构造成因范文

构造成因范文（精选6篇）

构造成因 第1篇

1.1 盐构造定义

世界各地许多不同类型的盆地中均发现蒸发岩沉积以及盐构造,主要分布在北半球,盐构造研究在构造地质学、含油气盆地和钾盐矿床等领域受到极大重视,盆地演化和盐构造形成相互影响,是当前世界含油气、含盐盆地构造研究热点问题之一,但是其中大部分研究方向与油气勘探有关,含盐盆地盐构造研究较少。

不同研究方向的学者专家对盐构造的定义略有不同,大部分认为盐构造是“由蒸发岩的流动形变形成的地质变形体,包括变形体本身及其周围的其它变形岩层”。而有些文献中给出的盐构造定义强调,盐构造是在重力、浮力和区域应力等综合作用下,蒸发岩、泥岩及其它密度低于上覆地层的物质形成的底辟构造。根据目前有关盐构造的研究结论分析,笔者认为此定义存在2点不全面之处。首先,20世纪90年代以前,浮力作用被认为是造成盐构造变形的主要驱动力。但物理模拟实验结果表明,蒸发岩不能以其自身的浮力刺穿厚层刚性上覆层,也不能造成构造变形的浮力密度倒置,因此浮力作用被认为是盐构造形成的主要驱动力欠妥。其次,底辟构造中,蒸发岩和泥岩等侵入岩体的密度小于其上覆岩层和围岩,但是岩浆或混合岩浆等组成的侵入岩体则大于围岩的密度。因此盐构造只可以作为底辟构造的一种特殊类型,蒸发岩是侵入岩体。不能笼统地将盐构造定义为密度低于上覆地层的底辟构造。

通过综合分析盐构造的定义和特征,总结盐构造定义为:盐构造是一种侵入岩体为蒸发岩,并在多种驱动力综合作用下发生流动变形的盐底辟构造体,包括侵入体本身及其周围的变形围岩。

1.2 盐构造组成和分类

1.2.1 盐构造组成

盐构造包含3个基本组成部分,从下而上依次为基底、盐层和上覆层。基底即盐层之下的岩石,是盐层沉积前或蒸发岩侵入岩侵位前的构造形变情况的反映。盐层是盐构造的核心部分,既位于基底和上覆层之间的塑性盐体。如果盐层对盐构造的形成提供物源,则还可命名为盐源层或母盐层。上覆层是盐层之上的沉积岩层,记录盐层沉积后的地质事件,对识别盐构造演化的时间和方式有至关重要的作用。

1.2.2 盐构造分类

盐体发生塑性流动,与围岩相互影响。根据盐体外观形态以及与上覆层接触关系,盐构造分为盐枕、盐隆、盐滚、盐墙、盐株和盐丘。盐枕、盐隆属于早期盐构造,与上覆层具有协调接触关系,而盐墙、盐丘、盐株是后期刺穿盐构造,与上覆层无协调关系,见图1。也就是说,盐构造都从构造幅度及成熟度较低的整合型向幅度及成熟度较高的刺穿侵入型甚至喷出型演化。以后的学者基本继承了这种早期分类,同时还提出几种不同分类方式,如根据盐体埋深、盐构造成因等。

通过总结目前主流的盐构造分类,笔者认为应以盐体与上覆层接触关系为第一分类依据,继而按照盐构造成因和外观形态进一步划分,见表1。另外,还有2种常见的盐构造类型,称为盐缝合和盐焊接。盐缝合指各盐构造之间的接合处。盐焊接指由于盐层发生塑性流动,原位置被抽空,造成盐层的上下地层相互接触,发生焊接现象,常出现薄盐层或角砾状不溶残余物。盐焊接构造受到盐体塑性流动时间以及围岩厚度变化的影响,进一步分为初次焊接、二次焊接和三次焊接。

在划分盐构造类型时需要特别指出盐丘这个概念,国内外不同学者往往有不同的理解和定义。有些学者认为盐丘指的是盐体与上覆层组成的穹隆状构造,而另外一些学者则把盐丘作为盐构造的总称。无论哪种观点都是不确切的。前者忽略了盐构造的发育程度,后者过于笼统。根据袁见齐和蔡克勤的观点,划分盐构造类型时,应着重研究和阐明以下几点:①盐体在原始沉积的层位上有没有移动;②盐体与围岩的接触关系;③盐体的层序和产状变化特点;④盐体形态及变化;⑤盐构造与区域构造的关系。当判断一种盐构造的类型时,应该考虑以上5个方面,明确其属于哪种类型后,使用准确的盐构造类型术语进行命名。

1.3 盐构造形成机制

近年来学者在研究盐构造时,多采用了Jackson等提出的6种盐构造触发机制:浮力作用,差异负载作用(也称差异负荷作用),重力扩张作用,热对流作用,挤压作用,伸展作用,见图2。对一个区域内的盐构造形成,这些触发机制不单独出现,是相互作用和影响的。

蒸发岩和其它岩石相比有其独有的特点,如不可压缩、密度小、抗压强度弱等,随埋藏深度增加,密度不发生变化。

最新研究认为,差异负载作用是蒸发岩流动变形的主要驱动力,由各种地质因素引起,形成盐层差异负荷,造成盐层侧压力差,盐流体从高压区流向低压区,形成盐构造,称为差异负载作用。可分为3类:一是沉积作用成因差异负载;二是上覆地层被剥蚀成因差异负载;三是构造作用(拉张或挤压)成因差异负载。另外,蒸发岩、盐体的几何形状、区域地质背景和地热条件都影响差异负载作用。

