舒蘭街煤礦構(gòu)造型式力學(xué)性質(zhì)的分析

劉海濤，楊忠習(xí)，曹乃文

1. 吉林省地質(zhì)資料館， 吉林 長春 130061；2.吉林省煤田地質(zhì)物探公司， 吉林 長春 130033

舒蘭煤田大地構(gòu)造位置位于天山—興安地槽褶皺區(qū)(Ⅰ)，吉黑褶皺系(亞Ⅰ)，吉林優(yōu)地槽褶皺帶(Ⅱ)，吉林復(fù)向斜 (Ⅲ)，伊蘭—伊通斷陷，為中國東部郯廬斷裂帶北延分支之一。盆地性質(zhì)為裂谷裂陷式—地塹盆地，F(xiàn)4、F8為盆緣斷裂，為早期（喜山期）形成并控制古近系新安村組、舒蘭組煤系地層沉積。

舒蘭礦務(wù)局舒蘭街煤礦位于舒蘭煤田的東北部，舒蘭縣城南西3.0 km處，為地塹向斜的東南翼。其主要含煤地層為新生界古近系中新統(tǒng)舒蘭組主要含煤段，其厚度最大為270m，最小200m，平均240m。含煤20余層，可采及局部可采的有10余層，含煤系數(shù)7.58%。

受區(qū)域主構(gòu)造影響，井田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，尤其是斷裂構(gòu)造較發(fā)育（見圖1及表1），且構(gòu)造具有規(guī)律性，斷層可分兩組方向展布，一組是NE方向的走向正斷層，一組是NW方向的斜交正斷層，各斷層對煤層以及采區(qū)的劃分均有一定的影響，有的斷層可成為劃分采區(qū)的自然界限。

舒蘭街煤礦于20世紀(jì)70年代成立，建設(shè)兩對生產(chǎn)礦井，設(shè)計生產(chǎn)能力均為30萬噸/年，分別于1977年和1978年建井，但直至2003年舒蘭街煤礦破產(chǎn)，兩對生產(chǎn)礦井始終沒有達到設(shè)計生產(chǎn)能力（見表2），其主要原因是地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，無法布置單產(chǎn)較高的工作面（采區(qū)）。下面就其構(gòu)造型式及力學(xué)性質(zhì)進行初步分析探討。

1 構(gòu)造型式與構(gòu)造特征

舒蘭街煤礦的構(gòu)造型式為一個入字型構(gòu)造（圖1）。主干斷裂為地塹邊緣斷層F4,走向為NE30°～60°，傾向NW，傾角70°左右，落差大于1 000m，是壓扭性的一級構(gòu)造，也是控制礦區(qū)（煤產(chǎn)地）沉積的主要構(gòu)造。分支斷裂由F9、F1、F10、F5、F3、F20、F2、F12等二級構(gòu)造組成，其走向基本為NEE或近NW向，向北傾斜，傾角較陡，落差0～200m，也都是壓扭性正斷層。其構(gòu)造特征及規(guī)律如下：

圖1 舒蘭街煤礦構(gòu)造略圖Fig.1 Structure sketchmap of coalmine, Shulan Street

表1 舒蘭街一井?dāng)鄬咏y(tǒng)計表Table 1 Fault statistics of No.1 Wall, Shulan Street

表2 舒蘭街一井產(chǎn)量統(tǒng)計表Table 2 Output statistics of No.1 Wall, Shulan Street

（1）分支斷裂越靠近主干斷裂落差越大，遠(yuǎn)離主干斷層落差逐漸變小直至尖滅，有的甚至在較短距離內(nèi)尖滅，其斷層上盤地層基本都向東斜落，具有明顯的逆時針扭動的特點。

（2）受二級構(gòu)造的影響，三級構(gòu)造（小構(gòu)造）較為發(fā)育，越靠近淺部越明顯，這些小斷層也都為壓扭性高角度正斷層，走向多為NE或NEE向，大多數(shù)傾向NW，個別的向南傾斜，褶皺構(gòu)造也很發(fā)育，小型背、向斜均很明顯，所以巖層傾角和走向變化較大，甚至有的變化非常突然。

（3）壓扭性斷層的走向在平面上呈舒緩波狀，大斷層表現(xiàn)更為明顯。

（4）三級構(gòu)造不論是在平面上還是在剖面上，都是成組出現(xiàn)并呈多字型展布，其特點是一組斷層延伸不遠(yuǎn)就尖滅，而隔一定距離又出現(xiàn)一組。

（5）弧形構(gòu)造也較發(fā)育，斷層面一般較陡，落差均不大，有的表現(xiàn)為中間落差大，兩端落差小。

（6）傾向NW的壓扭性正斷層的上盤基本都是向北斜落的，有的甚至水平錯距相當(dāng)于垂直斷距。由于構(gòu)造運動的持續(xù)影響，多數(shù)已經(jīng)形成的斷裂又再次活動，有的斷層面有兩組不同方向的擦痕存在，后期擦痕疊加在前期擦痕上（圖2）。

