福建煤電股份有限公司 謝俊鋼

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緩斷裂成因機制研究與煤田地質(zhì)勘探工作改進

福建煤電股份有限公司 謝俊鋼

該文通過研究緩傾角斷裂成因機制分析，找出緩傾角斷裂的分布規(guī)律以及對煤系地層賦存的影響，提出煤田地質(zhì)勘探方法和勘探手段的改進，以快速評價勘探區(qū)和縮短勘探周期等。

緩斷裂研究 改進 地質(zhì)勘探

0 引言

長期以來，福建省廣大煤田地質(zhì)工作者在地質(zhì)勘探過程中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)普遍存在于童子巖組及其上下地層中的緩傾角斷裂。對它的成因機制、形態(tài)特征、分布規(guī)律及其對煤系地層的賦存情況等方面進行較為廣泛的探討。本文以勘探礦區(qū)、井田的實際資料為基礎(chǔ)，結(jié)合童子巖組沉積的古構(gòu)造、古地理環(huán)境及其地質(zhì)發(fā)展歷程，探討緩傾角斷裂的成因、分布規(guī)律、形態(tài)特點及其對煤田地質(zhì)勘探工作的影響。

1 童子巖組沉積的古構(gòu)造、古地理概貌

童子巖組是在上古生代海退序列中沉積的含煤建造，眾所周知，加里東運動使泥盆紀以前的地層發(fā)生強烈的褶皺、變質(zhì)并伴有巖漿侵入，此時地殼不斷上升，結(jié)束了地槽相沉積歷史，形成了一系列以北東向為主、北西向為次的隆起和坳陷。這些隆起雖經(jīng)風(fēng)化、剝蝕、夷平；但其總貌依然如故。其后地殼逐漸下降，發(fā)生了以中、晚石炭世為標志的大海浸。童子巖組就是在此后的海退過程中，繼早二疊世棲霞組、文筆山組之后沉積的近海型含煤建造。童子巖組沉積的古構(gòu)造以北東向隆起與坳陷相間排列，從東往西為閩東南隆起、閩清—華安坳陷、尤溪—永福隆起、南平—龍巖坳陷、順昌—上杭隆起、將樂—武平坳陷及武夷隆起。

除北東向主要隆起和坳陷外，尚有北西向次級隆起及少數(shù)近南北向的隆起。由于這些隆起與坳陷的存在，使童子巖組沉積環(huán)境呈現(xiàn)較為復(fù)雜的古地貌形態(tài)。即沿北東向坳陷的基底雖起伏，坳陷的平面形態(tài)呈蛇彎曲狀，上述隆起隨著海退作用的加強，進一步上升和成煤期后歷次構(gòu)造運動的作用，使童子巖組的構(gòu)造變形呈現(xiàn)復(fù)雜的圖案，為緩傾角斷裂的形成具備了條件。

2 緩傾角斷裂的形態(tài)特征和分布規(guī)律

2.1 緩傾角斷裂沿走向、傾向均呈波狀起伏，其起伏幅度和密度與沉積地層的巖性厚度、作用應(yīng)力大小，周圍地質(zhì)體的物理力學(xué)性質(zhì)等有關(guān)。一般靠近地表附近的傾角比深部大些。

2.2 緩傾角斷裂的空間形態(tài)為同步褶曲型，無論在大區(qū)域上還是在礦區(qū)或井田內(nèi)，都是如此。如翠屏山礦區(qū)構(gòu)造多呈現(xiàn)北北東向的倒轉(zhuǎn)褶曲形態(tài)，F(xiàn)0緩斷層呈波狀凹形分布于煤系地層中，與褶曲形態(tài)基本一致，斷層面總體傾向亦為北東向。

2.3 緩傾角斷裂面的形態(tài)雖然呈波狀起伏和同步褶曲型，但其總體走向與傾向仍是明顯的。其走向一般與隆起走向一致。傾角指向煤系地層一側(cè)。如坑柄井田北側(cè)為萬安隆起，其走向為北西—南東，而緩斷裂走向亦為北西—南東，傾向南西。

