Question

构造预测分析

Answer 1

构造预测的目的主要是为了寻求矿区深部区域的构造发育规律，寻求煤层及其围岩的变形特征和赋存状态以及煤体结构的变化规律，为进一步研究构造控气规律及煤层气的赋存和运移规律提供依据。

构造预测主要依据钻孔特别是煤矿开采所积累的构造资料、地层介质条件资料、煤层等高线资料、构造演化分析资料和煤体结构等资料，预测方法以图件规律分析和数据规律分析为主。

5.4.1 利用构造发育规律预测构造

1）断裂构造与挠折构造伴生。从2^＃、3^＃煤井下揭露资料可见，在第一挠折带下部和缓倾带后缘，除褶皱构造外，还大量发育小型正断层。野外所见挠折带上部沿走向裂隙十分发育，形成裂隙密集带。结合前述力学分析，可认为第二挠折带为一张裂隙和小型正断层较发育的破裂构造带，特别在其挠折脊线两侧（图5.47）宽约2km的范围内，为伸展破裂构造带。

2）断裂构造与褶皱构造并存。2^＃和3^＃煤开采资料均显示了煤层断裂构造主要发育于背向斜轴部附近，构成褶皱轴部的破裂构造带。其发育规律是，在北区，尤其是下峪口井田，断裂多平行褶皱轴线。在南区的象山井田，断裂走向多与褶皱轴向斜交，但也集中于褶皱轴线附近。因此，向矿区中深部延伸的褶皱，其轴线附近为张性破裂带。

图5.47 挠折破裂带示意图

图5.48 褶皱与断裂的转换示意图

3）褶皱与断裂的转换。在文家岭以南和英山以南，在几条逆断层（F₂、F₅等）的消失端，沿其走向由小型较宽缓褶皱所代替，而在这些褶皱消失端又由伸展正断层组所代替（图5.48），反应挤压应力逐渐松弛减弱，构造变形逐步降级（逆断层—宽缓褶皱—正断层），以及水平挤压作用为主渐变为垂直运动为主之规律。由此预测山桥—高崖村近东西向褶皱群向西，上峪口褶皱群向西和凿开河口褶皱群向西，均有可能出现东西向的张性破裂构造或成为张性破裂构造带。煤层中发育的褶皱构造向深部延伸至倾没端也应为一张性破裂构造带所代替。

5.4.2 利用构造等距性规律预测构造

根据地表近东西向褶皱群约隔5.5km出现一次；近东西向破裂带约隔16km出现一次；各煤层中的褶皱约隔1.2～2km出现一条；南区北西向断层组每隔450～550m出现一条，东西向断层组每隔70～100m出现一条的规律，可以预测中深部构造带的分布。只是随着地层倾角的变缓，构造规模可能变小，但其力学性质和等距性不会有多大改变。

5.4.3 利用层滑构造发育规律预测构造

层滑构造多位于褶皱翼部、挠折带的陡翼和煤层倾角变化较大的地带。据此可预测，在北区凿开河以北和下峪口井田，南区沿居水河向深部和马沟渠井田南部以北，可能发育层滑构造。同时，无论南区还是北区，在第二挠折带都会发育层滑构造。但由于陡带倾角较缓，因此对煤体结构的破坏远远不如第一挠折带破坏的严重，仍将以块煤为主，这点已为钻孔资料所证实。

5.4.4 利用褶皱断裂影响深度预测构造或构造带

由地表构造和煤层构造的垂向对应关系看，煤层中发育的褶皱和伴生的断裂除大型者外其余绝大多数未影响到地表，多限于煤层附近或煤系之中，垂向导通性不良。北区由于山西组煤层中褶皱的一致性较好，可能使其垂向影响幅度较大。南区各煤层褶皱发育稀少，各煤层自成系统，垂向影响很小。

南区除东泽村断层组在各煤层都有不同程度表现外，其余断层组或破裂带（第一挠折带除外）可能均未切穿煤层，煤层断裂也未影响到地表。故就全区而言，除东泽村断层组对煤层甲烷有逸散作用外，其余破裂构造垂向导通幅度很小，地层垂向封闭性良好。

