韩城矿区构造控煤样式与构造控煤模式

孙学阳 夏玉成 李成 苗霖田 李鹏强

摘 要：为掌握韩城地区煤田构造变形特征和含煤地层赋存的规律，指导该区的煤炭资源勘查与评价，在系统总结韩城矿区地质构造发育规律的基础上，运用构造控煤分析方法，提出了矿区控煤构造样式，总结出矿区构造控煤模式。研究认为韩城矿区构造控煤样式共有3大类8种类型，其形成机制主要以挤压作用为主，辅以拉张和走滑作用。煤层赋存规律与控煤构造样式与模式密切相关，韩城矿区普遍存在聚煤前古构造控煤模式、同沉积构造控煤模式和后期构造控煤模式等3种构造控煤模式。综合韩城矿区地质构造发育机制，解释了韩城矿区东南浅部瓦斯含量高于西北深部的反常现象存在的原因。

关键词：地质构造;控煤构造样式;构造控煤模式;韩城矿区

中图分类号：P 618.11 文献标志码：ADOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2019.0108文章编号：1672-9315（2019）01-0050-06

Coal control structural patterns and coal control

structural modes of Hancheng mine area

SUN Xue yang，XIA Yu cheng1，LI Cheng3，MIAO Lin tian2，LI Peng qiang1

（1.College of Geology and Environment，Xi’an University of Science and Technology，Xi’an 710054，China;

2.Key Laboratory of Coal Resource Exploration and Comprehensive Utilization，Ministry of Land and Resources，Xi’an 710021，China;

3.Geological Survey Center，ShaanxiInstitute of Geological Survery，Xi’an 710054，China）

Abstract：To obtain the regularities of coal structure deformation and the occurrence coal bearing stratum，and guide the exploration and evaluation of coal resources in Hancheng area，coal control structural analysis method is used to conclude coal control structural modes，based on the existing coal field geological prospecting data and systematic summary of coal field structural features.It is considered that the coal control structural patterns were classified into three patterns and eight modes.The formation mechanism is mainly compression，complemented by extensional or strike slip actions.The relation between coal measures hosting features and coal control structural patterns and modes is very closed.There are three coal control structural modes in Hancheng mine area such as paleostructure mode，synsedimentary structure mode and later structure mode.Based on the development mechanism of geological structure in Hancheng mine area，the reasons for the abnormal phenomena of gas content in the southeast higher than that in the Northwest Hancheng mine area are explained.

Key words：geology structure;coal control structural patterns;coal control structural modes;Hancheng mine area

0 引 言

中國煤矿具有煤盆地类型多样、含煤地层后期遭受改造明显、构造样式多样的特点。地质构造是控制煤炭资源聚积过程与赋存状态首要的地质因素[1-8]。虽然古植物、古地理、古气候、古水文地质条件等因素对煤层聚积过程都有影响，但构造因素既可直接控制煤层聚积过程与赋存状态，又可通过对古地理、古气候、古水文地质条件等因素的影响而间接控制聚煤作用及其强度。构造对煤的直接控制不仅表现为对煤层聚集过程的控制，而且还表现为对煤层变位、变形、变质等赋存状态的控制。双明等研究了鄂尔多斯盆地构造演化和构造控煤作用[9-11]。廖昌珍等基于野外观察和构造测量资料，论述了鄂尔多斯盆地东缘边界带分段特征及断裂构造样式，认为研究区发育有反冲断裂、上盘断坡褶皱和盖层滑脱等3类构造样式[12]。刘军等通过对陕西省渭北石炭—二叠纪煤田的构造分布特征、分布规律以及地质构造对煤系赋存的控制作用进行综合研究，将该煤田内主要控煤构造样式总结为伸展构造样式和压缩构造样式[13]。王辉运用构造解析法，讨论了渭北石炭二叠纪煤田合阳县控煤构造特征及构造样式，认为该区有3类6种控煤构造样式[14]。田俊伟总结了韩城矿区下峪口井田的地质构造特征及其对主采煤层的影响[15]。韩城矿区矿产资源较为丰富，尤以煤炭具有区域优势，控煤构造样式[16-18]的确定，对于总结韩城地区煤田构造变形特征[19-21]与煤系赋存的规律[22]，指导煤炭资源勘查与评价有重要的意义。涉及研究区的相关研究也有不少，但要么研究范围很大，涉及整个鄂尔多斯盆地，要么研究范围过小，仅针对某个井田。从研究成果来看，迄今尚未见到专门针对韩城矿区的构造控煤样式与构造控煤模式的研究成果。

