宿县、临涣矿区地质构造特征及其形成机理

2022-09-11

1 宿临矿区大地构造位置

宿临矿区是淮北煤田东南部宿县矿区和临涣矿区的简称,是淮北煤炭主要产地。矿区南、北分别以板桥—固镇断层、宿北断层为界,东、西分别为固镇—长丰断层、丰涡断层为界,构成东西长8 5 K m,南北宽37Km,面积约3000Km2的长方形块段。宿临矿区大地构造位置属华北板块东南边缘,豫淮坳陷的东部[1],东距郯庐断层30Km。

2 宿临矿区构造发育特征

宿临矿区地质构造特征可以概括为近南北向构造叠加在早期东西向构造上,早期构造限制晚期构造,并被晚期构造改造,近南北向构造形态清淅,东西向构造隐晦,褶皱可分为近南北向褶皱和东西向褶皱;断层构造发育,北北东向、北东向、北东东向、近东西向、北西向均有,呈网格交错状组合,断层以高角度正断层为主,少有逆断层,逆断层多发育在褶皱陡翼,且与轴向相同,正断层中除区域性构造控制的大断层外,多数正断层是受限所属褶皱构造发育而发展的。

2.1 褶皱构造

近南北向褶皱构造表现清淅,为短轴状,近平行展布,褶皱为隔挡式,褶皱幅度大,煤层埋藏深度最大可达-1000m之下,背斜构造东翼缓、西翼陡,向斜反之,褶皱轴面东倾,褶皱陡翼上常发育走向逆断层。褶皱构造自东向西有宿东向斜,宿南向斜,宿南背斜,南坪向斜,童亭背斜,五沟向斜,主要褶皱特征简述如下。

(1)宿东向斜。轴向320°~340°,轴面东倾,为不对称褶皱,向斜西翼地层平缓,在20°左右,东翼地层陡急,倾角40°~70°,局部倒转,并发育次级褶皱。东翼被F4逆断层所切,向斜东南部奥陶系地层直接与二叠系煤系地层相接触,向斜南北两翼仍呈封闭状,轴长18Km,轴部宽度2~5Km,属短轴向斜。(2)宿南向斜。轴向20°,北东翼被西寺坡逆断层切割呈不完整的向斜构造,向斜西翼倾角25°,向南变小至15°左右,东翼倾角较大,一般在45°左右,局部达45°以上,向斜核部为二叠系地层,北端窄,南端宽,约为18Km,向斜南端封闭部分倾角平缓,一般在10°左右,内含两个东西向褶皱。向斜北部因断层破坏封闭不明显,向斜南北长约25Km。向斜并为较多的正逆断层切割。(3)宿南背斜。轴向20°,核部由寒武奥陶系地层组成,两翼由石炭二叠系地层组成。东翼倾角25°左右,一般浅部陡深部缓,西翼被北北东向双堆集正断层被坏,构造形态不完整。(4)南坪向斜轴。向近南北,为一宽缓开阔向斜,核部主要为二叠系上统石千峰组地层,并有第三纪红色砾石层零星分布。东翼发育北北东向的双堆集正断层、南坪正断层,西翼倾角20°左右,向南向北均渐缓至1 0°左右,发育较多的斜切正断层。向斜南北两端圈闭不明显,北端十里铺一带中性岩浆岩发育。(5)童亭背斜。主体轴向南北,南北两端轴向分别向南东北西扭曲,向斜南北长约25Km,东西宽约6Km,核部为奥陶系地层,两翼为石炭、二叠系地层,东翼地层倾角10°~25°,西翼倾角30°左右,为一不对称背斜,枢纽向北西、南东倾伏。向斜被一系列走向北北东、北东,倾向北西或南东的正断层斜切成长条式的地堑、地垒相间的构造块体。同时发育有东西向、北西向、北北东向断层。

2.2 断层构造

2.2.1 逆断层

逆断层通常分布在褶皱构造的陡翼、倒转翼,其倾向常与褶皱轴面一致,走向近等于褶皱轴向。它是水平挤压力产生塑性变形之后进一步通过破裂,块体运动降减区域挤压力的一种变形形式。宿临矿区逆断层主要分布在矿区东部,童亭背斜北西倾伏端,童亭背斜南北倾伏端。最为醒目的是宿东向斜东翼的F4,以及宿南向斜东翼的西寺坡断层。

