河南荥巩煤田构造变形对二1煤层的影响

沈建海

（河南省地质矿产勘查开发局测绘地理信息院，河南郑州450006）

摘要：荥巩煤田位于豫西强变形区的嵩山背斜北翼，区内断块组合特征明显，聚煤期后构造变形对二1煤层的改造种构造样式，印支期嵩山地区存在着区域性的顺二1煤层发育的层间滑动断层，层间滑动引起的煤层流变造成了强烈。通过分析煤田构造、二1煤层及煤岩特征对煤层瓦斯赋存的影响，认为层间滑动断层是煤田中普遍发育的一

“三软”构造煤的发育和煤层厚度的剧烈变化，煤厚的变化及煤体结构的破坏是煤层瓦斯赋存不均衡和突出的根本原因。

关键词：荥巩煤田；二1煤层；层间滑动断层；构造煤；瓦斯中图分类号：P618.11

文献识别码：A

ImpactsfromStructuralDeformationonCoalII1inXinggongCoalfield,HenanProvince

(InstituteofSurveying,MappingandGeographicInformation,HenanBureauofGeologyand

MineralResourcesExplorationandExploitation,Zhengzhou,Henan450006)

Abstract:TheXinggongcoalfieldliesinthenorthlimbofSongshananticline,westernHenanstronglydeformedzone.Faultblockas⁃lyzedtheimpactsfromcoalfieldstructure,coalII1andcoallithotypeoncoalseamgashosting,consideredthattheinterlayerglidingsemblagesissignificantinthearea,postcoalaccumulationstagestructuraldeformationhasstronglyreformedthecoalII1.Afterana⁃

ShenJianhai

andcausedtherheologyofcoalseamsandfinallybroughtup“threesoft”(softroof,coalandfloor)tectonoclasticcoalanddramaticallychangedcoalseamthicknesses.Thecoalthicknesschangesandcoalstructuredestructionarebasicreasonsofcoalseamgashostingdisproportionandoutburst.

Keywords:Xinggongcoalfield;coalII1;interlayerglidingfault;tectonoclasticcoal;gas

faultsarewidelydevelopedinthecoalfield.DuringtheIndo-Chineseepoch,coalII1beddinginterlayerglidingfaultsexistedregionally

荥巩煤田位于河南省郑州西南部之嵩山北麓的

山前低山-丘陵地带，西邻洛阳断陷，北东接开封坳陷。其范围南以煤层露头为界，北至黄河，西部以北东向沙鱼沟-柳树沟正断层组为界与偃龙煤田毗邻，东南部以王口断裂与新密煤田相接，东部被北北西向薛店断层所截。煤系基底为寒武—奥陶系，盖层由二叠系上统平顶山组和孙家沟组、三叠系下统刘家沟组和和尚沟组及新近系洛阳组组成。含煤岩系由上石炭统本溪组和二叠系下统太原组、山西组及中统下石盒子组、上石盒子组构成，厚538.68～700.00m，平均657.71m，含煤八个组段，平均煤层总厚7.61m，可采煤层平均总厚5.07m。可采煤层为山西组下部的二1煤、太原组下部的一1煤和一3煤，其余煤层不可采或偶见可采点。

1煤田构造特征

荥巩煤田位于嵩山背斜北翼，为向北缓倾的单

斜构造。区内褶皱较为简单，仅表现为单斜形态基础上的小尺度宽缓褶曲和米河—贾峪重力滑动构造派生的近东西向双楼—盆窑滚卷背斜。断裂构造十分发育（图1），浅层次脆性变形的高角度正断层和单斜断块组合特征明显，逆断层较少。断层大致可分为近东西向、北东-北北东向和北西向三组，以形成于印支期的近东西向断层为主干断裂[1]，呈阶梯状或垒堑式相间排列，多被其它两组断层所改造。燕山早期形成的北西向左行走滑断层[1]构成了煤田或井田的自然边界，并触发了重力滑动构造的发生，主要形成于燕山晚期[1]的北东-北北东向断层多局限于北西向断层控制的区域内，并错移了重力滑动构造，喜山期的拉张裂陷活动塑造了现今盆岭构造格局[2]。聚煤期后多期次、多种变形体制、不同尺度、不同方向、不同性质、不同类型的断裂构造交织，形成密集断裂网络系统，将煤田地层分割为一系列

