差大于10m的断层就有27条,最大落差达70~320m的F4断层纵贯整个井田。因此,断裂构造是影响煤矿生产的最主要因素。因而,在煤矿生产过程中应注意地质构造的观测和记录,并及时总结规律。采取多种手段预测断层的发育情况,必要时用井下物探或井下钻探方法确定断层的空间展布。
4.不同构造的相互关系 ⑴大断层与小断层的关系
由于岩性的不均一性和构造应力的分散释放,在大中型断层旁侧和尖灭尾端常形成一系列与其同性质、同倾向的密集小型断层,加之断层局部派生应力场形成的与主断层斜交的小断层的复合,从而构成较为连续的断层破碎带,使煤岩层破碎现象十分明显。
⑵断层与褶皱的关系 第一种情况:褶皱派生断层
褶皱形成过程中,在背斜脊线附近派生出方向与褶皱枢纽垂直的次级拉张应力场,当拉张应力超过岩层的弹性极限是便产生NNE向纵张断裂。
第二种情况:褶皱伴生断层
褶皱形成时,构造应力场中的最大主应力(σ1)是与褶皱枢纽垂直的压应力,最小主应力(σ3)是与褶皱枢纽平行的拉应力。因此,在褶皱形成的同时,往往伴生与褶皱枢纽垂直的横张断裂。
第三种情况:褶皱被断层切割
褶皱先形成,尔后被晚形成的断层切割。这种情况下,断层可以是纵断层或横断层,最常见的是斜断层。云驾岭井田内褶皱与断层的关系大多属于此类情况。
五、构造对煤层的破坏作用及其对煤矿生产的影响
1.构造对煤系煤层的影响 1)断层使煤层断失并形成无煤带
本区断层十分发育,落差较大,因而使煤层连续性遭到很大程度的破坏,并形成规模不等的断层无煤带。如F4断层纵贯井田南部,落差达70~320m,走向长度约6000m。该断层不仅使煤层大范围错断,而且形成了很宽的断层无煤带,最大宽度近150m。
2)断层使煤层拉伸变薄
在构造变形过程中,煤层是塑性较强的特殊岩层,在受到拉张应力时,首先发生塑性变形。在井下常可见到顶底板坚硬岩层已被错断,而煤层(属于软岩)被拉伸弯曲或发生塑性流变,似断非断。而当落差进一步扩大,拉张应力超过煤层破裂极限时,煤层才发生断裂,形成与断层无煤带相邻平行展布的“薄煤带”。
2.构造对煤矿生产的影响
1)由于云驾岭井田断层纵横交错,强烈切割,加之小断层发育,成组出现,这样就造成煤层被切割成大小不等、形状各异的复杂断块,不仅对采掘设计带来很大的影响,而且常常导致采掘失调,使生产处于被动局面。某些采区的煤层被断层切割得支离破碎,使得一些工作面被迫下马。
2)井田内大中型断层不仅影响采掘生产,而且造成废巷增多,使煤矿生产成本加大,回采率和产量降低,经济效益下降。
3)由于断层影响,使煤炭损失增加。考虑到断层对煤矿安全生产的影响,断层两侧需要留设保安煤柱,断层越多,保安煤柱造成的煤损失量越大。
4)断层影响安全生产。由于断层附近煤岩层破碎,容易发生冒顶事故。同时,地下水也容易通过破碎带涌入井下,甚至可能导致突水事故。
第四节 岩浆活动
一、岩浆岩分布
矿区内岩浆岩为新生界地层所掩盖。在矿区的勘探范围内,于先后各期施工的105个钻孔中,除极少数钻孔因未打穿太原群下部煤层而未见岩浆岩外,其余钻孔均于不同层位和同一层位揭露有岩浆岩。这一事实,说明本区岩浆岩活动相当强烈,岩浆岩极为发育,分布广泛。
上至最高地层层位石千峰组,下到煤系基底奥陶纪灰岩,各时代地层均有岩浆岩侵入。在垂向地层剖面上,一般均见有两个或多个岩体。单一岩体厚度最薄不足1m,最厚达70m左右,其中以上石盒子组岩浆岩为最厚。侵入煤系地层的单一岩体最厚约40m,一般数米至十余米。
二、岩浆岩侵入方向和产状
矿区内岩浆岩体在厚度和层数上,总的趋势为由东向西变薄,尖灭和减少,说明岩浆岩由东向西侵入,但亦有由西向东侵入的(与F4断层有关)迹象。
通过大量钻探资料证实,岩浆岩的产状为似层状。如侵入煤层及其上下的岩浆岩,沿煤层走向或倾向,在岩体的延伸方向上常无固定的层位,由侵入煤层顶板转为贯入煤层,或又由穿过煤层转为侵入煤层底板。而侵入煤系上覆石盒子组的岩浆岩也是大致沿一定层位。
另外,在矿区内个别地点也存在非似层状岩体,产状为P型岩盖或岩墙。如云73孔于6号煤间接顶板见厚度达32.25m的岩浆岩,而周围钻孔该层位均未见岩浆岩,分析岩浆岩可能是沿裂隙或小断层侵入形成的岩盖。
三、岩浆岩侵入时代
矿区范围内岩浆岩侵入的最高层为上石盒子组。但从区域上来看,侵入最新地层为下三迭统刘家沟组。因此,岩浆岩的侵入当在早三迭世以后。在矿区外围与矽卡岩型铁矿有关的闪长岩类岩浆岩,同位素年龄为1.32-1.62亿年,形成于燕山期。本区的岩浆岩与邻近铁矿的成矿母岩(闪长岩类)在化学成分、矿物成分和结构等特征一致或基本一致,它们应为同源同期产物,因此,矿区内岩浆岩当属燕山期无疑。
