四川省芙蓉矿区的层滑构造

王冰渡

摘 要 通过对四川省西部宜宾市珙县境内珙长背斜西端芙蓉矿区层滑构造系统的井下及室内调绘测试，查明了层滑有NE向和EW两个方向。向由层滑面和层滑带所造成的煤层流变，煤粒碎裂是制约瓦斯形成与富集的主控因素。层滑构造研究是预测、预报煤与瓦斯突出的重要任务之一。

关键词 层滑断层面 层滑构造带 煤层流变 瓦斯与富集

中图分类号：TD712.2 文献标识码：A

任何沉积岩层在构造变形过程中都会发生层间滑动，而含有软弱夹层的煤系地层中，层间滑动和层内流变更是极为普遍的现象。层滑运动造成煤层流变是揭示自然界中应变、介质、环境、能力、动力、时间各因素之间相互关系的突破口。层滑控制着瓦斯的形成与富集，是制约煤和瓦斯突出最重要的因素。通过四川芙蓉矿区矿井层滑构造规律及其对瓦斯所形成与富集相互关系的研究，总结层滑对瓦斯富集与突出的控制作用，为防止和减少煤与瓦斯突出，为煤矿安全采掘生产提供科技依据。

1芙蓉矿区地质构造基本特征

芙蓉矿区位于四川盆地南缘宜宾市南的珙县境内（见图1），位于NWW的珙长背斜的西端。东西长30km，南北宽12km，面积360km2。计有杉木树、巡场、芙蓉、白皎、珙泉等5对矿井生产（另有地方属高县矿）。矿区地质构造复杂、瓦斯突出严重；但揭露资料丰富、地质规律明显，是探索层滑制约瓦斯赋存规律的良好基地。

1——NW向背斜；2——E—W向背斜；3——NE向褶皱；4——煤层露头；5——煤层等高线；6——井田边界

图1：芙蓉矿区区域地质构造简图

区域内出露的地层由老到新依次为寒武系、奥陶系、志留系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩和第四系，总厚近6000m。区内无火成岩分布。煤系地层为二叠系上统宣威组，厚130m，分为下、中、上3个含煤段：中段B煤组含B2、B3、B4三个间距很近的煤层；上段C煤组含五号煤层。各煤均为无烟煤，煤与瓦斯突出均较严重。

区内主要构造以褶皱为主，计有NWW、E—W、NE等3个方向。区域主体构造是NWW向的珙长背斜；E—W向褶皱分布于珙长背斜的南北两翼，向斜北陡南缓；NE向褶皱叠加于前两组构造之上。西端的杉木树井田位于NE向的滥泥塘向斜上；位于珙长背斜北翼的巡场井田，地层倾角陡，层滑不甚发育；南翼的芙蓉、白皎和珙泉3个井田层滑十分发育，瓦斯突出均强烈。每个井田内中小断层都很发育，以EW，NE，NW三组为主，规模一般较小，但数量很多与层滑构造组合成一起，为瓦斯的形成与富集创造了条件。

2矿区层滑断层与层滑构造

层滑断层指受岩性或地层的层面控制，平行或近于平行岩层层面的断层。形成层滑断层的构造作用，称为层滑运动。由层滑运动形成的滑面及滑面上下的伴生构造，共同构成层滑构造。

2.1层滑断层面

在煤矿矿井中的层滑断层多数是在煤层附近发育。断层面沿煤层与顶、底板之间、煤分层与夹石层之间、光亮型煤构成的软弱煤分层中间通过，所以也有人称为顺煤层断层。断面可以单个出现，也可以成组出现。后者可分出主滑面与次滑面：主滑面断面平直，规模较大，滑动明显。芙蓉矿区主滑面上无明显擦痕、阶步，而有一层土状的软岩或软煤分层，如B4煤层与顶底泥岩之间的主滑面；次级滑面规模小，多呈弧形，滑动微弱，经常变为切层发育。芙蓉矿区次级滑面上擦痕阶步明显，有时可被方解石脉充填，方解石脉也可被揉搓成粉末状。

对杉木树井田B3+4煤层与顶底泥岩之间主滑面断裂构造岩显微镜观察：粘土矿物表现为定向排列；扫描电镜下放大800～1100倍时，见粘土矿物被强烈挤压揉皱；遇煤屑时显环状绕行，边缘轮廊不清，煤屑分布也杂乱。经X光衍射分析发现滑带内粘土矿物以伊利石为主，如白皎井田层滑带一个样品几乎主要是伊利石，另一样品中有30%高岑石，但伊利石和蒙脱石仍是主要成分。

2.2层滑构造带

层滑运动并非仅仅造成一个顺层滑面，它还引起断带附件的煤岩体揉褶、断裂、碎裂、流变形成或宽或窄的层滑带，或称层滑构造变动带。层滑派生的小褶皱一翼缓而长，一翼陡而短，甚至倒转，由此可推断滑面的运动方向。如在杉木树井田实测一滑面上小褶皱的两翼产状，求出褶皱倒伏方向355€埃纱送贫先嘀逅诘纳吓淘硕较蛭？55€啊S苫鸬拿芗怼⑹樾笔蕉喜慊蚴锹跃逽形展布的次级断面也同样可以判断面上下的运动方向。

