山西古交礦區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育特征研究

楊靖

摘 要： 通過對(duì)山西西山煤田古交礦區(qū)斷裂構(gòu)造分布特征、構(gòu)造組合以及力學(xué)性質(zhì)等方面綜合分析，對(duì)礦區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育規(guī)律及其構(gòu)造演化特征進(jìn)行了研究。研究認(rèn)為：區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造主要為NEE、NNE向高角度正斷層，斷裂構(gòu)造的發(fā)育具有明顯的分區(qū)性、分帶性以及等距性特征，組合形式主要為雁列式展布、塹壘相間型、階梯狀以及“Y”字形構(gòu)造組合。礦區(qū)主體構(gòu)造的形成演化主要經(jīng)歷了燕山早期、燕山中～晚期、喜馬拉雅期三個(gè)階段，造就了井田現(xiàn)今的構(gòu)造格局。

關(guān)鍵詞： 斷裂構(gòu)造； 發(fā)育特征； 構(gòu)造組合； 演化

1. 前言

古交礦區(qū)位于山西西山煤田西北隅，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造則極為發(fā)育，主要發(fā)育NE、NEE向展布的壓扭性高角度大—中型正斷層，不同方向、不同規(guī)模的斷層相互交織，以及在不同區(qū)域范圍內(nèi)發(fā)育程度的差異性，形成了區(qū)內(nèi)較為復(fù)雜的構(gòu)造格局。本文從研究區(qū)斷裂構(gòu)造展布特征、構(gòu)造組合力學(xué)性質(zhì)及其演化特征出發(fā)，對(duì)區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育規(guī)律進(jìn)行了研究。

2. 斷裂構(gòu)造發(fā)育特征

2.1 斷裂構(gòu)造平面分布特征

2.1.1 斷裂的規(guī)模及其方向性

區(qū)內(nèi)斷層的展布方向主要為NEE、NNE兩組，其次發(fā)育較少的NE、NW向斷層，偶見EW、NS向斷層發(fā)育（圖1）。區(qū)內(nèi)NEE向平行展布的斷裂帶分別屬于西山煤田中的安莊—九龍塔—紅巖村斷裂帶、古交斷裂帶以及王封—隨老母斷裂帶的一部分或其延伸產(chǎn)物，構(gòu)成了礦區(qū)的主體構(gòu)造。

2.1.2 斷裂構(gòu)造的分區(qū)性特征

礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育具有明顯的分區(qū)性特征。礦區(qū)中—東部屯蘭、東曲礦內(nèi)NEE向斷裂構(gòu)造發(fā)育密集，且大多為高角度大中型正斷層；礦區(qū)西部鎮(zhèn)城底礦內(nèi)斷層較為發(fā)育，多為NNE向中小型斷層；屯蘭河以北多發(fā)育NNE向的高角度中小型正斷層，屯蘭河以南斷層多為NNW向的正斷層，井田東南部則主要發(fā)育一些NE向的高角度大中型正斷層，如白岸斷層、原相北斷層。

2.1.3 斷裂構(gòu)造的分帶性和等距性

礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育的分帶性特征十分顯著。受區(qū)域構(gòu)造的控制作用，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造往往在區(qū)域性NEE向斷裂帶附近成帶出現(xiàn)，這些斷裂性質(zhì)大多相同。如安莊—九龍塔—紅巖村斷裂帶附近的一系列NEE向高角度正斷層，這些斷層多為區(qū)域大斷裂帶的一部分或其延展產(chǎn)物，展布方向多與區(qū)域構(gòu)造線方向一致，一般發(fā)育4條～6條斷距10m以上的斷層，或與主干斷層呈小角度相交的性質(zhì)相同的次級(jí)斷層。這些斷層多呈等距性產(chǎn)出，相鄰兩條斷層之間的間距一般為2600m～3000m。

2.2 斷裂性質(zhì)