作者简介：沈建海（1965—），男，河南郑州人，学士，高级工程师，从

事固体矿产勘查与研究。

收稿日期：2013-12-09责任编辑：唐锦秀

4期沈建海：河南荥巩煤田构造变形对二1煤层的影响7军岭断层；②.古城寨断层；③.马泉沟断层；④.李新寨断层；⑤.贾峪断层；⑥.三李断层；⑦.郭楼断层；⑧.上李河断层；⑨.九门沟断层；⑩.崔岗断层

佛山群；Pt1古元古界嵩山群；Ⅰ.嵩山背斜轴；Ⅱ.双楼-盆窑背斜轴；A.大峪沟重力滑动构造；B.米河-贾峪重力滑动构造；①.将

组-三叠系下统和尚沟组；C2b+P1t石炭系上统本溪组和二叠系下统太原组；-O2寒武系-奥陶系中统马家沟组；Pt2中元古界五

1.地质界线；2.二1煤层露头线；3.背斜轴；4.正断层；5.逆断层；6.滑动断层；Q第四系；N1l新近系洛阳组；P-T1二叠系下统山西

Э图1荥巩煤田构造纲要图

Figure1StructuraloutlinemapofXinggongcoalfield

末形成的主滑面沿二1煤层之上一定范围内滑动的大峪沟和米河—贾峪重力滑动构造是本区构造格局中的一个鲜明特点。

不连续的多边形断块。印支期嵩山背斜纵弯褶皱过

程中伴生的顺二1煤层的层间滑动断层和燕山早期

煤，视密度为1.49～1.69t/m3，孔隙率5.1%～16.0%。

软构造煤。二1煤为光亮-半亮高热值粉-粒状无烟

3煤层瓦斯特征

由于荥巩煤田位于豫西强变形“三软”煤层高突瓦斯区[3]，二1煤层属突出型煤层，开采二1煤层的矿

2煤层与煤质

二1煤层为荥巩煤田主要勘查和开采对象，赋存

于山西组下部的“大占砂岩”和二1煤底砂岩之间，走向北西-近东西，倾向北，倾角5°～23°。煤层直接顶板多为深灰色-灰黑色砂质泥岩、炭质泥岩、泥岩，局部为大占砂岩和滑动构造破碎带。煤层直接底板多为泥岩、炭质泥岩，局部为砂质泥岩或粉砂岩。平均4.04m，以中厚—厚煤层为主，但厚度变化幅度较大，具有短距离急剧变化的特点。煤层结构较简单，一般不含矸或含1层夹矸，个别含矸2～3层，偶见4层，夹矸岩性多为泥岩和炭质泥岩。煤田内不可采薄（无）煤带占煤田面积的5.5%左右，呈小区块零星分布。

二1煤结构以碎粉状、碎粒状、鳞片状为主，偶夹

井煤（岩）与瓦斯突出普遍，几乎是有掘必突，始突深度浅、突出频率高，突出强度以中、小型为主。瓦斯

成分以甲烷为主，次为氮气，少量二氧化碳，微量重烃，含量一般大于10mL/g，仅在浅部剥蚀区小于10

mL/g。瓦斯风化带沿煤层露头向深部约100m、250m宽的狭长地带分布，随开放性断裂急剧变宽并向深部延伸，东、西部宽而中部窄。瓦斯风化带以下，瓦斯含量、压力和涌出量虽然随着煤层埋深的增加有增大的趋势，但并非呈正线性相关关系，瓦斯含量等值线并非沿煤层底板等高线走向延展，而是呈

二1煤层厚为0～24.10m，一般为1.30～6.00m，

现较大的弯转幅度，并出现高低值的封闭圈（图2），显示了瓦斯赋存的极不均衡性和复杂性。

4构造变形对二1煤层的影响

4.1构造变形对煤厚的影响

区内含煤岩系是由成层性好、力学性质不同的软硬岩层组成的互层，煤和泥岩等软弱层位为层间滑动构造的形成提供了润滑层和滑脱面。二1煤层与伪顶、伪底泥岩共同组成了较厚的软岩层，与老顶、老底砂岩间存在着显著的强度差异。因此，二1

碎块薄层，筛分以粉煤为主，大、中、小块较少。受成

煤期后构造变形改造，宏观煤岩成分、煤的原生结构及构造均遭受严重破坏，破坏类型达Ⅲ—Ⅴ类，力学强度极低，表现为经层间滑动、挤压、揉搓特征的三

8中国煤炭地质第26卷薄（无）煤区；①.古堆窑断层；②.柳树沟断层；③.菜园沟断层；④.将军岭断层；⑤.凤卧岭断层；⑥.古城寨断层

1.二1煤层底板等高线；2.甲烷含量等值线；3.瓦斯成分分带界线；4.正断层；5.逆断层；6.薄煤带边界线；7.构造

图2荥巩煤田西段二1煤层瓦斯含量等值线图

Figure2IsogramofcoalII1gascontentinwesternsectorofXinggongcoalfield

6]

