任楼煤矿地质构造特征及其演化分析

童世杰

（安徽恒源煤电股份有限公司任楼煤矿， 安徽濉溪235123）

矿井地质构造是影响煤矿安全生产的主要因素，它主要包括褶皱构造和断层构造［1］。矿井地质构造不仅控制了矿井和采区的划分，同时也影响开拓部署、采区设计、煤层开采方式的选择及其设备的选型等［2］，因此，查明矿井地质构造，为优化采区设计与工作面的选择和施工提供准确、可靠的地质信息，做出正确的决策，以避免严重的地质风险事故的发生，从而达到安全有效的目的，并产生巨大的决策效益和经济效益［3］。

1 矿井概况

任楼煤矿位于淮北煤田童亭背斜东南翼如图1所示，F3断层以北地区为向东倾斜的单斜构造，F3断层以西地区走向转为北西西，其中50勘探线～4勘探线一段为童庄向斜北翼的东延部分，表现为不完整的向斜形态，1勘探线以西则为一个大致向东开口的童庄向斜。F23断层外侧，48勘探线深部，有一个北北西的王大庄背斜。F23断层内侧，显示一个向斜构造，为童亭背斜与王大庄背斜之间的鞍部构造。

图1 任楼矿井构造纲要图

2 地质构造发育特征

2.1 褶曲构造

任楼煤矿的褶皱构造主要有三个，分别为童庄向斜、48勘探线深部鞍状构造、王大庄背斜。童庄向斜两翼地层倾角8°～15°，较平缓。两翼被断层所切，同时北翼还发育一组北西～北西西逆冲断层及张扭性断层；鞍状构造位于童亭背斜与王大庄背斜之间，东西两侧向下倾斜，地层倾角为8°～15°，地层较平缓，而南北两端地层则向上翘起；王大庄背斜轴部隆起的幅度不大，由于老第三纪在该处相对上升，遭到剥蚀，上部煤系保留很少，该背斜西北侧发育有一个张扭性断层，背斜东北侧发育有一个压扭性断层，二者断距均为0～25m。

2.2 断层构造

2.2.1 断层发育特征

根据三维地震勘探资料、补充勘探资料和现场揭露资料，任楼煤矿共发现的大中型断层有34条，其中主要断层有F2、F3、F5、F7、F11、F14、F2－1、F7－1、DF5－2、界沟断层等。根据矿井内由钻孔与三维地震勘探控制的断层发育特点以及通过对断层参数的统计分析得出以下特征。

通过对整个矿井的断层研究发现，断层较发育，落差H≥5m的断层共34条，其中断层落差大于100m的断层4条，占整个矿井断层总数的11.76%；30m＜H≤100m的断层7条，占整个矿井断层总数的20.59%；H≤30m的断层23条，占整个矿井断层总数的67.65%。从整个矿井来看，断层落差主要以H≤30m的断层为主。

通过对整个矿井的断层研究发现，查明的34个大中型断层中只有F21、F5－1、F22、F5－2、FD50、F5、DF5－2等7个断层为逆断层，占整个矿井断层总数的20.59%，而正断层为27个，占整个矿井断层总数的79.41%，这说明本矿井正断层较发育。

任楼煤矿断层倾角变化范围较大，在已查明的34条大中型断层中，最小倾角为35°，最大倾角为90°，平均倾角为59°，其中倾角在45°～75°的断层发育最多，断层倾角总体较大。

根据矿井目前查明的断层产状资料，做出了断层走向玫瑰花图，如图2所示。从图2可以看出，断层的走向具有明显的方向性，构造发育主要以NE、NEE和NNW为主，优势走向方位主要为40°～50°之间和330°～340°之间；正断层以NE和NWW为主，其次为NEE，如图3所示；逆断层以NW为主，其次为NWW，如图4所示。

图2 断层走向玫瑰花图

图3 正断层走向玫瑰花图

图4 逆断层走向玫瑰花图

2.2.2 断层的组合类型

经过对任楼煤矿断层构造展布分析，得出断层组合类型主要包括阶梯状构造、地堑和地垒构造等，具体特征分述如下：

阶梯状构造，在中六轨道大巷剖面上揭露了一系列正断层，断层的产状基本一致，并且同一方向依次错落，形成阶梯状构造，断层F2、F2－1等为阶梯状组合，如图5所示。

图5 中六轨道大巷剖面阶梯状断层

地堑和地垒构造，在中六轨道大巷剖面上所揭露的断层在同一剖面上构成地堑构造，如图6所示，这种构造样式，断层常常造成顺煤层巷道的煤层突然消失，而在中六运输大巷剖面所揭露的断层，如断层DF1、DF2等则构成地垒构造，如图7所示。

图6 中六运输大巷剖面地堑构造

图7 中六运输大巷剖面地垒构造

3 构造演化分析

对任楼矿井主要构造特征分析，结合区域构造演化史，认为在石炭二叠系煤系地层沉积之后，该区经历了三期构造运动，分别为第一期构造（印支期）、第二期构造（燕山一期）、第三期构造（燕山二期）。

3.1 第一期构造（印支期）

在印支期，特提斯洋向NE方向俯冲到西昆仑、柴达木和中缅马苏等地块之下，华夏板块与扬子板块发生碰撞、合并，形成了一系列的碰撞带。扬子板块及其以南的各地块才以较快的速度向北运移与中朝板块发生碰撞，形成秦岭—大别—胶南碰撞带，使中国大陆与西伯利亚板块结合形成为欧亚大陆板块的东南部分，中国大陆逐渐从晚古生代陆表海沉积环境，转变成为陆相河湖沉积环境。秦岭—大别—胶南带在碰撞作用下，形成以NWW向为主的山脉。

