山西古交礦區斷裂構造發育特征研究

楊靖

摘 要： 通過對山西西山煤田古交礦區斷裂構造分布特征、構造組合以及力學性質等方面綜合分析，對礦區斷裂構造發育規律及其構造演化特征進行了研究。研究認為：區內斷裂構造主要為NEE、NNE向高角度正斷層，斷裂構造的發育具有明顯的分區性、分帶性以及等距性特征，組合形式主要為雁列式展布、塹壘相間型、階梯狀以及“Y”字形構造組合。礦區主體構造的形成演化主要經歷了燕山早期、燕山中～晚期、喜馬拉雅期三個階段，造就了井田現今的構造格局。

關鍵詞： 斷裂構造； 發育特征； 構造組合； 演化

1. 前言

古交礦區位于山西西山煤田西北隅，區內斷裂構造則極為發育，主要發育NE、NEE向展布的壓扭性高角度大—中型正斷層，不同方向、不同規模的斷層相互交織，以及在不同區域范圍內發育程度的差異性，形成了區內較為復雜的構造格局。本文從研究區斷裂構造展布特征、構造組合力學性質及其演化特征出發，對區內斷裂構造發育規律進行了研究。

2. 斷裂構造發育特征

2.1 斷裂構造平面分布特征

2.1.1 斷裂的規模及其方向性

區內斷層的展布方向主要為NEE、NNE兩組，其次發育較少的NE、NW向斷層，偶見EW、NS向斷層發育（圖1）。區內NEE向平行展布的斷裂帶分別屬于西山煤田中的安莊—九龍塔—紅巖村斷裂帶、古交斷裂帶以及王封—隨老母斷裂帶的一部分或其延伸產物，構成了礦區的主體構造。

2.1.2 斷裂構造的分區性特征

礦區內斷裂構造發育具有明顯的分區性特征。礦區中—東部屯蘭、東曲礦內NEE向斷裂構造發育密集，且大多為高角度大中型正斷層；礦區西部鎮城底礦內斷層較為發育，多為NNE向中小型斷層；屯蘭河以北多發育NNE向的高角度中小型正斷層，屯蘭河以南斷層多為NNW向的正斷層，井田東南部則主要發育一些NE向的高角度大中型正斷層，如白岸斷層、原相北斷層。

2.1.3 斷裂構造的分帶性和等距性

礦區內斷裂構造發育的分帶性特征十分顯著。受區域構造的控制作用，區內斷裂構造往往在區域性NEE向斷裂帶附近成帶出現，這些斷裂性質大多相同。如安莊—九龍塔—紅巖村斷裂帶附近的一系列NEE向高角度正斷層，這些斷層多為區域大斷裂帶的一部分或其延展產物，展布方向多與區域構造線方向一致，一般發育4條～6條斷距10m以上的斷層，或與主干斷層呈小角度相交的性質相同的次級斷層。這些斷層多呈等距性產出，相鄰兩條斷層之間的間距一般為2600m～3000m。

2.2 斷裂性質

古交礦區斷裂的形成受區域構造應力場控制作用明顯，根據區域構造演化背景可知，燕山期NWW—SEE向強烈的擠壓應力場導致了井田內NNE、NEE、NE向斷層的發育，這些斷層的雛形應為壓性逆斷層。喜馬拉雅期NWW—SEE向強烈伸展作用對區內斷裂構造的發育產生了極為深刻的影響。由于構造應力場由擠壓變為拉張，同時在重力作用下發生錯動，使得后期的正斷層斷距大于早期的逆斷層斷距，導致斷層性質由原先的逆斷層變成現今的正斷層。但斷裂面的力學性質大多仍為壓扭性，其斷裂面一般都緊閉，摩擦鏡面、擦痕發育，具明顯的壓扭性特征。如后風坪嶺斷層，落差達40m，但斷層帶緊閉，斷裂面為舒緩波狀，顯示壓性特征。同時斷層面產狀清晰穩定，斷面像刀切一樣整齊，這些現象又顯示出扭性特征。由此可見，研究區內占主導地位的NEE、NNE向斷層雖為正斷層，但多表現為壓扭性斷裂面。

2.3 斷裂構造平面、剖面組合特征

古交礦區內不同規模、不同走向的斷裂構造發育特征具有明顯的分區性，但總體受區域構造控制，構造組合具有明顯的特色和規律性，其平面展布特征主要表現為雁列式，剖面組合形式則呈塹壘相間型或階梯狀以及“Y”字型構造組合。