古交礦區(qū)斷裂的形成受區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場控制作用明顯，根據(jù)區(qū)域構(gòu)造演化背景可知，燕山期NWW—SEE向強(qiáng)烈的擠壓應(yīng)力場導(dǎo)致了井田內(nèi)NNE、NEE、NE向斷層的發(fā)育，這些斷層的雛形應(yīng)為壓性逆斷層。喜馬拉雅期NWW—SEE向強(qiáng)烈伸展作用對(duì)區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造的發(fā)育產(chǎn)生了極為深刻的影響。由于構(gòu)造應(yīng)力場由擠壓變?yōu)槔瓘?，同時(shí)在重力作用下發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，使得后期的正斷層斷距大于早期的逆斷層斷距，導(dǎo)致斷層性質(zhì)由原先的逆斷層變成現(xiàn)今的正斷層。但斷裂面的力學(xué)性質(zhì)大多仍為壓扭性，其斷裂面一般都緊閉，摩擦鏡面、擦痕發(fā)育，具明顯的壓扭性特征。如后風(fēng)坪嶺斷層，落差達(dá)40m，但斷層帶緊閉，斷裂面為舒緩波狀，顯示壓性特征。同時(shí)斷層面產(chǎn)狀清晰穩(wěn)定，斷面像刀切一樣整齊，這些現(xiàn)象又顯示出扭性特征。由此可見，研究區(qū)內(nèi)占主導(dǎo)地位的NEE、NNE向斷層雖為正斷層，但多表現(xiàn)為壓扭性斷裂面。

2.3 斷裂構(gòu)造平面、剖面組合特征

古交礦區(qū)內(nèi)不同規(guī)模、不同走向的斷裂構(gòu)造發(fā)育特征具有明顯的分區(qū)性，但總體受區(qū)域構(gòu)造控制，構(gòu)造組合具有明顯的特色和規(guī)律性，其平面展布特征主要表現(xiàn)為雁列式，剖面組合形式則呈塹壘相間型或階梯狀以及“Y”字型構(gòu)造組合。

2.3.1 平面組合特征

區(qū)內(nèi)NEE向壓扭性斷裂多呈平行斜列的雁列式展布，這些扭型斷裂屬新華夏系主干構(gòu)造伴生的“泰山式”構(gòu)造[1]。從平面展布特征可看出，這些斷裂斜列程度較緊閉，雁列角較小，屬左型雁列，反映了一種反時(shí)針直扭作用。如古交斷裂帶附近由古交斷層、頭南峁斷層、土地溝斷層等共同組成的左型雁列構(gòu)造，斷層之間的間距大致相同，中聯(lián)線呈NE向，扭裂面呈緊閉斜列結(jié)構(gòu)。區(qū)內(nèi)這種雁列式斷裂組合可能是新生代以來受印度板塊與中國大陸板塊發(fā)生碰撞作用，致使青藏高原向北東方向推擠，形成了NE向的剪切應(yīng)力場，造就了區(qū)內(nèi)現(xiàn)今的雁列式構(gòu)造。

2.3.2 剖面組合特征

古交礦區(qū)內(nèi)發(fā)育極為普遍的一種斷裂剖面組合型式主要表現(xiàn)為塹壘相間型組合。它是由數(shù)條走向大致平行的正斷層相向或相背傾斜組合而成，在剖面上形成的塹、壘相間的構(gòu)造組合。如古交斷裂帶附近的王芝茂斷層、土地溝斷層、古交斷層、F30斷層、f109斷層、后風(fēng)坪嶺斷層之間組成的地塹、地壘相間組合（圖2）。這種構(gòu)造組合還可以包括幾條走向一致、傾向相同的正斷層呈階梯狀排列。由此可見，剖面上構(gòu)造組合的型式主要取決于相鄰斷層的傾向及其相互關(guān)系。

