淮北煤田卧龙煤矿岩浆侵入煤层的构造控制

第39卷 第5期 煤田地质与勘探

Vol. 39 No. 5 2011年10月

COAL GEOLOGY & EXPLORA TION

Oct. 2011

收稿日期: 2010-09-15

基金项目:国家自然科学基金项目(40872103)；国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2006CB202205)；江苏省普通高

校研究生科研创新计划项目(CX10B_146Z)

作者简介:徐德金(1984—)，男，安徽舒城人，博士研究生，从事地质资源与构造地质方面的研究.

文章编号: 1001-1986(2011)05-0001-05

淮北煤田卧龙煤矿岩浆侵入煤层的构造控制

徐德金1，胡宝林2，胡 巍1

(1. 中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏 徐州 221008； 2. 安徽理工大学地球与环境学院，安徽 淮南 232001)

摘要: 岩浆侵入对煤矿生产影响极大，淮北煤田卧龙煤矿是受岩浆侵入较严重的矿井之一，其地质构造是控制岩浆侵入和岩浆岩展布的重要因素。基于对岩浆侵入前的地质构造和构造应力场的深入研究，通过从区域构造到井下小构造逐级分析其对岩浆侵入的控制，阐明了研究区构造控制下的岩浆侵入规律。结果表明，NNE 向的F7和F5断层控制了岩浆的侵入方向，并与和其交汇的F15断层构成本区岩浆的主要侵入通道。此结果为矿井岩浆侵入区煤层的开采提供了依据。 关 键 词：地质构造; 岩浆侵入; 煤层; 控制

中图分类号：P618.1102; TD163.1 文献标识码：A DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2011.05.001

Geological structure controlling magmatic intrusions into coalbeds in the

Wolong coalmine of Huaibei coalfield

XU Dejin 1, HU Baolin 2, HU Wei 1

(1. School of Resources and Geosciences , China University of Mining and Technology , Xuzhou 221008, China ; 2. School of Earth and Environment , Anhui University of Science and Technology , Huainan 232001, China )

Abstract: The Wolong coalmine is one of mines seriously influenced by magmatic intrusions in Huaibei mining area, China, in which several coalbeds were intruded into by the magma, which affects regular production of coalmines. Because the geological structures are vital factors controlling the regularities of magmatic intrusions and the distribution of igneous rocks, the tectonic stresses field and geological structures formed before geological time of magmatic intrusions were thor-oughly investigated. And then the effects of geological structures controlling the magma intrusion into coal seams were gradually analyzed in the study area from geotectonics to mine structures. Finally, the regularities of magmatic activities were illustrated. The analysis results indicated that the direction of magmatic intrusion was controlled by the NNE-trending faults (F7 and F5), and the channels of magmatic intrusions were faults F7, F5 and F15 that was intersected by fault F5 be-sides.

Key words: geological structure; magmatic intrusion; coalbed; control

在煤炭地质领域，多国学者对岩浆活动影响煤层进行了研究。例如Murchison 等人对苏格兰米德兰瓦利煤田的岩浆活动进行了研究[1]；Petmecky 等人分析了岩浆侵入对德国萨克森煤田控制作用[2]；Sachsenhofer 等人分析了构造对岩浆侵入俄罗斯顿巴斯煤田的控制影响[3]；Golab 分析了澳大利亚上猎人矿区煤变质受岩浆侵入的控制[4]；Stewart 等人研究了构造对岩浆侵入美国斯普林菲尔德煤田煤质分区的控制作用[5]；Ashok 等人分析了岩浆侵入对印度煤田的煤变质作用[6]。国内，杨起院士从宏观角度分析了区域岩浆活动对中国的煤变质作用[7]。此外，

多数研究在分析岩浆侵入煤层时，只对煤质、煤体结构等进行分析[8-9]，而未深入探索岩浆侵入煤层的途径及其主控因素。

本文对岩浆活动的研究着眼于岩浆侵入井田的影响，根据构造演化的控制作用，以岩浆侵入井田煤系建造的规律分析为目标，从构造逐级控制的角度加以分析。致力于在岩浆侵蚀区提供找煤靶区，并为巷道开拓和生产布局提供依据，从而实现最大限度地回收煤炭资源。

卧龙煤矿位于淮北煤田中西部，南北长8~9 km ，东西宽3.5~4 km ，面积约28 km 2。含煤地

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煤田地质与勘探 第39卷

层为石炭-二叠系，共10个煤层，总厚平均为7.35 m 。地层倾角较缓，多在5°~20°。井田内岩浆岩普遍发育，造成煤厚变化较大，致使井田内出现大面积不可采区，以10煤层的岩浆侵入范围最广。

