织纳煤田晚二叠世构造煤区域分布及构造控制

周培明，高 为，邓 兰，付 炜

织纳煤田晚二叠世构造煤区域分布及构造控制

周培明，高 为，邓 兰，付 炜

(贵州省煤田地质局，贵州 贵阳 550008)

为查明织纳煤田构造煤分布规律，通过整理分析贵州织纳煤田比德向斜、三塘向斜、珠藏向斜、阿弓向斜和关寨向斜等14个含煤构造单元共200余个煤田钻孔取心资料，并辅以测井曲线分析，综合分析6、16和27号等主采煤层的煤体结构区域分布特征及构造控制因素。研究表明：自西向东，织纳煤田内构造煤比例逐渐增大，西部主要为原生结构煤和碎裂煤，东部以碎粒煤和碎粉煤为主；构造煤的分布主要受构造演化和4条深大断裂影响，多期性构造运动造成煤体多期次变形，其中，燕山期是煤层发生构造变形的主要阶段，喜马拉雅期对早期构造变形进行了叠加改造；深大断裂影响了区域应力场分布，遵义–惠水断裂对构造煤的形成和分布影响最大，主燕山早期自东向西的区域性应力场受到遵义–惠水断裂阻挡，在煤田东部褶皱、断裂作用剧烈，发育逆冲、逆掩断层等构造，对煤体结构破坏严重，碎粒煤和碎粉煤发育。研究取得的认识对织纳煤田瓦斯灾害防治和煤层气勘探开发具有指导意义。

晚二叠世；构造煤；燕山期；喜马拉雅期；构造演化；深大断裂；织纳煤田

在一期或多期构造应力作用下，煤体结构甚至化学成分发生变化的系列煤为构造煤。构造煤内部含有大量微孔隙、裂隙，比表面积增大，吸附性强，储气能力较强，而渗透率较低[1]，是发生煤与瓦斯突出的重要条件，构造煤类别越高，越易于发生瓦斯突出，瓦斯防治难度也越大。同时，构造煤也是煤层气开发中的一个亟待解决的重要难题，一方面，煤层适度的构造变形可以在不影响储层改造的同时增加储气能力；另一方面，过大的煤层构造变形不利于储层改造，煤层气开发难度大。多数学者认为，构造煤的分布受断层的层间滑动影响控制[2]。琚宜文[3]通过分析两淮地区区域地质状况、构造及其演化，将两淮地区构造煤的形成划分为低煤级煤、中煤级煤和高煤级煤3种变质变形环境；王恩营等[4]研究了区域构造控制下不同成因、不同类型构造及构造群形成的控制作用，建立了构造煤的控制模式；指出构造煤的层域分布主要受含煤建造控制，包括煤岩层岩性、厚度及组合；逆断层是构造煤形成的有利地质条件。

贵州织纳煤田煤与煤层气资源丰富，据贵州省煤田地质局2010年提交的“贵州省煤层气资源潜力预测与评价报告”，织纳煤田煤层气资源量约为7 002.8亿m3，占全省地质总资源量的22.91%，平均资源丰度较高，为1.41亿m3/km2，勘探开发潜力巨大[5]，故查明区内构造煤区域分布及构造控制规律，可以为构造煤区域预测、煤矿瓦斯灾害防治及煤层气开发有利区优选、煤层气勘探开发时序规划奠定地质基础。

1 煤田概况

1.1 地质概况

织纳煤田位于贵州省中西部，大地构造位置位于扬子陆块(Ⅰ级)、上扬子陆块(Ⅱ级)、扬子陆块南部被动边缘褶冲带(Ⅲ级)上的织金宽缓褶皱区及六盘水复杂变形区(Ⅳ级)，是黔中隆起的核心组成部分，主要包括5个含煤构造单元，分别为比德向斜、三塘向斜、珠藏向斜、阿弓向斜和关寨向斜。褶皱十分发育，以短轴式褶皱为主，走向主要为NE向，西缘发育少量NW向隔挡式褶皱。断层主要为高角度、NE向走向断层，在区域性大断裂附近最为发育[6-8]，织纳煤田构造纲要如图1所示。

