貴州修文龍窩煤礦構造分析及其對煤礦生產的影響

聶波 徐大杰

摘要：本文通過分析龍窩煤礦的地質構造，研究其演化歷史，探討構造發育對煤礦開采的影響。綜合研究發現區內發育褶皺1條（龍窩向斜）和斷層7條。研究區的構造演化是在黔中隆起的基礎上經過燕山期NW-SE向擠壓形成了先期的龍窩向斜及逆斷層F3和F7，后期構造反轉發生伸展作用形成了正斷層F1、F2、F4、F5和F6。區內構造的發育，破壞了煤層的連續性，還導致礦區的開采技術條件變得復雜，對礦區的煤炭資源開發有一定的影響。

關鍵詞：龍窩煤礦；構造分析；構造應力場；構造演化

龍窩煤礦位于黔中區域，前人對此區域的構造特征、區域礦產等已做了一定的研究[1-8]。本文通過對龍窩煤礦地表地質調查以及鉆探工程，結合區域地質資料，分析了礦區聚煤期后斷層及褶皺對煤層的破壞和改造作用，并探討了構造條件對煤炭資源、開采方式、安全生產的影響，以期對今后煤礦的進一步勘查開采具有指導意義。

1.區域地質背景

研究區大地構造位于羌塘-揚子-華南板塊（I）揚子陸塊（II）上揚子地塊（III）黔北隆起區（IV）織金穹盆構造變形區（V）。織金穹盆構造變形區構造樣式以穹窿-構造盆地及短軸背向斜組合為主，線性構造形跡優選方向有近SN向、NE向、EW向及NW向，穹窿-構造盆地主要發育于不同方向構造之間的過渡區域[9-11]。由于研究區位于織金穹盆構造變形區（V）東南邊界與鳳岡南北向隔槽式褶皺變形區（V）結合部位，受邊界條件師宗-貴陽-鎮遠斷裂以及遵義-貴陽斷裂的影響，研究區僅發育NE向和近EW向的褶皺及斷層（圖1）。區內發育的地層主要為二疊系中統茅口組、二疊系上統龍潭組、二疊系上統長興組；三疊系下統夜郎組，三疊系下統茅草鋪組、三疊系中統松子坎組。

研究區地處織金穹盆構造變形區東南部下阱口斷裂和-安清楊家寨斷裂（遵義-貴陽斷裂南段）所夾區塊六廣向斜和小箐向斜之間。下阱口斷裂和-安清楊家寨斷裂皆為NNE向壓扭性逆斷層，傾向SEE。六廣向斜和小箐向斜均為NE- NEE向的寬緩向斜，兩翼傾角均較緩，為10°～20°[10]。研究區處在六廣向斜南東翼以及小箐向斜北西翼和復雜斷層的發育部位，斷裂、褶皺均發育，主要構造線方向為NE向和NEE向（圖1）。

2.礦區構造特征

研究區中東部發育一條軸向NE-NEE的向斜（龍窩向斜），研究區內延伸約3km，擴展寬約2km，核部最新地層為三疊系下統夜郎組玉龍山段厚層狀石灰巖，兩翼地層主要為夜郎組沙堡灣段、龍潭組、茅口組，兩翼地層傾角均較緩，約12-18°，平均15°，為不對稱寬緩向斜（圖2，圖3）。

研究區發育斷裂構造7條（圖2，圖3），其構造特征見表1。

其中，F1、F2、F4、F5和F6為正斷層，F3和F7為逆斷層。斷層切割二疊系-三疊系的地層。正斷層走向均為NE向，30°～50°，傾向SE，傾角45°～70°；F2、F4、F5和F6斷層落差50m～200m，F1斷層落差300m～500m。逆斷層F3和F7走向均為NE 30°～40°，傾向NE，傾角50°左右，F3斷層落差40m～50m，F7斷層落差大于500m。

區內發育的斷層及褶皺皆為NE或近似NE向。其中，龍窩向斜與六廣向斜及小箐向斜具有相似的構造屬性，同屬NW-SE向擠壓構造應力作用的產物；同樣，逆斷層F3和F7也是NW-SE向擠壓構造應力作用的產物。因此，研究區內龍窩向斜以及逆斷層F3和F7可能是同一構造應力場作用下形成的；逆斷層和褶皺在局部方向有所差異，可能是應力在持續作用下，該地區隨邊界條件的改變而發生構造擾動所致。NE向的正斷層則是在伸展環境下形成的，同逆斷層以及褶皺的形成分屬不同的構造期次。結合區域地質資料，小箐向斜發生褶皺作用卷入的最新地層為中白堊系的紅色砂礫巖沉積，可判定產生褶皺和逆斷層的時代為燕山期。在本區無法判定NE向的正斷層和逆斷層的生成先后循序，但鄰區直距龍窩煤礦10km的大壩煤礦區NE向的正斷層切割了NE向的向斜[12]，可判定NE向的正斷層晚于前期的NE向具擠壓性質的構造行跡。因此，可以間接判定出研究區NE向構造先形成逆斷層和褶皺，后形成正斷層。與前人的分析基本一致[9-11]。

