任樓煤礦地質構造特征及其演化分析

童世杰

（安徽恒源煤電股份有限公司任樓煤礦， 安徽濉溪235123）

礦井地質構造是影響煤礦安全生產的主要因素，它主要包括褶皺構造和斷層構造［1］。礦井地質構造不僅控制了礦井和采區的劃分，同時也影響開拓部署、采區設計、煤層開采方式的選擇及其設備的選型等［2］，因此，查明礦井地質構造，為優化采區設計與工作面的選擇和施工提供準確、可靠的地質信息，做出正確的決策，以避免嚴重的地質風險事故的發生，從而達到安全有效的目的，并產生巨大的決策效益和經濟效益［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，F3斷層以北地區為向東傾斜的單斜構造，F3斷層以西地區走向轉為北西西，其中50勘探線～4勘探線一段為童莊向斜北翼的東延部分，表現為不完整的向斜形態，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，48勘探線深部，有一個北北西的王大莊背斜。F23斷層內側，顯示一個向斜構造，為童亭背斜與王大莊背斜之間的鞍部構造。

圖1 任樓礦井構造綱要圖

2 地質構造發育特征

2.1 褶曲構造

任樓煤礦的褶皺構造主要有三個，分別為童莊向斜、48勘探線深部鞍狀構造、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，同時北翼還發育一組北西～北西西逆沖斷層及張扭性斷層；鞍狀構造位于童亭背斜與王大莊背斜之間，東西兩側向下傾斜，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，該背斜西北側發育有一個張扭性斷層，背斜東北側發育有一個壓扭性斷層，二者斷距均為0～25m。

2.2 斷層構造

2.2.1 斷層發育特征

根據三維地震勘探資料、補充勘探資料和現場揭露資料，任樓煤礦共發現的大中型斷層有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。根據礦井內由鉆孔與三維地震勘探控制的斷層發育特點以及通過對斷層參數的統計分析得出以下特征。

通過對整個礦井的斷層研究發現，斷層較發育，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的11.76%；30m＜H≤100m的斷層7條，占整個礦井斷層總數的20.59%；H≤30m的斷層23條，占整個礦井斷層總數的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現，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的20.59%，而正斷層為27個，占整個礦井斷層總數的79.41%，這說明本礦井正斷層較發育。

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°的斷層發育最多，斷層傾角總體較大。

根據礦井目前查明的斷層產狀資料，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，構造發育主要以NE、NEE和NNW為主，優勢走向方位主要為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

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

階梯狀構造，在中六軌道大巷剖面上揭露了一系列正斷層，斷層的產狀基本一致，并且同一方向依次錯落，形成階梯狀構造，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

地塹和地壘構造，在中六軌道大巷剖面上所揭露的斷層在同一剖面上構成地塹構造，如圖6所示，這種構造樣式，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等則構成地壘構造，如圖7所示。

圖6 中六運輸大巷剖面地塹構造

圖7 中六運輸大巷剖面地壘構造

3 構造演化分析

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

3.1 第一期構造（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境，轉變成為陸相河湖沉積環境。秦嶺—大別—膠南帶在碰撞作用下，形成以NWW向為主的山脈。

在構造應力場的作用下，主壓應力（σ1）軸向近南北（179°～359°），拉伸應力（σ3）方向近東西，如圖7所示，形成近東西向褶皺。該期構造應力場奠定了任樓礦井主要斷裂構造行跡，礦井內近東西向的逆斷層（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性較好，NW～NWW向斷裂面連續性較差。因該時期本區地形為南高北低，受地層重力的影響，主應力軸（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 第二期構造（燕山一期）

進入侏羅紀以來，雖然東昆侖、羌塘地塊已經越過北半球赤道，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，中國大陸及鄰區總體上表現為向NW的擠壓和縮短作用。在燕山一期間，逆時針方向轉動跡象是中國東部構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，進而誘發不同深度的巖石出現部分熔融或全部熔融，造成較強烈的巖漿運動。

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

3.3 第三期構造（燕山二期）

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

圖8 任樓礦井邊界構造應力場狀態分析圖

構造作用主要表現為方向和力學性質的改造或轉換，如F16由拉張轉變為壓剪或壓性結構面，拉壓力勢必在該斷層兩側一定范圍內形成裂隙，裂隙網絡發育，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構面，NE、NEE向先壓剪后轉換層張性斷層（F2、F11、D F 48、DF48等）及NWW向現擠壓后張剪斷層的F7等。

4 結論

任樓礦井褶皺構造不發育，但斷裂構造較發育，在大中型斷層中主要以正斷層為主，占斷層總數的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°的斷層發育最多。

通過對目前已經查明的斷層資料、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，構造發育主要以NE、NEE和NNW為主，優勢走向方位主要為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。

斷層形成的應力活動具有多期性，斷層的改造至少經歷過兩期或以上的大型構造運動的改造作用，并且相鄰兩期構造應力場為大角度疊加，結果造成大多數構造結構面力學性質發生轉化或具有二重性。

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

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

［2］ 黃長根.淺談礦井地質構造研究現狀［J］.科技信息，2012，（5）：527－528.

［3］ 王懷勤，朱炎銘，羅躍.張雙樓礦區構造特征及其演化［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.華北東部地區中生代盆地格局及演化過程探討［J］.大地構造與成礦學，2007，（4）：385－395.