1—比德向斜；2—加戛背斜；3—水公河向斜；4—五指山背斜；5—以支塘向斜；6—勺坐背斜；7—白泥箐向斜；8—张维背斜；9—三塘向斜；10—后寨背斜；11—阿弓向斜；12—关寨向斜；13—地贵背斜；14—珠藏向斜；15—克窝向斜；16—熊家场背斜；17—白果寨向斜；18—梅子关背斜；19—桂果背斜；20—补郎向斜；21—牛场向斜；22—大猫场向斜；23—齐伯房背斜；24—蔡官向斜；25—站街向斜

1.2 含煤特征

研究区含煤地层主要为上二叠统长兴组及龙潭组，地层厚度76~437 m，龙潭组主要为一套碎屑岩及煤层组成，为海陆交互相沉积；长兴组自西向东逐渐由以碎屑岩为主的海陆交互相过渡为以碳酸盐为主的局限台地相。含煤3~69层，一般30余层，含煤总厚1.33~54.68 m，可采煤层1~17层，可采煤层总厚1.97~23.55 m，其中6、16、27号为主要可采煤层。6号煤厚0~6.5 m，一般3 m左右，以中厚煤层为主，厚度较稳定，但新店、流长、平坝一带出现沉积缺失或尖灭；16号煤厚0~3.72 m，一般2 m左右，属中厚煤层，煤层较稳定，原生结构煤和构造煤均较发育；27号煤厚0~3.5 m，一般1~2 m，属薄—中厚煤层，大部分地区可采，原生结构煤和构造煤均较发育[9-10]。

2 织纳煤田晚二叠世构造煤区域分布规律

构造煤的分类有多种方法，根据构造破坏程度，煤体结构分为4种类型[11]，即原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤；根据构造变形机制将构造煤分为3个变形序列10类煤[12]：脆性变形序列包括碎裂煤、碎斑煤和碎粒煤、碎粉煤、片状煤和薄片煤；韧性变形序列包括揉皱煤、糜棱煤和非均质结构煤；脆韧性过渡型为鳞片煤。本文根据研究区构造煤发育特征，同时考虑煤体结构对煤层气开采的影响，采用简化的构造变形机制对构造煤的划分方法，将构造煤划分为脆性变形系列和韧性变形系列，脆性变形系列包括碎裂煤、碎粒煤和碎粉煤，韧性变形系列只包括糜棱煤。原生结构煤一般较有利于煤层气渗流，碎裂煤由于构造裂隙发育程度适中而具有煤层气开发的良好物性条件，碎粒煤、碎粉煤、糜棱煤由于其煤体松软、强度低、渗透性差而不利于煤层气开发[13]。

获取煤体结构资料的主要途径有煤壁观测编录、钻孔取心和测井曲线。本次整理分析了研究区比德向斜、三塘向斜、珠藏向斜、阿弓向斜和关寨向斜等14个含煤构造单元共200余个煤田钻孔取心资料，对于煤壁未揭露区及取心率低、煤体结构描述不明确等钻孔，辅以测井曲线反演获取煤体结构资料[14-15]，通过综合分析，查明6、16和27号煤的煤体结构区域分布特征。

2.1 6号煤煤体结构分布特征

6号煤构造煤较发育，主要有碎裂煤、碎粒煤和碎粉煤，糜棱煤仅在蔡官向斜部分地区有少量分布(图2)。研究区西北角以及支塘向斜等区域以原生结构煤为主，部分区域发育少量碎裂煤，煤体结构总体较好；西部比德向斜、水公河向斜、三塘向斜等区域以碎裂煤为主，局部地区发育少量碎粒煤；中部关寨向斜、阿弓向斜、珠藏向斜、补郎向斜、蔡官向斜、牛场向斜等区域碎粒煤及碎粉煤发育，煤体结构破坏较严重；东北部站街向斜等区域缺失6号煤。