此外，由于井田主干斷層旁側(cè)次級(jí)斷層的發(fā)育，井田中還常見一種由主干斷層和與其相對(duì)應(yīng)的上盤低級(jí)別斷層組合而成的“Y”字形構(gòu)造組合（圖3），這種組合在NEE向斷裂帶附近較發(fā)育。古交礦區(qū)這種斷層組合的產(chǎn)生是燕山期形成的NEE向斷層在新生代NNW向伸展應(yīng)力場作用下，同時(shí)受重力作用，在其上盤發(fā)育了這種低級(jí)別小斷層，共同組成了“Y”字形構(gòu)造。

3. 斷裂構(gòu)造演化特征

古交礦區(qū)是西山煤田的一部分，位于西山向斜西翼中段偏北，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造是多期不同性質(zhì)、不同方向構(gòu)造應(yīng)力綜合作用下的產(chǎn)物，其發(fā)育和演化明顯受區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場的控制。根據(jù)區(qū)域構(gòu)造背景、斷裂構(gòu)造發(fā)育特征，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造的形成演化主要經(jīng)歷了三個(gè)階段：（1）第一階段：受燕山早期近EW向擠壓應(yīng)力的影響，形成了一系列NS向的褶曲以及壓性斷裂。區(qū)內(nèi)主控構(gòu)造獅子河—馬蘭向斜、礦區(qū)西部的北社斷層以及一些NE向平移斷層等便是在此階段形成；（2）第二階段：受燕山中—晚期NWW—SEE向的構(gòu)造擠壓應(yīng)力場控制，區(qū)內(nèi)一系列NNE、NEE向壓扭性主體斷裂構(gòu)造形成，同時(shí)礦區(qū)西部由于深部巖漿的上涌，形成了局部SW—NE向的水平擠壓應(yīng)力場，導(dǎo)致獅子河—馬蘭向斜軸跡向東偏轉(zhuǎn)，井田西南隅的NW向小型褶曲、逆斷層與熱變質(zhì)帶也在此階段形成；（3）第三階段：進(jìn)入新生代，受NNW—SEE向拉張作用為主，NEE—SWW向擠壓作用為輔的構(gòu)造應(yīng)力場控制，同時(shí)受巖體自重應(yīng)力的作用，斷層性質(zhì)發(fā)生了改變，區(qū)內(nèi)NEE、NNE、NE向正斷層正是在這種構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換的環(huán)境中不斷被改造、繼承和發(fā)展而成的。一些NNE向地塹型斷陷盆地也形成于這個(gè)階段，同時(shí)也可能生成新的NE、NNE向斷裂，造就了礦區(qū)現(xiàn)今的構(gòu)造格局。

4. 結(jié)論

（1）研究區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，主要為NEE、NNE向高角度正斷層，發(fā)育具有明顯的分區(qū)性、分帶性以及等距性特征，斷裂面性質(zhì)多為壓扭性。（2）研究區(qū)斷裂構(gòu)造在平面上多呈平行斜列的雁列式展布，其剖面組合形式主要表現(xiàn)為塹壘相間型，同時(shí)結(jié)合階梯狀以及“Y”字形構(gòu)造組合，使得井田構(gòu)造變得更加復(fù)雜。（3）區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造的形成演化主要經(jīng)歷了燕山早期、燕山中—晚期、喜馬拉雅期三個(gè)階段，礦區(qū)主體斷裂構(gòu)造是在中生代以來燕山期構(gòu)造應(yīng)力場作用下形成，并接受新生代構(gòu)造應(yīng)力場對(duì)其的繼承、改造和發(fā)展，逐步形成了現(xiàn)今的構(gòu)造格局。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李東旭. 地質(zhì)力學(xué)導(dǎo)論[M]. 地質(zhì)出版社， 1986.

[2] 陳淑蓮， 王玉華， 任雯，等. 西拉木倫深斷裂的區(qū)域構(gòu)造意義[J]. 西部資源， 2012（5）：150-151.

[3] 李文圣， 馬家鑫， 沈利霞，等. 甘肅陽山金礦帶不同構(gòu)造背景下方解石顯變形特征研究[J]. 西部資源， 2015（2）：92-95.