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[摘要]地质体是在地壳演化中形成的,它是建造和构造形变的综合体。断裂化的地质体在较晚期构造力或工程载荷作用下沿已存在的断裂发生形变和位移的现象俗称为逆掩断裂,其形成过程即是逆掩(迭加)断裂作用。 本文以富源县大河-营上矿区历次勘查为基础,结合富源县富村松子山矿区滑覆构造的形成,探讨断裂发育逆掩(迭加)断裂作用、构造应力场的关系。
[关键词]信德矿区 富村矿区 控煤构造 滑覆构造 逆掩断裂
[中图分类号] U492.6+4 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2014)-12-100-2
1区域地质背景
1.1区域地层
矿区位于富源县大河镇及营上镇,中心点位于富源县城160°方向,直线距离约19km,出露地层从老至新有泥盆系、石炭系、二迭系、三叠系及第四系,地层累计厚度约为7000m。缺失了志留系、泥盆系下统、侏罗系、白垩系、第三系地层。其中,以二迭系、三叠系地层分布较广,第四系(Q)地层零星分布于河流两岸、平坝及山间低凹处。主要含煤地层为上二迭统宣威组。
1.2地质工作
本矿区所进行的主要地质工作主要有:
(1)1967年云南省143煤田地质队对恩洪复向斜北部进行地质填图,编制了1:2.5万恩洪矿区北部532平方公里地质填图。
(2)1987年1月至1990年9月,云南省143煤田地质勘探队在相邻的大坪矿区进行地质普查,施工钻孔13个,提交了《云南省富源县大坪矿区普查地质报告》。
(3)1992年11月至1994年5月,云南省143煤田地质勘探队在相邻的大坪矿区进行地质详查(详终),提交了《云南省富源县大坪矿区详查(详终)地质报告》。
(4)2008年 信德煤矿、桃树坪煤矿勘探。
(5)另有云山(营上)勘查区一、二、三井田及周边多个小煤矿已作过不同程度的勘查,
以上地质工作及其成果为本论文的完成奠定了基础。
1.3区域构造
信德矿区处于扬子准地台西南边缘,滇黔凹褶束;云南山字型构造第二道弧(石屏建水弧)之滇东台褶带。区域构造处于压扭性弧岛状构造带上,富源-弥勒断裂带和平关-阿岗断裂带之间。夹持于该两条区域断裂带之间的是一轴向近南北,整体呈北北东向展布的复式向斜构造,褶皱及断裂发育。区域构造自西向东主要有富源-弥勒断裂、恩洪复向斜、平关-阿岗断裂。现将主要区域构造分述如下:
(1)富源-弥勒断裂带:规模大,南西见于弥勒城北,经富源县东向北东方向延至贵州六枝境内,全长大于240km,地层断距大于2000m,断裂面为压扭性。在断层的南东盘地层变化大,褶曲发育,并伴有北西向次级断裂带。断裂带距本矿区较远。
(2)恩洪复向斜:夹于富源―弥勒断裂与平关-阿岗断裂之间轴向呈近南北向的向斜构造,轴部位于新村―九河一线,东翼宽缓,西翼较陡,两翼次级褶皱及压扭性、张扭性走向断裂发育。信德煤矿(区)即处于恩洪复向斜北部北东翼的一个次级背斜构造中。
(3)平关—阿岗断裂:为恩洪复向斜东界,亦是本矿区的东部边界断裂,南部起于罗平县阿岗以南,北至贵州平关以北,全长大于100km。地层断距大于500m,溶蚀、陷落、凹地发育,阿岗坝子即由该断层形成。断裂面为压扭性,次级羽状断裂发育。在矿区附近上盘出露地层为二叠系上统峨眉山玄武岩、宣威组煤系地层、三迭系下统卡以头组、飞仙关组、中统个旧组地层均有出露,下盘出露地层为二叠系下统的茅口灰岩和二叠系上统峨眉山玄武岩。
