摘 要：【目的】不良地質(zhì)構(gòu)造是引發(fā)煤礦生產(chǎn)安全事故的重要原因，對(duì)煤田地質(zhì)構(gòu)造特征及演化規(guī)律展開研究是減少此類事故發(fā)生的基礎(chǔ)性工作?！痉椒ā恳曰幢泵禾镌甓V106采區(qū)為例，通過分析現(xiàn)有資料，研究采區(qū)內(nèi)部構(gòu)造發(fā)育特征及其演化規(guī)律。【結(jié)果】結(jié)果表明：106采區(qū)內(nèi)部褶皺構(gòu)造發(fā)育較弱，僅有少量NNE向褶皺；斷層較為發(fā)育，并且僅有兩條逆斷層，多數(shù)斷層走向都介于NW—NE向之間，傾角為50°～70°，大型斷層落差與延展長(zhǎng)度相關(guān)性較好。采區(qū)內(nèi)部受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，不同時(shí)期形成的斷層相互切割、疊加，給生產(chǎn)工作增加了一定難度?！窘Y(jié)論】研究成果為后續(xù)開展地應(yīng)力控制構(gòu)造機(jī)理的研究打下了一定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)構(gòu)造；106采區(qū)；斷層；演化規(guī)律

中圖分類號(hào)：P618.11" " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1003-5168（2023）21-0045-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2023.21.010

Structural Characteristics and Evolution Law of 106 Mining Area in"Yuandian No. 2 Mine

NING Mingcheng LU Haifeng

（Anhui University of Science and Technology， Huainan 232000，China）

Abstract： [Purposes] Geological structure is an important cause of coal mine production safety accidents. The study of geological structure characteristics and evolution law of coal field is the basic work to reduce the occurrence of such accidents. [Methods] Taking 106 mining area of Yuandian No.2 Mine in Huaibei Coalfield as an example， through analyzing the existing data， the development characteristics and evolution law of the internal structure of the mining area are studied. [Findings] The results show that the number of fold structures in 106 mining area is small， with only a few NNE-trending folds. The number of faults is large， among them are two reverse faults. Most of the faults are between NW—NE trending， and the dip angle is 50°～70°. The large fault drop has a good correlation with the extension length. Under the influence of multi-stage tectonic movement， the faults formed in different periods cut and superimposed each other， which caused a certain difficulty in production. [Conclusions] The research results of this paper lay a foundation for the subsequent research on the tectonic mechanism of earth stress control.

Keywords： geological structure; 106 mining area; fault; evolution law

0 引言

斷層、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造是影響煤礦安全生產(chǎn)的重要因素^［1-4］。礦井地質(zhì)構(gòu)造不僅影響井田及采區(qū)的劃分、煤層的賦存狀態(tài)，還能決定煤層開采方式的選擇及工作面的布置^［5］。隨著我國(guó)華北型煤田開采深度的逐漸增大，構(gòu)造愈發(fā)復(fù)雜，亟須對(duì)礦井地質(zhì)構(gòu)造有更深層次的認(rèn)識(shí)。

袁店二礦106采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，目前對(duì)于其內(nèi)部地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育特征了解仍不全面。為了提高開采作業(yè)的安全性，基于采區(qū)現(xiàn)有地質(zhì)資料及鉆孔數(shù)據(jù)，對(duì)106采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育特征進(jìn)行分析，并為后續(xù)研究未勘探地區(qū)的構(gòu)造特征奠定基礎(chǔ)。

1 采區(qū)概況及其地質(zhì)構(gòu)造特征

1.1 采區(qū)概況

袁店二礦位于淮北煤田臨渙礦區(qū)西南部，受控于孟集斷層、光武～固鎮(zhèn)斷層、黃殷斷層。為一走向北東—北東東、傾向北西—北北西的單斜斷塊。106采區(qū)位于礦井東北部，處于F8斷層、WWF斷層、袁店斷層及DF35斷層所組成的斷塊內(nèi)?？傮w呈一傾向北東的單斜構(gòu)造，區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造不發(fā)育，被多條NS向、NE向斷層切割?？刹擅簩訛?0煤，上部為84采區(qū)和86采區(qū)，106采區(qū)位置如圖1所示。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造特征