李善平等在研究老挝万象盆地通芒地区盐构造形成机制时认为,差异负载作用是盐构造形成演化全过程的主要作用,差异负载是盐构造初始发育的主要动力。汪新等认为库车坳陷西段的盐底辟构造都是早期形成的,触发库车坳陷盐构造发育的主要因素是重力差异负载作用。

盐体变形的内在原因,也对盐构造的形成机制起到作用。蒸发岩力学性质非常特殊,在离地表极浅、应力较大且应变速率较高的情况下,表现为脆性体,在其它情况下,表现为塑性流体。国外对墨西哥湾沿岸中新世的浅成盐构造进行研究时,曾经对石盐、页岩和砂岩的极限强度和埋藏深度进行实验,结果显示,在相同埋深条件下,页岩和砂岩远大于石盐的极限强度,即当石盐形成塑性流体发生时,页岩和砂岩仍然保持弹性状态。

2 盐构造演化过程分析方法

2.1 盐构造平衡剖面分析技术

平衡剖面技术是现代构造地质学领域的一项重大成就,广泛应用在构造地质、石油地质以及盆地模拟方面。所谓平衡剖面,就是变形构造可以通过几何原理进行恢复的剖面。平衡剖面技术原理为物质守恒,即面积(体积)不变、岩层厚度不变和各标志层长度一致等原则,将变形后的地质体恢复到变形前的状态。

进行剖面复原是盐构造平衡剖面分析技术的关键,进而分析盐构造运动学特征。但是盐体容易发生塑性流动是盐构造平衡剖面复原的难点,造成剖面不平衡,不符合制作平衡剖面的面积平衡原则。在蒸发岩区域流动方向上,盐体一般在二维剖面里发生变形,符合“二维面积平衡”原则,也是盐构造平衡剖面分析的先决条件。制作盐构造平衡剖面,首先将盐上层、盐下层分别复原,然后合并,盐上层的下界面与盐下层的上界面之间的空间,就是盐层,在复原过程中先不考虑盐体的流动。

近年来,国外学者依据墨西哥湾、北海、波斯湾和非洲被动大陆边缘等盐构造区的地质剖面进行平衡剖面复原,提出多种符合盐构造区实际情况的平衡复原方法。国内学者对库车前陆冲断带盐构造开展较多工作,应用平衡剖面分析盐构造演化、复原剖面和运动学特征。

2.2 盐构造模拟实验

2.2.1 物理模拟

物理模拟最早出现于19世纪初期,是研究构造形成机理的重要手段,近20年来广泛应用于盐构造的研究。在沙箱模拟设备中,针对不同地质背景下的盐构造,用石英砂和聚合硅树脂模拟上覆层和盐层,进行模拟实验。国内有关盐构造物理模拟实验主要研究区是库车前陆褶皱冲断带。但是因为物理模拟对模拟材料和实验条件的选择非常苛刻,盐构造物理模拟实验的准确性不高,模拟盐体塑性流动过程难度非常大,对于复杂盐构造区的模拟效果不佳,因此应用范围较小。

2.2.2 数值模拟

数值模拟结果显示,盐构造形成早期,盐体变形以牛顿流为主,而后期则以非牛顿流为主。这是因为早期盐体一般都含有晶间卤水,湿盐表现出牛顿流性质。通常情况下,将盐上地层作为符合Mohr-Coulomb理论的弹塑性材料,将盐看作是粘性流体、牛顿流或非牛顿流。尹宏伟等以Mora和Place提出的离散元理论为基础,构建二维离散元模型,模拟主动底辟盐构造上覆地层的变形特征、断层的形成与发育过程,对深入了解盐构造形成演化历史提供了参考。

2.3 定量解析运动学特征

以大量地震、地质和钻孔资料为基础,定量分析盐构造的运动学特征,可以厘定盐构造的形成时间和形成机制。一般情况下,盐构造在形成过程中的运动,会引起盐构造上部与两侧生长地层厚度以及沉积相或岩性的变化。因此同时运用地震、钻井资料、差异沉降的定量分析,得出盐构造周边沉降及其轴面在时间、空间上的变化,可以确定盐构造形成与演化时间。在盐构造形成的初期,两侧的生长地层会逐渐向顶部变薄,或者出现沉积间断和地层不整合,在形成中期,底辟构造突出沉积面后,由于溶蚀流失和缺乏盐源补给,沿盐体两侧可能出现箕状沉降,这些特征是判断盐构造形成与演化的主要依据,也是盐构造变形定量分析简洁而有效的指标。利用上述特征,如果资料可信且完整,可以定量计算盐构造生长量、生长速率与应变速率。

邬光辉等利用库车坳陷地震和地质资料对库车坳陷盐构造流动变形特征进行定量分析,模拟了库车坳陷盐构造初始形成时间和演化阶段。定量解析盐构造的运动学特征,是研究盐构造演化问题较为有效的方法。