2矿区控煤构造
2.1总体构造形态综述
信德煤矿区域构造位于恩洪复式向斜北部东翼,富源—弥勒断裂带和平关—阿岗断裂带之间,具体位于阿岗—平关断裂带上盘,区域构造发育有一系列北北东向(少数近南北向)近于平行排列的开阔短轴褶曲和高角度压性冲断层,沿走向延伸往往呈“S”型波浪弯曲,断面倾向不定,南东东及北北西者均有。
2.2礦区控煤构造
信德煤矿区域矿区总体构造形态为一自南东往北西倾伏的背斜构造。但自印支运动(三叠系以后)以来,本区经历了多期构造变动,据区域构造及构造发展史,区内构造变形主要形成于燕山期及其以后的造山运动。
矿区主要控煤构造为一滑覆构造。经大量钻孔验证,信德煤矿区存在燕山期形成的一次规模较大的滑覆构造(为方便叙述,并与恩洪其它矿区相匹配,本次工作仍将其视为一逆掩断层,编号为F2,但为与滑覆构造相稳合,其上盘地层简称滑覆体),其形成机制与《云南省富源县富民煤矿南段勘探报告》之“松子山构造区”滑覆构造基本一致。
2.3 F2逆掩断层(滑覆构造)的形成
2.3.1 F2滑覆构造较直观的表现
揭露滑覆体内各钻孔揭见的同一段地层的厚度值相差较大,但各段地层之间的分界标志均能识别,地层层序正常,钻孔岩芯极破碎,不能确定常规的断层破碎带;(2)矿区内自北西向南东钻孔岩芯由零散~碎块状~挤压~较完整~挤压~松散渐变,具体对应的钻孔为K601~K502~K402~K302~ZK402~ZK401,其中零散~碎块状岩芯均见到经搬运后破碎并重新胶结的现象,地层厚度相对较薄,有严重缺失现象,应为滑覆构造的应力相对较集中地段,既滑覆构造的中部;严重挤压~较完整地段,地层相对较完整,应为滑覆构造的应力减弱地段,既滑覆构造的中前部;挤压~松散地段,地层层序较完整,但岩性较松散,为被搬运后风、氧化所造成,应为滑覆构造的应力消失地段,既滑覆构造的前缘。
2.3.2 F2逆掩断层(滑覆构造)的形成
滑覆构造的形成除了滑覆系统、滑覆面和滑覆体三要素之外,还必须有促使滑覆系统向某方向移动的力和将滑覆体与围岩分离的构造,这二者缺一不可,矿区内滑覆构造三要素及两个条件完全具备: ①滑覆构造的形成:受富源—弥勒断裂和平关—阿岗断裂的挤压、牵引和抬升,形成了恩洪矿区复式向斜构造及其次一级的背斜构造(相当于燕山期的造山运动),由于背斜的隆起,使周边地层逐漸抬高,在此过程中,平行于地层走向产生拉张应力,斜交走向产生剪切应力,这两种应力随着隆起的增高而逐渐增大,到一定程度岩层断裂产生走向断层和斜交断层,使滑动系统(严格讲应叫滑动系统前身)脱离上方和两侧围岩。随着背斜的隆起滑动系统越抬越高,其下滑的分力也逐渐增大,与此同时,低洼地带容易积水或形成河流,水流的强烈侵蚀作用,使暴露于地表的碳酸盐地层(永宁镇组)及其以下的相对软弱地层(飞仙关组或宣威组)被水流溶蚀或冲走,使滑动系统底部形成悬空面,进一步加大了滑动系统下滑的分力。当这个分力增大到一定程度,就能克服下方岩体的阻力和底部摩擦力而开始滑动,滑覆体运移到一定距离后,滑动力逐渐减小,受阻后停止滑动,矿区内该阻力为区域阿岗—平关断裂F1下盘的茅口灰岩地层。见图1第1、2、3阶段。