1.2.1 褶皺構(gòu)造。106采區(qū)主體為一傾向北東的單斜構(gòu)造，局部地區(qū)有較微弱的起伏，地層傾角5°～34°，一般介于7°～24°之間，平均為15°。采區(qū)內(nèi)部褶皺構(gòu)造不發(fā)育，背斜上凸不高，向斜下凹不深。僅有兩處褶皺構(gòu)造相對(duì)較為明顯，分別位于與104采區(qū)交界處，以及與袁店一礦1010采區(qū)交界處。褶皺軸向?yàn)镹NE向，這些褶皺為采區(qū)內(nèi)部煤層形成后最早一期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)物，采區(qū)內(nèi)部斷層對(duì)其具有明顯的截?cái)嘧饔谩＿@些褶皺的存在為推測(cè)采區(qū)構(gòu)造形成時(shí)期提供了參考。

受擠壓作用影響，產(chǎn)狀平緩的煤層更易產(chǎn)生褶皺變形。煤層傾角的變化受多種地質(zhì)構(gòu)造直接影響，能夠反映地質(zhì)構(gòu)造是否發(fā)育。根據(jù)鉆孔揭露顯示，106采區(qū)內(nèi)部的10煤層傾角總體上較為平緩，沒有一處超過20°，最大僅為18°，位于11-4孔處，最小為6°。采區(qū)內(nèi)10煤層傾角普遍介于6°～15°之間。由于11-4孔靠近WF64斷層，受該斷層影響，附近10煤層底板產(chǎn)生約10 m的落差，因而此處煤層傾角較大。

1.2.2 斷層構(gòu)造。106采區(qū)內(nèi)部共有128條斷層，正斷層十分發(fā)育，共計(jì)126條，占比超過98%，逆斷層僅有2條。區(qū)內(nèi)共有5條斷層落差超過了100 m，僅有的2條逆斷層落差均超過了40 m，為規(guī)模較大的斷層。

①走向。斷層走向體現(xiàn)了斷層的延伸方向，106采區(qū)內(nèi)部斷層走向分布各異，但多數(shù)介于NW—NE向之間，如圖2所示。以N—S為走向的斷層最為發(fā)育，共29條，占脆性斷層總數(shù)的22.7%；NNW向斷層其次，為19條，占脆性斷層總數(shù)的14.8%；NW向斷層為18條，占脆性斷層總數(shù)的14.1%；NE向斷層17條，占脆性斷層總數(shù)的13.3%；NNE向斷層15條，占脆性斷層總數(shù)的11.7%；E—W向斷層14條，占脆性斷層總數(shù)的10.9%；其余各走向斷層僅占總數(shù)的10%左右。

采區(qū)內(nèi)部斷層發(fā)育呈現(xiàn)逐級(jí)控制與層次性，小型斷層多為大中型斷層的伴生斷層，受大中型斷層控制明顯，走向同樣以NS向?yàn)橹?，近NE向次之。例如LWF54斷層呈近NS走向，近乎分割采區(qū)，在其附近發(fā)育較多NW、NE向的小型斷層；DF7斷層為近NE向斷層，在其附近多為NEE、近NS向斷層。說明此類小型斷層為大型斷層的伴生斷層，與大型斷層形成于同一時(shí)期，處于同一構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)，并受到相同的地應(yīng)力作用。

由圖2可知，采區(qū)內(nèi)部大型斷層走向大致可以分為NW、NS、NE等3個(gè)方向，說明在采區(qū)構(gòu)造形成過程中，至少經(jīng)受了3次較大規(guī)模的構(gòu)造應(yīng)力作用?，F(xiàn)有資料顯示，采區(qū)內(nèi)部NW向斷層被近NS、NE向斷層切割，近NS向斷層同樣也被NE向斷層切割。由此可知，采區(qū)內(nèi)部NW向斷層形成時(shí)間早于近NS向斷層，也早于NE向斷層^［6］。

②傾向。斷層是三維空間實(shí)體，斷層傾向能夠反映斷層的剖面延展方向。如圖3所示，袁店二礦106采區(qū)脆性斷層傾向的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明區(qū)域內(nèi)斷層傾向整體較為分散。以E—NE傾向斷層數(shù)量最多，共44條，占脆性斷層總數(shù)的34.3%；NW—SWW傾向斷層次之，共36條，占脆性斷層總數(shù)的28.1%；再次為SEE—SSE傾向斷層及NNW—NNE傾向斷層，均為21條，各占脆性斷層總數(shù)的16.4%；其余傾向上的斷層，如SW、SSW、S方向的斷層均為少數(shù)。

