山西朔州东坡煤矿构造关系及成因分析

王恩营,马军超,汪师逵,杜琳玮,邢鹏飞,张 飞

(河南理工大学资源环境学院，河南 焦作 454000)

东坡矿位于山西省朔州市朔城区，距朔州市区13km，井田面积约8.3km2，年生产能力达约700万t，是山西中煤集团的大型骨干矿井之一。可采煤层为4-1、9、11三个煤层，其中，9煤最厚，平均16.8m。根据东坡矿地质报告和补充勘探报告，矿井地质构造类型为中等。

目前，井田内生产揭露的地质资料、三维地震资料和其他勘探资料等均缺乏系统的研究和利用，对矿井地质信息及小构造的发育情况掌握不清，煤矿安全生产存在较大隐患。例如，在404机运巷，由于对F6断层的位置及其性质掌握不清楚，导致切眼位置不合理等。因此，查清矿井地质构造，特别是断层，在煤矿生产中中具有重要的作用[1-5]。

1 区域构造应力场分析

东坡矿位于宁武煤田北端，隶属于平朔矿区。自晚古生代含煤地层形成至今，主要经历了三期构造应力场的作用(图1)[6]。第一期：C2～T2，相当于海西期；第二期：T3～K1，相当于印支-中燕山期；第三期：K2～Q，相当于晚燕山-喜山期。

1.1 海西期古构造应力场

晚古生代，华北板块处于南(秦岭洋)和北(蒙古洋)两个大洋之间，与北方的西伯利亚板块和南方的华南板块隔洋相望。晚古生代后期，华北板块向北漂移，最终于二叠纪末与西伯利亚板块碰撞对接。大体与此同时或稍晚，华南板块与华北板块也发生碰撞。受南北向挤压应力作用，华北板块形成近东西向延伸的褶皱和逆断层，以及走向NNE 和NNW 两组共轭断裂。宁武煤田位于华北古板块北部，变形相对微弱，但仍可看到这一阶段构造形迹。

1.2 印支-中燕山期古构造应力场

中生代开始，中国板块构造格局发生了很大变化，古生代南北向汇聚的形式被近东西向汇聚为主的板块运动形式所替代。三叠纪初，由于古太平洋板块向古亚洲大陆下俯冲，其西向压应力使中国东部自东向西逐步隆升。从三叠纪至中侏罗世中期，由于古太平洋板块产生的西向压力才开始形成，强度不大，地壳基本处于弹～塑性变形范畴，仅造成整体上升，未形成规模较大的断层和褶皱。中侏罗晚期以后，由于古太平洋板块俯冲速度加快，且俯冲方向变为北北西向，其西向挤压分量使中国东部背斜型隆起进一步加剧。这一阶段构造应力作用主要形成NE-NNE向左旋平移断层及同向褶皱构造。

1.3 晚燕山-喜山期古构造应力场

从早白垩时期开始，区域构造应力场由挤压转变为拉张。原先隆起最高的松辽-华北-江汉一带，演变成为处于弧后盆地位置的东亚陆缘裂谷系。宁武煤田位于该裂谷系中段华北裂谷盆地西缘。在NW-SE向拉张应力场中，新生成一些NNE-NE 向拉张断层，同时，随着区域构造应力场的转变，也发生构造性质的改变，NE-NNE向左旋平移断层变成正断层，它们共同构成目前煤田内的主要断裂构造。

a-海西期;b-印支-中燕山期;c-晚燕山-喜山期;S-共轭剪裂面;T-横张断裂面;Z-褶皱轴向或纵张断裂面

2 矿井构造特征

井田内褶皱、断层均较发育(图2)，其中，褶皱规模较大，控制了井田总体构造型态；断层规模相对较小，处于次要地位。

图2 东坡矿构造纲要图

2.1 褶皱

井田内主体构造为下窑子向斜，另外，还有一些同向小型褶皱，褶皱构造发育显示地层受侧向挤压应力作用所致。以下仅对下窑子向斜做简要描述。

下窑子向斜：位于井田中部，T11钻孔南，轴向近东西，区内延伸长度1.7km，起伏幅度15m，南北两翼倾角6°左右，局部可达10°，南部倾角较大，为一不对称褶皱。其上伴生有更次一级波状起伏，受井田内多条断层切割，失去其完整性，形态较为复杂。