1 地质构造背景

1.1 区域构造

淮北煤田位于华北板块东南部，处于近EW 向的丰沛隆起和蚌埠隆起之间，其东为郯庐构造带(图1)。在地质构造演化进程中，淮北煤田既受华北板块控制，又受大别山－郯庐－苏鲁造山带影响，其构造体系是徐宿弧形双冲叠瓦扇逆冲推覆构造系统[10]。

褶皱构造轴向总体上呈NNE -SN 向，这一规律是由于印支—燕山—四川造山期多个阶段不同区域构造应力场叠加作用的结果。NNE -近SN 排列的向背斜构造中，背斜核部一般是寒武、奥陶系，两翼为石炭系、二叠系，向斜正好相反。背斜两翼地层产状往往受NNE -近SN 向大断裂的影响而变陡。就 向斜而言，一般东翼倾角大，西翼相对较平缓。

区域性断裂构造可分为EW 、NE 、NW 及NNE -近SN 向4个展布方向。EW 向断裂有宿北断裂(EW 向断裂，延伸约240 km ，由3~4条分支断裂组成。主体断面为南倾正断层，基岩中的垂直断距为800~1 000 m)等，这类断裂属于基底断裂的后期活化，一般延伸长度大，断层落差亦大。NNE 向与NWW 向断裂，生成时间相对较早，NE 向及NW 向断裂应为褶皱同期产物，受当时造山运动构造应力场的变化，由NEE 向逐渐演变为NE 向和NNE 向断裂，而后期生成的断裂常沿袭前期构造线方向发育，例如丰涡断裂(走向NNE ，倾向东的正断层，西升东降，与黄集断层、大刘家断层等组成丰涡断裂带)。在区域范围内，NE 向断裂的发育程度远超过NW 向断裂，且前者走向延伸较长，落差也较大。NNE -近SN 向断裂，生成时间相对较晚，该类断裂在永城背斜、萧县—童亭背斜两侧及津浦路与闸河向斜之间的复式背斜地段十分发育，走向长、落差大，在煤田西部掩盖区多表现为大的正断层。

图1 淮北煤田区域构造纲要图

Fig. 1 Structural diagram of the Huaibei coalfield

1.2 矿井构造

卧龙井田处于徐宿弧形构造推覆构造的外缘带外侧部位、赵庄背斜的北翼，属大吴集复向斜西南部的次一级构造，为被多条断层切割的破裂背斜的西翼[11]。其周围的大断裂有西侧的丰涡断裂、南侧的宿北断裂、东侧的郯庐断裂和北侧的丰沛断裂。4勘探线以南表现为NNE 向倾斜的单斜构造，4勘探线以北表现为短轴状的张大庄背斜和孟庄向斜组成的褶曲构造(图2)。整个井田基本构造格局为狭长的近SN 向展布的地垒构造，井田的东、西两边界为两大断层(F7、F2)控制。区内次级断裂发育，褶皱

强烈，构造较为复杂。井田内落差大于100 m 的断层有7条(表1)，均为正断层。

本井田断层性质、褶曲形态及地层走向指示矿井现今构造格局为多期构造作用叠加的结果：早期近EW 向的作用力形成了地层走向近SN 的单斜构造。在早期构造的基础上，受SN 向作用力影响，形成近SN 向的张性大断裂及短轴状褶曲构造，同时对地层的走向进行了改造。后期徐宿弧向构造东西向挤压应力对矿井影响不大。小正断层则是在褶曲发育过程中张应力及张扭应力作用的结果，而从断层切割关系看，这种应力作用持续时间长，即构造运动存在延续性。

第5期徐德金等: 淮北煤田卧龙煤矿岩浆侵入煤层的构造控制·3 ·

图2 卧龙井田构造纲要图

Fig. 2 Geological structure of the Wolong coalmine

表1主要断层一览表

Table 1 List of major faults

断层号倾角/(°) 走向倾向落差/m

F2 70 近SN W >100 F4 70 N34°E–N64°E

SE

100~145 F5 70 N50°E–N7°W

NNW

0~380 F6 40~70 近SN SE 0~100 F7 70 N30°W–N5°W E >100 F10 70 N50°E–N28°E SE 0~114 F13 70 N15°W WS

165~205

2侵入岩种类产状及侵入时代

通过观察92个钻孔的岩性以及对不同层位代

表性样品的镜下鉴定，分析得出：本区侵入岩以中

性闪长岩类(包括闪长岩、石英闪长岩及闪长玢岩)为

主(图3、图4)，另外还有基性辉长岩类(包括辉绿岩、

辉长岩及橄长岩)。井田常见的侵入岩多以顺层侵入

煤层的岩床状产出。

利用钾-氢同位素地质年龄测定，研究区内石炭-

二叠纪煤系中的岩浆侵入时代为127~107 Ma，是四

川期的岩浆活动的产物，与整个苏鲁皖地区的岩浆

侵入活动相一致[12-13]。

图3 7-10孔(426.23 m处)岩心在XPF-300C透反射偏光显微镜下的鉴定结果(单偏光，–400倍)