2.2 16号煤煤体结构分布特征

16号煤构造煤较发育，碎裂煤较少，且未见糜棱煤(图3)。分布特征明显，大致以织金—珠藏连线为界，西部比德向斜、三塘向斜、阿弓向斜、以支塘向斜等大片区域以原生结构煤为主，部分地区发育少量碎裂煤，煤体结构总体较好；东部补郎向斜、蔡官向斜、站街向斜、关寨向斜等大片区域以碎粒煤和碎粉煤为主，煤体松软，机械强度差；中部小部分区域如牛场向斜等以碎裂煤为主，局部地区发育少量碎粒煤。

图2 织纳煤田6号煤煤体结构分布

图3 织纳煤田16号煤煤体结构分布

2.3 27号煤煤体结构分布特征

27号煤构造煤较发育，碎裂煤较少，且不见糜棱煤。分布特征与16号煤较为相似，西部比德向斜、三塘向斜、阿弓向斜、以支塘向斜等大片区域及东南部蔡官向斜局部地区以原生结构煤为主，部分地区发育少量碎裂煤，煤体结构总体较好；南部补郎向斜及东北部站街向斜、关寨向斜等区域以碎粒煤和碎粉煤为主，煤体松软，机械强度差；中部小部分区域如牛场向斜等以碎裂煤为主，局部地区发育少量碎粒煤(图4)。

综上分析可以看出，织纳煤田晚二叠世煤层煤体结构分布具有较明显的规律，即自西向东，煤体结构逐渐变差，西部主要以原生结构煤和碎裂煤为主，而东部主要以碎粒煤和碎粉煤为主，局部地区存在差异。

图4 织纳煤田27号煤煤体结构分布

3 构造煤区域分布控制因素

煤体结构的破坏程度主要由构造应力和煤岩性质共同决定，而褶皱、断裂、层间滑动等都是构造应力的表现形迹，不同的构造应力形迹反映不同的构造应力特征，同时，地质构造多期性造成构造煤多期变形[16-18]。织纳煤田构造复杂，构造煤的分布特征与深大断裂的分布密切相关，深大断裂的分布特征影响着不同时期构造应力的展布，在织纳煤田内不同区域形成复杂的褶皱、断层和层滑构造等构造形迹，不断改造煤体结构，形成了煤体结构区域分布特征。

3.1 构造演化

织纳煤田晚二叠世煤系自形成以来，主要经历了印支、燕山和喜马拉雅等期次构造运动的影响。在黔中隆起及其邻区，印支期主要发生在晚三叠世早、晚期之间，为煤层生成阶段，巨厚的三叠系沉积使得晚二叠世煤层埋深不断增加，普遍发生煤化作用，到印支期末，煤层普遍达到无烟煤阶段；燕山期主要发生在晚侏罗–早白垩世期间，可划分为燕山期早期、主燕山期(燕山期中期)、燕山期晚期，主燕山期是煤层发生构造变形的主要阶段，主燕山期最早的应力场为自东向西的区域性挤压应力场，主燕山期晚期，由于印度板块加速向北移动，区域应力场转变为自NW向SE的挤压，晚燕山期，区域应力场从主燕山运动时的NW向继续顺时针旋转，逐渐转变为NNW向，最后形成近SN向挤压的区域构造应力场，期间褶皱断裂作用强烈，煤层在构造应力作用下大幅度抬升而被剥蚀，煤层埋深不断变浅，煤化作用停止，煤级基本定型，同时，煤体结构也被强烈改造，形成了大量构造煤；喜马拉雅期主要为新近纪以来的构造变形，煤层仍以抬升为主，造成煤层埋深进一步变浅，同时对早期构造进行叠加改造，主要表现为对早期构造的继承性发展，晚二叠世煤层煤体结构进一步受到破坏[4,7]。

3.2 深大断裂

织纳煤田构造煤分布特征与区内及周边的深大断裂密切相关，4条深大断裂分别为水城–紫云断裂、贵阳–镇远断裂、遵义–惠水断裂和纳雍–瓮安断裂。深大断裂影响区域应力场的分布，从而在煤田不同位置形成了不同的控煤构造样式，各种控煤构造对煤体结构的改造差异较大，其中，挤压构造和层滑构造对煤体结构的破坏作用最大。