②滑覆构造的发展:在滑覆过程中,滑覆系统各部的变化是不一样,主要表现在:由于向前滑覆的结果,滑覆体后部必然与隆起背斜拉开,二者之间出现悬空现象,因重力原因,滑覆系统的尾部岩层常发生滚卷而形成背斜,并伴随发生一些反向断裂构造 (在“松子山构造区”浅部大量钻孔揭露三叠系的地层零乱地覆盖在宣威组(P2x)地层之上,就是上述的“滚卷背斜”残留物),从而在后部产生规模大小不等的走向断层,这些断层的普遍特点是:上部倾角陡、落差大,下部倾角缓、落差小,而滑覆体中、前部则不存在上述现象;滑覆体中部直接覆盖在下伏地层之上,中部受力较集中但无外部适放空间,导至地层松散、破碎,滑覆构造运动停止后,进行重新胶结;滑覆体中前部应力减弱,地层相对较完整,直接覆盖在下伏地层之上;滑覆体前缘虽滑动力最小,但受到反向的阻力增大,加之搬运距离最长,而厚度较小,岩层结构松散,是最易风化剥蚀地段。总之,滑覆体发展到最后,直观现象表现为滑覆体与下伏地层的重复,实际为地层缺失,其后部地表断层发育;中、中前部地层相对较完整,但结构松散,尤其是中部;滑覆体前缘地层结构最零碎,易形成沟谷(图1第4、5阶段)。矿区内F2滑覆体两侧(矿区内北西侧滑面冲出地表、南东侧滑面近地表),地层松散,形成了两条较大的冲沟。
③矿区内滑动构造三要素的特点
滑覆面:即分隔滑动系统与下伏系统的分界面,其前身为背斜隆起后受平行于地层走向产生的拉张应力、斜交走向产生剪切应力使岩层断裂产生的断层面,该断层面的赋存位置不固定,在应力较大的地段为切层而过,没有固定的层位;进入宣威组(P2x)含煤地层,各种应力遇软弱地层后,应力分散而逐渐减弱,由切层转变为沿多个软弱面顺层发育,滑动系统滑脱后形成滑覆面。受滑动力(主要是滑动产生的磨擦力)的影响,滑覆面下伏系统易产生沿软弱地层走向或倾向而顺层滑动,从而产生次级滑覆体的现象(矿区内F2-1),滑覆体受阻后,滑覆面向地表阻力薄弱地带延伸,滑动应力随之消失。总之,矿区内滑覆面不是一个简单的滑面,而是一组分分合合的滑面群,但存在一主滑面(F2),即滑动系统脱离下伏系统而独立运动的滑脱面。
滑动系统:即滑动构造上盘,在滑动过程中是相对运动盘,它由三叠系地层组成,其总的特点是:地层松散、钻孔岩芯破碎,地层缺失现象严重。
下伏系统:即滑动构造(F2)的下盘,大部分被滑覆体掩盖。整体来看,底盘构造是个轴面向北西倾的相对来说基本对称的背斜构造,发育有次一级的褶曲,较大的褶曲位于背斜轴部东侧的向斜构造,其轴部与背斜基本平行,其上部地层受滑覆动力的影响,地层松散,下部相对较完整。
3结论
总之,信德煤矿位于F2滑覆构造的中前部位,受其影响,矿区以F2主滑和次生F2-1滑面为界,分为上、下两个完全不同的构造形态,F2逆掩断层上盘—滑覆体内构造复杂,之内的含煤地层为异地搬运,煤层赋存形态杂乱无章;其下伏(滑覆体的底盘),构造相对简单,煤层赋存条件相对较好,但受F2和F2-1的影响,发育有受其应力影响产生的小断裂;受F1(区域阿岗—平关断裂)断裂的影响,发育有次级羽状小断裂,总体为一自南东向北西倾斜的背斜构造,伴生有次一级的褶曲,地层产状总体较稳定,走向与构造形态基本一至,地层倾角5~60°、一般倾角为16~35°,自南向北倾角逐渐变小,背、向斜两翼附近较陡,近轴部附近较缓。
参考文献
[1]宋春青等编著.地质学基础[M].北京地质出版社.1996
[2]朱志澄逆冲推覆构造.武汉中国地质大学出版社
[3]杜思清、魏显贵、刘援朝等.岩石矿物.汗南-三清山区北东向构造及龙门山推覆构造外缘带,1997,17(S1):123-131
[4]《云南省富源县信德煤矿地质勘探报告》.2009.