Fig.3 Result for thin-section of magmatic rock sample from borehole 7-10, identified by trans-reflective polarizing

microscope (XPF-300C)

图4 6-12孔(426.3 m处)岩心在XPF-300C透反射偏光显微镜下的鉴定结果(单偏光，–400倍)

Fig. 4 Result for thin-section of magmatic rock sample from borehole 6-12, identified by trans-reflective polarizing

microscope (XPF-300C)

3岩浆侵入煤层的构造控制分析

3.1 区域构造解析

晚三叠世，已拼合到华南板块的扬子板块与已拼合到欧亚板块的中朝板块发生碰撞、拼合，形成秦岭—大别山碰撞带及其以东的一条走滑断层，并在三叠世末形成郯庐断裂带南段。期间产生由南向北的挤压应力，促使本区EW向的隆起加剧，亦形成EW向断裂，如宿北断裂、丰沛断裂。印支旋回末期，由于扬子板块与华北板块作用削弱，区域构造从南北分异向东西分异转化，造成区域性的EW 向断裂大拉张，正断层效应明显，形成了近SN向褶皱，如童亭背斜。中侏罗世，鄂霍次克板块和Izanagi板块向西北方向运移，先后与欧亚板块东北部俯冲、挤压，并发生大规模的推覆事件，其相互作用强烈，欧亚板块大幅度向东增生[14-15]。由于

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Izanagi板块向中国大陆陆缘的北西向挤压俯冲，本区已处于Izanagi板块向中国大陆俯冲的活动大陆的边缘构造控制之下，区内断裂和岩浆岩呈NE、NNE向展布，形成本井田的F2、F4、F5、F6、F7、F15及F16等近SN-NNE走向的张剪性断层，此时期区域应力转为NW-SE向作用形成褶皱。随后出现晚侏罗世更强烈的燕山运动，郯庐断裂带在华北板块与扬子板块碰撞对接和拼合后持续作用过程中，具有转换断层性质，徐宿地区发生了EW向的推覆事件，并形成了徐宿双冲叠瓦扇构造，区内上述断层进一步发育，并表现为压性，地层发生倾斜。

四川期，中国东部处于伸展构造活跃时期，本区构造主要表现为早期近SN-NNE走向断裂活化，纵张正断层(如丰涡断裂)切割了EW向的断裂，井田内出现右型走滑(如F2、F5、F7)。在该应力作用下，本区形成了一系列较为平缓开阔、轴向近于平行、沿NNW向展布的褶曲，如孟庄向斜、张大庄背斜，这些褶曲轴部易形成张性裂隙。区内DF3、DF5、DF8等NE向断裂出现一定程度的拉张。

总体分析得出，本区由印支造山运动后的伸展环境演化到太平洋构造体系控制的活动大陆边缘及其弧后扩张盆地的构造环境，随后大陆岩石圈不断伸展—减薄，扩张作用不断增强，由早期Izanagi板块向欧亚大陆俯冲碰撞—伸展走滑演化为晚期的伸展—裂解。

3.2 区域构造对岩浆侵入的控制分析

中国东部燕山期岩浆活动非常发育，需要大规模的热量补给，岩浆的热源从板块消减作用中得到。岩浆物质来源于从消减板块上的洋壳沉入地幔发生局部熔融而产生的上升物质，与Izanagi板块俯冲华北板块有关，属于环太平洋构造—岩浆带[16]。

晚侏罗世末期，在Izanagi板块碰撞、俯冲华北板块的持续作用下发生了上述的板块消减作用，产生了大量岩浆并发生大面积侵入的岩浆作用，此过程受区域性断裂的明显控制，郯庐断裂更是典型。岩浆沿郯庐断裂带等一系列大断裂上升而侵入淮北煤田，并在NNE向的郯庐断裂与近SN向的宿北断裂交汇处、近SN向的宿北断裂与NNE丰涡断裂交汇处上升到陆壳浅部，形成了多处岩体。地质调查得出，卧龙矿附近存在的较大岩体有两处：a.东南方距离30 km处的三铺岩体，为中性闪长玢岩岩性，面积为46 km2，产生于NNE向的郯庐断裂与近EW 向的宿北断裂交汇处，为燕山期和四川期多期岩浆活动叠加。b. 南部距离12 km处的邹楼岩体为闪长玢岩含石英闪长岩，面积为11 km2，产生于近EW 向的宿北断裂与NNE向丰涡断裂的交汇处。研究表明，三铺岩体产状受区域构造控制明显，呈NNE向，且位于宿北断裂南侧，离本区较近，对研究区有一定影响。邹楼岩体对本区影响巨大，为本井田岩浆发育的源基，说明岩浆总体上是自南向北方向侵入本井田，进入井田以后，其侵入方向由矿井构造控制，并在构造交汇处形成侵入煤层的上升通道。3.3矿井构造对岩浆侵入的控制分析

