许疃矿井田地质构造特征及其演化规律

彭军，吴基文，彭涛，范景坤，李宁

(1.安徽理工大学地球与环境学院，安徽淮南232001;2.淮北矿业(集团)有限公司，安徽淮北235006)

断层、褶曲等是矿井最主要的地质构造，也是影响矿井安全生产的重要因素［1］。矿井地质构造不仅控制了井田的分布、采区的划分，也影响了矿井巷道和煤层开采方式的选择，因此，查明矿井的地质构造规律，是矿井现代化建设的需要［2］。

许疃矿自建井以来，对矿井进行了多次三维地震勘探及其他地质勘探工作，但对矿井地质构造特征仍缺乏系统而全面的认识，影响了矿井的后期建设和安全生产。笔者在前人研究的基础上，总结该矿自建井以来的各种构造资料，并结合三维地震勘探资料和现场观测资料，分析许疃矿的地质构造规律，为该矿后续的安全生产和巷道的合理布置提供相应的依据。

1 矿井概况及地质构造特征

1.1 矿井概况

许疃矿位于淮北煤田南部临涣矿区，处于宿北断裂、光武固镇断裂、固镇长丰断裂和丰县—口孜集断裂组成的的一个近长方形断块内，童亭背斜的南翼。矿井北至F7断层，南抵光武—固镇断裂，总体上为一走向近南北、向东倾斜的较为宽缓的单斜构造，局部发育小型褶曲，并且被近EW向和NE向的断层叠加切割。另外，在矿区东南发育有NE向的向斜构造，为南坪向斜的转折部位［3］。其中，许疃断层为矿区的分割断层，该断层走向NWW，倾向53°～63°，为逆断层，延伸长度8 000 m，落差为115～325 m(图1)，控制了矿井地质构造的发育情况。

图1 许疃矿矿井构造纲要Fig.1 Outline of Xutuan mine structure

1.2 地质构造特征

1.2.1 褶曲构造

矿井主体褶皱为一走向近南北、向东倾斜的单斜构造，褶曲构造不甚发育，仅局部沿走向呈波状起伏，地层倾角北部8°～18°，南部10°～25°，比较明显的为张家背斜和李楼向斜。区内北部大中型褶皱轴向为NWW向，南部褶皱轴向通常为近EW向，从北向南主要的褶皱有童庄向斜、张家背斜、陈张庄向斜、吴家庄背斜和南部的李楼向斜(图1)。SN向的挤压作用及许疃断层的牵引作用使该段地层沿走向发生强烈扭动，产生褶曲，这些褶曲的存在，对许疃矿井田地质构造的发育起到一定的限制作用。

1.2.2 矿井断层发育

许疃矿统计的344条断层中，正断层略多于逆断层，为191条，占总数的56%，逆断层为44%;但落差＞10 m的大中型断层中，逆断层数量为45条，正断层仅为29条;而落差＞100 m的4条断层中，逆断层就有3条。相对于淮北其他矿区，该矿的逆断层特别发育，对生产的影响较大，在开采过程中需加以关注。

矿区的正断层沿矿井自南向北广泛发育，且中小断层受大断层的影响明显，按走向分组，小断层的分布与大断层的分布情况基本一致。如NE向的F5断层，贯穿矿井南北，而NE向的小断层较发育;NWW向许疃逆断层、F8断层，小断层中逆断层的分布也主要与它们的分布方向一致。根据矿区断层性质及其组合关系，可判断为同一构造时期的产物，且NW向的逆断层切割NE向的逆断层，表明前者的形成时代晚于后者［4］。

许疃矿地质构造复杂，断层特别是小断层发育，其断层走向主要为NE和NNE，NEE、NWW、NW次之;其中逆断层以NEE和NE为主，其次是NW和NWW;正断层主要是NE和NEE，NWW和NW正断层较少发育(图2)。

图2 小断层产状玫瑰花图Fig.2 Rose diagram of small faults occurrence

许疃矿小断层倾角变化范围较大，在已统计的全部291条小断层中，倾角主要集中在40°～80°，最大倾角为80°，最小倾角为25°，平均倾角为50°，断层倾角总体较陡。其中，正断层的倾角主要集中在60°～80°，占83.13%，平均倾角66.90°;逆断层的倾角集中在40°～60°，占65.32%，平均倾角53.48°。

1.2.3 断层组合类型

矿区的断层组合类型主要包括叠瓦状构造、阶梯状构造、地堑和地垒构造等，其具体特征如下。

(1)叠瓦状构造72勘探线上所揭露的断层在同一剖面上形成了一个叠瓦状构造(图3)。该叠瓦状构造主要是由在挤压应力作用下，形成的一系列走向NE的逆断层组成的。

图372 线剖面叠瓦状构造Fig.3 Imbricate structure of 72 line profile

(2)阶梯状构造在3224机巷剖面上揭露了一系列正断层，各断层的走向基本一致，且同一方向依次错落，形成阶梯状构造。如图4所示，断层DF206、J－10、J－11等为阶梯状构造组合。

(3)地堑和地垒构造在7224切眼剖面上所揭露的断层在同一剖面上构成地堑结构，如图5所示，这种构造样式，断层常常造成顺煤层巷道的突然消失。而在76勘探线上所揭露的断层，如SDF1、SDF2、SDF3等则构成地垒构造，如图6所示。