3 盐构造对钾矿床成因的意义

盐构造广泛分布在含盐盆地中,受盆地内的断层控制明显,属于盐层同时期构造。盐构造对盐层的沉积起控制作用,与盐类矿物沉积阶段有密切关系。盐构造对于研究钾盐矿床的成因、运动规律和成矿作用具有重要意义。

3.1 盐构造控制次级凹陷的形成

盐构造受盆地断裂带和次级断层控制,盐构造隆起而形成被分隔的次级凹陷。次级凹陷与盐构造形成凹凸相见排列的次级构造带,展布方向与盆地构造线走向一致。例如中国东部中新生代含盐盆地——东营盆地、江汉潜江盆地和舞阳盆地等,被盐构造所分隔的各次级凹陷,尤其是靠近主断裂一侧。通常情况下,盐类矿物沉积阶段有继承性的特征,次级凹陷是盐类聚集的有力部位。因为各盆地地质条件均不相同,次级凹陷形成于盐层沉积的不同阶段,也就说可以汇聚不同时期的卤水。

3.2 盐构造控制盐类物质沉积

盐构造与盆地中最咸化部位,也就是成钾的最佳部位有紧密联系。在含盐盆地发展过程中,盐构造不断隆起,盐构造之间的次级凹陷深度不断增加,沉积厚度大,咸化程度高。后期卤水被淡化时,盐构造对次级凹陷内卤水淡化起到阻隔作用,或者降低较淡物源对次级凹陷中的盐类淡化的速度。因此,盐构造在盆地中所处的位置,以及不断隆起的特征,决定可以控制盆地不同部位的咸化程度即成钾有利部位。成钾有利部位通常位于主断裂对面的盐构造一侧,以及盐构造控制的次级凹陷中,以及后期淡化阶段,盐构造远离淡物源的一侧,见图3。

4 结语

目前国内外对于盐构造的研究,主要针对含油气勘探盆地盐构造的成因、演化及其对油气成藏的作用,已有一些成熟的解释分析技术。在含盐含钾盆地,盐构造同样对成盐成钾机制、运动规律和成矿作用有重要意义。以往学者研究钾盐矿床成矿规律时,是从物质来源、成盐环境以及地球化学等方面对其进行综合研究,而从盐构造的形成机制和演化来分析钾盐矿床成矿规律,这方面的研究较少。应用平衡剖面、模拟实验以及三维地质建模等方法,分析含盐盆地盐构造的几何形态和成因机制,有助于研究成盐成钾规律。

参考文献

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[5]汪新,唐鹏程.库车坳陷西段新生代盐构造特征及演化[J].大地构造与成矿学,2009,33(1):57-65.

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[11]陈书平,汤丧杰,贾承造,等.秋立塔克构造带盐构造形成的传力方式的构造物理模拟[J].西安石油大学学报,2004,19(1):6-10.

构造成因 第2篇

淮北芦岭煤矿构造煤发育特征及成因探讨

淮北矿区芦岭煤矿主采煤层(8、9、10)构造煤普遍发育.8煤为特厚煤层,构造煤累厚约占全层厚度的65%～90%,在剖面上自上而下可划分出三类6型,各类型构造煤相间分布.研究发现井田中部构造煤最为发育,其次为东部,西部构造煤所占比例较低.通过对矿区构造特征及其形成机制分析,认为在印支、燕山期构造应力及派生剪切应力和上覆岩层的.自重压力共同作用下,因8、9、10煤层结构差异的存在,使煤体产生脆性流变和韧性流变而形成构造煤;层间滑动是导致构造煤呈层分布的根本原因.

作 者：陈富勇 李翔 Chen Fuyong Li Xiang  作者单位：淮北矿业(集团)有限责任公司地测处,安徽,淮北,235006 刊 名：中国煤炭地质 英文刊名：COAL GEOLOGY OF CHINA 年，卷(期)：2009 21(6) 分类号：P618.11 关键词：构造煤   特征   层间滑动   成因探讨   芦岭煤矿  

蔚县矿区北阳庄构造成因新认识 第3篇

1 煤层成因的复杂性

蔚县矿区自1912年已开始进行地质工作。1957年河北省地质局张家口综合地质大队在蔚县矿区曾进行普查工作, 1958年转入勘探。到1964年在矿区内共施工钻孔337个, 先后提交不同程度的地质报告8件。1978年对蔚县矿区重新开始进行详细勘探, 并于1982年12月提交蔚县矿区详查地质报告;1987年精查以来, 至1995年又施工钻孔80个;1996年至2001年中日合作项目在蔚县矿区北阳庄矿井开展工作, 进行了全井田二维地震勘探及首采区三维地震勘探;开滦 (集团) 蔚州矿业有限责任公司北阳庄矿井预计2006年准备井筒工程和其它配套工程。蔚州矿业有限责任公司在北阳庄矿井首采区进行三维地震综合勘探工作。

无论哪一期地质物探工作, 都没有真正了解北阳庄井田的煤层两层或多层重复的真正成因, 争论的结果逐渐趋向于重复原因是逆掩断层造成, 所以这些年来, 所有的地震勘探报告都以逆掩断层来解释煤层重复。

2 巷道实见资料及启发

北阳庄煤矿自2009年5月正式开工建设, 截止到现在, 井下开拓已有了部分实见资料, 巷道实见资料显示, 有逆断层存在, 也有的煤层重复两层煤之间地层稳定, 根本未见到断层的任何痕迹。

