滑动构造对三李深部煤炭勘查区二1煤层和瓦斯赋存状态的影响

聂怀耀, 赵琳颖, 聂艳敏

(河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院，河南 郑州，450001)



滑动构造对三李深部煤炭勘查区二1煤层和瓦斯赋存状态的影响

聂怀耀, 赵琳颖, 聂艳敏

(河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院，河南 郑州，450001)

基于二维地震、钻孔揭露及测试资料，结合区域构造背景，分析认为三李深部勘查区滑动构造面行迹为宽缓的倒“抛物线”型展布。研究表明：因滑动构造的挤压、揉搓作用使二1煤层原始结构遭到破坏，形成了碎粒状、鳞片状等构造煤；煤层厚度及煤质也发生了较大变化，厚煤带一般分布在煤层埋深的浅部或无煤(区)带的前缘地段，薄煤带和无煤(区)带则分布在中部地段；位于地堑之内的瓦斯含量较高(58.15 m3/t)。

滑动构造；二1煤层；瓦斯特征；三李深部

0 引言

三李深部煤炭勘查区位于河南省荥巩煤田的东部，南邻三李勘探区，西接丁店煤炭普查区，交通极为便利。勘查区东西长23km,南北宽约5km，面积：91.24km2。含煤地层为石炭系太原组和二叠系山西组，全区可采煤层为二1煤，煤层厚度0～9.22m；一1煤层局部可采，煤层厚度0～0.99m。区内煤炭资源丰富，滑动构造发育。

1 研究区地质概况

1.1 地层及煤层

研究区地表大部分被新生界覆盖，基岩仅有零星出露。依据二维地震勘探成果及钻孔揭露资料，地层由老到新为：奥陶系中统马家沟组；石炭系上统本溪组和太原组；二叠系下统山西组、下石盒子组、上统上石盒子组和石千峰组；三叠系下统刘家沟组、和尚沟组；新近系和第四系泥灰岩和黄土覆盖。区内地层总体呈现为走向北西，倾向北东15°～55°，倾角7°～13°的单斜构造。

研究区含煤地层为石炭系太原组和二叠系山西组，全区主采煤层为二1煤，位于山西组底部，煤层厚度0～9.22m，平均厚度4.35m，煤层结构简单，全区大部可采，一1煤位于太原组底部，煤层厚度0～0.99m，局部可采。二1煤层埋深在480～1850m，底板标高为-300～-1700m，受滑动构造作用影响，煤层结构及厚度变化较大[1]。

1.2 构造

区域构造位于秦岭纬向构造带北亚带-嵩箕隆起带东北缘 ， 荥密背斜北翼， 基本构造形态为一地层走向近东西，倾向北，倾角 5°～20o的单斜构造，构造类型以断裂为主，褶曲不发育[2]。荥巩煤田所在的区域自奥陶系沉积以来，经历了多次不同程度、不同方向的构造运动。特别是燕山早期的南北向扭动产生了一系列NW向左行走滑断裂，经过以后各时期构造行迹的改造和加强，形成了以EW向褶皱和断裂及滑动构造为主，次为NW-SE向小型断裂的构造特征[3]。

滑动构造又称为“重力滑动构造” ，在豫西晚古生代煤田中大量分布，构成了一种重要的控煤构造形式，这是华北聚煤区内典型的构造现象[2]，见图1。

图1 豫西煤田中重力滑动构造分布图Figure 1 Gravitational gliding tectonics distribution in western Henan coalfield(据文献[2]，略有增减)

研究区构造以高角度正断层和滑动构造为主，主要有位于研究区北部边缘的郭小寨断层、位于研究区南部边缘的贾峪正断层、李家台正断层，同时在二1煤层附近发育低缓角度的滑动构造，在研究区内形成了三处(HF1、HF2、HF3)形状各异的无煤(区)带[4](图2)。

2 研究区滑动构造特征

因第四系覆盖，研究区滑动构造在地表没有出露，根据二维地震勘探解释成果，结合钻孔揭露资料，滑动构造发育在含煤地层山西组二1煤层及山西组上下其他地层内，从岩心观察构造破碎带岩石特征明显(图3)。根据钻孔揭露煤系缺失的岩层数量说明，滑动构造行迹在勘探线剖面上呈宽缓的倒“抛物线”型展布，见图4、图5，滑动构造在研究区内造成三处无煤(区)带，面积分别为：5.58km2(HF1)、1.21km2(HF2)、5.35km2(HF3)，无煤(区)带呈北西-南东向展布。二维地震勘探资料和钻孔揭露证实研究区HF1圈定的范围内煤层厚度为0m，见图6、图7。