③傾角。采區(qū)內(nèi)部的斷層傾角較大，整體較陡。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析可知，128條斷層中，126條正斷層的傾角全部集中在50°～70°，最大為70°，最小為50°。大多數(shù)正斷層的傾角都集中于60°～69°，約占54.76%。兩條逆斷層明顯較緩，傾角均在45°附近，為采區(qū)內(nèi)僅有的傾角小于50°的斷層。

④落差。采區(qū)內(nèi)部約有77.6%的斷層落差小于20 m，屬于中小型斷層。其中落差小于5 m的小型斷層最多，約占斷層總數(shù)的29.7%。袁店斷層、WWF斷層、LWF54斷層、DF35斷層及DF7斷層的落差超過100 m，均是采區(qū)的邊界斷層或橫貫采區(qū)的大型斷層，共同組成了采區(qū)的主體框架。

按照斷層落差（H）劃分?jǐn)鄬?，將H≥50 m的斷層劃歸為大型斷層，20 m≤Hlt;50 m的斷層稱為中大型斷層，10 m≤Hlt;20 m的斷層為中型斷層，5 m≤Hlt;10 m的斷層為中小型斷層，0＜Hlt;5 m的斷層劃為小型斷層。下面對(duì)采區(qū)內(nèi)部主要斷層進(jìn)行簡(jiǎn)要說明。一是袁店斷層，位于106采區(qū)南部，為正斷層。走向NE，傾向NW，傾角50°～70°，由礦井西南角向NE向延伸，并貫穿全區(qū)，區(qū)內(nèi)延展長(zhǎng)度4 550 m，錯(cuò)斷3煤層～奧灰，并向上錯(cuò)斷至新生界的底界，落差60～370 m。斷層落差表現(xiàn)為上大下小，向深部方向逐漸減小。受斷層影響，煤層發(fā)生錯(cuò)斷，斷層上盤82煤幾乎與下盤10煤對(duì)接，由于上盤大面積沉降變深，導(dǎo)致煤層儲(chǔ)量降低。斷層于礦井西部界外尖滅，為查明斷層。二是WWF斷層，位于106采區(qū)北部，為正斷層。走向NE，傾向NW，傾角55°～70°，最大落差240 m。WWF斷層切割LFD8斷層，向西、北延伸至礦井外，同時(shí)向上錯(cuò)斷3煤～奧灰，并向上錯(cuò)斷至新生界的底界面，區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)度為5 400 m。受其影響，煤層發(fā)生錯(cuò)斷，使得上盤32煤幾乎與下盤10煤對(duì)接。本斷層為查明斷層。三是F8斷層，為逆斷層，屬西部邊界斷層，走向NW，傾向NW，傾角35°～50°。其南端與袁店斷層相交，錯(cuò)斷7煤層～太灰，最大落差82 m。該斷層落差表現(xiàn)為上小下大，受其錯(cuò)斷影響，上盤82煤與下盤72煤對(duì)接，本斷層為查明斷層。四是WF59斷層，位于106采區(qū)西部，其南端交于LWF54斷層，為逆斷層，走向NW，傾向SW，傾角40°～50°。錯(cuò)斷3～10煤層，落差30～40 m，區(qū)內(nèi)延展長(zhǎng)度650 m，屬查明斷層。

2 采區(qū)構(gòu)造演化規(guī)律

結(jié)合淮北煤田區(qū)域構(gòu)造演化特征，通過106采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造演化特征進(jìn)行分析，可以判斷106采區(qū)內(nèi)部地質(zhì)構(gòu)造主要受燕山期運(yùn)動(dòng)影響，印支期、喜山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)其影響較小。

2.1 燕山早期

燕山早期我國(guó)東部構(gòu)造運(yùn)動(dòng)非常強(qiáng)烈，該期構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)主要為NWW—SEE向擠壓應(yīng)力。由于南北板塊匯聚所產(chǎn)生的持續(xù)作用力及構(gòu)造應(yīng)力相疊加，同時(shí)受到淮北煤田南北向狹窄邊界限制，導(dǎo)致地殼產(chǎn)生近東西向收縮，因此在區(qū)域內(nèi)發(fā)育大量的NNE向褶皺及逆斷層。如童亭背斜、宿南向斜等均發(fā)育于該時(shí)期^［7］，采區(qū)內(nèi)部分布少量NNE向的褶皺，推測(cè)同樣形成于該時(shí)期。由于采區(qū)所處位置距離南北向褶皺構(gòu)造疊加區(qū)較遠(yuǎn)，受郯廬斷裂帶及徐宿弧形構(gòu)造的影響逐漸減弱，因此表現(xiàn)為采區(qū)內(nèi)部的褶皺不發(fā)育或極其微弱^［8］。根據(jù)采區(qū)內(nèi)部斷層切割關(guān)系可以判斷，采區(qū)內(nèi)部?jī)H有的2條逆斷層形成時(shí)期僅次于褶皺構(gòu)造，推測(cè)為燕山運(yùn)動(dòng)早期受較弱的NE—SW向擠壓應(yīng)力而形成。