通过巷道实见资料和地震数据体的对比分析, 对北阳庄井田的5煤重复可能有两种成因, 一是逆断层造成 (见图1) , 一是沉积形成重复 (见图2) 。

原报告解释为断层

基于这一点新认识, 我们受到启发, 在反射波对比时, 抛开到底是断层重复还是沉积重复, 或说有的重复煤层可能不是5煤, 我们只把每一个煤层与一个反射波对应起来, 分清楚每一个煤层区块的范围, 以及空间对应关系, 就真正搞清楚了地下煤层的构造关系及存在状态 (见图3、图4) 。

具体做法

在数据对比时, 分区块对比, 每个区块用不同的标示单独闭合, 这样就可以对比出互不重复的30几个区块, 当然每一个区块上都还有一些小断层, 这些小断层可在分区块时忽略, 按一般三维地震解释小正断层、小逆断层的方法处理。

图4煤层区块的空间显示

各个单独的断块按不重复原则组合到6幅平面图上。这样6幅平面图30多个区块再利用常规作图方法分别做成6张t0等时线图, 6张速度图, 6张底板等高线图。

3 结语

构造成因 第4篇

南岭东段中生代强过铝花岗岩成因及其大地构造意义

南岭东段中生代强过铝花岗岩以含白云母±富铝黑云母±电气石±石榴石等高铝矿物、不含堇青石为显著特征. 它们中的代表性岩体的岩相学、地球化学、Nd同位素和颗粒锆石U-Pb年代学的`研究结果表明, 它们形成于228～225 Ma和159～156 Ma两个时段, 分别属于印支期和燕山早期, 具有低εNd(t)值(-10.6～-11.1), 高A/CNK, Rb/Sr比值和Tdm值(1887～1817 Ma), 以及明显的稀土元素(REE)四分组效应(TE1,3 = 1.13～1.34)等特点. 结合邻区相关岩体的地质学、岩石学与年代学资料, 说明南岭东段印支期强过铝花岗岩形成于印支主碰撞运动(258～243 Ma, 发生在中南半岛)之后约20 Ma的后碰撞的伸展构造环境, 而燕山早期的则形成于由古太平洋构造域制约的弧后伸展环境; 两个时期强过铝花岗岩形成的间歇期J1, 是华南从特提斯构造域向古太平洋构造域转换的过渡时期; 两个时期强过铝花岗岩具有类同的地质、地球化学特征, 因为它们都是当时被加厚的南岭地壳(约≤50 km)在减薄、降压、导水条件下, 由早元古代沉积变质岩部分熔融产生的岩浆结晶形成.

作 者：孙涛 周新民 陈培荣 李惠民 周红英 王志成 沈渭洲  作者单位：孙涛,周新民,陈培荣,王志成,沈渭洲(南京大学地球科学系,南京,210093)

李惠民,周红英(国土资源部天津地质矿产研究所,天津,300170)

刊 名：中国科学D辑  ISTIC PKU英文刊名：SCIENCE IN CHINA (SERIES D) 年，卷(期)： 33(12) 分类号：P5 关键词：南岭   强过铝花岗岩   花岗岩成因  

逆断层两盘构造煤成因机理与分布 第5篇

研究表明,由构造应力作用下导致的顺层滑动是构造煤区域分布的主要原因[5,6,7],切层断层是构造煤局部分布的主控因素[8],煤岩层的岩石力学性质及组合控制了构造煤的层域分布[9]。目前,针对构造煤形成的构造控制多着重于相互关系的研究,而对成因机理方面的研究较少。在此通过对逆断层形成过程中的动力学和运动学分析,探讨构造煤的形成与演化。

1 逆断层形成的动力学和运动学分析

逆断层形成过程中,断层两盘煤层受力形成了构造煤,因此,构造煤也属于断层形成过程中的伴生构造。根据E.M.Anderson(1951)应力状态分析(见图1),断层的形成受水平构造应力σ1和岩层自重应力σw的共同作用,形成两组剖面共轭剪切破裂,通常两组剪切破裂中的一组在构造应力持续作用下形成逆断层,这是逆断层形成的一般力学机制[10]。

E.M.Anderson(1951)理论对逆断层形成的力学分析是建立在刚体受力基础上的,事实上发生构造变形的岩层或岩体并非刚体,应力传递过程中必然有损失,即实际上作用力σ1和σw(实线)大于反作用力σ1和σw(虚线),前者可称之为主动力,后者称之为被动力。显然,两组剪切破裂面中的一组受力比较大,主动力σ1和σw同时位于断层上盘,另一组,只有主动力σw位于断层上盘,且不利于逆断层的发育。由于两组剪切破裂面受力大小不一样,在相同的变形环境条件下,必然是受力大的一组发育较好,而另一组发育较差,这就是两组共轭剪切破裂通常只有一组较为发育的真正原因。同时,由于主动力σ1位于断层上盘,推动上盘向上运动,因此,断层的上盘为主动盘,下盘为被动盘,断层两盘位移是上盘运动的结果。

假设沉积岩层的原始产状是水平的,断层面的倾角为α,根据双轴应力状态分析,作用在断层面上的正应力σ和剪应力τ可用下式表示:

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根据库仑剪切破裂准则,断层初始破裂面的形成应满足下式:

τ=τ0+σtan ϕ (3)

式中:τ0为岩石的黏聚力;ϕ为岩石的内摩擦角。

将式(1)、式(2)代入式(3),经整理后得:

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将式(4)代入式(1)、式(2),经整理后得:

σ=τ0cos ϕ+σw (1+sin ϕ) (5)

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根据逆断层的一般产状特征和脆性岩石的一般力学性质[11],设逆断层的倾角为30°,则岩石的内摩擦角为30°,并代入式(4)(6),经计算得:

σ1=3.5τ0+3σw (7)

σ=0.866τ0+1.5σw (8)

τ=1.5τ0+0.866σw (9)

式(7)(9)可作为一般逆断层形成时的应力条件。

以上计算的是逆断层形成时断层面上的最大主应力σ1、正应力σ和剪应力τ。可以证明,当断裂面形成后,作用在断层面上的应力除最小主应力σw不变外,最大主应力σ1、正应力σ和剪应力τ都减小,直到断层停止活动[12]。

构造煤是断层形成过程中煤层受力变形的结果,因此,构造煤的形成过程及特点必然受断层作用控制,断层两盘应力的大小、性质和演化决定了构造煤的形成和演化。

2 逆断层两盘构造煤的形成与演化

在断层形成过程中,断层带内的煤层受到断层两盘相对运动的强烈剪切作用,形成鳞片状构造煤,这一类构造煤完全属于构造岩的范畴,其宽度一般与断层的规模成正比。作为含煤地层中最软的特殊岩层,其破碎程度也是最大的。

但断层两盘通常也具有一定宽度的构造煤,并且随着远离断层,构造煤发育的厚度和程度均逐渐减小,也反映了一定的构造应力作用。

按照逆断层形成过程中的力学条件分析,主动力σ1和σw位于断层上盘,逆断层是在上盘上升过程中形成的,上盘是主动盘,下盘是被动盘。逆断层两盘构造煤形成的力学分析及演化模式见图2。

初始破裂时,在断层面附近,上盘受应力σ1和σw的作用,在断层面上产生顺层面的剪切应力作用,该剪切应力又通过断层带传递到下盘断层面,并在断层两盘形成与主断层面平行的同向小断层或与主断层面小角度相交的节理等伴生构造。但由于上盘上升过程中施加在断层面下盘的剪应力要通过断层带构造岩才能传递过去,并造成应力损失,因此,断层下盘剪应力要小于上盘,与其对应的伴生节理也不如上盘发育。

在构造应力持续作用下,断层两盘靠近断层面岩层以弯曲的形式实现对顺断层面剪切应力的调节,逐渐形成牵引褶皱,其规模和翼部的弯曲也逐渐增大,形态更加完整,并在层间形成剪切应力,其影响范围也限于牵引褶皱作用的范围或岩层产状变化的范围。毫无疑问,由于牵引褶皱是沿断层面剪切应力作用下形成的,因此,逆断层上盘的受力范围大于下盘。

受断层两盘活动特点的影响,逆断层上盘不论伴生节理还是牵引褶皱都比下盘发育,构造作用力强度也大,因此,逆断层上盘更容易形成构造煤。其分布特点是:①上盘构造煤分布范围较下盘宽、发育程度较下盘大;②离断层越远,受断层影响的构造煤越不发育,其影响极限距离是岩层产状开始发生变化的部位;③构造煤的结构主要受顺层剪切应力控制,为鳞片状,断层带内鳞片片理与断层面产状一致,断层两盘与岩层面产状一致;④煤层厚度在断层上盘由于拖拉牵引严重,相对明显减薄,下盘变化较小。

3 逆断层两盘构造煤形成实例

根据笔者对华北板块区域构造特征及晚古生代煤层构造煤区域分布规律的研究,逆断层主要形成在板块的南缘、北缘和西缘,其中,反映逆断层作用及其对构造煤具有典型控制的实例主要见于板块的南缘和北缘。

1) 华北板块南缘构造区:

本区逆断层主要发育在徐宿、淮南和平顶山矿区,如理论分析一样,构造煤主要形成在逆断层上盘,下盘相对较弱。比较典型的实例是宿东矿区构造煤的逆断层控制与分布。

宿东矿区位于宿北断裂以南,区域上属于徐宿弧形逆冲推覆构造的一部分,区内西寺坡逆冲断层将矿区分成宿东向斜和宿南向斜两部分。本区构造煤主要发育在逆断层上盘宿东向斜,断层的下盘宿南向斜构造煤发育较弱。根据研究,逆断层上盘宿东向斜煤层渗透率以中低渗区占优势,各主煤层低渗区占33%,中渗区占13%,高渗区占54%;逆断层下盘宿南向斜煤层渗透率以高渗区为主,各主煤层低渗区占19%,中渗区占9%,高渗区占72%[13]。

2) 华北板块北缘构造区:

本区逆断层主要发育在京西和兴隆矿区,对比研究较好的是京西矿区。京西矿区构造线主要呈北东南西向,煤层变形除受大的褶皱、逆冲断裂控制外,还受井田内小型构造控制。根据区域构造分析和煤体结构观察,本区构造煤较为发育,构造煤的区域分布主要受构造控制,其中逆断层上盘构造煤最发育,下盘相对较弱,褶皱轴部煤层异常加厚形成煤包,在翼部明显地被拉薄甚至被拉断。