F7断层位于矿井东部边界，为NNE向张性正断层，其落差超过100 m，该断层南与NNE向黄殷大断层相接，向北延伸河南张楼东部，是区域的大断层，具有沟通南部的邹楼岩体的能力。判断该断层与下部岩浆岩体有连通，是本区岩浆侵入的主要通道。后期勘探验证该断层南端有岩浆岩分布，矿井范围内，F7断层下盘南部岩浆岩累计厚度大，断层附近出现多个厚度高值区(图5)，4个主采煤层被严重侵蚀。根据钻孔岩性描述，F7断层附近岩浆岩颗粒相对较粗，结晶程度相对较好，这是该断层附近温度较高，岩浆冷凝时间相对较长的佐证。

图5 卧龙煤矿岩浆侵入三维特征图

Fig. 5 3D characteristics of magmatic intrusions

in Wolong coalmine

本区岩浆侵入除受边界大断层的控制以外，还受与其交汇的次级断层和背斜向斜核部破碎带控制。具体分析如下：本区除F7断层外，F5断层延展长度约5.5 km，走向NNE，倾向NWW，倾角70°，落差0~380 m，并且与F15、F9等多条断层交汇，判定F5为矿井范围内岩浆侵入的重要通道；由于F5和F15相切割，加上F15本身延展长度3.5 km，走向NNE，向西倾斜，倾角70°，落差0~120 m，

第5期徐德金等: 淮北煤田卧龙煤矿岩浆侵入煤层的构造控制·5 ·

造成岩浆沿F15断层导入上部石盒子组煤层。

现以岩浆侵入通道1(图5)为例进行分析。通道1处于孟庄的向斜的核部，岩层具有张性，更重要的是其位于F15、F15-1及DF6等3条断层的交汇处。交汇处附近聚集发育张性断层，正是由于岩浆侵入大量集中生成的孔隙流压力共同作用而成的。后期经B1-5钻孔验证，从钻孔揭露的情况看，该孔岩石破碎，全孔均有岩浆侵入，钻孔累计岩浆岩厚度达百米，说明该处破碎带软弱层是下部岩浆进入上部地层的通道。

3.4井下小构造对岩浆侵入的控制分析

虽然本区NNE向断层是岩浆侵入的主要通道，但不同煤层沿断层侵入的位置不同，使得岩浆侵入中心有所不同，这就造成了各煤层岩浆体的分布差异。下面以10煤层为例进行分析。

虽然本区F7、F5等大型断层是岩浆侵入的主要通道，但区内部分小型断层可使下部岩浆导入上部煤层。本区岩浆具有沿断层带上冲顺煤层向上侵入。当岩浆沿断层侵入煤层时，在入侵方向岩浆首先沿煤层底部侵入，随着岩浆的流动，岩浆有向顶板侵入的趋势。如第5勘探线F15断层至DF8断层之间，在F15断层上盘煤层上倾方向，5-6孔岩浆岩位于10煤层底板，5-6孔岩浆岩位于煤层中部，而相对较远的5-1孔，岩浆岩却位于10煤层顶板(图6)。

图6 F15至DF8之间岩浆沿10煤层侵入的5线剖面图Fig. 6 Sectional drawing of magmatic intrusions along

seam 10 between F15 and DF8

3.5 讨论

总体上，岩浆侵入煤层受断裂构造控制十分显著。岩浆由南面侵入本区，燕山晚期前的断裂控制着侵入通道，主要是SN或NNE的正断层，而后期构造不起控制作用。岩浆侵入具有明显的方向性，后期勘探验证，岩浆岩厚度相应地存在一定的规律性，从井田岩浆岩累计厚度等值线(图5)中可以看出，岩浆岩南多北少，南厚北薄，在4勘探线以北岩浆的侵蚀作用明显减弱。

4结论

a. 岩浆侵入煤层的控制因素中，断裂构造是主控因素，其对岩浆的侵入方向和侵入通道的控制规律十分明显。通过卧龙煤矿构造对岩浆侵入的控制分析可知，NNE向的正断层F7和F5控制岩浆活动的方向，并且与其交汇的F15断层是岩浆活动的有利地区，它们都是岩浆侵入本区的主要通道。

b. 虽然本区F7、F5等大型断层是岩浆侵入的主要通道，但区内部分小型断层如F15也是岩浆侵入煤层通道。因此这些小型断层的出现，一方面使岩浆岩的分布范围更广，进而也使可采煤层的连续性和可采性变差。

致谢：本文得到中国矿业大学资源与地球科学学院隋旺华教授和朱炎铭教授的细心指导，在此特表谢意。

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