2.2 燕山晚期

自燕山中晚期起，由于古太平洋板塊低角度俯沖形成擠壓環(huán)境，致使板面下沉，軟流圈上涌，導(dǎo)致出現(xiàn)近E—W向張拉應(yīng)力^［9］。因此導(dǎo)致淮北煤田在該時(shí)期發(fā)育較多近N—S向正斷層，如豐渦斷層、黃殷斷層等。與此同時(shí)，該地區(qū)火山噴發(fā)較為強(qiáng)烈。目前，已有較多證據(jù)表明淮北煤田巖漿侵入時(shí)期介于晚侏羅世—早白堊世之間，是燕山運(yùn)動(dòng)中晚期的產(chǎn)物。巖漿侵入范圍多位于大型斷層附近，可能是由于大型斷裂在切割地殼時(shí)，地殼內(nèi)部巖漿沿?cái)嗔褞嫌?，?duì)斷層附近的煤系地層造成破壞^［7］。隨著古太平洋板塊的持續(xù)俯沖，之前形成的拉張應(yīng)力方向由近EW向變?yōu)镹W—SE向。因此在淮北煤田形成了一系列的NE向正斷層，并且切割之前所形成的N—S向正斷層^［9］。106采區(qū)內(nèi)部的眾多NS向及NE向正斷層正是在此時(shí)期形成的。

3 結(jié)論

①袁店二礦106采區(qū)內(nèi)部褶皺構(gòu)造發(fā)育很弱，正逆斷層數(shù)量不均，僅存在2條逆斷層，說明擠壓應(yīng)力對(duì)采區(qū)影響很小。采區(qū)內(nèi)部斷裂構(gòu)造走向以NW—NE為主，傾角多集中在60°～70°，整體較陡。采區(qū)內(nèi)部大型斷層分布規(guī)律性較強(qiáng)，表現(xiàn)為區(qū)內(nèi)大型斷層落差與延展長(zhǎng)度的相關(guān)性較好。兩條逆斷層均位于采區(qū)西部，并均呈現(xiàn)為NW—SE走向，說明在其形成過程中均受到NE—SW向的擠壓應(yīng)力作用，且二者的落差較大，最大約80 m。兩者的傾向相反，其中F8斷層傾角為NE，而WF59的傾角為SW。二者的傾角明顯小于正斷層，為采區(qū)內(nèi)僅有的兩個(gè)傾角未達(dá)到50°的斷層。

②印支期及喜山期運(yùn)動(dòng)對(duì)采區(qū)構(gòu)造影響較小，采區(qū)內(nèi)部構(gòu)造主要由燕山運(yùn)動(dòng)引起，以燕山中晚期的E—W向張拉作用及燕山晚期的NW—SE向張拉作用影響最為明顯。區(qū)內(nèi)最早的構(gòu)造為燕山早期形成的NNE向褶皺，該構(gòu)造與童亭背斜同期形成；在此之后采區(qū)受到較弱的NE向擠壓應(yīng)力，形成區(qū)內(nèi)僅有的2條逆斷層；隨后受古太平洋運(yùn)動(dòng)影響，采區(qū)內(nèi)先后形成了NS向、NE向正斷層，此時(shí)期淮北煤田還形成了豐渦、黃殷等斷層。不同時(shí)期形成的斷層相互切割、疊加，形成了采區(qū)如今的內(nèi)部基本構(gòu)造框架。

③采區(qū)內(nèi)部中小型斷層較為發(fā)育，且其分布規(guī)律性較差。因此，建議在開采過程中除關(guān)注大型斷層以外，還需要關(guān)注小型斷層可能造成的影響。此外，由于采區(qū)所處位置地下水含量較為豐富，10煤頂?shù)装遘浫鯉r層可能產(chǎn)生導(dǎo)水裂隙，會(huì)造成突水事故，因此在開采過程中需要提前做好防水工作。

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收稿日期：2023-05-10

作者簡(jiǎn)介：寧明誠(chéng)（1998—），男，碩士生，研究方向：工程地質(zhì)。

通信作者：魯海峰（1982—），男，博士，教授，研究方向：工程地質(zhì)。