含煤地层中的逆断层大都经历了多期次构造运动作用的叠加,使断层两盘的构造煤更加复杂。如华北板块南缘,逆断层主要是在燕山期南北向挤压应力作用下形成的,喜山期又受北西至南东向引张应力的作用,板块内先存的挤压系统部分转变为伸展系统,可能发生构造反转,从而使逆断层转变为正断层。现在的断层两盘构造煤是多期次构造运动作用的结果[14]。

4 结论

1) 逆断层形成过程的主动力σ1和σw位于断层上盘,断层上盘为主动盘,下盘为被动盘,上盘沿断层面的剪应力大于下盘,构造煤主要形成在断层上盘。

2) 断层两盘岩层中牵引褶皱产生的层间剪切滑动,使构造煤具有片状或鳞片状结构的特点。

构造成因 第6篇

1、井田地质概况

布尔台井田位于鄂尔多斯市伊金霍洛旗布尔台乡, 地表出露地层有下白垩统伊金霍洛组、上新统、上更新统马兰组、全新统风积与冲洪积物。钻探工程揭露的下部地层有上三叠统延长组、中侏罗统延安组、直罗组。其中, 延安组是井田内中生代唯一含有工业价值煤层的沉积体, 与延长组和直罗组呈平行不整合接触, 走向320°～350°, 倾向北东东或南南西, 倾角3°～11°, 厚度161.55～284.20m, 共有10个可采煤层, 自上而下编号分别为2-2上、2-2中、3-1、3-2、4-1、5-1、5-2、6-1中、6-2中、6-2下。首采区主采煤层为3-1煤层和5-1煤层[1]。

3-1煤层位于延安组中上部, 厚度0.82～5.80m。煤层延伸稳定, 结构较简单, 一般含1～2层石英砂岩夹矸。煤层顶板主要为中粗粒长石石英砂岩、砂质泥岩, 底板以砂质泥岩为主, 局部相变为长石石英砂岩。

5-1煤层位于延安组下部, 上距3-1煤层60～70m, 厚度0.90～7.68m。煤层结构简单, 顶板为砂质泥岩, 底板以砂质粉砂岩为主, 局部为泥岩、粉砂质泥岩和粉砂岩。

构造位置上, 布尔台井田位于鄂尔多斯台拗伊蒙隆起东南部[2], 延安组总体构造形态为褶皱包络面向南西西向缓倾的“单斜”构造。褶皱包络面产状十分平缓, 倾角1°～4°, 内部次级短轴平缓褶皱与小型高角度正断层和层滑断层发育。井田内缺乏岩浆侵入活动, 中生代地层中也没有火山岩夹层, 不发育陷落柱构造。

2、首采区块构造特征

首采区位于布尔台井田中东部, 在三条分别长达2700m的大巷中连续发育十余个次级背、向斜构造和14条伸展断层, 显示出挤压与伸展变形共存的构造特征。

2.1褶皱构造

区内煤系褶皱按其成因分为两种类型, 一种是挤压变形过程中形成的次级褶皱, 另一种是地壳表层伸展变形过程中伴生的牵引褶皱。

(1) 次级褶皱

位于褶皱包络面内, 表现为煤系连续弯曲形成的背、向斜构造。具有以下特征:

①褶皱两翼倾向相背, 倾角4°～6°, 局部可达11°, 翼间角154°～168°, 为平缓褶皱。

②煤系呈圆弧状弯曲, 波峰和波谷宽缓, 波长100～160m, 波幅小于10m褶皱长度600～900m, 属短轴褶皱。

③褶皱形态不对称, 往往北东翼长而缓, 南西翼短而陡, 长、短翼之比为2∶1～3∶1。

④褶皱轴向330°左右, 轴面倾向北东东, 倾角65°～73°, 轴迹在剖面上略有起伏, 平面上开阔弧形弯曲。

(2) 牵引褶皱

首采区煤系中这类褶皱不甚发育, 仅在一些滑移距离较大的伸展断层下降盘可以见及, 其特点是:

①褶皱位于伸展断层的下降盘紧邻断层面一侧, 呈向斜形态出现, 翼间角在100°～120°之间, 为开阔褶皱。

②褶皱形态不对称, 靠近断层面一翼陡而短, 远离断层面的另一翼缓而长, 短翼与长翼之比为1∶10～1∶25, 枢纽倾伏。

③褶皱轴面与断层面走向平行, 倾向相同, 倾角较大, 两者夹角介于33°～55°之间, 锐角指示所在盘的下降方向。

④褶皱属于伸展断层两盘相对错动过程中对“空降”的下降盘煤系拖曳 (牵引) 作用产物。

2.2伸展断层

伸展断层指地壳或岩石圈在拉伸和薄化作用下形成的断层构造组合系统。布尔台井田首采区内这类断层形成于表部构造层次, 发育于次级向斜核部和背斜两翼, 构造形迹有小型高角度正断层与层滑断层。

