潘北矿F1断层组性质与含、导水性分析

2012-09-09苏明金贾少平

采矿与岩层控制工程学报 2012年5期

关键词：矿业集团淮南基岩

苏明金，李源，贾少平

(淮南矿业集团地质勘探工程处，安徽淮南232052)

地质与勘测

潘北矿F1断层组性质与含、导水性分析

苏明金，李源，贾少平

(淮南矿业集团地质勘探工程处，安徽淮南232052)

Analysis of F1 Faults Properties and Water Aquosity and Conductivity in Panbei Colliery

通过对潘北矿F1断层组形态、形成时期以及形成机制的剖析，揭示F1断层组的构造演化过程，并通过多孔抽水试验等手段分析断层组含、导水性，为合理提高断层防水煤岩柱开采上限提供科学依据。

F1断层组性质;F1断层组含、导水性;开采上限

潘北煤矿F1断层为南边界断层，为尽可能减小断层压煤，提高回采上限，在东2采区F1断层附近布置12个钻孔，目的为进一步控制F1断层延展方向与发育深度，以及通过水文地质勘探获得断层含、导水性资料。

1 F1断层组形态分析

据三维地震资料，F1断层平面上近似平行潘集背斜，走向NW－SEE，倾向SW－S。目前探明断层东起潘一与潘二矿区边界，西至潘三矿西部，走向延展大于15km，切割所有煤层，在潘三矿Ⅹ－Ⅺ5孔见断层穿过奥灰，是一条规模较大的具正断层性质的断裂。

本次钻孔布置在六－八线间，其中七－八线间7个钻孔很好地控制F1断层，见图1。

图1 钻孔布置平面与断层控制

F1断层性质见表1，由表1可知:F1断层落差在200m左右，以现在基岩面下探明切割深度与断层落差之和，判定断层形成时切割深度不小于600m;F1断层被后期发育的F1－6断层沿断层走向截切，形成如图1所示构造组合，并与F1次级断层一起构成F1断层组，其中F1－3，F1－4根据三维地震资料获得。

本次研究以F1和F1－6断层组合为主，并简称为F1断层组(下文同理)。

表1 F1断层性质

如图2～图4，重新固结形成断层角砾岩岩芯显示被F1－6断层截切下段岩芯固结前十分破碎，部分岩芯段轻微变质;其中，E2－1，E2－3钻孔揭穿断层角砾岩与破碎带厚度在200m以上，可知断层带宽度较大，且断层倾角近直立，结合断层规模分析认为F1断层除具备正断层性质同时可能具备走滑性质，限于勘探程度，这有待进一步论证。

图2 E2－6孔煤系地层砂岩破碎带

图3 E2－6孔煤系地层泥岩破碎带

图4 E2－6孔C39灰底板微变质岩

2 断层形成时期分析

F1断层在六－七线、十三东线附近，分别截切了F66，F9逆断层。潘北精查报告分析判定F66，F9逆断层与陈桥－潘集背斜于印支运动形成;同时，F1断层在十三线切割侵入的岩浆岩，岩浆岩经地质矿产部宜昌研究所测定绝对年龄属燕山期，表明F1断层形成不早于燕山运动［1］。

潘北矿井基岩上部除古潜山外直接被底砾层覆盖，整个潘谢矿区可对比，根据在潘一、三矿井采集孢粉微体植物鉴定分析确定该层属于早中新世沉积物［2］。由图5和图6可知，底砾层沉积厚度分布基本上受控于基岩面起伏变化，从SE向NW随着基岩面逐渐降低，底砾沉积厚度逐渐增加。假如F1－6断层形成晚于中新世，则F1断层上、下盘底砾层沉积厚度应存在显著差异或F1－6断层上盘基岩面标高明显高于F1下盘 (差值应与F1－6上盘抬升高度相当)，这均与底砾层等厚线和基岩面等高线分布规律不符，可知F1断层组形成早于该期。中新世后期构造运动对本区影响表现不明显，这也为从事淮南煤田构造研究的学者所认同［3－4］。

图5 基岩面等高线

图6 底砾层等厚

综上所述，F1断层组形成、定型于燕山与四川2期构造运动。

3 F1断层组形成机制分析

由上述断层形成期分析可知，在控制区内，F1断层组在2期力学性质不同应力场下发育的。

(1)燕山期伊邪那岐板块由东往西俯冲、挤压，依据板内变形资料，中国东部此期构造的最大主应力方向以NW－NWW为主，构造应力强度中等，平均应力差为99.4MPa，最大应力差达161.8 MPa［5－6］。在强大挤压作用下，近SN向产生纵向拉伸，近EW向可能产生走滑，为F1断层发育提供动力条件。从断层形成时期、力学性质与规模来看，F1断层只能发育于此次构造运动。

(2)四川期冈瓦纳板块继续分裂向北漂移与欧亚板块相对南移作用下，中国东部地区主要受SW-NE向最大主压应力，平均应力差为107.4MPa，最大应力差达183.5MPa［5－6］。为了吸收、释放强大的压应力，SW-NE向产生压缩、断裂，在地下水作用下，岩块具备沿着50～80m宽的破碎带构造软弱面向上逆冲并形成高角度逆断层条件。综合断层形成时期、力学性质以及与F1断层切割关系，F1－6断层应发育于此次构造运动。

综上分析，F1断层组是经先正后逆2期构造运动叠加形成现在构造样式。

4 F1断层组含、导水性分析

首先，F1断层组由前期的正断层经后期挤压、反转等作用多期改造而成，早期发育的张裂隙在后期挤压作用，逐渐闭合;断层带位于煤系地层，母岩以泥岩为主，断层作用碎裂后重新固结的断层角砾岩也以泥质胶结为主，其间夹杂的碎裂砂岩、灰岩裂隙大部分被泥屑充填，钻探揭露断层破碎带时未发生漏水、涌水现象。此类机制下形成的断层组加之断层带断层岩性质可以推断该断层组应具备阻水性能［7］。

其次，通过多孔抽水试验结果(如表2):E2－3，E2－6与E2－7三孔对F1断层带进行抽水试验，相应单位涌水量均远小于0.1 L/(s·m)，判断断层带富水性极弱;在水位差31.61～94.35m压力之下，从观测孔水位波动幅度可知断层带与下含、C3－Ⅰ灰以及断层带之间不存在水力联系，结合抽水孔与观察孔位置关系 (见图1)可以认为断层导水性极差，具有相对隔水性能。

最后，为进一步验证断层具备阻水性能，本次勘探采用拟流场测漏技术探测2个钻孔间不同层位之间水力联系［8－9］。测漏工作是在断层两盘钻孔间完成的，测漏结果见表3。由表3可知:断层带与下盘下含、C3－Ⅰ灰之间水力联系不明显，位于断层带两侧的上盘下含与下盘C3－Ⅰ灰、上盘煤系地层与下盘下含水力联系同样不明显［10］。因此，F1断层组不含水并具备相对隔水性能。