舒兰街煤矿构造型式力学性质的分析

刘海涛，杨忠习，曹乃文

1. 吉林省地质资料馆， 吉林 长春 130061；2.吉林省煤田地质物探公司， 吉林 长春 130033

舒兰煤田大地构造位置位于天山—兴安地槽褶皱区(Ⅰ)，吉黑褶皱系(亚Ⅰ)，吉林优地槽褶皱带(Ⅱ)，吉林复向斜 (Ⅲ)，伊兰—伊通断陷，为中国东部郯庐断裂带北延分支之一。盆地性质为裂谷裂陷式—地堑盆地，F4、F8为盆缘断裂，为早期（喜山期）形成并控制古近系新安村组、舒兰组煤系地层沉积。

舒兰矿务局舒兰街煤矿位于舒兰煤田的东北部，舒兰县城南西3.0 km处，为地堑向斜的东南翼。其主要含煤地层为新生界古近系中新统舒兰组主要含煤段，其厚度最大为270m，最小200m，平均240m。含煤20余层，可采及局部可采的有10余层，含煤系数7.58%。

受区域主构造影响，井田内地质构造复杂，尤其是断裂构造较发育（见图1及表1），且构造具有规律性，断层可分两组方向展布，一组是NE方向的走向正断层，一组是NW方向的斜交正断层，各断层对煤层以及采区的划分均有一定的影响，有的断层可成为划分采区的自然界限。

舒兰街煤矿于20世纪70年代成立，建设两对生产矿井，设计生产能力均为30万吨/年，分别于1977年和1978年建井，但直至2003年舒兰街煤矿破产，两对生产矿井始终没有达到设计生产能力（见表2），其主要原因是地质构造复杂，无法布置单产较高的工作面（采区）。下面就其构造型式及力学性质进行初步分析探讨。

1 构造型式与构造特征

舒兰街煤矿的构造型式为一个入字型构造（图1）。主干断裂为地堑边缘断层F4,走向为NE30°～60°，倾向NW，倾角70°左右，落差大于1 000m，是压扭性的一级构造，也是控制矿区（煤产地）沉积的主要构造。分支断裂由F9、F1、F10、F5、F3、F20、F2、F12等二级构造组成，其走向基本为NEE或近NW向，向北倾斜，倾角较陡，落差0～200m，也都是压扭性正断层。其构造特征及规律如下：

图1 舒兰街煤矿构造略图Fig.1 Structure sketchmap of coalmine, Shulan Street

表1 舒兰街一井断层统计表Table 1 Fault statistics of No.1 Wall, Shulan Street

表2 舒兰街一井产量统计表Table 2 Output statistics of No.1 Wall, Shulan Street

（1）分支断裂越靠近主干断裂落差越大，远离主干断层落差逐渐变小直至尖灭，有的甚至在较短距离内尖灭，其断层上盘地层基本都向东斜落，具有明显的逆时针扭动的特点。

（2）受二级构造的影响，三级构造（小构造）较为发育，越靠近浅部越明显，这些小断层也都为压扭性高角度正断层，走向多为NE或NEE向，大多数倾向NW，个别的向南倾斜，褶皱构造也很发育，小型背、向斜均很明显，所以岩层倾角和走向变化较大，甚至有的变化非常突然。

（3）压扭性断层的走向在平面上呈舒缓波状，大断层表现更为明显。

（4）三级构造不论是在平面上还是在剖面上，都是成组出现并呈多字型展布，其特点是一组断层延伸不远就尖灭，而隔一定距离又出现一组。

（5）弧形构造也较发育，断层面一般较陡，落差均不大，有的表现为中间落差大，两端落差小。

（6）倾向NW的压扭性正断层的上盘基本都是向北斜落的，有的甚至水平错距相当于垂直断距。由于构造运动的持续影响，多数已经形成的断裂又再次活动，有的断层面有两组不同方向的擦痕存在，后期擦痕叠加在前期擦痕上（图2）。

（7）压扭性断层的断层面（带）断层泥发育，有糜棱岩化、硅化现象，紧闭程度高，具有隔水性。但在中、小断层，特别是断层两盘接触的岩性都为厚层含水砂岩时，断层的隔水性相对减弱，但泥岩填充断层带的大断层，其隔水性非常好。

图2 甲:舒兰街二井+115车场小断层素描;乙:舒兰街一井+50水平23层大巷F10擦痕素描图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 舒兰街煤矿构造型式的力学性质分析

2.1 入字型构造的力学性质分析

入字型构造的重要构造特征，是起源于主干断裂两盘发生相对错动、特别是发生大规模的错动时，沿断裂两侧产生的一对力偶（图3）。因主干断裂形成后，将岩块或地块一分为二，改变了边界条件，在各岩块或地块内形成局部应力场。在局部应力场中形成不同性质的结构面，这种结构面局限于某一岩块或地块内而不超越其范围。这种局部应力场是由主干断裂诱导出来的，所以低级序的结构面只能与主干断裂相交而不相切。这种关系既说明主干断裂和分支断裂是不同序次的成生关系，同时又是这种构造型式的重要形态标志。

在主干断裂两侧，分支构造发育的程度并不相等。入字型构造的分支断裂有时可形成低级序的入字型构造，有时可分支若干次。

2.2 对压扭性高角度正断层力学性质的分析

舒兰街煤矿特别是舒兰街煤矿一井浅部一系列阶梯状向NW倾斜的正断层，落差并不大，落差1m左右的小断层极为发育，这是低级构造也是低次序的，形成的原因是：在二级构造形成时，这些低级构造是以水平挤压兼扭力为主的，即锐角平分线平行水平挤压力，（图4甲），但在二级构造形成之后，岩层大幅度下落，形成一个个陷块，这时低级构造便又转变成以重力形式为主的垂直挤压力（图4乙），因此，所见断层多数是上盘向北斜落的。

2.3 舒兰街煤矿构造型式的力学性质分析

图3 “入”字型构造力学分析图解Fig.3 Analysis diagram of λ-type structuremechanics

图4 矿区构造应力图解Fig.4 Structure stress diagram ofmining area

成煤后的佳伊地堑向斜，主要受新华夏系构造运动南北对偶扭力的影响。由于佳伊断裂几经波动，致使新华夏系构造运动强大的南北对偶扭力并没有改变原构造线的方向，这强大的地应力只是在原构造线的控制下，以不均衡的方式施加在断裂凹陷中，先产生了压性为主兼扭性的正断层，即F4主干断层，形成了地堑向斜，这是由扭力和对扭产生的巨大侧压力联合作用所致。在构造运动的不断进行中，地堑两侧的花岗岩体像两块面板揉压面团一样推挤沉积岩体，加之边界条件的差异，地应力分布很不均衡，特别是舒兰街煤矿，地堑两侧花岗岩体相距较近，又是构造的交汇处，致使地应力在这里集中，这是该区构造复杂的主要原因。

3 结论

（1）舒兰街煤矿的构造型式为入字型构造；

（2）入字型构造的主要特点是分支断裂越靠近主干断裂落差越大；

（3）断层都为压扭性高角度正断层；

（4）断层面（带）断层泥发育，有糜棱岩化、硅化现象，紧闭程度高，具有隔水性。

[1] 杨名义,等.构造地质及地质力学[M]. 北京:地质出版社,1978.

[2] 舒万柏.雨谷井田地质构造特征及成因分析[J].中国煤田地质.2007. 19(1):14-16.