以往研究表明：滑动断裂上盘在沿二1煤层顶板自浅部向深部滑动过程中，由于局部岩层组合及岩石强度差异，滑面在向深部发展过程中，局部下插至二1煤层底板，延伸较短距离后，又回到二1煤层顶板，在二1煤层内形成面积小、轴向与煤层走向一致的薄煤带或无煤带[5]。

研究区的1201钻孔揭露，滑动构造面上切到了上石盒子组底部、下切到本溪组顶部，包括二1煤层和一1煤层在内的460余米地层全部“缺层[6]”。

在2001钻孔，滑动构造导致上石盒子组岩层“缺层”240余米 ；在2801钻孔，三叠系刘家沟组岩层 “缺层”150余米。

图2 研究区构造纲要图Figure 2 Structural outline map of study area

a 孔破碎带岩心 b 岩心滑动镜面及擦痕

图4 第16勘查线剖面图上滑动构造HF1Figure 4 Gliding tectonics HF1 on exploration Line 16 section

图5 第28勘查线剖面图上滑动构造HF3Figure 5 Gliding tectonics HF3 on exploration Line 28 section

图6 二维地震时间剖面显示滑动构造HF1(重叠第16勘查线)Figure 6 2D seismic time section displayed gliding tectonics HF1 (overlapped on Line 16)

图7 二维地震时间剖面显示滑动构造HF3(重叠第28勘查线)Figure 7 2D seismic time section displayed gliding tectonics HF3 (overlapped on Line 28)

3 滑动构造对二1煤层和瓦斯赋存状态的影响

3.1 对二1煤层原始结构及煤质的影响

滑动构造使二1煤层的原生结构遭到破坏：煤层呈现层间挤压、揉搓的构造煤特征(糜棱煤)，煤心看似成柱状，但强度极低，指压可碎。二1煤呈碎粒状、粉粒状、鳞片状。煤的真密度1.69t/m3，视密度1.50t/m3。

二1煤煤质分析结果：原煤干燥基低位发热量平均为26.79MJ/kg，二1煤浮煤干燥基高位发热量平均为31.18MJ/kg，浮煤干燥无灰基挥发分产率为4.35%～6.07%，干燥无灰基氢含量为2.64%，镜质组平均最大反射率为3.358%～3.751%，镜下鉴定二1煤有机组分平均含量约占总量的85%，主要为镜质组，约占有机组分的79%。二1煤变质阶段为Ⅶ，属高热值无烟煤二号[1]。

3.2 造成煤层厚度变化大且薄煤带、厚煤带分区明显

因滑动构造作用，研究区二1煤层厚度变化很大，见表1。

煤层在较短的距离内厚度就发生很大变化：如3201孔见煤厚度8.78m，而距3201孔之北仅有230m的距离就进入了无煤区(HF3)的范围内，煤厚为0m。12-4孔见煤厚度9.22m， 而距本孔之北900m左右就进入无煤带的边界内 (该区域1201孔和2209孔煤厚均为0m)。浅部边界钻孔23-3见煤厚度仅有0.30m，与该孔平面距离仅有750m的2808孔见煤厚度则有3.90m。研究区煤层厚度变异系数达61.7%，可见煤层厚度变化之大，见图7。

表1 二1煤层部分见煤点厚度

因滑动构造挤压、揉搓的动力作用，区内出现了厚煤带、薄煤带、无煤带的区域。图8显示：研究区6m以上厚煤带多分布在浅部，即位于无煤(区)带的前缘地段，三处无煤(区)带呈北西-南东向在区内展布，面积大小不等， 2m以下的薄煤带分布在三处无煤(区)带相邻的中间地带。厚煤带的面积与其相邻的无煤(区)带面积大小无明显比例关系。

图8 二1煤层厚度等值线图Figure 8 Isogram of coal II1 thicknesses

3.3 造成煤层瓦斯含量分布不均匀

研究区煤层埋深为南浅北深，随着煤层埋深的增加，瓦斯含量是逐渐增高的趋势。一般来说，煤层厚度越大，瓦斯含量就越高；煤层薄、煤质差，则瓦斯含量相对较低，厚煤带一般也是瓦斯富集带[7]

由于滑动构造的动力作用，厚煤带多分布在浅部。测试结果显示厚煤带瓦斯含量并不高(图9)，如3201孔二1煤厚8.78m，瓦斯含量为20.60m3/t，与该孔埋深基本相当的2801孔二1煤厚5.33m，瓦斯含量仅有15.50m3/t，但位于厚煤带的2001孔煤层(煤厚6.41m)瓦斯含量高达58.15 m3/t。其原因是2001孔煤层所处地段是由贾峪正断层和DF3断层形成的地堑之内，位于地堑处的煤层瓦斯含量会普遍较高。这是研究区瓦斯含量分布不均匀的原因之一。