3.構造分析及演化

研究區域的構造發展史可知，該區域南華紀-二疊紀屬于黔中隆起區，經歷了海中隆起和陸上隆升兩個階段[1-3]，但其都為垂向上的運動，不發生褶皺運動，因此黔中隆起發展階段只是對研究區的構造形態提供物質基礎，使地層發生小角度傾斜。印支運動，在貴州主要呈現為一個走向北北東并向北揚起的寬緩向斜拗曲，研究區地處該向斜轉折端附近，地層傾角影響較小主要使其向SE向傾斜。燕山運動使研究區受到NW-SE向擠壓，形成NE向的褶皺和逆斷層，由于擠壓應力的持續的不同階段和邊界條件的改變，造成逆斷層和逆斷層，以及逆斷層和褶皺反應的作用強度和方式可能不一致。區域上的下阱口斷裂斷距約100m，安清-楊家寨斷裂則大于1000m，逆斷層F3的垂向斷距則為40m～ 50m，F7的垂向斷距則>500m，同時F3斷層具有旋鈕性質，在北段表現為逆斷層，在南段與后期形成的F2斷層重合，表現為正斷層，實際上是該斷層在燕山期擠壓構造應力場中表現出逆時針旋鈕性質，可能與伊佐奈岐板塊在侏羅紀時期向西北方向運移、俯沖和碰撞有關[20]；也可能是燕山期構造應力轉換造成的。燕山后期，擠壓構造應力場轉換成伸展構造引力場，從而形成了正斷層F1、F2、F4、F5和F6。斷層F1落差最大，則說明該處伸展作用可能最強。喜山期，貴州省可能兼受太平洋板塊和印度板塊俯沖的影響，主要表現為區域性抬升和斷塊活動，形成一系列地壘-地塹式構造組合樣式。礦區的構造樣式可能與喜山期的構造運動沒有直接聯系，但是區域上一些NE向的斷層則是在喜山期再次活化（和平斷層在修文縣六廣附近切割了上白堊統）。因此，研究區的逆斷層的傾角較大，可能與喜山期的構造運動有關。

4.構造對礦區的影響

4.1對煤炭資源量的影響

由于礦區范圍內構造的發育，不僅破壞了煤層的展布形態，還對煤炭資源量存在一定影響。若將該礦區的斷層及褶皺取消，恢復沉積初始的近水平狀態，利用平均煤層厚度，則可大致計算出礦區應有初始煤炭資源量為1970萬噸，但礦區通過勘查估算獲得資源儲量為1120萬噸，比初狀態減少了850萬噸。

4.2對煤礦開拓巷道的影響

龍窩煤礦煤炭成藏后，由于后期的構造運動，區內的煤層被切割分成幾部分，使礦體的產出形態復雜化，增大了區內煤炭資源的開采難度。首先，在巷道開拓中，需要避開斷層破碎帶，盡可能將斷層作為采區劃分的邊界，導致采區布置復雜化；其次，斷層還影響平巷掘進，巷道掘進中，若遇到稍大的斷層，有時須考慮使巷道拐彎，以保證平巷和煤層底板的距離，但巷道拐彎會增加巷道長度，從而增加運輸環節，對各種管道工程的鋪設也帶來很大困難，在掘進中碰到斷層，還必須加強支護，甚至要采取特殊措施才能通過斷層[13]。例如本區的F1斷裂，上下盤斷距達到300m～500m，在布置開采巷道時，下盤的巷道若需延伸到上盤，需貫穿F1斷層，增加的巷道長度將超過1500m。不僅造成礦山建設成本增加，且隨著深度的增加，巷道的支護難度也將隨之增大。本區斷裂較多，褶曲發育，煤層的連續性差，在一定程度上，造成機械化采煤的難度增加。

4.3對煤礦生產安全的影響

在礦區開采過程中，地質構造所呈現出的變化是導致安全事故發生的一個重要因素。褶曲構造會導致煤層頂底板的塑性變形，出現縱彎、橫彎的現象，形成不同形式的剪切現象，在受外力作用的情況下，可能引發頂板冒落、塌陷等事故的發生；而斷裂構造，常常成為煤礦地下水、瓦斯的匯聚通道，在一定條件下誘發突水事故和瓦斯事故[14-15]。根據搜集的區內煤層頂底板物理力學樣，在向斜軸部，其巖石的抗剪抗切強度較弱；而礦區的東南部地區，由于受F1、F5、F6斷裂的影響，煤層埋深較深，基本上都處于當地最低侵蝕面以下，地層巖石含水較多，斷層有可能成為突水通道。

5.結論

（1）通過對礦區褶皺和斷裂特征及其構造組合分析，受區域性的NE向褶曲構造與斷裂控制作用明顯，區內構造以NE向構造為主，區內構造屬褶斷型控煤構造。

（2）分析研究認為，本區的構造形態主要是在燕山期定型的。在燕山早期，受擠壓構造應力場作用下形成了龍窩向斜以及逆斷層F3和F7；燕山晚期，擠壓構造應力場轉換成伸展構造引力場，從而形成了正斷層F1、F2、F4、F5和F6。喜山期構造運動可能對區內構造形態進行了輕微改造。

（3）本區范圍內構造特征的分布，不僅破壞了區內煤層的原生形態，還導致區內煤炭資源較原生態減少；且區內構造的發育與分布，對煤礦的采區布置、巷道掘進、安全生產等均有較大的影響。

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