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四、岩浆岩的化学成分和岩相
精查补充勘探进行了薄片鉴定、化学分析和光谱半定量全分析。从宏观、微观以及化学分析上,均说明岩浆岩属浅成相的中性岩浆岩。
五、岩石类型
闪长玢岩是矿区内岩浆岩的主要类型,其它类型所占比重较小。造成不同类型的主要原因是岩浆分异作用和自变质作用。
(一)闪长玢岩:
浅灰、灰白或浅灰绿色,全晶质斑状结构,块状构造。斑晶为中性斜长石和普通角闪石。斜长石呈半自形、板状。隐约可见环带构造或聚片双晶。表面泥化,部分绢云母化和碳酸盐化。角闪石呈自形长柱状,横切面菱形,两组解理较发育,具多色性。局部常绿泥石化和碳酸盐化。基质细~微粒,主要为斜长石,有时见少量角闪石和石英。矿物成分含量斜长石占70~75%,角闪石占20%左右。次要矿物有时见黑云母。副矿物有磷灰石、磁铁矿和黄铁矿。
(二)角闪闪长玢岩
灰或灰绿色,全晶质斑状结构,块状构造,斑晶由普通角闪石和中性斜长石组成。角闪石自形或半自形长柱状,两组解理交角124°和56°具多色性。局部常绿泥石化和碳酸盐化。斜长石半自形板状,常见聚片双晶和环带构造,表面泥化和绢云母化。基质微粒,以斜长石为主,角闪石和石英不多。矿物成分含量角闪石占35%,斜长石占60%。副矿物为磷灰石、黄铁矿和磁铁矿。
(三)角闪玢岩
深灰绿色,全晶质斑状结构,块状构造。斑晶为普通角闪石,半自形长柱状。横切面呈菱形六边形。晶体边缘大部分褐铁矿化,含量占45%。基质为微晶斜长石,大部分碳酸岩化或泥化,局部见清晰板条状晶体,含量占50%。副矿物有磷灰石和黄铁矿。
(四)钠化黑云母辉石闪长玢岩
暗灰色或肉红色,全晶质斑状结构,块状构造,斑晶为斜长石、黑云母和透辉石。斜长石半自形板状,具环带构造。部分钠长石化、绿泥石化或碳酸盐化。黑云母片状,解理发育。透辉石半自形板状,碳酸盐化强烈,局部绿泥石化,含较大磷灰石包体。斜长石含量占40%,黑云母和透辉石各占10%。基质为斜长石,半自形板状,亦发生钠
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长石化和绿泥石化,局部碳酸盐化,可见环带构造。含量占35%。石英呈不规则粒状,充填于孔隙中,含量小于5%。副矿物为磷灰石等。
六、岩浆岩的侵入层位及其对煤层的影响和破坏
岩浆岩侵入矿区内各时代地层中,因其属浅成侵入,温度不高,同时厚度也不大,以致一般不同化围岩,仅对岩层产生低变质现象,因此,对地层而言,岩浆岩促使加大厚度、间距和煤层间距,有岩浆岩侵入的地层如果将岩浆岩厚度减掉,与正常地层或煤层间距相等或基本相等。
根据岩浆岩侵入层位的不同,可划分为七个似层状侵入岩体。由上到下依次编号为第七~第一岩体。
(一)第七岩体:
侵入上、下石盒子组。分布于矿区的南部和东部。常表现为多层侵入,其中以上石盒子组第二、第三、四各段岩浆岩较发育,分布宽,厚度也大。单层岩体最厚达68m,最薄2.70m。岩体的岩石类型以蚀变的闪长玢岩为主,常具钠长石化和透辉石化。
因岩浆岩系侵入煤系上覆地层,对煤层无破坏作用。 (二)第六岩体:
沿山西组1、2号煤侵入。分布于第11~12地质剖面线间以南地段,在矿区范围内面积较小,中北部仅云1孔2号煤顶板见岩浆岩。1号煤层位仅6606和6505两孔见岩浆岩,呈零星小孤岛状分布。厚度由0.83~12.15m,一般4~8m。岩石类型为碳酸盐化闪长玢岩。
对1号煤而言,岩浆岩成为直接顶板和间接顶板,使煤层变薄(6606孔)和挤厚(6505孔);对整体煤层来讲,岩浆岩的影响是微不足道的。
岩浆岩沿2号煤顶底板或煤层侵入,主要使煤层分岔和变薄,个别挤厚,但变薄的煤层也在可采厚度范围内,由于2号煤层位的岩浆岩分布面积小,又未吞蚀煤层,它对该煤层的影响和破坏程度是极轻微的。
(三)第五岩体:
侵入太原组上部3号煤层位。分布于矿区南部,北止于第10地质剖面线南部。第12和13地质剖面线之间厚度大,向南和向北变薄,厚度由2.69~30.85m。岩石类型为角闪闪长玢岩。
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