(1) 高角度正断层

首采区巷道中断层平面形态呈直线状, 走向以7°～30°和290°两组为主, 东西向次之, 其他方向的断层不发育, 倾角均大于45°。断面平直光滑, 有摩擦镜面、斜向擦痕和正阶步。断层下沿既切割了3-1煤层, 又切割5-1煤层, 两煤层在间隔60～70m的垂向距离内平错不大于35m。断层落差0.55～7m不等, 以小于5m者为主, 平面延伸超过120m。断层带内构造岩有糜棱煤, 砂质碎斑岩、碎粉岩等。断层平面延伸长度与断层带宽度、落差呈正相关, 平面长度相对较大者断层带清楚, 擦痕、正阶步和牵引褶皱发育, 落差也大。追踪小断层在平面上的延伸, 未见它们之间的明显切割关系, 但见相互之间限制, 小断层在平面上组合形态呈“棋盘格式”。

(2) 层滑断层

首采区层滑断层均以伸展断滑型为主, 具有以下特点:

①每条层滑断层均有一个显著的层滑断面, 或滑动带, 顺煤层与顶板围岩发育的层滑断层为微小级, 煤层减薄或增厚不明显。斜切煤层与顶板砂岩发育的层滑断层为小型。

②绝大多数层滑断层的顺层滑脱距离远比垂向断距大。如在上述大巷中, 8条层滑断层切割3-1煤, 仅1条断层同时切割了5-1煤。

③断层剖面形态与岩石力学性质密切相关。在煤层与厚层砂岩顶底板中, 层滑断层倾角大, 进入煤层间泥岩、砂质泥岩、粉砂岩等层理和层面较发育的软弱岩层时, 断面由切层转变为顺层。因此, 层滑断层在平面上为直线状, 在剖面上断面波状起伏, 台阶状与顺层状兼而有之。

④层滑断层常出现于高角度正断层下降盘, 两者走向相同, 倾向基本一致, 向下延伸受高角度正断层限制。

⑤多数层滑断层落差较小。相对而言, 落差较大者, 滑动带 (破碎带) 宽度大, 并伴随漏水和上盘牵引;滑距较小者, 破碎带宽度小, 承压水活动不强烈。

⑥层滑断层的力学性质为张剪性, 滑面平整光滑, 擦痕和正阶步不发育, 断层及其组合形式反映了伸展引起的剪切作用是其主要变形机制。

3、构造样式

井田构造形态往往是多期构造应力场转换过程中形成的构造形迹叠加而成。同一期构造变形或同一应力作用下所产生的构造形迹有着一系列共同特点, 相互之间在剖面形态、平面展布、排列规律、应力机制上有着密切的联系, 形成了特定的构造组合样式。

布尔台井田首采区为薄皮构造样式, 有褶皱和伸展断层两种基本类型, 它们分别反映了燕山期挤压和伸展两种不同构造应力场的叠加转换。

3.1褶皱样式

首采区延安组小型次级褶皱为短轴平缓褶皱, 背、向斜相间分布, 规模大小相近。褶皱波峰和波谷宽缓, 北东翼长而缓, 南西翼短而陡, 轴面倾向北东东, 轴向330°, 轴迹略有起伏。由于褶皱波长大、波幅小, 变形微弱, 无褶皱、逆冲断层等伴生构造, 组合形式类似于日耳曼式, 因此褶皱不影响主采煤层的连续性, 也没有引起煤层厚度的大幅度变化。它们的存在反映了延安期末区内曾经历了一次北东—南西向的挤压作用。

3.2伸展断层构造样式

首采区煤系中伸展断层有以下几种构造样式:

(1) 地堑:由两组走向大体一致且相向倾斜的正断层组成, 它们之间的共同上盘下降。

(2) 地垒:由两组走向平行且反向倾斜的正断层组成, 其共用下盘上升。

(3) 阶梯状断层:由两条或更多走向平行、倾向一致的伸展断层组成, 这些伸展断层上盘依次下落, 剖面上如阶梯。

4、首采区构造成因剖析。

从区域构造发展角度看, 伊蒙隆起所在的鄂尔多斯盆地是西伯利亚—蒙古板块与华北—塔里木板块在晚二叠世末期对接碰撞, 古亚洲洋消失, 直至印支末期秦岭—大别造山带形成之后才从中国北方大陆分离出来的大型内陆拗陷盆地[3]。该区在印支末期处于近水平的南北向挤压构造应力场中, 盆地整体抬升, 延长组遭受强烈剥蚀, 形成区域性平行不整合面和起伏不平的古地理面貌。一直到早侏罗世伊蒙陆块持续隆升, 以致缺失富县期沉积记录。中侏罗世早期该区构造古地理发生重大变化, 最大特点是从晚三叠世末期开始彼此分隔的沉积区相互联为一起, 并纳入整个鄂尔多斯盆地鼎盛期沉积演化序列中。起初沉积的是延安组一段底部灰白色厚层状粗粒 (含砾) 石英砂岩, 发育正粒序层理和大型交错层理, 厚度变化大, 局部地方缺失, 为辫状河床相。这期沉积物的存在既对沉积期凹凸不平的古地形起到“填平补齐”作用, 同时也为后期盆地的大范围聚煤作用鉴定了古地貌基础。物源分析表明, 延安组辫状河沉积碎屑主要来自于阴山造山带的古老变质岩体。随着河床淤积和河流入湖引起的环境变化, 形成延安组二段湖泊三角洲平原分流河道中细粒砂岩沉积。河床相上部 (前方) 粉砂岩和砂质泥岩中发育6号煤组的不稳定煤层, 属三角洲平原洪泛盆地沉积。以后盆地稳定发展, 沉积作用持续, 在稳定的构造背景中沉积了6号煤组中以上的含煤碎屑岩建造。