在煤层及其顶、底板间普遍发育[5，，煤层受层象[4]，

间滑动作用极易产生流变[4]。在嵩山背斜纵弯褶皱

煤层更易形成顺煤层的层间滑动断层。由于煤田处于豫西强变形带[3]，在嵩山背斜或断层的形成过程中，会诱发层间滑动，在顺层剪切的力偶作用下，煤层往往产生塑性流变，从而导致煤层厚度的剧烈变化。煤厚的变化实质上是在构造压差驱动下的煤层流变过程，因构造型式的不同、应力场和应变场的差异而导致煤厚的差异性变化。

正断层的拉张牵引势必会在断层附近形成与断层走向**行的厚、薄煤带，如煤田西端因受北东向边界断层的影响较强，厚、薄煤带大致呈北东向延伸（图3）。重力滑动构造主滑面一般位于二1煤层之段，对二1煤厚的变化影响较小且范围局限。

上4.15～507.47m层段的煤层顶板及其上覆地层中（图4），偶尔下切至二1煤层而形成产蚀薄（无）煤

层间滑动构造是煤矿中普遍存在的一种构造现

式按围岩的构造形态流动和重新分配，由于顺煤层

的层间滑动的不均衡性和滑面起伏对煤层的构造侵蚀，煤层被切割错移、铲刮、推挤肿缩、揉皱滚卷等，致使煤层的形态和厚度出现极其复杂的变化，有时甚至可以把煤挤作一堆，形成约10m厚的大煤包间夹着薄（无）煤带，造成构造增厚带与构造减薄带（或无煤带）的相间排列（图5）。除局部受断层影响外，一般厚煤带的长轴方向大致平行于嵩山背斜枢纽（图3），显示了嵩山背斜褶皱过程中的统一应力场。因此，聚煤期后构造变形对煤层的改造是显而易见的，而顺煤层的层间滑动断层是造成煤厚变化的主要因素。

过程中，处于从属状态的二1煤层主要以柔流褶皱形

②.柳树沟断层；③.菜园沟断层；④.将军岭断层；⑤.凤卧岭断层；⑥.古城寨断层

1.煤层底板等高线；2.煤层等厚线；3.正断层；4.逆断层；5.薄煤带边界线；6.构造薄（无）煤区；①.古堆窑断层；

图3荥巩煤田西段二1煤层等厚线图

Figure3IsopachofcoalII1inwesternsectorofXinggongcoalfield

4期沈建海：河南荥巩煤田构造变形对二1煤层的影响9组；C2b-本溪组；F6-青石山断层；F9-将军岭断层；F15-菜园沟断层

P2x-下石盒子组；P1sh-山西组；P1t-太原1.地质界线；2.煤层；3.大峪沟重力滑动断层；P2s-上石盒子组；

图4大峪沟重力滑动构造示意图

Figure4AschematicdiagramofDayugougravitationglidingstructure

1.地质界线；2.平行不整合界线；3.二1煤层；4.滑动断层；5.断层角砾岩；T1l下三叠统刘家沟组；P3p+sO2m中奥陶统马家沟组

上二叠统平顶山组和孙家沟组；P2s上石盒子组；P2x下石盒子组；P1sh山西组；P1t太原组；C2b本溪组；

图5荥巩煤田层间滑动断层示意图

Figure5AschematicdiagramofinterlayerglidingfaultsinXinggongcoalfield

4.2构造变形对煤岩的影响

由于煤层较低的力学强度，在嵩山背斜及其后的断层、重力滑动构造形成过程中，煤层内均伴生有剪应力条件，所以层滑构造十分发育。在层间剪切应力的反复作用下，二1煤破裂、碎裂、碎粒、流变，直至成为粉-粒状构造煤，造成嵩山地区构造煤的广泛发育（图6）。