[关键词]信德矿区 富村矿区 控煤构造 滑覆构造 逆掩断裂
[中图分类号] U492.6+4 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2014)-12-100-2
1区域地质背景
1.1区域地层
矿区位于富源县大河镇及营上镇,中心点位于富源县城160°方向,直线距离约19km,出露地层从老至新有泥盆系、石炭系、二迭系、三叠系及第四系,地层累计厚度约为7000m。缺失了志留系、泥盆系下统、侏罗系、白垩系、第三系地层。其中,以二迭系、三叠系地层分布较广,第四系(Q)地层零星分布于河流两岸、平坝及山间低凹处。主要含煤地层为上二迭统宣威组。
1.2地质工作
本矿区所进行的主要地质工作主要有:
(1)1967年云南省143煤田地质队对恩洪复向斜北部进行地质填图,编制了1:2.5万恩洪矿区北部532平方公里地质填图。
(2)1987年1月至1990年9月,云南省143煤田地质勘探队在相邻的大坪矿区进行地质普查,施工钻孔13个,提交了《云南省富源县大坪矿区普查地质报告》。
(3)1992年11月至1994年5月,云南省143煤田地质勘探队在相邻的大坪矿区进行地质详查(详终),提交了《云南省富源县大坪矿区详查(详终)地质报告》。
(4)2008年 信德煤矿、桃树坪煤矿勘探。
(5)另有云山(营上)勘查区一、二、三井田及周边多个小煤矿已作过不同程度的勘查,
以上地质工作及其成果为本论文的完成奠定了基础。
1.3区域构造
信德矿区处于扬子准地台西南边缘,滇黔凹褶束;云南山字型构造第二道弧(石屏建水弧)之滇东台褶带。区域构造处于压扭性弧岛状构造带上,富源-弥勒断裂带和平关-阿岗断裂带之间。夹持于该两条区域断裂带之间的是一轴向近南北,整体呈北北东向展布的复式向斜构造,褶皱及断裂发育。区域构造自西向东主要有富源-弥勒断裂、恩洪复向斜、平关-阿岗断裂。现将主要区域构造分述如下:
(1)富源-弥勒断裂带:规模大,南西见于弥勒城北,经富源县东向北东方向延至贵州六枝境内,全长大于240km,地层断距大于2000m,断裂面为压扭性。在断层的南东盘地层变化大,褶曲发育,并伴有北西向次级断裂带。断裂带距本矿区较远。
(2)恩洪复向斜:夹于富源―弥勒断裂与平关-阿岗断裂之间轴向呈近南北向的向斜构造,轴部位于新村―九河一线,东翼宽缓,西翼较陡,两翼次级褶皱及压扭性、张扭性走向断裂发育。信德煤矿(区)即处于恩洪复向斜北部北东翼的一个次级背斜构造中。
(3)平关—阿岗断裂:为恩洪复向斜东界,亦是本矿区的东部边界断裂,南部起于罗平县阿岗以南,北至贵州平关以北,全长大于100km。地层断距大于500m,溶蚀、陷落、凹地发育,阿岗坝子即由该断层形成。断裂面为压扭性,次级羽状断裂发育。在矿区附近上盘出露地层为二叠系上统峨眉山玄武岩、宣威组煤系地层、三迭系下统卡以头组、飞仙关组、中统个旧组地层均有出露,下盘出露地层为二叠系下统的茅口灰岩和二叠系上统峨眉山玄武岩。
2矿区控煤构造
2.1总体构造形态综述
信德煤矿区域构造位于恩洪复式向斜北部东翼,富源—弥勒断裂带和平关—阿岗断裂带之间,具体位于阿岗—平关断裂带上盘,区域构造发育有一系列北北东向(少数近南北向)近于平行排列的开阔短轴褶曲和高角度压性冲断层,沿走向延伸往往呈“S”型波浪弯曲,断面倾向不定,南东东及北北西者均有。
