矿业工程师职称论文煤层构造夹矸的成因

　　摘要：涟邵煤田北段测水煤系的主要可采煤层为5煤(或3煤)，煤层构造夹矸主要有椭球状、透镜状、不规则状三种。通过对煤层构造夹矸的各种类型特征描述，对煤层构造夹矸的形成机制进行了探讨，认为煤层构造夹矸主要由顺层滑动构造形成，主要成因模式有顶板嵌入型、底板嵌入型和构造分异重组型。构造夹矸一般不具对比意义，对煤质及煤层开采有一定影响。

　　关键词：构造夹矸,煤层,成因模式

　　涟邵煤田北段是湘中面积约4000km2的含煤盆地，通过多年的勘查发现，煤层中许多夹矸并非原始沉积的，而是构造作用形成的“构造夹矸”。构造夹矸的存在使煤层分层对比困难；常导致煤层结构复杂、煤质变差；常导致煤层厚度变化，出现分又、尖灭及突然增厚变薄等现象。因此，对构造夹矸的成因及特征进行研究，对煤矿的生产勘查具有指导意义。

　　1构造夹矸的宏观特征

　　构造夹矸可按岩性、形态特征分类如下：

　　1．1按岩性分类

　　1．1．1泥质岩夹矸

　　主要有泥岩夹矸、炭质泥岩夹矸、砂质泥岩夹矸三种。一般呈透镜状、不规则状。个体大小变化大，小的直径在0．5m以内或者更小，大的长4m以上。泥质岩夹矸一般呈层理不清的团块状或由砂质泥岩类的薄层状缓波状、揉皱状。一个较大的泥质岩夹矸可以是泥岩夹矸、炭质泥岩夹矸、砂质泥岩夹矸中的一种，更可能是其中的两种或三种的混杂体，一般结构复杂。

　　1．1．2砂岩夹矸

　　砂岩夹矸主要有粉砂岩夹矸、细砂岩夹矸和石英砂岩夹矸三种。一般呈椭球状、透镜状、不规则状。砂岩夹矸表面由炭质薄膜或构造泥岩所包裹，一般不成层；绝大多数砂岩夹矸表面都能见到不同程度的光滑面以及擦痕。砂岩夹矸一般岩性简单，一个砂岩夹矸一般只是粉砂岩夹矸、细砂岩夹矸或石英砂岩夹矸中的一种。

　　1．2按形态特征分类

　　1．2．1椭球状夹矸

　　一般个体较小，最大直径在2m以内，由煤层顶、底板砂岩所组成。砂岩的原生层理随包体而卷曲，近似一个椭球体。这种夹矸的形成，是部分顶板在蠕变中卷入到煤层中来的，可能反映了后期重力滑动构造的特征。

　　1．2．2透镜状夹矸

　　大多由煤层中原生沉积夹矸经构造作用分异重组形成，一般为泥岩夹矸、炭质泥岩夹矸，呈团块状或揉皱状。

　　1．2．3不规则状夹矸

　　(1)顶板砂岩所组成，但原生层理已被破坏。组成包体的岩层为碎裂岩、角砾岩，包体表面光滑，有明显滚动过的痕迹。

1237工作面(据利民煤矿资料)

　　图1中之砂岩包体与顶板接触处，有2~5cm的灰白色碎斑岩，包体长4m，高约1m，两头较小，中间粗大。包体的产生，显然是顶板经历了较快速的脆性变形，从而卷入煤中。

　　(2)由角砾岩、碎斑岩组成的形状极不规则的砂岩包体：这种包体个体较小。长轴一般在0．5m之内，颜色为灰白、浅灰色，边缘不平整，胶结疏松，用手即可搓碎，反映了快速脆性变形的特征。

　　(3)原生层理清晰的砂岩包体：这种包体原生结构没有受到明显破坏，但与煤层接触处均可见光滑面。

　　2构造夹矸的微观特征

　　构造夹矸既然是由构造作用而产生，因此每个构造夹矸包体可简单地视为一个应变椭球体。在椭球体中，将可找到常见的三种构造作用的痕迹，即张、剪、压。当然，每个构造夹矸包体形成的历史条件是不相同的。有的形成时间较早，有的较晚；有的受力较强，有的受力较弱。一般而言，形成时间愈早的构造夹矸包体所受构造作用愈复杂；反之则简单。

　　通过晏家铺、桥头河以及冷水江向斜主要可采煤层——5煤或3煤中所采集到的构造夹矸包体(主要为砂岩夹矸)定向岩组样分析]，特分述如下。

　　在晏家铺向斜采集的构造夹矸包体，其中有的具有张、剪作用痕迹；有的具压、剪作用痕迹；有的石英颗粒被拉长具定向排列。在桥头河向斜采集的构造夹矸包

　　体，石英颗粒被拉长略具定向排列，且具压、剪作用痕迹。在冷水江向斜以北之坪溪煤矿四工区采集的构造夹矸包体，具压、剪作用痕迹。在5煤底板以下地层中采集了两块构造夹矸包体：一块为金竹山煤矿土朱井石英颗粒被拉长，略呈定向排列；另一块为三甲煤矿，具压、剪作用痕迹。