2.4 緩傾角斷裂多數(shù)情況下并非一條，而是成組出現(xiàn)，按其剖面上組合、排列方式，可分為單斷雙層式、雙斷三層式、眾斷四層式等。

2.4.1單斷雙層式

它指的是剖面上只有一條，緩斷裂，把煤系或其上下地層分割開，呈上下雙層結(jié)構(gòu)形式。若為斷失煤系上覆地層的緩斷裂，稱脫頂緩斷裂；若斷失煤系下伏地層者，稱脫底緩斷裂。也有為斷失煤系地層中部的童子巖組二段地層。單斷雙層式的緩斷裂一般對煤系地層破壞程度較小，極少造成喪失工業(yè)開采價值的情況產(chǎn)生。

2.4.2雙斷三層式

它指的是在剖面上煤系及其上下、地層中二條緩斷裂切割，呈三層形式結(jié)構(gòu)。斷裂切割位置和排列方式有下列四種情況：（1）同時存在脫頂和脫底兩條緩斷裂；（2）同時存在脫底和煤系內(nèi)部兩條緩斷裂；（3）同時存在脫頂和煤系內(nèi)部兩條緩斷裂；（4）煤系內(nèi)部同時存在兩條緩斷裂。

從已有資料看，第二種情況（即脫底與煤系內(nèi)部同時存在緩斷裂）時，對煤系構(gòu)造形態(tài)的復(fù)雜化影響極大，造成這種現(xiàn)象的原因是由于煤系下伏地層為剛性灰?guī)r，而夾于兩緩斷裂之間的煤系地層則由塑性的泥巖、粉砂巖、煤層及部分砂巖組成。在滑動過程中產(chǎn)生較為強烈的塑性流動，形成各種形態(tài)的褶皺如倒轉(zhuǎn)、平臥等，煤層厚度也作重新分配，形成串珠、透鏡狀等形態(tài)。屬于這種類型的如龍巖翠屏山礦區(qū)，屬以褶皺為主的復(fù)雜構(gòu)造類型。

2.4.3眾斷四層式

它指的是在剖面上出現(xiàn)三條以及三條以上的緩斷裂，使煤系及其上下地層呈四層形式或更多層式的結(jié)構(gòu)。

2.5 緩傾角斷裂的塹陷和壘鼓構(gòu)造，緩斷裂在形成過程中可與其上盤的兩條反傾向逆斷層聯(lián)合形成局部的塹陷和壘鼓構(gòu)造。

2.6 根據(jù)大量的地質(zhì)勘探資料證明，緩傾角斷裂分布發(fā)育地區(qū)和古隆起、區(qū)域性背斜以及后期的巖漿侵入上拱作用有著密切關(guān)系；緩斷裂多分布于隆起、背斜或巖體的邊側(cè)，與隆起、背斜的走向大致相同，如坑柄井田F0、田螺形井田F1緩斷裂等。

福建省地質(zhì)構(gòu)造情況復(fù)雜，緩斷裂的成因機制可能多種多樣，但最為主要、最為普遍、對煤系地層影響最大的應(yīng)為成煤期后的地質(zhì)構(gòu)造運動所造成的以重力滑動為主要表現(xiàn)形式的類型。其次以水平側(cè)向擠壓產(chǎn)生的緩斷裂，造成煤系地層的重復(fù)并伴有一系列線性褶皺，褶皺軸面向同一方向傾斜。

3 改進煤田地質(zhì)勘探工作

隨著煤田地質(zhì)勘探綜合研究工作的加強和對深部鉆探控制能力的提高，給研究緩斷裂的成因、分布規(guī)律和對勘探工作影響提供了有利的條件。研究緩斷裂的目的是尋找其規(guī)律性并用于指導(dǎo)普查找煤工作，改進勘探方法、運用新技術(shù)，做到加快勘探速度、縮短勘探周期，更多更快地提交可供建井的優(yōu)質(zhì)地質(zhì)報告。由于緩斷裂的廣泛存在，給煤田地質(zhì)勘探工作帶來極大的影響。