5.4.5 利用煤体结构分布规律预测构造

南区粉煤区（含鳞片状煤区）和块粉状煤区主要分布在中浅部褶皱断裂密集区。由于受文家岭褶皱带的影响，马沟渠井田煤体粉末化最甚，尤其是3^＃煤层。但南区的中深部和南部，煤体原生结构保存良好。故南区中深部和南部为相对单一的伸展构造区，煤层褶皱构造不甚发育。北区粉末煤及鳞片状煤主要分布在下峪口井田、燎原井田的浅部和中深部，其次是桑树坪井田凿开河以北中浅部褶皱构造发育区（3^＃、11^＃）。因此，下峪口井田中深部应是压性构造发育区，燎原井田煤层倾角大，上部煤层更易发生层滑构造。桑树坪井田北部、西北部，燎原井田深部煤体原生结构保存较好，挤压性构造不甚发育。另外，在桑树坪井田中浅部78孔—01孔—66孔—114孔之间为一南北向粉煤带，结合深部地表所见的两条南北向褶皱构造，对桑树坪矿的南北向构造应引起注意。

5.4.6 利用煤系厚度变化和构造展布关系预测构造

由本区太原组和山西组地层厚度等值线图可见，煤系沉积厚薄带的延展方向与煤层构造有很好的对应关系，即地层厚度变化带方向多与背向斜延展方向一致，南区马沟渠到象山矿东北角一些断裂的出现位置也与地层厚度变化的方向性一致。因此，一方面说明煤层构造的发育与煤系原始沉积厚度及同沉积构造（以北西向为主）有关，是同沉积构造的继承性发展；另一方面利用它们之间的对应关系可对深部和煤层底板等高线所反映的构造简单区进行构造预测。现以11^＃煤层（太原组地层中）和3^＃煤层（山西组地层中）为例进行分析和预测。

（1）11^＃煤层北区太原组厚度

在X18～L8孔以北到X33～66孔以南，地层厚度变化带走向北西西；85孔以北至110孔以南，地层厚度变化带走向近东西；110孔至P1孔之间，地层厚度变化带方向为北西向，这些都和煤层中褶皱构造发育部位有较好的对应关系（图1.4）。说明这里的北西西向、近东西向和北西向构造的发育继承了同沉积构造的性质，按其对应关系，向深部这些方向的构造也可能沿煤系厚度变化方向继续延伸。但在P18～66孔以北到81～Y2孔以南构造极简单区（仅发育一条褶皱），地层厚度则沿北西到南北向呈条带状延伸，因此，这里应注意北西向和南北向构造的发育。也可能由于煤系地层厚度变化的转折之故，在66～68孔附近的构造简单区煤体结构破坏较甚。

（2）11^＃煤层南区太原组厚度

在S20孔以北到114孔以南，114孔至165孔以东，165孔以北至136孔以南，地层厚度变化带方向分别与北西向、北东向和北西西—近东西向褶皱发育方向一致，位置对应关系也较吻合（图1.3）。说明了后期构造与同沉积构造有继承性。但在163～171孔以北地层厚度沿北西向稳定延伸，说明

背斜可能向深部延伸至区外。同样，在136～171孔之间，也可能出现北西向褶皱。

（3）3^＃煤层北区山西组厚度

L8孔以北至81和85孔以南，地层厚度厚带和薄带呈北西方向相间排列，其薄厚带基本与

和

轴向一致且向深部延伸出区外（图5.22及图1.6）。说明这三个褶皱也有可能向更深部延伸；81～85孔间的薄厚相间带沿北西向稳定延伸，也说明

有向深部延伸分支的趋势。B14～85孔西北处和

延伸方向一致的地层厚带，预示

可能和

斜接并横跨越过

继续向北西延伸，而使此处构造复杂化。110～P1孔以南地层的北西向厚带过P1孔转成南北向，说明

轴向有转向南北之势并与地表所见的Z₄、Z₅褶皱斜接复合，110孔以南和89～B14孔以北近东西向地层薄厚变化带也预示

有向深部延伸之势。

（4）3^＃煤层南区山西组厚度

S20孔以北、166～603孔以南近东西向到北西向地层厚薄变化带与

延展方向一致，地层厚度沿此方向的稳定延伸预示这三条褶皱也有向深部延伸之可能（图1.5）。在165孔至603孔之间，603孔至163孔之间以及169孔以东直到136、171孔，地层厚度呈三个北西向条带稳定地向北西方向延伸，在中浅部正好与象山矿已见的北西向断裂带延伸方向一致，说明北西向断裂带的发育可能与地层厚薄变化的局部应力集中有关，也预示着这种北西向的等距性断裂带有可能向深部继续延伸。马沟渠井田的8～171孔至136孔之间，地层厚度沿东西方向的变化带和井田内东西向断裂带延展方向一致，也预示着东西向断裂带可能向深部延伸。171孔南地层厚薄变化带和东泽村断层组方向吻合，从而预示着该组断裂有向浅部延伸之可能。