2.2礦区控煤构造
信德煤矿区域矿区总体构造形态为一自南东往北西倾伏的背斜构造。但自印支运动(三叠系以后)以来,本区经历了多期构造变动,据区域构造及构造发展史,区内构造变形主要形成于燕山期及其以后的造山运动。
矿区主要控煤构造为一滑覆构造。经大量钻孔验证,信德煤矿区存在燕山期形成的一次规模较大的滑覆构造(为方便叙述,并与恩洪其它矿区相匹配,本次工作仍将其视为一逆掩断层,编号为F2,但为与滑覆构造相稳合,其上盘地层简称滑覆体),其形成机制与《云南省富源县富民煤矿南段勘探报告》之“松子山构造区”滑覆构造基本一致。
2.3 F2逆掩断层(滑覆构造)的形成
2.3.1 F2滑覆构造较直观的表现
揭露滑覆体内各钻孔揭见的同一段地层的厚度值相差较大,但各段地层之间的分界标志均能识别,地层层序正常,钻孔岩芯极破碎,不能确定常规的断层破碎带;(2)矿区内自北西向南东钻孔岩芯由零散~碎块状~挤压~较完整~挤压~松散渐变,具体对应的钻孔为K601~K502~K402~K302~ZK402~ZK401,其中零散~碎块状岩芯均见到经搬运后破碎并重新胶结的现象,地层厚度相对较薄,有严重缺失现象,应为滑覆构造的应力相对较集中地段,既滑覆构造的中部;严重挤压~较完整地段,地层相对较完整,应为滑覆构造的应力减弱地段,既滑覆构造的中前部;挤压~松散地段,地层层序较完整,但岩性较松散,为被搬运后风、氧化所造成,应为滑覆构造的应力消失地段,既滑覆构造的前缘。
2.3.2 F2逆掩断层(滑覆构造)的形成
滑覆构造的形成除了滑覆系统、滑覆面和滑覆体三要素之外,还必须有促使滑覆系统向某方向移动的力和将滑覆体与围岩分离的构造,这二者缺一不可,矿区内滑覆构造三要素及两个条件完全具备: ①滑覆构造的形成:受富源—弥勒断裂和平关—阿岗断裂的挤压、牵引和抬升,形成了恩洪矿区复式向斜构造及其次一级的背斜构造(相当于燕山期的造山运动),由于背斜的隆起,使周边地层逐漸抬高,在此过程中,平行于地层走向产生拉张应力,斜交走向产生剪切应力,这两种应力随着隆起的增高而逐渐增大,到一定程度岩层断裂产生走向断层和斜交断层,使滑动系统(严格讲应叫滑动系统前身)脱离上方和两侧围岩。随着背斜的隆起滑动系统越抬越高,其下滑的分力也逐渐增大,与此同时,低洼地带容易积水或形成河流,水流的强烈侵蚀作用,使暴露于地表的碳酸盐地层(永宁镇组)及其以下的相对软弱地层(飞仙关组或宣威组)被水流溶蚀或冲走,使滑动系统底部形成悬空面,进一步加大了滑动系统下滑的分力。当这个分力增大到一定程度,就能克服下方岩体的阻力和底部摩擦力而开始滑动,滑覆体运移到一定距离后,滑动力逐渐减小,受阻后停止滑动,矿区内该阻力为区域阿岗—平关断裂F1下盘的茅口灰岩地层。见图1第1、2、3阶段。