3.1 對煤系地層造成重復(fù)，增加儲量這是好的一方面，但有的造成鉆孔的深度的增加，影響鉆探效率和質(zhì)量，延長了勘探周期。如龍巖翠屏山井田。

3.2 造成煤系地層的缺失，其中之一是脫頂緩斷裂使煤系地層相對抬升變淺給勘探和開采帶來方便，其二在有脫底的緩斷裂存在組成雙斷三層式結(jié)構(gòu)的煤系地層中其構(gòu)造變形強烈、復(fù)雜、煤層塑性流動大大增加，形成如串珠狀、透鏡體狀之形態(tài)。由于煤厚的重新再分配，造成厚度在短距離內(nèi)急劇變化，鉆探控煤往往落空，影響儲量技術(shù)的真實性。此種情況若以落空鉆孔與見煤鉆孔之中點為零點，用內(nèi)插法和見煤孔求得最低可采邊界，進行儲量計算，勢必造成儲量偏小，不符客觀事實。若淺部以硐探控制煤厚變化規(guī)律，計算出可采含煤率參與儲量計算，其結(jié)果比較接近客觀實際情況。這樣一來，一方面可以節(jié)省投資，提高對煤厚變化因素、小構(gòu)造特點的研究程度，尤其是淺部第一開采水平的研究程度、保證設(shè)計、建井工作的順利進行，使投產(chǎn)后盡快達到設(shè)計能力等。

3.3 由于緩斷裂存在，造成缺層機制使主要可采煤層斷失，原先認為大面積有遠景價值可利用的煤礦區(qū)其中部分喪失工業(yè)價值，如永定富嶺礦區(qū)等。為了加快勘探速度，縮短勘探周期，避免人力、物力、財力的浪費，在勘探方法的戰(zhàn)術(shù)上應(yīng)加以注意和改進。在找煤階段一定要堅持由稀到密，由淺入深、先地表后深部的勘探施工原則。要比較系統(tǒng)地建立正常的地層層序，從而對構(gòu)造的判斷分析做到依據(jù)充分，易于驗證。找煤階段的成敗關(guān)鍵在于深部有無緩斷裂存在，可采煤層賦存的空間及其大致分布范圍。只有對上述兩點作出較為肯定的結(jié)論后，確認該區(qū)有進一步工作的價值，才能談得上達到規(guī)范提出的對找煤地質(zhì)工作的要求。

3.4 在施工主干剖面線過程中，一定要堅持孔孔做測井工作，其結(jié)果可以驗證緩斷裂存在的部位，以及了解深部地層產(chǎn)狀變化情況，從而達到控制構(gòu)造形態(tài)目的，給正確確定礦區(qū)勘探類型、提供充分、可靠的地質(zhì)依據(jù)。

4 結(jié)論

1）緩斷裂的發(fā)育、分布與古隆起、后期巖漿的侵入抬升以及區(qū)域性的背斜有密切關(guān)系，由于隆起上升和巖體的抬升，其邊緣部位分布的煤系地層，多數(shù)情況下，緩斷裂產(chǎn)生缺層機制，覆蓋層斷失變薄，使煤系地層相對抬高。因此在溪口組、大隆組及翠屏山組地層廣泛覆蓋下的隱伏區(qū)找煤工作，應(yīng)選在上述地區(qū)的邊緣部位。

2）由于緩斷裂的廣泛普遍存在，因此在勘探方法和手段選擇上要因地制宜，避免浪費和造成后備基地接替緊張狀態(tài)，力爭做到快速評價、縮短勘探周期。

3）要重視做好各項地質(zhì)基礎(chǔ)工作，尤其要全面、準確地收集好第一手資料，要進一步加強綜合研究，盡力排除各種地質(zhì)推斷的多解性。

4）當了解到某礦區(qū)存在強烈褶皺且形態(tài)多變時，就應(yīng)該考慮該區(qū)存在脫底類型的雙斷三層式緩斷裂，應(yīng)及早布置鉆孔控制棲霞灰?guī)r，加以驗證，以利于指導(dǎo)深部工程的合理施工安排，達到一定的控制程度。

[1] 沈鍵民. 閩西南緩斷裂構(gòu)造成因探討. 1984

[2] 李四光. 地質(zhì)力學(xué)概論[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 1973.