滑動导致煤体破坏搓碎、碎裂流动，不仅改变了煤体的结构性质，而且造成煤层的增厚与减薄，如白皎1482巷道一号煤底板发育的层滑，使煤层结构破坏，煤层大面积增厚；白皎117区二、四号煤层因层滑构造，煤层重合，造成无法采全高。另一方面，滑动时也可造成煤层薄化，甚至尖灭。

2.3层滑带的展布

在垂向柱状剖面上B煤组的B2与B3+4煤之间只几分到几米的泥岩，层滑多发育于B煤组，特别是B3+4煤层顶板页岩中。C组煤层很薄，滑面不发育。在横向平面分布上，层滑构造主要发育于珙长背斜南翼的芙蓉、白皎、珙泉三个井区；北翼的巡场矿井也有些，但很少。层滑带与地层倾角有明显的相关关系，现已揭露的滑带与地层倾角的相关关系都集中在地层倾角在15€皛25€胺段冢？0€白罘⒂2慊乖齑诟骶锬诘姆植挤较蛐悦飨裕饕荖E方向。层滑构造呈强烈变动带与弱变或不变带相间出现是受NE方向影响，层滑构造呈强烈变动带与弱变或不变带相间出现；除白皎井田与大断层的分布有一定关系外，主要是受NE向褶皱作用的控制。同级的层滑带具有等距性的特点，如珙泉井田A，C，F，G4个同级的层滑带，间距为210～260m，平均250m（如图2），杉木树矿田层滑构造主要集中在滥泥坳向斜NW翼东部700～1100m范围内，延伸方向与褶皱完全一致，该区除受NE褶皱作用制约外，还与EW向构造复杂带有制约关系，在NE向及EW向复杂构造交汇带层滑最为发育。瓦斯突出的危险性也最严重。endprint

1——NW向背斜；2——NE向向斜；3——大、小断层；4——煤层露头；5——层滑带；单线为巷道

图2：芙蓉矿区珙泉井田层滑带平面展布图

3矿区瓦斯形成富集及其控制因素

煤中的孔隙和微孔隙是决定煤中瓦斯含量的重要因素。另外，煤的比表面大小对煤吸附瓦斯的能力有很大影响，而煤吸附瓦斯能力的大小决定着瓦斯突出危险的严重程度。比表面积大的煤层，瓦斯吸附量增大，这将会提高瓦斯突出的潜能。而煤层层滑引起的煤层碎裂流动将大大地增加煤粒的比表面积，也增大了煤中的孔隙，而因增大了瓦斯含量与瓦斯压力。

芙蓉矿区目前开采的五对矿井中，珙长背斜南翼的三个井田倾角一般为5€皛12€埃欣谕咚沟木奂敫炒妗0尊ň锿咚购课？1.502～18.853m3/t，最大的瓦斯涌出量为88m3/min，而北翼退场绝对瓦斯涌出量仅为10.22m3/min。除了EW向褶皱控制瓦斯的赋存外，NE向褶皱由西向东褶皱程度由强变弱，宽缓的白皎背斜更有利于瓦斯的赋存与突出，白皎煤矿煤与瓦斯突出最为强烈。

芙蓉矿区的瓦斯赋存与突出严格地受层滑构造展布特征的制约，突出强度也取决于层滑构造的强度与规模，层滑引起的构造破坏、煤厚变化、煤体破碎、孔隙率增高、瓦斯富集、壓力增大诸因素综合作用的结果。由于层滑作用煤层被滑流而增厚或减薄，瓦斯的富集与突出普遍发生在煤厚异常部分，尤其是厚薄过渡区，急骤增厚区内。当然瓦斯的赋存与突出还与煤的变质程度、煤层的埋藏深度、顶底板岩层的稳固封闭条件以及采掘施工过程与工艺有关，但是在诸地质因素中层滑是制约瓦斯突出的主控因素。

4结束语

顺层断裂、缓倾角断裂或层滑断裂等在岩层和煤层中都非常发育，而且在煤层中穿过时所造成的煤层流变、煤粒碎裂、能量耗散和瓦斯聚集，更是在实践方面开拓了一个预测预报瓦斯突出的崭新领域。而且这个领域是一切瓦斯地质工作者必由之路，因为由有机残体构成的煤层，岩性最软，在含有煤系地层的地区，层滑作用一般都要沿煤层或其顶底板穿过。层滑运动造成的煤岩流变，不仅改变了煤层的形成和体积；而且还造成物质成分的变化和应变能量的转化；煤的碎裂流，使煤粒逐渐变细的过程中，还造成煤粒表面积的急剧增大和表面能的增加，所以煤层流变实质上是一种在时间和空间上有序的耗散结构。耗散流变的功能作用不仅造成煤粒空隙增多，表面张力增大，而且还引起吸附和吸着瓦斯的能力大大增强，使瓦期更富集，并增大了瓦斯的能力和压力，为采掘时煤和瓦斯突出准备一切必要条件。这就是为什么不仅芙蓉矿区、而且一切高瓦斯矿井中都要通过层滑研究瓦斯的赋存与聚集，一切瓦斯地质工作者都必须研究层滑构造的根本原因。

参考文献

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[4] 王桂梁，朱炎铭.论煤气流变[J].中国矿业大学学报，1998，17（3）：16-25.endprint