2.2 断层

井田内断层主要发育有3组(图3)，即近EW向、NNE-NE向和近SN向。其中，近EW向断层规模最大的为南部边界断层—担水沟断层，其他近EW向断层均受其控制，为其伴生构造；NNE-NE向这一组断层在井田内最为发育，主要分布在井田东部；近SN向断层为物探解译，可靠程度较差。以下仅对近EW向和NNE-NE向断层做简要描述。

担水沟断层：位于井田南部，为一正断层，走向近EW，倾向S，倾角70°，落差350m，井田内延伸长度约2.3km，在井田内有808钻孔控制。根据分析，该断层可能形成于海西期以前，属于煤系基底断层。海西期，受南北方向的挤压应力作用，形成弧形弯曲；印支-中燕山期受NNW向挤压应力作用，断层右旋平移；晚燕山期后，区域构造应力场由挤压转变为拉张，断层受拉张作用。总之，该断层受多期构造应力作用，断层形态较为复杂。

NNE-NE向断层：主要为正断层，走向50～75°，倾向东或西，最大落差70m，主要分布在井田东部。根据分析，该组断层主要是受印支-中燕山期NNW向的挤压应力作用所形成，后期又受到晚燕山-喜山期应力场作用，断层面波状起伏，具有先压后张的性质。

图3 东坡煤矿断层走向玫瑰花图

3 矿井构造关系及成因分析

3.1 断层与断层关系及成因分析

根据分析，断层之间的关系主要表现为以下两个特点。

1) 近东西向断层之间的序次关系。井田内，近东西向断层主要分布在井田南部边界附近，其中，担水沟断层(F89)为基底断层，断层下盘发育一系列同向小断层，其落差和密度随着远离主断层明显有减小的趋势。因此，可以认为在井田南部边界，断层的形成主要受担水沟断层控制，担水沟断层为第一序次构造，其他同向小断层为第二序次构造。

2) 近东西向断层对NE-NNE向断层的限制关系。担水沟断层作为煤系基底断层，在后期构造应力作用下不仅自身重新活动，形成区域性大断裂，而且对应力场的分布起到分划作用，使断层两盘岩层分别受力，并形成相应的构造。靠近担水沟断层应力场受影响较大，主要是局部牵引应力作用，形成近东西向同向小断层，远离担水沟断层主要受区域应力场的作用，并形成NE-NNE向断层。因此，NE-NNE向断层不仅受担水沟断层等的限制，而且断层的规模也较小。

3.2 断层与褶皱关系分析

井田内褶皱构造的显著特点是轴向近东西，并且具有自南向北减弱的趋势。显然，褶皱的形成不是或不完全是区域应力作用的结果。根据分析，担水沟断层对褶皱的发育具有控制作用，主要表现在：①褶皱的轴向与断层的走向一致，均为近东西向；②靠近担水沟断层褶皱的规模大，褶皱的程度也大，远离该断层逐渐减小。但是，井田内的近东西向小断层和NE-NNE向断层的形成可能与褶皱属于同一序次关系，主要表现为褶皱受断层切割。

4 结论

1) 东坡矿褶皱、断层均较发育，地质构造关系复杂。其中，井田南部边界担水沟断层为第一序次构造，井田内其他近东西向小断层、NE-NNE向断层和褶皱构造主要为第二序次构造，第一序次构造对第二序次构造的形成具有控制作用。

2) 担水沟断层是煤系基底断层，在含煤地层形成后历次构造运动作用下重新活动，断层性质具有复合叠加的特点；井田内近东西向小断层主要为担水沟断层的伴生构造；井田内褶皱构造主要是担水沟断层牵引应力和南北向挤压应力作用的结果；NE-NNE向断层的形成主要是SE-NW向挤压应力作用的结果，并受担水沟断层的限制。

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[6] 李鹏.邢东煤矿地质构造分析与评价[D].西安：西安科技大学，2010.

[7] 王恩营.关于鹤壁地区西山构造与矿区构造之间关系的研究[D].焦作：焦作矿业学院，1988.