图57 224切眼剖面的地堑组合Fig.5 Graben combination of 7224 cut section

图676 勘探线剖面的地垒组合Fig.6 Horst combination of prospecting line profile

2 矿井构造演化规律

分析许疃矿地质构造特征，并结合区域构造演化史，可以认为许疃矿地质构造是印支期、燕山期、燕山晚期、喜山早期、喜山晚期多期构造运动的产物。

(1)印支期由于受到SN向的挤压作用，临宿矿区不均匀地发育了规模不等的EW向褶皱构造。印支后期拉伸断陷形成了分割各EW向构造的EW向断裂，如板桥—固镇断层、宿北断层，并构成了矿区后期构造变动的南北边界断层。

(2)燕山期燕山早中期是中国东部形成NE向构造最强烈的构造期，同时是该区变形最强烈时期，华北板块在这一时期的构造运动决定本区轴向近SN的隔档式褶皱及褶皱陡翼上纵逆断层的发育。在这一时期，华北板块主要受到来自东部库拉—太平洋板块的挤压作用，促进了褶皱上次级构造斜断层、横断层发育［5－6］。

(3)燕山晚期华北板块东部处于NW向伸展、NE向挤压的构造应力环境，同时郯庐断裂带表现为NW—SE向拉伸性质。在该构造背景的影响下，临宿矿区形成了NE向的东西边界断层，如长丰—固镇断层等，这些断层对燕山早期聚煤盆地的形成和持续发展起到了重要作用。该期正断层切割NEE向及先前形成的断层。

(4)喜山早期华北板块受到倾角近水平、SN方向伸展的应力场作用，广泛发育走向近EW的张性正断层，早期的EW向断裂亦演变为正断层。受这一区域构造影响，临宿矿区形成如大辛家断层等EW向正断层。南北边界的宿北断层、板桥—固镇断层再次复活，表现为正断层性质，这种地堑式的构造有利于矿区煤盆地的保存，同时也使矿区北部南北边界地貌发生较大差异。

(5)喜山晚期华北板块发生近SN向挤压、近EW向伸展的构造运动，使中生代以来的NNE向断裂重新裂开并产大规模的隆坳构造，华北东部继续沿NE向断裂发生伸展，由断块掀斜转变为整体沉降的坳陷［7］。临宿矿区在该期构造变动中NNE向断裂重新活动并切割早先各组断层。该期的整体伸展沉降使得临宿矿区优先接受沉积并与濉肖矿区连成一片成为淮北准平原，且使得临宿矿区新生界沉积的松散层厚度大，并较早封闭煤系地层。

3 结论

(1)许疃矿区褶皱构造和岩溶作用不发育，但断裂构造发育。该矿的逆断层较临宿矿区的其他矿区发育，且大中型断层以逆断层为主，小断层走向以NE和NNE为主，且高角度断层居多，倾角在40°以上的占99.31%。

(2)该区的断层经历多期构造运动作用，其中以印支期的SN向挤压和燕山期的(早期为NW—SE方向的强烈挤压作用，晚期为NW向挤压，NE向伸展作用)构造运动影响最为重要。燕山期郯庐断裂的大规模左行运动对该区的构造发育也有一定影响，而喜山早期的构造运动对该区的影响则较小。

(3)由于不同期次的构造运动作用相互叠加、切割和改造，使得该区的断层各个方向均有发育，呈网格交错状分布。逆断层多于褶皱陡翼间发育，且与轴向相同，而正断层则受限于褶皱的发育状况。

(4)由于背斜核部和逆断层部位应力常有集中现象，容易造成瓦斯富集，且该矿的逆断层相对发育，建议在开采过程中要加以关注。同时由于该区小断层和煤层顶底板砂岩裂隙发育，砂岩裂隙水较丰富，断层间相互切割，各断层破碎带较宽且相互间的水力联系较强，因此，在巷道掘进和工作面煤层回采过程中，要加强地质构造分析，做好防水工作，保证矿井的安全生产。

［1］ 姚能旺，朱炎铭，钟和清，等.担水沟井田地质构造特征及其演化［J］.煤炭工程，2012(7):93－96.

［2］ 王怀勐，朱炎铭，罗跃.张双楼矿区构造特征及其演化［J］.黑龙江科技学院学报，2006(6):432－434.

［3］ 张旭刚，郭然.任楼煤矿矿井地质构造规律研究［J］.煤炭科学技术，2009，37(12):103－106.

［4］ 朱志澄，曾佐勋，樊光明.构造地质学［M］.武汉:中国地质大学出版社，2008.

［5］ 吴智平，侯旭波，李伟，等.华北东部地区中生代盆地格局及演化过程探讨［J］.大地构造与成矿学，2007(4):385－399.

［6］ 马莹生，崔盛芹，曾庆历，等.燕山地区燕山期的挤压与伸展作用［J］.地质通报，2002，21(4/5):218－223.

［7］ 蔡超，朱炎铭，陈尚斌，等.开滦唐山煤矿地质构造规律性研究［J］.能源技术与管理，2007(6):8－10.