料证明，缓倾角断裂分布发育地区和古隆起、区域性背斜以及后期的岩浆侵入上拱作用有着密切关系；缓断裂多分布于隆起、背斜或岩体的边侧，与隆起、背斜的走向大致相同，如坑柄井田F0、田螺形井田F1缓断裂等。

福建省地质构造情况复杂，缓断裂的成因机制可能多种多样，但最为主要、最为普遍、对煤系地层影响最大的应为成煤期后的地质构造运动所造成的以重力滑动为主要表现形式的类型。其次以水平侧向挤压产生的缓断裂，造成煤系地层的重复并伴有一系列线性褶皱，褶皱轴面向同一方向倾斜。

3 改进煤田地质勘探工作

随着煤田地质勘探综合研究工作的加强和对深部钻探控制能力的提高，给研究缓断裂的成因、分布规律和对勘探工作影响提供了有利的条件。研究缓断裂的目的是寻找其规律性并用于指导普查找煤工作，改进勘探方法、运用新技术，做到加快勘探速度、缩短勘探周期，更多更快地提交可供建井的优质地质报告。由于缓断裂的广泛存在，给煤田地质勘探工作带来极大的影响。

3.1 对煤系地层造成重复，增加储量这是好的一方面，但有的造成钻孔的深度的增加，影响钻探效率和质量，延长了勘探周期。如龙岩翠屏山井田。

3.2 造成煤系地层的缺失，其中之一是脱顶缓断裂使煤系地层相对抬升变浅给勘探和开采带来方便，其二在有脱底的缓断裂存在组成双断三层式结构的煤系地层中其构造变形强烈、复杂、煤层塑性流动大大增加，形成如串珠状、透镜体状之形态。由于煤厚的重新再分配，造成厚度在短距离内急剧变化，钻探控煤往往落空，影响储量技术的真实性。此种情况若以落空钻孔与见煤钻孔之中点为零点，用内插法和见煤孔求得最低可采边界，进行储量计算，势必造成储量偏小，不符客观事实。若浅部以硐探控制煤厚变化规律，计算出可采含煤率参与储量计算，其结果比较接近客观实际情况。这样一来，一方面可以节省投资，提高对煤厚变化因素、小构造特点的研究程度，尤其是浅部第一开采水平的研究程度、保证设计、建井工作的顺利进行，使投产后尽快达到设计能力等。

3.3 由于缓断裂存在，造成缺层机制使主要可采煤层断失，原先认为大面积有远景价值可利用的煤矿区其中部分丧失工业价值，如永定富岭矿区等。为了加快勘探速度，缩短勘探周期，避免人力、物力、财力的浪费，在勘探方法的战术上应加以注意和改进。在找煤阶段一定要坚持由稀到密，由浅入深、先地表后深部的勘探施工原则。要比较系统地建立正常的地层层序，从而对构造的判断分析做到依据充分，易于验证。找煤阶段的成败关键在于深部有无缓断裂存在，可采煤层赋存的空间及其大致分布范围。只有对上述两点作出较为肯定的结论后，确认该区有进一步工作的价值，才能谈得上达到规范提出的对找煤地质工作的要求。

3.4 在施工主干剖面线过程中，一定要坚持孔孔做测井工作，其结果可以验证缓断裂存在的部位，以及了解深部地层产状变化情况，从而达到控制构造形态目的，给正确确定矿区勘探类型、提供充分、可靠的地质依据。