（7）壓扭性斷層的斷層面（帶）斷層泥發(fā)育，有糜棱巖化、硅化現(xiàn)象，緊閉程度高，具有隔水性。但在中、小斷層，特別是斷層兩盤接觸的巖性都為厚層含水砂巖時，斷層的隔水性相對減弱，但泥巖填充斷層帶的大斷層，其隔水性非常好。

圖2 甲:舒蘭街二井+115車場小斷層素描;乙:舒蘭街一井+50水平23層大巷F10擦痕素描圖Fig.2 A. Sketchmap of No.2 well and 115 Chechang small faults, Shulan Street; B. Sketchmap of No.1 well and Level 50 Layer 23 Daxiang F10 striae, Shulan Street

2 舒蘭街煤礦構(gòu)造型式的力學(xué)性質(zhì)分析

2.1 入字型構(gòu)造的力學(xué)性質(zhì)分析

入字型構(gòu)造的重要構(gòu)造特征，是起源于主干斷裂兩盤發(fā)生相對錯動、特別是發(fā)生大規(guī)模的錯動時，沿斷裂兩側(cè)產(chǎn)生的一對力偶（圖3）。因主干斷裂形成后，將巖塊或地塊一分為二，改變了邊界條件，在各巖塊或地塊內(nèi)形成局部應(yīng)力場。在局部應(yīng)力場中形成不同性質(zhì)的結(jié)構(gòu)面，這種結(jié)構(gòu)面局限于某一巖塊或地塊內(nèi)而不超越其范圍。這種局部應(yīng)力場是由主干斷裂誘導(dǎo)出來的，所以低級序的結(jié)構(gòu)面只能與主干斷裂相交而不相切。這種關(guān)系既說明主干斷裂和分支斷裂是不同序次的成生關(guān)系，同時又是這種構(gòu)造型式的重要形態(tài)標(biāo)志。

在主干斷裂兩側(cè)，分支構(gòu)造發(fā)育的程度并不相等。入字型構(gòu)造的分支斷裂有時可形成低級序的入字型構(gòu)造，有時可分支若干次。

2.2 對壓扭性高角度正斷層力學(xué)性質(zhì)的分析

舒蘭街煤礦特別是舒蘭街煤礦一井淺部一系列階梯狀向NW傾斜的正斷層，落差并不大，落差1m左右的小斷層極為發(fā)育，這是低級構(gòu)造也是低次序的，形成的原因是：在二級構(gòu)造形成時，這些低級構(gòu)造是以水平擠壓兼扭力為主的，即銳角平分線平行水平擠壓力，（圖4甲），但在二級構(gòu)造形成之后，巖層大幅度下落，形成一個個陷塊，這時低級構(gòu)造便又轉(zhuǎn)變成以重力形式為主的垂直擠壓力（圖4乙），因此，所見斷層多數(shù)是上盤向北斜落的。

2.3 舒蘭街煤礦構(gòu)造型式的力學(xué)性質(zhì)分析

圖3 “入”字型構(gòu)造力學(xué)分析圖解Fig.3 Analysis diagram of λ-type structuremechanics

圖4 礦區(qū)構(gòu)造應(yīng)力圖解Fig.4 Structure stress diagram ofmining area

成煤后的佳伊地塹向斜，主要受新華夏系構(gòu)造運動南北對偶扭力的影響。由于佳伊斷裂幾經(jīng)波動，致使新華夏系構(gòu)造運動強大的南北對偶扭力并沒有改變原構(gòu)造線的方向，這強大的地應(yīng)力只是在原構(gòu)造線的控制下，以不均衡的方式施加在斷裂凹陷中，先產(chǎn)生了壓性為主兼扭性的正斷層，即F4主干斷層，形成了地塹向斜，這是由扭力和對扭產(chǎn)生的巨大側(cè)壓力聯(lián)合作用所致。在構(gòu)造運動的不斷進行中，地塹兩側(cè)的花崗巖體像兩塊面板揉壓面團一樣推擠沉積巖體，加之邊界條件的差異，地應(yīng)力分布很不均衡，特別是舒蘭街煤礦，地塹兩側(cè)花崗巖體相距較近，又是構(gòu)造的交匯處，致使地應(yīng)力在這里集中，這是該區(qū)構(gòu)造復(fù)雜的主要原因。

3 結(jié)論

（1）舒蘭街煤礦的構(gòu)造型式為入字型構(gòu)造；

（2）入字型構(gòu)造的主要特點是分支斷裂越靠近主干斷裂落差越大；

（3）斷層都為壓扭性高角度正斷層；

（4）斷層面（帶）斷層泥發(fā)育，有糜棱巖化、硅化現(xiàn)象，緊閉程度高，具有隔水性。

[1] 楊名義,等.構(gòu)造地質(zhì)及地質(zhì)力學(xué)[M]. 北京:地質(zhì)出版社,1978.

[2] 舒萬柏.雨谷井田地質(zhì)構(gòu)造特征及成因分析[J].中國煤田地質(zhì).2007. 19(1):14-16.