　　当然，以上微观资料单独地看，仅能代表构造夹矸的一个点上的情况，但将以上点综合起来分析，说明构造夹矸系低温条件下由脆性变形而产生的构造包体。

　　因此，构造夹矸实际上即是断层带中所夹的断片、马石由于泥质岩夹矸未采样，故未作微观分析。

　　3构造夹矸的形成机制

　　3．1顶板嵌入型构造夹矸

　　(1)由平卧褶曲发展而成：在上述平卧褶曲的基础上，如果顶板继续向前滑动，煤层将与顶板相连的那一部分挤开，最终成为砂岩夹矸包体。这种形式形成的砂岩夹矸是不乏其例的，只是在滑动进行中，构造夹矸形成的时间有迟有早。

　　(2)由逆掩断层下盘发展而成：这里所指的逆掩断层，系由3煤顶板薄层石英质粉砂岩的牵引褶曲发展而成的。3煤顶板在滑动过程中，局部出现了牵引褶曲(图2)；

利民煤矿1134回风巷

　　滑动继续前进时，沿牵引褶曲的最大弯曲部位发生逆掩断层。因搓揉、挤压致使断层下盘破碎而成为构造夹矸，构造夹矸长轴与顶板的锐角指示顶板剪切方向。

　　3．2底板嵌入型构造夹矸

　　当煤层顶板在作顺层滑动时，底缘应变带可能派生小的逆断层，顶板在继续滑动时，由于张应力的作用，小逆断层上盘的砂岩将被拉断，而煤层则随拉断处挤入底板砂岩则进入煤中而成为构造夹矸包体(图3a)。

底板嵌入型构造夹矸

　　构造夹矸包体长轴(或底缘褶曲轴面)与底板锐角一般指向底板剪切方向。，同样地当项、底板在顺层滑动时，由于侧向挤压所产生的剪切作用导致底缘褶曲的背斜部位被削平形成底板砂岩包体(图3b)。

构造夹矸包体图

　　当然一个较大的砂岩包体，在某一个井巷或一个钻孔中，要作出肯定的判断确有一定的困难，但通过相邻的井巷或相邻的钻孔资料，以及上述宏观、微观的构造痕迹综合分析，不难判断是否构造夹矸包体，而围绕构造夹矸包体的构造煤、揉皱泥质岩、无根褶皱、断层泥等，无疑也就是断层破碎带的必然组成部分。用这种观点就不难理解顺层破碎带，也不难理解空间上呈透镜体没有对比意义的构造煤及夹矸也应归入断层破碎带中。

　　3．3煤层原生夹矸经构造分异重组形成的构造夹矸

　　煤层原始沉积的一层或多层夹矸(甚至包括煤层伪顶、伪底泥岩及炭质泥岩)，在以煤层作软弱层的顺层滑动过程中，和煤层一起发生剪切破裂。并随着顺层滑动的持续和加强，煤层原生夹矸由剪切破裂进一步发展为碎裂、碎粒至碎粉。原煤和原生夹矸的原生结构荡然无存，呈越来越小的混杂粒状结构。当顺层滑动剪切破裂使原煤和原生夹矸粒度足够小时，产生了物质的分异重组，形成透镜状或不规则状泥质岩夹矸或砂岩夹矸。

　　综上所述，顺层破碎带的形成过程，是一种在时间上和空间上有序的耗散结构；通过顺层运动，从而产生对下伏地层的迁就、利用与改造成而完成。因此，对于下伏地层来说，在某些方面仍可能保留某些原始沉积特征，但另一方面则又显示了断层破碎带的特征。

　　4构造夹矸的研究意义

　　4．1构造夹矸与煤层对比

　　不同于煤层原生沉积夹矸在相同或相似的沉积环境中一定范围内具有对比性，构造夹矸是因顺层滑动构造存在于煤层软弱层(构造破碎带)中的一个个独立包体，是孤立的、不成层的，如渣渡矿区东段77勘探线5煤层夹矸(图4)。因此，构造夹矸一般不具对比意义。

构造夹矸与煤层对比

　　但存在于煤层中的顺层滑脱面一般有一定厚度(0．05～0．5m)的构造泥岩夹矸(断层泥)，在一定范围(如一个矿井)内是连续的，这种构造泥岩夹矸在其存在的特定范围具有对比性。

　　4．2构造夹矸与煤层评价

　　本文对煤层的评价主要指煤层厚度和煤质。

　　首先，既然构造夹矸是混杂于煤层中的一个个独立包体，煤层厚度应该按煤分层厚度和构造夹矸厚度的总和评价。渣渡矿区东段77勘探线7101钻孔5煤组结构为4．22=0．55(O．42)0．19(O．39)0．34(0．33)0．29(O．65)1．o6，夹矸为炭质泥岩和泥岩，按规范资源储量估算采用煤厚为1．06m，当煤矿实际开采时煤层厚度可达4．22m。其次，较小的构造夹矸混杂于煤层中一般随采随落会使商品煤煤质变差，较大的构造夹矸(如砂岩夹矸)可分选剔除对煤质影响较小，但对煤层开采有一定影响。

　　5结束语

　　通过对涟源含煤区构造夹矸的研究发现，构造夹矸一般呈椭球状、透镜状、不规则状三种。煤层作为软弱层，其顶、底板问的顺层滑动(含派生顶板牵引褶曲、底板底缘褶曲、顶、底板小断层等)构造是构造夹矸包体形成的主要原因。主要成因模式有顶板嵌入型、底板嵌入型和构造分异重组型。椭球状和透镜状构造夹矸包体是煤层顶、底板间剪切应变的结果。其长轴与顶、底板间锐角指向代表顶、底板间的剪应力方向，不规则构造夹矸包体是多种(多期次)顺层滑动构造叠加的结果。构造夹矸一般不具对比意义，对煤质及煤层开采有一定影响。