湖南涟邵煤田控煤构造样式研究

2014-05-10李焕同王林杰曹代勇

河北工程大学学报(自然科学版) 2014年1期

李焕同，王林杰，曹代勇

(中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京，100083)

湖南地区处于扬子地块与华夏地块交接部位，分别受特提斯构造域和太平洋构造域多期次运动的影响，经历了自晋宁运动以来的多期强烈构造运动塑造了多期次的构造叠加、干扰、改造的复杂构造格局。研究区位于华南褶皱系中长邵断坳的中部和西部，区域构造格局和构造演化历史复杂，煤田构造样式种类繁多。因此研究该区域煤田构造格局和控煤构造样式，对深入认识湘中地区煤田构造变形、煤系赋存规律、指导煤炭资源勘查与评价有重要意义。

1 区域地质背景

研究区自元古代至早古生代，始终处于海相环境，沉积了巨厚海相复理石建造。早古生代末期，加里东运动使洋盆闭合形成加里东褶皱带，扬子地台和华南加里东褶皱带再次拼合成统一的华南古板块，水平运动挤压形成一系列封闭性的褶皱及其相关的断裂，构造线主体呈东西向和北东向。晚古生代至中三叠纪时，华南古板块内部裂解，形成一系列呈北东向的陆表海盆地，该时期形成了重要的石炭纪测水组、二叠纪龙潭组含煤岩系。晚三叠转入强烈活动阶段，运动以水平挤压为主，受基底地层构造控制，形成宽展型到紧闭型的、有方向、系统的褶皱和断层。中新生代大地构造演化受到古亚洲大陆与库拉-太平洋板块之间的相互作用及古陆壳板块拼贴持续作用的联合控制，地壳运动激化，构造变形复杂，挤压和拉伸多次交替。

研究区内赋存有下石炭统测水组、上二叠统龙潭组、上三叠统及下侏罗统等四个煤系。主要含煤地层为下石炭统测水组及上二叠统龙潭组，含煤性好，煤层较稳定，储量丰富，是湖南省最重要的两个含煤地层，其次为下侏罗统唐垅组及心田门组。北部的白马山—龙山串珠状隆起将涟邵煤田分为北段的涟源凹陷和南部的邵阳凹陷，大致以北纬27°40′为界把本区龙潭组含煤地层分南型和北型两个亚型[1-2]。

2 煤田构造特征

涟邵煤田处于雪峰隆起的东南，属于“华南褶皱系”的范围，经历中生代以来的多次构造运动，含煤岩系变形较强烈，以煤田推覆构造发育为特征。涟邵煤田主要受东西向构造和北东向构造的控制。东西向构造在本区很发育，北有安化-浏阳东西向构造带，南有阳明山-塔山东西向构造带，中部有白马山-龙山东西向构造带；北东向构造有湘中北东向构造、越城岭-牛头寨-关帝庙北东向构造和都庞岭-紫荆山-阳明山北东向构造。这些东西向构造和北东向构造不仅控制了涟邵煤田晚古生代的含煤建造及其岩相古地理，也是该煤田划分三个含煤区的边界(表1)。后经祁阳弧形构造及北北东向构造的改造，使本煤田构造更趋复杂。其褶皱和断裂都很发育，褶皱多为线型，背斜较紧密并多被规模较大的压性或压扭性断裂破坏而不完整；向斜较开阔，多不对称，一般东翼平缓，西翼较陡或倒转，呈隔挡式组合，煤系主要赋存于向斜内。

2.1褶皱构造

涟邵煤田褶皱构造发育，在西北部断裂密集带之间，发育着一系列枢纽略微向北西凸出呈弧形弯曲的紧闭褶皱，这些褶皱大多保存不完整，一般具有南东翼陡、北西翼缓、轴面倾向南东的特点。

在祁阳弧形构造北翼，自西而东分布了一系列宽缓的短轴向斜，这些向斜一般是东南翼平缓开阔，构造简单，煤层赋存较好；而西北翼构造复杂，倾角陡峻，有时直立倒转，煤层赋存相对较差。西部复式褶曲发育，而且褶皱比较紧闭，排列为南北向或北北东向，如芦毛江复式向斜和青峰向斜；东部向斜比较宽展开阔，自西向东排列方向逐步折转，如桥头河向斜为北东向，斗笠山、恩口向斜为北东东向，洪山殿向斜则近东西向。因此本区具有各向斜构造向冷水江—金竹山一带收敛，反之向北东方向散开的格局。在两个凹陷地区之间的龙山串珠状隆起带，由一系列北东向的短轴背斜和穹窿构造组成，由西而东呈雁行状排列。

在祁阳弧形构造的弧顶，自东向西由一系列宽展型至紧闭型的向斜构造组成，这些向斜仍然保持东翼平缓开阔、西翼陡峻、直立倒转的特征，总体形成一个向西凸出的弧形。在涟邵煤田南部的牛头寨串珠状隆起带，为一系列近南北向的紧闭褶皱。

在祁阳弧南翼则为一系列紧闭的向北西倒转褶皱。这些褶皱经历多次构造运动而形成，形成各种复杂类型的褶皱形式，常见有单斜、向背斜、复向背斜、直立褶曲、斜歪褶曲、倒转褶曲、倾伏褶曲、等斜褶曲、箱形褶皱等，在向背斜组合形成上，多形成隔档式褶皱。

2.3断裂构造

涟邵煤田内断裂构造以具有压性、压扭性的逆断层、逆冲断层为主，其次为弧形断层，另外有逆冲推覆构造、顺层滑褶构造、飞来峰、构造窗等构造。区域性主干断裂为城步-新化断裂；新邵-新宁断裂；汨罗-邵阳断裂；祁阳弧断裂。金盘仑断裂、凤冠山断裂把涟源含煤区分为梅城-新化构造带、集云-凤冠山构造带和娄底-洪山殿构造带。断裂组合形式以逆冲推覆型、褶皱断裂型为主。逆冲推覆型，逆冲推覆构造因其倾角缓、推覆距离远，使煤层发生大规模的位移和较强烈的改造，推覆构造的各构造部位对煤层具有不同的控制作用。

表1 涟邵煤田分区分带表

表2 涟邵煤田控煤构造样式一览表

3 控煤构造样式的划分

构造样式指一群构造或某种构造形态特征的总特征和风格，即同一期构造变形或同一应力作用下所产生的构造的总和，这些构造在剖面形态、平面展布、排列应力机制上相互间有着密切联系，构造样式的目的在于揭示地质构造的发育规律，建立地质构造模型[3-5]。在地质勘查资料不足的情况下，可以通过构造样式的研究去认识可能存在的构造格局和进行构造预测。

控煤构造样式是指对煤系和煤层的现今赋存状况具有控制作用的构造样式，它们是区域构造样式中的重要组成部分[6]。控煤构造样式的划分采用当前构造样式研究的主流方案-地球动力学分类，即根据地壳应力环境划分为伸展控煤样式、压缩构造样式、剪切和旋转构造样式，以及具有构造叠加和复合性质的反转构造样式四大类[7]。以野外调查、煤田地质勘探资料分析为基础，根据涟邵煤田的区域构造特征，结合区内含煤岩系和煤层现今分布与构造形态之间的关系，将涟邵煤田地区构造样式的主要类型归纳为伸展构造样式(单斜断块和掀斜断块)、压缩构造样式(逆冲叠瓦构造、冲起构造、对冲断夹块型、褶皱断裂型、飞来峰构造)和复合型负反转构造等三大类型、八大亚类(见表2)。