5.4.7 利用控制性构造的发育规律预测构造

燕山期构造作用的动力学和运动学特征表明，此期构造作用在区内形成的F₁断层是一横亘全区的规模最大、影响最大的控制性断裂。由于断层面是弧形延伸，故在燕山期左行压扭运动中位于断层影响带内不同弧段的地质体，所承受的应力作用方向各不相同，因而产生不同方向、不同性质的构造形迹。喜马拉雅期随汾河地堑和渭河地堑的张裂活动，对燕山期构造的改造作用也不相同。如图5.49所示，在燕山期左行压扭力偶作用下，弧顶向南东凸出和向北西凸出段产生近南北向张性和近东西向压性构造，位于两弧顶之间的断面呈近南北向（图5.49中1～2），则产生北西向张性构造和北东向压性构造；若呈近东西向（图5.49中3～4），则产生北东向张性构造和北西向压性构造。在喜马拉雅期，汾渭地堑伸展张裂的合力方向为北北西－南南东向，在此应力改造下使燕山期于弧段各部位所形成构造性质有所改变，如使弧顶部分的近南北向具扭性，北东向具张性。1～2段的北西向具左扭张裂性质，北东向具张性兼右行扭动性质。3～4段的北东向具右扭张裂性质，北西向具张性兼左行扭动性质。由以上分析可见，各方向构造最终都不同程度具有张性和扭动性质，结合区域伸展作用分析，张裂和张扭作用是本区最终构造变形的主导作用形式。因此，可以认为，位于弧顶（图5.49中6）及其以南（1～2段）部分的马沟渠矿，破裂构造以正断层为主，其产状应以近东西和南北向为主，向南过渡为北西向。结合矿井开采实际分析，井田中深部应以北西向和近东西向张性破裂最发育。象山矿在居水河以北以发育北西向和近东西向正断层为主，居水河以南以发育北东向和北西向正断层为主，居水河一带则应以东西向正断层为主，早期南北向则具扭性。因此，象山矿已采区的北西向构造带向深部延伸的可能性很大，马沟渠矿的东西向构造带也有向深部延伸的很大可能。

图5.49 燕山期左旋压扭作用力分析

弧形断层各部分受力分析（下图）及喜马拉雅期伸展应力方位（上图）

另外，参照F₁断层下盘次级褶皱的发育部位结合张扭作用在弧形断裂转折部位出现的岩块拉裂陷落和挤压重叠模式（图5.50）可知，喜马拉雅期右行张扭作用使F₁呈弧形展布，F₁断裂的5～6段相当于模式中的A部位，这里的岩块受挤压为主，褶皱发育。5～7段相当于模式中的B部位，这里的岩块受拉张为主，张性破裂发育。这种分析结果正与区内边浅部几个褶皱群的出现部位相符合，那么，褶皱群之间的岩块应主要受拉张作用。这些分析对确定控气构造带十分有意义。

图5.50 弧形断裂转折部位岩块陷落（B）和重叠（A）模式图

综合以上分析可见，区内中浅部发育的褶皱构造（北西向和东西向为主）均有向深部延伸之势，与之相伴的断层及层滑等构造形迹也有向深部延伸之可能。同时，矿区中浅部发育的褶皱向深部延展时也可能以正断层组的形式所代替，结合挠折带构造发育预测和煤体结构展布规律分析，中深部煤层的褶皱变形要远小于浅部，相反以张性破裂变形代替之。南区的北西向和近东西向张性破裂带均可向中深部延伸，它们之间的复合，它们和北东向挠折带的复合以及与同方向张性断裂的结合，在煤层中形成三个主导方向复合交叉的张裂网状系统，它们是煤层气赋存的储气构造，也是煤层气矿床渗流的主要通道。