文中通过分析总结韩城矿区聚煤前古构造和聚煤期同沉积构造对聚煤作用的控制，以及聚煤后构造变动对煤系、煤层、煤质的改造，揭示地质构造对煤炭资源的聚积过程与赋存状态的主导影响作用，总结和划分控煤构造样式，建立构造控煤模式。

1 韩城矿区地质构造发育特征

韩城矿区总的构造格局为一个倒转背斜的残留翼，具体表现为一个北东走向，向北西方向倾斜，且被级一次褶皱和断裂复杂化了的单斜构造。断裂与褶皱均较为发育，但在空间上发育程度不同，具有“东西分带，南北分块;浅部复杂，深部简单”的发育特征。断裂与褶皱等构造发育有“东强西弱、南强北弱”的特点;从断裂构造发育类型的角度考察，南区以切层断层为主，北区以层滑构造占多数，具有“南断北滑”的特点。

矿区内的中型至大型地质构造主要集中分布在几个构造带内，具有明显的成带性和方向性。南区构造带相距较近，构造带变形强烈，北区构造带构造简单。南区以走向近EW向断层及褶皱为主，北区以走向NW的褶皱构造为主以及北部边界NEE NE向的断层。小断层主要以NW向、NE向为主，小断层的分布受区域控制性断层的控制。

韩城矿区层滑构造及与层滑构造相关的构造煤发育广泛，分布具有分区性。北区的层滑构造多为褶皱型，构造煤分布范围广、级别较高;南区的层滑构造多为断裂型，构造煤分布范围相小、级别较低，多为原生结构煤。

印支期（T3）在南向北方向的挤压应力作用下，韩城矿区的煤系煤层及上覆岩层出现东西走向的褶皱、东西走向的逆斷层以及由北东向和北西向剪裂面叠加形成的共轭剪节理系，呈现出构造变形“南强北弱”的特征;燕山期（J～K1）在自南东向北西的挤压应力作用下，奠定了韩城矿区构造搁架，出现北东走向的褶皱、北东走向的逆断层、东西向与南北向剪裂面叠加行成的共轭剪节理系，呈现出构造变形“东强西弱”的特征，此时在北区发育较多的层滑构造和构造煤;喜山期（K2～Q）构造在南东方向的拉张应力作用下，韩城矿区内普遍发育了正断层及其组合的伸展构造，仍表现出“东强西弱”和“南强北弱”的规律。三期次的构造相互限制、相互叠加和相互改造，造成了韩城矿区地质构造错综复杂的局面。

韩城矿区以文间岭隆起为界，化分成北区与南区[23-26]。北区包括下峪口、桑树坪煤矿;南区包括象山煤矿。 韩城矿区总面积为1 110 km2.区内总体构造形态为一个北东走向，向北西倾斜的波状单斜构造。各种构造类型多集中发育在韩城的矿区边浅部，各个矿井中深部大中型断层不发育，仅有少量褶皱构造发育，地层相对平缓，倾角多在10°以内[27]。韩城矿区地质构造相对复杂，构造类别比较多样，既有断层又有褶皱，既有节理又有层滑（图1）。

2 韩城矿区控煤构造样式及其划分

控煤构造样式，是对煤系和煤层的发育状况具有显著控制作用，对煤矿开采有重要影响的主要构造类型及其组合的总结，反映构造变动与煤层赋存状态的因果关系。控煤构造模式的划分，对于掌握煤田地质构造发育的规律、指导煤炭资源勘查、安全高效开采具有重要的意义。以地球动力学背景为基础，依据构造样式与盆地形成的地球动力学的一致性，一般将构造样式划分为伸展、压缩、剪切和旋转，以及反转等4大类。在此基础上，结合煤田构造的特点，可单独划分其他典型的控煤构造样式类型。