延安末期, 伊蒙陆块曾有一次显著的隆升作用, 这是燕山运动二幕的构造效应 (区内缺失燕山运动一幕记录) 。不同学者对鄂尔多斯盆地这个时期构造应力场的认识分歧较大[4,6], 据徐黎明等广泛研究[7], 该构造变形的主压应力方向大致具有由盆地四周向盆内挤压的特点。首采区褶皱样式反映出其受到NE-SW方向弱挤压, 形成了NNW-SSE向平缓褶皱与NNE-SSW和NWW-SEE向一对共轭剪节理。中侏罗世中期开始, 本区地壳伸展, 先期形成的一对共轭剪节理在局部应力场作用下转换为高角度正断层和层滑断层。

之后, 伊蒙陆块再度沉降, 岩相古地理面貌与延安期有较大差别, 表现在湖泊近于消失, 缺乏以煤层为代表的泥炭沼泽相沉积, 代之而起的是河流沉积体系。河流相砂岩中发育大型槽状交错层理和板状交错层理, 上部为漫滩相粉砂岩和泥岩, 二元结构清楚, 砂岩占地层结构的50%以上。

直罗期后, 伊蒙陆块全面整体抬升, 经历了长达30Ma的沉积间断, 井田内缺乏直罗期后～晚侏罗世沉积建造。

早白垩世, 随着伊蒙陆块不均衡抬升, 西北高而东南部低, 志丹群下部伊金霍洛组山间河流相巨厚沉积物分布局限。

喜山期伊蒙陆壳持续隆升, 盆地最终消失, 遭受风化和剥蚀作用。

5、断层对首采区工程掘进的影响和建议

首采区巷道掘进过程中遇到的高角度正断层与层滑构造已改变了煤层的赋存状态, 破坏了煤、岩层连续性和完整性, 给综采工作带来了负面影响。同时, 这些小型构造也为瓦斯积聚、运移提供了空间, 增加了矿井安全生产管理的难度。另外。这些小构造用以往的地面钻探和物探手段又难以查清, 给地质判断、处理带来了困难。认真分析和掌握小构造分布和发育规律, 采取正确的构造处理措施将有助于保证煤矿顺利采掘和煤矿安全生产[8]。

(1) 对工作面布置的建议

总体而言, 井田首采区延安组褶皱构造简单, 褶皱幅度、跨度均比较小, 地层倾角小, 对采区划定和工作面布置影响较小, 小型断层才是影响采区和工作面布置的主要因素。首采区现有生产巷道为沿煤层倾向顺底板掘进, 每遇到一个断层, 巷道为了保持允许的坡度, 不同程度地出现数十米长的无煤段 (无效巷) , 这增加了巷道掘进量, 降低了回采率, 提高了吨煤成本, 影响了施工进度。建议在进一步查明和确定首采区段断层产状、滑距、断失翼方向基础上, 制定或修改采掘方案, 改倾向长壁式开采为沿煤层走向开采。由于断层影响, 巷道煤岩层较破碎, 易发生巷道冒顶事故, 建议加强巷道支护。应根据巷道服务年限分别采取巷道砌砖、缩小锚杆间距或架设支架等措施加强巷道安全。

(2) 对巷道掘进的建议

首采区3-1煤厚度1.9-3.3m, 5-1煤厚度5.8～7.28m, 落差≤3m的斜向断层或倾向断层对巷道掘进影响较小, 可以采用挑顶, 卧底或者两者结合的方式推进。落差≥3m断层已将煤层断失, 且3-1煤层顶板主要为硬度较大的石英砂岩, 采煤机切割十分困难, 工作面很难直接推过, 建议采取局部放炮另打眼穿越断层带。

参考文献

[1]内蒙古自治区煤田地质局.鄂尔多斯盆地聚煤规律及煤炭资源评价 (内蒙古部分) .

[2]张泓, 白清昭, 张笑薇等.鄂尔多斯聚煤盆地形成与演化[M].两安, 陕西科学技术出版社, 1995.

[3]赵俊兴, 陈洪德.鄂尔多斯盆地侏罗纪早中期甘陕古河的演化变迁[J].石油与天然气地质, 2006, 27 (2) :152-158.

[4]张岳桥, 施炜, 廖昌珍等.鄂尔多斯盆地周缘断裂运动学分析与晚中生代构造应力体制转换[J].地质学报, 2006, 80 (5) :639-647.

[5]刘池阳, 赵红格, 桂小军等.鄂尔多斯盆地演化—改造的时空坐标及其成藏 (矿) 响应[J].地质学报, 2006, 80 (5) :617-638.

[6]邓甲, 王庆飞, 高帮飞等.鄂尔多斯盆地多种能源矿产分布及构造背景[J].地球科学—中国地质大学学报, 2006, 31 (3) :330-336.

[7]徐黎明.周立发, 张义楷等.鄂尔多斯盆地构造应力场特征及其构造背景[J].大地构造与成矿学, 2006, 11:455-462.