3.2.1 水城–紫云断裂

水城–紫云断裂位于织纳煤田西部，总体走向300°~310°，主体倾向SW。在走向上，断裂带的不同部位其沉积和构造变形存在差异，大致可以分为3段，其中，北西段威宁—赫章—水城—六枝一带构成了六盘水煤田和织纳煤田的分界，对织纳煤田西部煤层的构造变形影响最大，燕山期早期的近EW向挤压和晚期近SN向的挤压在NW向的垭紫断裂带处均产生NW向的压剪性扭滑和NE向逆冲推覆，形成复杂的剪切体系和狭长地带内的NW向雁列褶皱群，主要包括煤田东部的比德向斜、水公河向斜和加戛背斜等，主要形成了平面“S”、反“S”形构造等控煤构造，并伴有压剪性断层，逆冲推覆构造和层滑构造等不发育，故对煤层煤体结构的改造作用相对较弱，构造煤以碎裂煤为主。

3.2.2 贵阳–镇远断裂

贵阳–镇远断裂位于织纳煤田南部，走向NEE—NE向，倾向南或北，主燕山期主要为右行压剪性阶段，挤压作用开始显著加剧，由于受到与之交叉的水城–紫云断裂的影响和限制，织纳煤田南部形成一系列NE向的大型褶皱，主要包括补郎向斜和蔡官向斜等。晚燕山期，NE—SW向的挤压逆冲逐渐强烈，形成了多数的逆冲叠瓦构造和层滑构造等控煤构造，煤层受到较大破坏，碎粒煤和碎粉煤发育，补郎向斜甚至形成了糜棱煤。

3.2.3 遵义–惠水断裂

遵义–惠水断裂位于织纳煤田东部，走向近NNE向，倾向东，局部向西，主燕山期发生强烈的自东向西逆冲兼左行剪切，在织纳煤田东部形成了一系列NNE、NS向的褶皱，主要包括站街向斜等；晚燕山期随着印度板块向北加速移动，在煤田形成近SN向构造应力场，断裂以拉张兼右行平移为主，煤田内地层发生剧烈褶皱、断裂，发育逆冲、逆掩断层，对煤体结构破坏严重，碎粒煤和碎粉煤发育。

3.2.4 纳雍–瓮安断裂

纳雍–瓮安断裂位于织纳煤田内部且靠近北部，走向NEE，倾向南或北，总体为压性、压扭性质的逆断层为主，正断层次之。主燕山期表现为右行张剪性，晚燕山期，表现为自南向北逆冲，断层破碎带附近煤体结构受到破坏，但整体对区内煤体结构改造作用较小。

综上分析，燕山期构造活动最为强烈，构造煤主要在此阶段形成，其中，遵义–惠水断裂对构造煤的形成和分布影响最大，其次为贵阳–镇远断裂。主燕山期早期自东向西的区域性应力场受到遵义–惠水断裂阻挡，在煤田东部，褶皱、断裂作用剧烈，发育逆冲、逆掩断层等构造，对煤体结构破坏严重，碎粒煤和碎粉煤发育。主燕山晚期，区域应力场转变为NW—SE向挤压，贵阳–镇远断裂挤压作用加强，加之晚燕山期NNW向、近SN向的强烈挤压逆冲作用，导致逆冲叠瓦构造和层滑构造发育，煤田东南部煤层煤体结构进一步受到破坏，碎粒煤和碎粉煤发育。