研究表明，在构造应力、重力等作用下形成的糜棱煤与原生结构煤存在着显著的差异。糜棱煤的孔隙度、比表面积、吸附能力均高于原生结构煤[8]；对无烟煤而言，糜棱煤的电阻高于原生结构煤[9-11]；X射线衍射反映的糜棱煤的晶体结构与原生结构煤也明显不同[12-13]。这说明动力变质作用改变了煤的物理化学性质，进而增加了煤的吸附能力，相同地质环境下煤体变形程度越深、吸附能力越强，这也是研究区瓦斯含量分布不均匀原因之一。

图9 二1煤瓦斯等值线图Figure 9 Isogram of coal II1 gas contents

4 结论

(1)滑动构造致使研究区二1煤层的原生结构遭到破坏，二1煤呈碎粒状、粉粒状、鳞片状构造煤，镜质组平均最大反射率为3.358%～3.751%，二1煤变质阶段达到VII，为无烟煤二号。

(2)区内无煤(区)带、薄煤带、厚煤带分区明显。6m以上厚煤带多分布在研究区的浅部地段，无煤(区)带在区内呈北西-南东向展布，面积大小不等，2m以下的薄煤带分布在三处无煤区相邻的中间地带。

(3)位于地堑之内的煤层瓦斯含量较高，这是研究区瓦斯含量分布不均匀的原因之一； 相同地质环境下煤体变形程度越深、吸附瓦斯能力越强，这也是瓦斯含量分布不均的原因之一。

(4)在滑动构造发育的勘查区布设钻孔孔位时：既要考虑工程间距的合理性、同时必须考虑滑动构造形成的无煤(区)带范围，谨慎把握所布设的钻孔能揭露到煤层，进而获得相关的煤质资料。

[1]聂怀耀,张俊,等.河南省荥巩煤田三李深部勘查区煤炭普查报告[R].河南郑州：河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院，2012.

[2] 河南煤田地质公司.河南省晚古生代聚煤规律[M].武汉：中国地质大学出版社，1991.

[3]刁良勋.河南三李煤矿区构造发育规律及成因探讨[J].中国煤炭地质(原中国煤田地质),2007. 19(4):18-20.

[4]徐秀力，杨涛,等，河南省荥巩煤田三李深部勘查区煤炭普查二维地震勘探报告[R].郑州：河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院，2012.

[5]王德伟.滑动构造影响下煤层厚度与构造破碎带关系分析[J].中国煤炭地质2010.22(3)：4-7.

[6]孙锦屏,李万程，一个重力滑动构造的范例[J].中国煤炭地质，2009.21(4)：9-15.

[7]范云霞.浅析荥巩煤田煤层瓦斯地质特征[J].中州煤炭,2006,总143:28-29.

[8]周家尧,关德师.煤储集层特征[J].天然气工业,1995,15(5):6-11.

[9]姜波,秦勇.高煤级构造煤XRD结构及其构造地质意义[J].中国矿业大学学报,1998,27(2):115-118.

[10]徐龙君,刘成伦,鲜学福.频率对突出区煤导电性的影响[J].矿业安全与环保,2000,27(6):25-26.

[11]张广洋,谭学术.煤的导电性与煤大分子结构关系的试验研究[J].煤炭转化,1994,17(2):10-13.

[12]陈昌国,张代钧.煤的微晶结构与煤化度[J].煤炭转化,1997,20(1):45-49.

[13]张代钧,鲜学福.煤微组分结构的X—射线实验研究[J].分析测试报,1991,10(3):32-35.

Impact from Gliding Tectonics on Coal Ⅱ1and Gas Hosting State in Deep Part Sanli Coalmine

Nie Huaiyao, Zhao Linying and Nie Yanmin

(The Second Geology and Mineral Resources Surveying Institute, Henan Geology and Mineral Resources Exploration andExploitation Bureau, Zhengzhou, Henan 450001)

Based on data from 2D seismic prospecting, drilling and testing, combined with structural setting have analyzed broad and gentle inverted “parabola” extending of the gliding tectonic surface trace in deep part Sanli coalmine. The study has shown that because of compression, kneading actions from gliding tectonics made original structure of coal Ⅱ1destructed and formed fragmentary, scaly tectonoclastic coal; coal thickness and coal quality also have varied greatly. Thick coal belt is generally distributed in coal buried shallow part or coal barren (zone) front sector; thin coal belt and coal barren (zone) in middle sector; while coals in graben have higher gas content (58.15m3/t), thus the one reason of irregularly distributed gas content in study area.

gliding tectonics; coal Ⅱ1; gas features; deep part Sanli coalmine

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.06.01

1674-1803(2017)06-0001-06

2008年度中央地质勘查基金项目([2008]032号)。

聂怀耀 (1959—)，男，河南济源人，高级工程师，从事矿产地质勘查工作。

2017-02-27

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责任编辑：宋博辇