构造曲率对煤体结构控制作用的探讨

王盼盼

（山东省煤田地质局第三勘探队，山东 泰安 271000）

煤体结构破坏的影响因素有很多，其中构造应力强度、地质构造部位的不同会使构造面形成不同的构造曲率。一般构造应力大的区域，构造面曲率较大，构造煤比较发育[1-2]。因此可以利用构造曲率值的大小表征煤体结构的破碎程度。

1 研究区概况

1.1 区域地质背景

织纳煤田位于扬子板块川滇黔盆地黔北断拱的西南边缘，是“黔中古陆”或“黔中隆起”的核心组成部分，范围主要为织金复背斜。褶皱构造在煤田内分布广泛，织金宽缓复背斜为近EW 向断续隐伏褶皱，主要出现在下古生界。织金复背斜在贵阳－镇远断裂和纳雍－瓮安断裂之间，是织纳煤田主要组成部分。上古生界NE 向褶皱发育最广泛，同时发育NE 向、NW 向、EW 向及近SN 向褶皱。NW向、EW 向、近SN 向褶皱分别靠近垭都－紫云断裂、纳雍－瓮安断裂、遵义断裂，其发育程度明显受到三组断裂的影响[3-4]。上二叠统是织纳煤田最主要的含煤地层。晚二叠世含煤地层底部与峨眉山玄武岩或茅口灰岩呈假整合接触，顶部与三叠系飞仙关（夜郎、大冶）组整合接触，为海陆交互相含煤沉积[5-6]。

1.2 构造

比德－三塘盆地是织纳煤田的主体部分，是一个复式向斜残留盆地，主要发育NW 向和NE 向两组构造。NE 向构造包括珠藏向斜、阿弓向斜、三塘向斜、白泥箐向斜，NW 向构造包括水公河向斜、加戛背斜、比德向斜，北部毗邻毕节NE 向构造带，西缘由新寨背斜与六盘水煤田相邻，东南缘外为黔南断陷。

（1）NW 向褶皱。NW 向褶皱沿垭都－紫云断裂带分布，主要见于盆地西部边界（图1）。褶皱走向总体为320°左右，轴面倾向多为NE。本组褶皱发育于燕山运动早期，之后被NE 向断层截切或被NE 向褶皱近横跨叠加改造。

（2）NE 向褶皱。盆地内部绝大部分的褶皱走向NE。褶皱总体走向N40°左右，轴面多倾向SE。本组褶皱定型在晚侏罗世～早白垩世，即中燕山期。褶皱在之后受大角度斜跨叠加改造作用，表现为左行“S”形叠加褶皱（图1）。

图1 比德－三塘盆地构造纲要图

（3）NEE 向贵阳－镇远断层、NW 向垭都－紫云断层、NS 向遵义断层均为煤田内深大断层。贵阳－镇远断层、垭都－紫云断层均发育于古生代早期，在加里东运动期间体现为同沉积特点，并在不同构造运动阶段不断发生变化，制约织纳煤田沉积环境、沉积厚度、煤岩特性及煤质。遵义断裂形成较晚，主要受到燕山运动早期自东向西的强烈挤压逆冲作用。

1.3 煤体结构

织纳煤田内部煤层煤体结构比较完整。三塘向斜煤芯观测结果显示：龙潭组煤层结构较完整，基本为原生结构煤和碎粒煤；仅6 号煤层结构较破碎，为碎裂煤；整个钻孔中未见糜棱煤发育。

水公河向斜五轮山井田龙潭组煤层煤体结构总体较完整，上段6 号煤层厚度较大，光亮煤发育，受到构造破坏较严重，钻孔煤芯中发育摩擦镜面。6 号煤以碎粒煤为主，可见原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤、糜棱煤系列；3、5、8 号煤层以碎粒煤为主，糜棱煤少量发育。下段煤层群原生结构保存较好，少见碎裂、碎粒煤。

珠藏向斜6 号煤层一般为粉末状结构；16 号、23 号煤层为块状结构，29 号煤为块状、粉末状。在区域上，红梅井田位于向斜北部仰起端，煤体比较破碎。肥一和肥三井田原生结构煤较发育，煤体结构较为完整。

阿弓向斜6 号煤层为粉状、鳞片状，16 号、27号煤层为块状，局部夹粉状结构。区域上，南部阿弓勘查区煤体结构要复杂于北部文家坝勘查区。层域上，6 号煤破坏程度最大，16、27 号煤层次之。

比德向斜化乐勘查区2 号煤层以块状为主，局部为块状、碎块状，部分地区以粉状为主。5 号煤层以块状为主，局部为细块状、粉状。6 号煤层以粉状、细粒状为主，局部为块状。

1.4 构造曲率

从图2 可以看出：比德－三塘盆地的构造曲率绝对值介于0～11×10-4之间，阿弓向斜轴部曲率绝对值最大为11×10-4，加戛背斜次之为8×10-4，后寨背斜、岩脚向斜南部为7×10-4，地贵背斜、ZF15断层附近达到6×10-4，三塘向斜、ZF18 与ZF19 交接处略低为4×10-4，其他区域构造曲率值普遍较低，在0～4×10-4之间（图2）。