4 结论

a. 贵州织纳煤田晚二叠世主要可采煤层(6、16和27号)构造煤较发育，煤体结构具有较明显的区域分布规律，即自西向东构造煤逐渐增多，煤体结构破坏更加严重，西部主要以原生结构煤和碎裂煤为主，有利于煤层气的开发，而东部主要以碎粒煤和碎粉煤为主，局部地区出现差异，不利于煤层气的赋存和煤储层的改造。

b.研究区晚二叠世主要可采煤层煤体结构区域分布规律主要受构造演化和深大断裂控制，其中，遵义–惠水断裂对主燕山期早期近EW向区域应力场的阻挡作用，使得煤田东部褶皱、断裂作用强烈，构造煤发育，加之贵阳–镇远断裂在主燕山晚期NW—SE向构造应力场和晚燕山期NNW向、近SN向构造应力场的作用下，挤压逆冲作用加强，使得煤田东南部煤层受到破坏，构造煤发育。

c．研究区晚二叠世主要可采煤层煤体结构区域分布规律以及构造控制特征，可有效指导煤炭安全生产及煤层气勘探开发区块优选，但鉴于收集的资料有限，不能精确到甜点区的优选，也难以准确细分出各煤体结构，仅按煤层气勘探开发有利程度划分为有利于开发的原生和碎裂结构煤，较有利于开发的碎裂和碎粒结构煤，不利于开发的碎粒和碎粉结构煤，研究区煤体结构精细划分还有待进一步分析。

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Regional distribution and geotectonic control of Late Permian tectonically deformed coal in Zhina coalfield

ZHOU Peiming, GAO Wei, DENG Lan, FU Wei

(Guizhou Provincial Bureau of Coal Geology, Guiyang 550008, China)

In order to find out the tectonically deformed coal distribution law of Zhina coalfield, by sorting out and analyzing the data of more than 200 coal-bearing structural units including Bide syncline, Santang syncline, Zhuzang syncline, Arcong syncline and Guanzhai syncline in Zhina coalfield, Guizhou Province, combined with logging curve analysis, the regional distribution characteristics of coal body structure and structural control factors of No.6, No.16 and No.27 main coal seams are comprehensively analyzed. The study shows that from the west to the east, the proportion of tectonically deformed coal in Zhina coalfield increases gradually. The coal in the western part is mainly composed of undeformed coal and fragmented coal and the coal in eastern part is mainly composed of granulated coal and pulverized coal. The distribution of tectonically deformed coal is mainly affected by tectonic evolution and four deep faults. The multi-phase tectonic movement caused multi-stage deformation of tectonically deformed coal, while the Yanshanian period was the main stage of tectonic deformation of coal seams, the early tectonic deformation was superimposed in the Himalayan period. The distribution of regional stress fields was affected by deep faults. Zunyi-Huishui fault had the greatest influence on the formation and distribution of tectonically deformed coal. The regional stress field from the east to the west in the early Yanshan period was blocked by Zunyi-Huishui fault, thrust, reverse faults and other structures developed under the violent effect of folds and faults in the eastern part of the coalfield, and the coal structure was seriously damaged , granulated coal and pulverized coal developed. This study has guiding significance for prevention and control of gas disasters, the exploration and development of coalbed methane in Zhina coalfield.

Late Permian; tectonically deformed coal; Yanshanian period; Himalayan period; tectonic evolution; deep fault; Zhina coalfield

P618.130.2

A

10.3969/j.issn.1001-1986.2020.03.005

1001-1986(2020)03-0029-06

2019-07-03；

2020-01-23

贵州省地质勘查基金项目(2018-01号)；国家科技重大专项任务(2016ZX05044-001-005，2016ZX05044-005-006)

Geological Prospecting Fund Project of Guizhou Province(2018-01)；National Science and Technology Major Project(2016ZX05044-001-005，2016ZX05044-005-006)

周培明，1990年生，男，安徽芜湖人，硕士，工程师，从事煤与非常规油气勘探开发工作. E-mail：zpm19900410@163.com

周培明，高为，邓兰，等. 织纳煤田晚二叠世构造煤区域分布及构造控制[J]. 煤田地质与勘探，2020，48(3)：29–34.

ZHOU Peiming，GAO Wei，DENG Lan，et al. Regional distribution and geotectonic control of Late Permian tectonically deformed coal in Zhina coalfield[J]. Coal Geology & Exploration，2020，48(3)：29–34.

(责任编辑 范章群)