②滑覆构造的发展:在滑覆过程中,滑覆系统各部的变化是不一样,主要表现在:由于向前滑覆的结果,滑覆体后部必然与隆起背斜拉开,二者之间出现悬空现象,因重力原因,滑覆系统的尾部岩层常发生滚卷而形成背斜,并伴随发生一些反向断裂构造 (在“松子山构造区”浅部大量钻孔揭露三叠系的地层零乱地覆盖在宣威组(P2x)地层之上,就是上述的“滚卷背斜”残留物),从而在后部产生规模大小不等的走向断层,这些断层的普遍特点是:上部倾角陡、落差大,下部倾角缓、落差小,而滑覆体中、前部则不存在上述现象;滑覆体中部直接覆盖在下伏地层之上,中部受力较集中但无外部适放空间,导至地层松散、破碎,滑覆构造运动停止后,进行重新胶结;滑覆体中前部应力减弱,地层相对较完整,直接覆盖在下伏地层之上;滑覆体前缘虽滑动力最小,但受到反向的阻力增大,加之搬运距离最长,而厚度较小,岩层结构松散,是最易风化剥蚀地段。总之,滑覆体发展到最后,直观现象表现为滑覆体与下伏地层的重复,实际为地层缺失,其后部地表断层发育;中、中前部地层相对较完整,但结构松散,尤其是中部;滑覆体前缘地层结构最零碎,易形成沟谷(图1第4、5阶段)。矿区内F2滑覆体两侧(矿区内北西侧滑面冲出地表、南东侧滑面近地表),地层松散,形成了两条较大的冲沟。
③矿区内滑动构造三要素的特点
滑覆面:即分隔滑动系统与下伏系统的分界面,其前身为背斜隆起后受平行于地层走向产生的拉张应力、斜交走向产生剪切应力使岩层断裂产生的断层面,该断层面的赋存位置不固定,在应力较大的地段为切层而过,没有固定的层位;进入宣威组(P2x)含煤地层,各种应力遇软弱地层后,应力分散而逐渐减弱,由切层转变为沿多个软弱面顺层发育,滑动系统滑脱后形成滑覆面。受滑动力(主要是滑动产生的磨擦力)的影响,滑覆面下伏系统易产生沿软弱地层走向或倾向而顺层滑动,从而产生次级滑覆体的现象(矿区内F2-1),滑覆体受阻后,滑覆面向地表阻力薄弱地带延伸,滑动应力随之消失。总之,矿区内滑覆面不是一个简单的滑面,而是一组分分合合的滑面群,但存在一主滑面(F2),即滑动系统脱离下伏系统而独立运动的滑脱面。
滑动系统:即滑动构造上盘,在滑动过程中是相对运动盘,它由三叠系地层组成,其总的特点是:地层松散、钻孔岩芯破碎,地层缺失现象严重。
下伏系统:即滑动构造(F2)的下盘,大部分被滑覆体掩盖。整体来看,底盘构造是个轴面向北西倾的相对来说基本对称的背斜构造,发育有次一级的褶曲,较大的褶曲位于背斜轴部东侧的向斜构造,其轴部与背斜基本平行,其上部地层受滑覆动力的影响,地层松散,下部相对较完整。
3结论
总之,信德煤矿位于F2滑覆构造的中前部位,受其影响,矿区以F2主滑和次生F2-1滑面为界,分为上、下两个完全不同的构造形态,F2逆掩断层上盘—滑覆体内构造复杂,之内的含煤地层为异地搬运,煤层赋存形态杂乱无章;其下伏(滑覆体的底盘),构造相对简单,煤层赋存条件相对较好,但受F2和F2-1的影响,发育有受其应力影响产生的小断裂;受F1(区域阿岗—平关断裂)断裂的影响,发育有次级羽状小断裂,总体为一自南东向北西倾斜的背斜构造,伴生有次一级的褶曲,地层产状总体较稳定,走向与构造形态基本一至,地层倾角5~60°、一般倾角为16~35°,自南向北倾角逐渐变小,背、向斜两翼附近较陡,近轴部附近较缓。
参考文献
[1]宋春青等编著.地质学基础[M].北京地质出版社.1996
[2]朱志澄逆冲推覆构造.武汉中国地质大学出版社
[3]杜思清、魏显贵、刘援朝等.岩石矿物.汗南-三清山区北东向构造及龙门山推覆构造外缘带,1997,17(S1):123-131
[4]《云南省富源县信德煤矿地质勘探报告》.2009.