由韩城矿区构造发育特征可知，韩城矿区没有发现有走滑断层。F1大断裂其形成于燕山期NW和SE向挤压应力的作用下，形成了NE走向的逆断层，后在喜山期NW和SE向的拉张应力作用，形成了张性大断裂，是典型的反转构造。但F1位于在韩城矿区东南边界以外，不是本矿区内的主要断裂，所以走滑构造构造样式和反转构造不是本区主要构造控煤样式。韩城矿区在三期构造应力作用下，主要发育断裂、褶皱和层滑构造，对应构造控煤样式为伸展构造样式、挤压构造样式和层滑构造样式3大类型。依据韩城矿区构造特征，结合野外地质调查和煤田地质勘探资料，将韩城矿区划分为3大类8种类型的控煤构造样式（表1）。

3 韩城矿区构造控煤模式

构造控制着煤层的形成过程，煤层形成后受到构造的改造。构造控煤模式是关于构造对煤层聚集、变位、变形、变质的控制机理的总结。韩城矿区构造控煤模式包括古构造控煤模式、同沉积构造控煤模式及后期构造控煤样式。

3.1 聚煤前古构造控煤模式

在古地形低洼处，接受沉积的时间较早，聚煤强度较大，造成煤层局部增厚的现象。韩城矿区古构造控煤模式如图2所示。

3.2 同沉积构造控煤模式

韩城矿区晚古生代聚煤阶段，广泛接受聚煤物质，同沉积构造形迹对聚煤强控制作用明显：基底下沉幅度大的地方，含煤岩系厚度大，煤层厚度也增大;基底下沉幅度小的地方，含煤岩系厚度薄，煤层厚度也薄。煤层厚度和含煤岩系的厚度正相关，如图3所示。

3.3 后期构造控煤模式

韩城矿区煤系形成以后，先后经历了印支运动、燕山运动和喜山运动。上述构造运动，对韩城矿区煤层改造作用明显，造成了韩城矿区的构造变形在区域上具有显著的不同特点。

韩城南部矿区的断裂构造和褶皱均比较发育（图4）。断层形成地垒和地堑等组合形式;褶皱构造的波幅较大。断层造成了煤层的减薄甚至断失;背斜区构造变形相对较强。小断层多表现为顶断底不断和底断顶不断，因断裂型层滑作用，局部形成构造煤。

韩城矿区的北区普遍发育宽缓褶皱，煤层呈现波状起伏。断裂构造较少。因褶皱型层滑作用相对强烈，普遍发育较高级别的构造煤（图5）。

韩城矿区在燕山期受到来自南东方向的挤压，在矿区东南边浅部形成倒转背斜和大型断裂带，使煤系煤层受到强烈破坏。在动力变质作用与区域变质作用叠加耦合作用下，韩城矿区东南浅部煤层的变质程度异常程度有增加的趋势;由于浅部煤层露头有地表水入渗作用，利于细菌等微生物参与煤化作用，形成次生生物气，故出现深部煤层的瓦斯含量低于边浅部的反常现象（图6）。

4 结 论

1）韩城矿区总体构造格局是倒转背斜的残留翼，表现为一单斜构造。矿区东西部呈现带状分布，南北部呈现块状分布;煤层埋藏浅的地区构造相对复杂，埋藏深的地区构造相对简单的特征。矿区内部的断裂构造和褶皱构造分布具有东部矿区构造强烈，西部弱，南部强烈而北部较弱的特点;

2）依据韩城矿区构造特征，将韩城矿区控煤构造样式划分3类8型。其中伸展构造样式包含地堑型、地垒型和阶梯型;挤压构造样式包含纵弯褶皱型、逆冲型和叠瓦型;层滑构造样式包含褶皱型层滑和断裂型层滑;

3）古构造控煤模式、同沉积构造控煤模式及后期构造控煤样式揭示了构造对韩城矿区煤层聚集、变位、变形、变质的控制机理。

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