童世杰

（安徽恒源煤電股份有限公司任樓煤礦， 安徽濉溪235123）

礦井地質(zhì)構(gòu)造是影響煤礦安全生產(chǎn)的主要因素，它主要包括褶皺構(gòu)造和斷層構(gòu)造［1］。礦井地質(zhì)構(gòu)造不僅控制了礦井和采區(qū)的劃分，同時也影響開拓部署、采區(qū)設(shè)計、煤層開采方式的選擇及其設(shè)備的選型等［2］，因此，查明礦井地質(zhì)構(gòu)造，為優(yōu)化采區(qū)設(shè)計與工作面的選擇和施工提供準確、可靠的地質(zhì)信息，做出正確的決策，以避免嚴重的地質(zhì)風險事故的發(fā)生，從而達到安全有效的目的，并產(chǎn)生巨大的決策效益和經(jīng)濟效益［3］。

1 礦井概況

任樓煤礦位于淮北煤田童亭背斜東南翼如圖1所示，F(xiàn)3斷層以北地區(qū)為向東傾斜的單斜構(gòu)造，F(xiàn)3斷層以西地區(qū)走向轉(zhuǎn)為北西西，其中50勘探線～4勘探線一段為童莊向斜北翼的東延部分，表現(xiàn)為不完整的向斜形態(tài)，1勘探線以西則為一個大致向東開口的童莊向斜。F23斷層外側(cè)，48勘探線深部，有一個北北西的王大莊背斜。F23斷層內(nèi)側(cè)，顯示一個向斜構(gòu)造，為童亭背斜與王大莊背斜之間的鞍部構(gòu)造。

圖1 任樓礦井構(gòu)造綱要圖

2 地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育特征

2.1 褶曲構(gòu)造

任樓煤礦的褶皺構(gòu)造主要有三個，分別為童莊向斜、48勘探線深部鞍狀構(gòu)造、王大莊背斜。童莊向斜兩翼地層傾角8°～15°，較平緩。兩翼被斷層所切，同時北翼還發(fā)育一組北西～北西西逆沖斷層及張扭性斷層；鞍狀構(gòu)造位于童亭背斜與王大莊背斜之間，東西兩側(cè)向下傾斜，地層傾角為8°～15°，地層較平緩，而南北兩端地層則向上翹起；王大莊背斜軸部隆起的幅度不大，由于老第三紀在該處相對上升，遭到剝蝕，上部煤系保留很少，該背斜西北側(cè)發(fā)育有一個張扭性斷層，背斜東北側(cè)發(fā)育有一個壓扭性斷層，二者斷距均為0～25m。

2.2 斷層構(gòu)造

2.2.1 斷層發(fā)育特征

根據(jù)三維地震勘探資料、補充勘探資料和現(xiàn)場揭露資料，任樓煤礦共發(fā)現(xiàn)的大中型斷層有34條，其中主要斷層有F2、F3、F5、F7、F11、F14、F2－1、F7－1、DF5－2、界溝斷層等。根據(jù)礦井內(nèi)由鉆孔與三維地震勘探控制的斷層發(fā)育特點以及通過對斷層參數(shù)的統(tǒng)計分析得出以下特征。

通過對整個礦井的斷層研究發(fā)現(xiàn)，斷層較發(fā)育，落差H≥5m的斷層共34條，其中斷層落差大于100m的斷層4條，占整個礦井斷層總數(shù)的11.76%；30m＜H≤100m的斷層7條，占整個礦井斷層總數(shù)的20.59%；H≤30m的斷層23條，占整個礦井斷層總數(shù)的67.65%。從整個礦井來看，斷層落差主要以H≤30m的斷層為主。

通過對整個礦井的斷層研究發(fā)現(xiàn)，查明的34個大中型斷層中只有F21、F5－1、F22、F5－2、FD50、F5、DF5－2等7個斷層為逆斷層，占整個礦井斷層總數(shù)的20.59%，而正斷層為27個，占整個礦井斷層總數(shù)的79.41%，這說明本礦井正斷層較發(fā)育。

任樓煤礦斷層傾角變化范圍較大，在已查明的34條大中型斷層中，最小傾角為35°，最大傾角為90°，平均傾角為59°，其中傾角在45°～75°的斷層發(fā)育最多，斷層傾角總體較大。

根據(jù)礦井目前查明的斷層產(chǎn)狀資料，做出了斷層走向玫瑰花圖，如圖2所示。從圖2可以看出，斷層的走向具有明顯的方向性，構(gòu)造發(fā)育主要以NE、NEE和NNW為主，優(yōu)勢走向方位主要為40°～50°之間和330°～340°之間；正斷層以NE和NWW為主，其次為NEE，如圖3所示；逆斷層以NW為主，其次為NWW，如圖4所示。