根据构造曲率等值线分布情况，将构造曲率与煤体结构之间关系分为三个等级。

（1）高曲率区：主曲率绝对值大于5×10-4。该类区域总体上分布于ZF15 断层附近、地贵背斜轴部、阿弓向斜轴部、后寨背斜轴部、加戛背斜轴部、比德向斜北部轴部、岩脚向斜南部。

（2）中等曲率区：主曲率绝对值在3×10-4～5×10-4。该类区域总体上分布于珠藏向斜轴部、三塘向斜轴部、水公河向斜轴部、比德向斜南部轴部、ZF18 断层与ZF19 断层交接处、黑塘勘查区。

（3）低曲率区：主曲率绝对值小于3×10-4。该类区域主要分布在盆地中、西部。

2 构造曲率对煤体结构的控制作用

从区域上来看，高曲率区主要分布在向斜、背斜轴部，两翼构造曲率绝对值较低。同时，在宽缓向斜附近，煤层底板构造曲率绝对值较低。

阿弓向斜轴部、比德向斜北部轴部主曲率绝对值大于5×10-4。区域上，南部阿弓勘查区构造曲率绝对值大于5×10-4，最大达到11×10-4。北部文家坝勘查区构造曲率绝对值小于4×10-4。阿弓向斜6号煤层为粉状、鳞片状，16 号、27 号煤层为块状，局部夹粉状结构。区域上，南部阿弓勘查区煤体结构要复杂于北部文家坝勘查区。总体上表现出构造曲率绝对值越大煤体结构越复杂的规律。

比德向斜化乐勘查区的构造曲率绝对值在0×10-4～1×10-4之间，2 号煤层以块状为主，局部为块状、碎块状，部分地区以粉状为主。5 号煤层以块状为主，局部为细块状、粉状。6 号煤层以粉状、细粒状为主，局部为块状。比德向斜化乐勘查区构造曲率绝对值较小煤体结构较完整。

图2 比德－三塘盆地6 号煤层底板构造曲率等值线图

珠藏向斜轴部、三塘向斜轴部、水公河向斜轴部主曲率绝对值介于3×10-4～5×10-4。

珠藏向斜6 号煤层一般为粉末状结构，厚度大，易于垮塌；16 号、23 号煤层为块状结构，29 号煤为块状、粉末状。在区域上，红梅井田位于向斜北部仰起端，构造曲率绝对值在1×10-4～2×10-4之间，煤层变形程度较高，煤体比较破碎。肥一和肥三井田构造曲率绝对值在小于1×10-4，原生结构煤较发育，煤体结构较为完整。

三塘向斜构造曲率绝对值在0×10-4～3×10-4之间，钻孔1001 煤芯观测结果显示：龙潭组7 号、14下、17 号、19 号、21 号煤层结构完整，属于原生结构煤；5 号、5下、14 号、27 号、30 号煤层结构较完整，为原生结构煤和碎粒煤；6 号煤层结构较破碎，为碎裂煤。整个钻孔中未见糜棱煤发育，总体煤体结构完整。

水公河向斜构造曲率绝对值在0×10-4～1×10-4之间，五轮山井田龙潭组煤层煤体结构总体较完整，主要为细条带～中条带状结构。但是，上段6 号煤层厚度较大，光亮煤发育，受到构造破坏较严重，钻孔煤芯中发育摩擦镜面。6 号煤以碎粒煤为主，可见原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤、糜棱煤系列；3、5、8 号煤层以碎粒煤为主，糜棱煤少量发育。下段煤层群原生结构保存较好，主要为细条带～线理状结构，少见碎裂、碎粒煤。如图3。

图3 比德－三塘盆地勘查区分布图

总体上来看，煤体结构破碎区主要分布在向斜、背斜轴部构造曲率绝对值较大的区域，两翼煤层结构较完整，如阿弓向斜轴部构造曲率绝对值达11×10-4，而两翼煤层底板构造曲率绝对值只有2×10-4。同时，在宽缓向斜附近，如三塘向斜和水公河向斜，煤体破坏程度较低，结构较完整；加戛背斜较狭窄，构造曲率绝对值达8×10-4，煤体破坏程度较高。煤层煤体结构的破碎程度除受到构造应力场、构造曲率的影响，煤层发育特征、煤岩石学特征也是影响煤体结构的重要因素。不同煤岩类型的力学性质不同，煤层结构、煤质特点影响厚煤层中构造煤的分层分布。含煤地层中煤层聚集层位综合厚度大的层位，明显发育构造煤。

3 结论

构造曲率值反映弯曲煤层中裂缝的相对发育程度，通过构造面的曲率分析可以定性描述煤体结构在区域上的分布。比德－三塘盆地构造曲率分析显示：煤体结构破碎区可能主要分布在构造应力较集中的向斜轴部、背斜轴部、深大断裂发育区及断裂纵横交错区段，而在宽缓向斜附近煤体破坏程度较低，结构较完整。地质构造形态不同，反映其形成时期具有不同的构造应力环境，构造应力环境决定形成构造面的曲率大小，构造曲率在一定程度上反映煤层受破坏的程度。同时，煤体结构还受到煤层发育特征、煤岩石学特征的影响。