在构造应力场的作用下，主压应力（σ1）轴向近南北（179°～359°），拉伸应力（σ3）方向近东西，如图7所示，形成近东西向褶皱。该期构造应力场奠定了任楼矿井主要断裂构造行迹，矿井内近东西向的逆断层（F8、F5、F5－1、F17等）及童庄向斜已基本成型，NE

向压剪性断裂F11、F2l、F13、DF47、DF48等及NW～NWW向的张剪性断层F16，其中NE向压剪性断裂面连续性较好，NW～NWW向断裂面连续性较差。因该时期本区地形为南高北低，受地层重力的影响，主应力轴（σ2）为北倾，导致共轭剪切面具有如下特征，NE走向剪裂面表现为NW倾向，如F11、F2l、F13、DF47、DF48等断层；而NW走向剪切面为NE倾向，如F16断层。

3.2 第二期构造（燕山一期）

进入侏罗纪以来，虽然东昆仑、羌塘地块已经越过北半球赤道，特提斯洋离散块冈瓦纳古陆逐渐北移，但是作用最强的伊佐奈歧板块正以板块运动的最大速度朝NW方向迁移并俯冲到亚洲板块东部之下。此时，在南半球太平洋板块以弱SW方向俯冲，中国大陆及邻区总体上表现为向NW的挤压和缩短作用。在燕山一期间，逆时针方向转动迹象是中国东部构造线方向具有明显的一个的特点［4］。在这种板块运动过程中，岩石圈内形成一系列滑脱面。在板块的滑移过程中，由于存在着界面不平整与应力分布不均匀性，可能会造成局部地段的减压作用，进而诱发不同深度的岩石出现部分熔融或全部熔融，造成较强烈的岩浆运动。

根据区域应力场特征，任楼煤矿72煤层镜质组有限元计算分析结果，本区主压应力（σ1）轴向近南北（140°～320°），拉伸应力（σ3）为轴方向（50°～230°），如图8所示，在应力场的作用下，褶皱成山，形成了童亭背斜。受主压应力（σ1）作用，NE向断裂发生显著的右行走滑，如F11、F2l、FD48等断层；先存的NWW向断层则发生大幅度的左行走滑，如F7断层。这种断层走滑的结果导致断层附近出现局部剪切应力集中，并使断层附近出现与此有关的次生断裂面。通过逆时针方向旋转力的作用下，该区NE向断裂，往往表现为“S”弧形展布特征。

3.3 第三期构造（燕山二期）

在燕山二期，东部构造线方向呈现逆时针旋转的迹象比较明显。力源与来自伊佐奈歧板块朝北西方向运移与徐淮弧形构造的放射状推覆力有关，因此该期应力的方向常随地理位置的不同而变化。主压应力（σ1）为NNW域近南北向。据区域应力场及小断层玫瑰花图分析推测晚期NEE向应力场，第三期构造在本区主压应力（σ1）轴主压应力来自75°方向。

图8 任楼矿井边界构造应力场状态分析图

构造作用主要表现为方向和力学性质的改造或转换，如F16由拉张转变为压剪或压性结构面，拉压力势必在该断层两侧一定范围内形成裂隙，裂隙网络发育，促使地下径流改向，为地下水和地热形成通道提供条件。FD50逆断层则是晚期形成的压性结构面，NE、NEE向先压剪后转换层张性断层（F2、F11、D F 48、DF48等）及NWW向现挤压后张剪断层的F7等。

4 结论

任楼矿井褶皱构造不发育，但断裂构造较发育，在大中型断层中主要以正断层为主，占断层总数的67.65%，断层倾角较大，一般为35°～90°，平均倾角为59°，其中倾角在45°～75°的断层发育最多。

通过对目前已经查明的断层资料、断层走向玫瑰花图分析可知，断层的走向具有明显的方向性，构造发育主要以NE、NEE和NNW为主，优势走向方位主要为40°～50°之间和330°～340°之间；逆断层以NW为主，其次为NWW；正断层以NE和NWW为主，其次为NEE。

断层形成的应力活动具有多期性，断层的改造至少经历过两期或以上的大型构造运动的改造作用，并且相邻两期构造应力场为大角度叠加，结果造成大多数构造结构面力学性质发生转化或具有二重性。

在印支期构造应力场的作用下，主压应力轴向近南北，拉伸应力方向近东西，形成近东西向褶皱，并伴生轴向逆冲断层及NNE向剪切断层。在燕山一期构造应力场的作用下，本区主压应力轴向近南北，拉伸应力轴方向为。受主压应力作用，北东向的断裂，发生显著的右行走滑。燕山二期构造作用主要表现为对前期形成的构造形迹展布方向和力学性质的改造或转换。

［1］ 姚能旺，朱炎铭，钟和清，等.担水沟矿井地质构造特征及其演化［J］.煤炭工程，2012，（7）：93－96.

［2］ 黄长根.浅谈矿井地质构造研究现状［J］.科技信息，2012，（5）：527－528.

［3］ 王怀勤，朱炎铭，罗跃.张双楼矿区构造特征及其演化［J］.黑龙江科技学院学报，2006，（6）：432－434.

［4］ 马莹生，崔盛芹，曾庆历，等.华北东部地区中生代盆地格局及演化过程探讨［J］.大地构造与成矿学，2007，（4）：385－395.