圖2 斷層走向玫瑰花圖

圖3 正斷層走向玫瑰花圖

圖4 逆斷層走向玫瑰花圖

2.2.2 斷層的組合類型

經(jīng)過對任樓煤礦斷層構(gòu)造展布分析，得出斷層組合類型主要包括階梯狀構(gòu)造、地塹和地壘構(gòu)造等，具體特征分述如下：

階梯狀構(gòu)造，在中六軌道大巷剖面上揭露了一系列正斷層，斷層的產(chǎn)狀基本一致，并且同一方向依次錯落，形成階梯狀構(gòu)造，斷層F2、F2－1等為階梯狀組合，如圖5所示。

圖5 中六軌道大巷剖面階梯狀斷層

地塹和地壘構(gòu)造，在中六軌道大巷剖面上所揭露的斷層在同一剖面上構(gòu)成地塹構(gòu)造，如圖6所示，這種構(gòu)造樣式，斷層常常造成順煤層巷道的煤層突然消失，而在中六運輸大巷剖面所揭露的斷層，如斷層DF1、DF2等則構(gòu)成地壘構(gòu)造，如圖7所示。

圖6 中六運輸大巷剖面地塹構(gòu)造

圖7 中六運輸大巷剖面地壘構(gòu)造

3 構(gòu)造演化分析

對任樓礦井主要構(gòu)造特征分析，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化史，認為在石炭二疊系煤系地層沉積之后，該區(qū)經(jīng)歷了三期構(gòu)造運動，分別為第一期構(gòu)造（印支期）、第二期構(gòu)造（燕山一期）、第三期構(gòu)造（燕山二期）。

3.1 第一期構(gòu)造（印支期）

在印支期，特提斯洋向NE方向俯沖到西昆侖、柴達木和中緬馬蘇等地塊之下，華夏板塊與揚子板塊發(fā)生碰撞、合并，形成了一系列的碰撞帶。揚子板塊及其以南的各地塊才以較快的速度向北運移與中朝板塊發(fā)生碰撞，形成秦嶺—大別—膠南碰撞帶，使中國大陸與西伯利亞板塊結(jié)合形成為歐亞大陸板塊的東南部分，中國大陸逐漸從晚古生代陸表海沉積環(huán)境，轉(zhuǎn)變成為陸相河湖沉積環(huán)境。秦嶺—大別—膠南帶在碰撞作用下，形成以NWW向為主的山脈。

在構(gòu)造應(yīng)力場的作用下，主壓應(yīng)力（σ1）軸向近南北（179°～359°），拉伸應(yīng)力（σ3）方向近東西，如圖7所示，形成近東西向褶皺。該期構(gòu)造應(yīng)力場奠定了任樓礦井主要斷裂構(gòu)造行跡，礦井內(nèi)近東西向的逆斷層（F8、F5、F5－1、F17等）及童莊向斜已基本成型，NE

向壓剪性斷裂F11、F2l、F13、DF47、DF48等及NW～NWW向的張剪性斷層F16，其中NE向壓剪性斷裂面連續(xù)性較好，NW～NWW向斷裂面連續(xù)性較差。因該時期本區(qū)地形為南高北低，受地層重力的影響，主應(yīng)力軸（σ2）為北傾，導致共軛剪切面具有如下特征，NE走向剪裂面表現(xiàn)為NW傾向，如F11、F2l、F13、DF47、DF48等斷層；而NW走向剪切面為NE傾向，如F16斷層。

3.2 第二期構(gòu)造（燕山一期）

進入侏羅紀以來，雖然東昆侖、羌塘地塊已經(jīng)越過北半球赤道，特提斯洋離散塊岡瓦納古陸逐漸北移，但是作用最強的伊佐奈歧板塊正以板塊運動的最大速度朝NW方向遷移并俯沖到亞洲板塊東部之下。此時，在南半球太平洋板塊以弱SW方向俯沖，中國大陸及鄰區(qū)總體上表現(xiàn)為向NW的擠壓和縮短作用。在燕山一期間，逆時針方向轉(zhuǎn)動跡象是中國東部構(gòu)造線方向具有明顯的一個的特點［4］。在這種板塊運動過程中，巖石圈內(nèi)形成一系列滑脫面。在板塊的滑移過程中，由于存在著界面不平整與應(yīng)力分布不均勻性，可能會造成局部地段的減壓作用，進而誘發(fā)不同深度的巖石出現(xiàn)部分熔融或全部熔融，造成較強烈的巖漿運動。