无论是嵩山背斜纵弯褶皱过程中形成的区域性

还是正（逆）断层、或重顺二1煤层的层间滑动断层，

力滑动断层诱发的局限构造域范围的层间滑动，对软弱煤层及顶、底板都会造成或强或弱的构造形变作用，从而引起煤层的流变及顶、底板岩石的破坏。中生代以来的多次构造变形，留下了多期层滑痕迹，煤层中滑面、揉皱和小褶曲发育，大部分煤层顶、底板较破碎且发育滑动摩擦镜面、擦痕（图6），造成二1煤岩被改造为构造煤和煤层顶、底板岩石力学性质变差。

4.3构造变形对煤层瓦斯的影响

煤层是瓦斯的生、储场所，构造应力对煤层的破坏，改变了煤储层形态、厚度和结构构造，从而引起度已达无烟煤阶段，后期的构造运动又是一种漫长的渐进式运动，动力变质作用即使生烃，生烃量也很微弱[7]，对煤层生烃产气量的贡献有限。所以，原生气藏受成煤作用的控制和制约，现今气藏的分布状态是受成藏后的地质构造控制的。

嵩山背斜隆升剥蚀形成的煤层露头成为瓦斯逸散的最大边界，造成煤层露头及浅埋区成为瓦斯风煤层中瓦斯的运移和变化。本区二1煤层的变质程

图6荥巩煤田二1煤层煤岩和顶底板摩擦面

Figure6CoalII1lithotypeandfrictionsurfacesof

roofandfloorinXinggongcoalfield

10中国煤炭地质第26卷化带。自瓦斯风化带向深部，煤层瓦斯含量、压力和涌出量随煤层的埋深和上覆岩层厚度的增加总体呈逐渐增大的的趋势，但断层的发育打破了瓦斯圈闭和储盖环境，使煤层瓦斯渗流场的边界条件发生了根本性的变化，对煤层瓦斯储、运、移及瓦斯成分、含量的控制作用明显。煤田内各类型的断裂构造交织组成的断裂网络系统导致本区二1不均衡。如煤田西端因开放性的断裂构造发育，煤层瓦斯赋存极造成二1斯风化带深度可达煤层瓦斯含量相对较小700m以上（（1.49-300m～10.72mL/g以下），靠近柳），瓦

树沟断层附近，瓦斯风化带更深（图2）。

因顺二1粉-粒状构造煤，煤层的层间滑动构造使煤层被改造为

导致二10.11～0.25），吸附能力强，煤的坚固性系数值极低

而放散初速度值则相对较高（8.6～37）。构造煤在地层压力下呈压实状态，基本不具裂缝网络，其渗透性极差[8]

，瓦斯气体不易运移、散发，导致形成了构造煤中的高瓦斯含量（一般大于10mL/g）和高瓦斯压力（0.53～1.92MPa），成为突出型煤层，在瓦斯压力不到0.74MPa的情况下，就会有煤（岩）与瓦斯突出的危险性。

层间滑动构造效应引起了二1高频率的变化，造成煤层瓦斯赋存极不均衡。煤厚煤层厚度大幅度、

大的地方，自然煤体中释放的瓦斯也相对集中，煤厚变化处也往往是地应力发生变化和集中的地方，薄无）煤带的存在对深部煤层瓦斯向浅部运移起阻碍作用，因此，薄煤带也会聚集较大的瓦斯量（图7）。

因此，层间滑动构造效应使煤层原生形态、厚度和结构构造遭受不同程度的破坏，煤体强度大大降低，且瓦斯易于聚集，使得煤田瓦斯突出区域具有低瓦斯压力、高瓦斯含量的特点[9]和低瓦斯压力、低临界指标突出的危险性[3]

。

5结论

逆）①断层和重力滑动断层对煤层的影响范围局限，聚煤期后构造变形对二1煤层的改造显著，正印支期嵩山背斜褶皱过程中形成的顺二1间滑动断层对煤层的改造是区域性的。

煤层的层②煤层的韧性、含水和生、储气性能是煤层容易

图7荥巩煤田二1煤层瓦斯含量与煤厚变化关系图

Figure7RelationshipbetweencoalII1gascontentand

coalthicknessesinXinggongcoalfield

发生层间滑动的基础，顺二1煤层流变导致了本区二煤层的层间滑动引起的1粒状构造煤的发育。

煤层厚度的剧烈变化和粉-

的极不均衡性，③断裂网络系统造成了本区二1层间滑动形成的强变形煤层瓦斯赋存“三软”构造煤和煤厚的剧烈变化，是本区煤层瓦斯赋存不均和突出的主要因素。

本文得到河南省地质矿产勘查开发局总工程师张宗恒教授级高级工程师的指导，在此致以衷心的感谢！参考文献：

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