2.3.1 平面組合特征

區內NEE向壓扭性斷裂多呈平行斜列的雁列式展布，這些扭型斷裂屬新華夏系主干構造伴生的“泰山式”構造[1]。從平面展布特征可看出，這些斷裂斜列程度較緊閉，雁列角較小，屬左型雁列，反映了一種反時針直扭作用。如古交斷裂帶附近由古交斷層、頭南峁斷層、土地溝斷層等共同組成的左型雁列構造，斷層之間的間距大致相同，中聯線呈NE向，扭裂面呈緊閉斜列結構。區內這種雁列式斷裂組合可能是新生代以來受印度板塊與中國大陸板塊發生碰撞作用，致使青藏高原向北東方向推擠，形成了NE向的剪切應力場，造就了區內現今的雁列式構造。

2.3.2 剖面組合特征

古交礦區內發育極為普遍的一種斷裂剖面組合型式主要表現為塹壘相間型組合。它是由數條走向大致平行的正斷層相向或相背傾斜組合而成，在剖面上形成的塹、壘相間的構造組合。如古交斷裂帶附近的王芝茂斷層、土地溝斷層、古交斷層、F30斷層、f109斷層、后風坪嶺斷層之間組成的地塹、地壘相間組合（圖2）。這種構造組合還可以包括幾條走向一致、傾向相同的正斷層呈階梯狀排列。由此可見，剖面上構造組合的型式主要取決于相鄰斷層的傾向及其相互關系。

此外，由于井田主干斷層旁側次級斷層的發育，井田中還常見一種由主干斷層和與其相對應的上盤低級別斷層組合而成的“Y”字形構造組合（圖3），這種組合在NEE向斷裂帶附近較發育。古交礦區這種斷層組合的產生是燕山期形成的NEE向斷層在新生代NNW向伸展應力場作用下，同時受重力作用，在其上盤發育了這種低級別小斷層，共同組成了“Y”字形構造。

3. 斷裂構造演化特征

古交礦區是西山煤田的一部分，位于西山向斜西翼中段偏北，區內斷裂構造是多期不同性質、不同方向構造應力綜合作用下的產物，其發育和演化明顯受區域構造應力場的控制。根據區域構造背景、斷裂構造發育特征，區內斷裂構造的形成演化主要經歷了三個階段：（1）第一階段：受燕山早期近EW向擠壓應力的影響，形成了一系列NS向的褶曲以及壓性斷裂。區內主控構造獅子河—馬蘭向斜、礦區西部的北社斷層以及一些NE向平移斷層等便是在此階段形成；（2）第二階段：受燕山中—晚期NWW—SEE向的構造擠壓應力場控制，區內一系列NNE、NEE向壓扭性主體斷裂構造形成，同時礦區西部由于深部巖漿的上涌，形成了局部SW—NE向的水平擠壓應力場，導致獅子河—馬蘭向斜軸跡向東偏轉，井田西南隅的NW向小型褶曲、逆斷層與熱變質帶也在此階段形成；（3）第三階段：進入新生代，受NNW—SEE向拉張作用為主，NEE—SWW向擠壓作用為輔的構造應力場控制，同時受巖體自重應力的作用，斷層性質發生了改變，區內NEE、NNE、NE向正斷層正是在這種構造體制轉換的環境中不斷被改造、繼承和發展而成的。一些NNE向地塹型斷陷盆地也形成于這個階段，同時也可能生成新的NE、NNE向斷裂，造就了礦區現今的構造格局。

4. 結論

（1）研究區內斷裂構造十分發育，主要為NEE、NNE向高角度正斷層，發育具有明顯的分區性、分帶性以及等距性特征，斷裂面性質多為壓扭性。（2）研究區斷裂構造在平面上多呈平行斜列的雁列式展布，其剖面組合形式主要表現為塹壘相間型，同時結合階梯狀以及“Y”字形構造組合，使得井田構造變得更加復雜。（3）區內斷裂構造的形成演化主要經歷了燕山早期、燕山中—晚期、喜馬拉雅期三個階段，礦區主體斷裂構造是在中生代以來燕山期構造應力場作用下形成，并接受新生代構造應力場對其的繼承、改造和發展，逐步形成了現今的構造格局。

參考文獻：

[1] 李東旭. 地質力學導論[M]. 地質出版社， 1986.

[2] 陳淑蓮， 王玉華， 任雯，等. 西拉木倫深斷裂的區域構造意義[J]. 西部資源， 2012（5）：150-151.

[3] 李文圣， 馬家鑫， 沈利霞，等. 甘肅陽山金礦帶不同構造背景下方解石顯變形特征研究[J]. 西部資源， 2015（2）：92-95.