根據(jù)區(qū)域應(yīng)力場特征，任樓煤礦72煤層鏡質(zhì)組有限元計算分析結(jié)果，本區(qū)主壓應(yīng)力（σ1）軸向近南北（140°～320°），拉伸應(yīng)力（σ3）為軸方向（50°～230°），如圖8所示，在應(yīng)力場的作用下，褶皺成山，形成了童亭背斜。受主壓應(yīng)力（σ1）作用，NE向斷裂發(fā)生顯著的右行走滑，如F11、F2l、FD48等斷層；先存的NWW向斷層則發(fā)生大幅度的左行走滑，如F7斷層。這種斷層走滑的結(jié)果導致斷層附近出現(xiàn)局部剪切應(yīng)力集中，并使斷層附近出現(xiàn)與此有關(guān)的次生斷裂面。通過逆時針方向旋轉(zhuǎn)力的作用下，該區(qū)NE向斷裂，往往表現(xiàn)為“S”弧形展布特征。

3.3 第三期構(gòu)造（燕山二期）

在燕山二期，東部構(gòu)造線方向呈現(xiàn)逆時針旋轉(zhuǎn)的跡象比較明顯。力源與來自伊佐奈歧板塊朝北西方向運移與徐淮弧形構(gòu)造的放射狀推覆力有關(guān)，因此該期應(yīng)力的方向常隨地理位置的不同而變化。主壓應(yīng)力（σ1）為NNW域近南北向。據(jù)區(qū)域應(yīng)力場及小斷層玫瑰花圖分析推測晚期NEE向應(yīng)力場，第三期構(gòu)造在本區(qū)主壓應(yīng)力（σ1）軸主壓應(yīng)力來自75°方向。

圖8 任樓礦井邊界構(gòu)造應(yīng)力場狀態(tài)分析圖

構(gòu)造作用主要表現(xiàn)為方向和力學性質(zhì)的改造或轉(zhuǎn)換，如F16由拉張轉(zhuǎn)變?yōu)閴杭艋驂盒越Y(jié)構(gòu)面，拉壓力勢必在該斷層兩側(cè)一定范圍內(nèi)形成裂隙，裂隙網(wǎng)絡(luò)發(fā)育，促使地下徑流改向，為地下水和地熱形成通道提供條件。FD50逆斷層則是晚期形成的壓性結(jié)構(gòu)面，NE、NEE向先壓剪后轉(zhuǎn)換層張性斷層（F2、F11、D F 48、DF48等）及NWW向現(xiàn)擠壓后張剪斷層的F7等。

4 結(jié)論

任樓礦井褶皺構(gòu)造不發(fā)育，但斷裂構(gòu)造較發(fā)育，在大中型斷層中主要以正斷層為主，占斷層總數(shù)的67.65%，斷層傾角較大，一般為35°～90°，平均傾角為59°，其中傾角在45°～75°的斷層發(fā)育最多。

通過對目前已經(jīng)查明的斷層資料、斷層走向玫瑰花圖分析可知，斷層的走向具有明顯的方向性，構(gòu)造發(fā)育主要以NE、NEE和NNW為主，優(yōu)勢走向方位主要為40°～50°之間和330°～340°之間；逆斷層以NW為主，其次為NWW；正斷層以NE和NWW為主，其次為NEE。

斷層形成的應(yīng)力活動具有多期性，斷層的改造至少經(jīng)歷過兩期或以上的大型構(gòu)造運動的改造作用，并且相鄰兩期構(gòu)造應(yīng)力場為大角度疊加，結(jié)果造成大多數(shù)構(gòu)造結(jié)構(gòu)面力學性質(zhì)發(fā)生轉(zhuǎn)化或具有二重性。

在印支期構(gòu)造應(yīng)力場的作用下，主壓應(yīng)力軸向近南北，拉伸應(yīng)力方向近東西，形成近東西向褶皺，并伴生軸向逆沖斷層及NNE向剪切斷層。在燕山一期構(gòu)造應(yīng)力場的作用下，本區(qū)主壓應(yīng)力軸向近南北，拉伸應(yīng)力軸方向為。受主壓應(yīng)力作用，北東向的斷裂，發(fā)生顯著的右行走滑。燕山二期構(gòu)造作用主要表現(xiàn)為對前期形成的構(gòu)造形跡展布方向和力學性質(zhì)的改造或轉(zhuǎn)換。

［1］ 姚能旺，朱炎銘，鐘和清，等.擔水溝礦井地質(zhì)構(gòu)造特征及其演化［J］.煤炭工程，2012，（7）：93－96.

［2］ 黃長根.淺談礦井地質(zhì)構(gòu)造研究現(xiàn)狀［J］.科技信息，2012，（5）：527－528.

［3］ 王懷勤，朱炎銘，羅躍.張雙樓礦區(qū)構(gòu)造特征及其演化［J］.黑龍江科技學院學報，2006，（6）：432－434.

［4］ 馬瑩生，崔盛芹，曾慶歷，等.華北東部地區(qū)中生代盆地格局及演化過程探討［J］.大地構(gòu)造與成礦學，2007，（4）：385－395.