许厂煤矿地质构造特征及其演化

2017-03-19邵小朋徐旭东南莹浩

华北科技学院学报 2017年6期

邵小朋，徐旭东，南莹浩

(华北科技学院安全工程学院，北京东燕郊 065201)

0 引言

矿井地质构造是影响煤矿安全生产的首要地质因素。主要包括断层、褶皱、陷落柱等[1]。矿井地质构造一方面控制着煤层的埋深、厚度及其赋存状态；另一方面还影响着井田划分、开拓方式选择、采区工作面布置及矿井开采安全等[2]。随着煤矿机械化生产程度的提高，对矿井地质构造控制的要求也越来越高。

许厂煤矿1998年下半年建成投产，井田的东西宽约6 km，南北长约10 km，井田面积约为56.3 km2。许厂煤矿隶属于山东省济宁煤田的东北部分，赋煤区划分为鲁西南区，为全隐蔽式煤田，含煤岩系为石炭-二叠纪。

1 区域构造特征

许厂煤矿位于济宁煤田的东北部，区域大地构造位置属华北陆块、鲁西隆起、鲁西南潜隆起区、菏泽～兖州潜断隆、济宁凹陷(潜)。

济宁煤田东起孙氏店断层，西至嘉祥断层，北起含煤地层露头或二十里铺断层，南至凫山断层，南北长约30 km，东西宽16～22 km。

济宁煤田北部和南部分别为近东西向地堑构造，北部为汶泗断层与郓城断层所控制的汶上～宁阳地堑构造，南部为菏泽断层、凫山断层与单县断层所控制的成武～鱼台地堑构造，如图1。地堑构造均呈东西向延展，横贯济宁煤田北侧和南侧。煤田东部为磁阳背斜、兖州向斜、滕县背斜构成的北东向褶曲；西部为北北东向的巨野向斜。

图1 济宁煤田区域构造示意图

2 井田构造特征

2.1 褶皱

许厂煤矿内褶皱发育主要划分为两组，其中一组发育为北东向褶皱构造[3-4]。另一组为北西向褶皱构造，褶皱中主要以北东方向一组褶皱为主要褶曲，这组褶皱伸展距离较长，使它成为区内主要褶曲构造，北东向褶皱控制着矿区的构造发育及其形态特征。矿井的西部、北部主要发育北西向褶皱构造，构造属次一级褶曲。北西向褶曲延展距离较短，使得其对矿井的构造发育影响不大，但是在两组褶曲交际的正向迭加处便形成高于周围的轴垒现象，在负向迭加区域出现较深的轴陷的现象，位于次一级两组褶皱的正向与负向迭加交织处地段的地层产状出现剧烈变化现象。

2.2 断层

许厂井田勘探和生产期间共查出断层837条，绝大数以正断层为主占98.57%，区内以中小型断层发育为主[5-6]。具体情况见表1断层规模统计表。

表1 断层规模统计表

井田范围内断裂构造发育，按不同的发育规模分为落差20 m以上的断层35条，全为正断层；落差在10～20 m的断层39条且全为正断层；落差小于10 m的断层763条，绝大多数为正断层占98.42%。为了找出断层走向的发育规律，采用地质统计法，分别绘制落差H≧10 m、H<10 m的断层走向玫瑰花图，如图2、3所示，从图中可以看出，断层主要发育方向以北东向、近南北向和北西向为主；矿井内断层不论在方向上还是在形成时间、形成次序上均与区域断裂一致，具有区域断裂的特点，燕山运动第一幕在区内产生了北东向断层组，主要分布于矿井北部及东北部，燕山运动第二幕产生了北东向的西倾正断层，燕山运动第三幕使上述断层复活，并受到改造，使近南北向的大断层在局部块断内向北西方向偏转，形成S形扭曲，在扭曲部位派生出北西向的次一级断层，与主断层多呈“×”形相交或切割前期断层。

图2 许厂煤矿H≧10 m断层走向玫瑰花图

图3 许厂煤矿H<10 m断层走向玫瑰花图

3 矿井构造演化

华北板块经历了多个时期不同阶段的构造演化，对聚煤盆地产生不同程度的改造作用，许厂煤矿的构造演化与华北板块在三个不同板块之间的夹持有关系，随着板块运动，兴蒙洋逐渐消亡，太平洋板块和华北板块相接但并不稳定没有固接。在西伯利亚与华北板块交界处，形成固定板块；因为印度板块不断的活动，边界处活动剧烈，产生造山运动，同时在两个活动边界的挤压运动下，西伯利亚板块、太平洋板块和华北板块应力强度发生改变，破坏了原有应力状态，应力场发生转换。随着不断的大陆漂移运动，来自太平洋板块的应力逐渐加强，逐渐占据主应力位置，华北板块就长期处于北东-南西向挤压应力的状态下。因为主应力改变，应力场也随之发生变化，使大陆地壳发生了多次变形，构造形式也发生多种不同的组合形态，此时两边板块产生的应力，在平行板块接触处产生了剪切作用。此时华北板块陆壳内部产生多条剪切性质的主干断裂，主要方向为东西向、北北东、北东等。

3.1 印支期区域演化

因为扬子板块与华北板块挤压碰撞导致大别山隆起，产生南北向的挤压应力场[7-8]。在板块运动下，矿井中发育了规模较大的东西向褶皱构造单元，北东向褶曲主要有兖州向斜、磁阳背斜和滕县背斜及西部区域北北东向的巨野向斜。印支期形成了褶皱雏形，板块进一步运动，华北板块南北边界挤压应力逐渐减弱同时太平洋板块东部俯冲应力逐渐加强，来自东西向的挤压应力逐渐加强，发育出不同层次的逆冲构造。复式背斜、向斜的轴向基本都为北东向。如济宁背斜及小屯向斜东部，由于南东向的压力逐渐增大，南北向的挤压力逐渐减小从而形成褶皱。早期形成的NWW断裂构造则发生明显的左行走滑现象，如小屯支断层，孙氏店支2断层等；印支早期发育的NE向断裂构造则出现明显的右行走滑现象，如孙氏店支2-2断层等；如图4所示。

3.2 燕山早期

燕山早期，板块运动加剧以及应力作用，晚期的地质构造运动使块体内部形成NW向正断层发育较好且分布在整个矿区。同时这个时期形成的NW向断层大部分为中小型断层，整个矿区断裂构造组合形式结合华北区域构造演化背景可以发现有些断层是燕山早期形成的，如黄桥断层，陈厂断层，DF98，DF30等；如图5所示。

3.3 燕山晚期

燕山晚期，因为秦岭构造带与郯庐大断裂发生剧烈左旋滑动，两者共同作用导致许厂矿区北部边界八里铺断层的发育，F21、F19的断裂活动产生了剧烈的左旋向剪切运动，许厂煤矿东北方向的济宁背斜、A1-3向斜都受到左旋剪切应力影响。压剪应力进一步加强，致使矿区发育了一些北东，南西和北西西向的正断层，由于挤压剪切应力进一步作用，导致许厂济宁背斜轴部向北北西向发育，同时北西西向褶曲进一步发育出卢营北向斜等。