西寺坡逆断层位于宿南向斜东翼,由多条走向N W冲断层组成,走向3 0 0°~325°~350°,呈弧形,延展长度36.5Km,倾向北东,倾角浅部陡、深部缓。上盘为宿东向斜西翼奥陶系、石炭、二叠系地层,下盘为二叠系地层。按褶斜发育规律,在宿东向斜与宿南向斜间应存在一个背斜构造,可实际情况则为宿东向斜的核部由西寺坡断层推覆已叠置宿南向斜核部,据两向斜的形态可推断西寺坡逆断层向西推覆距离至少为12Km。宿东向斜现今的北西轴向也因其在西寺坡逆断层上盘长距离推移、旋转、滑移的结果。这一事实至少说明三点:(1)西寺坡逆断层连同F4逆断层构成的叠瓦构造组合,以及其弧顶向西的西寺坡断层展示的“弓箭原理”表明,宿临矿区形成一系列近南北向褶皱的主动力来自东侧。宿东向斜及宿南向斜在这一构造运动中首当其冲,承受更大的挤压力。(2)宿东向斜和宿南向斜中煤系地层所含煤层在强烈的褶皱中受到更强的顺层剪切。(3)宿东向斜、宿南向斜中所含煤层在西寺坡逆断层长距离推移滑动中,再一次经受滑移所派生(分解)力所产生的顺剪切。

2.2.2 正断层

区内正断层广泛发育,规模不等,且多种方向都有。就断层方向组合来说,主要分为北北东向、北东东向、东西向、北东向和北西(北北西)向五组。除区域性构造控制的大断层外,正断层的方向均受所处褶皱构造的方位及其发生发展所控制,并有所变化。

(1)北东东向断层,这是发育在童亭背斜一带最为醒目的一组断层,倾向南东或北西,断层数量多,规模大小不一,落差不等,长的断层斜切童亭背斜及旁侧的五沟向斜呈阶梯状、地堑、地垒相间的块体,有的断层作为矿井的边界,走向有的略呈弧形,北部断层多倾向南,南部断层多倾向北。代表性断层自北向南有骑路周断层、赵口断层、界沟断层等。(2)东西向断层,除矿区边界断层(宿北断层、板桥断层)处,尚有大辛家断层、孟集断层。该组断层通常切割北东东向断层。(3)北北东向断层,该组断层规模大,走向长度大,倾向北,落差大,自西向东有丰涡断层、黄殷断层、双堆断层、长丰—固镇断层等。该组断层切割东西向断层。(4)北西(北北西)断层及北东向断层,与上述断层比较其规模较小,二者常共轭,发育于近南北向褶皱及其与东西向褶皱叠加新生褶皱上,两组断层发育中常相互限制,受褶皱发育中伸展与剪切所致,具张扭性特征,形成于褶皱同期或稍后。宿东向斜上发育的这组断层特征明显,并切割向斜轴。发育于童亭背斜及其斜近处的断层常被北东东向断层所切割。

3 宿临矿区地质构造形成机理

综前所述,宿临矿区的地质构造的特征、分布,受构造期次,区域受力方式、性质及边界条件限制,地质构造的形成机理可表述如下。

宿临矿区在印支期受南北向挤压,在东向向蚌埠复背斜和丰沛隆起间的淮北断陷带南部,不均匀地发育了规模不等的东西向褶皱构造,即东部的张学屋—马湾向斜、王楼—圩东背斜,西部的袁店向斜、青疃背斜、海孜向斜构造。后期拉伸断陷分割各东西向构造的东西向断裂,形成丰沛断裂、宿北断裂,板桥—固镇断层、太和—五河断层、刘府断层。其中宿北断层、板桥—固镇断层构造了矿区南北的边界断层。

宿南向斜因南部张学屋—马湾向斜,王楼—圩东背斜的限制,南端开阔,北部紧闭。向斜的西南端(祁南),因褶皱叠加形成枢纽向南南西仰起的向斜构造,原张学屋向斜、王楼背斜轴部向北扭转。向斜东南端(祁东)叠加出轴向南南东向斜和背斜,在强大的南东向挤压力作用下形成了张扭性的魏庙左旋平移断层,并切错新形成的向、背斜。

宿南向斜南部,因张学屋—马湾向斜,王楼—圩东背斜的先前存在,限制了宿南向斜南北两翼的靠拢,其本身形态虽改变不大,内部走向上次级小褶皱及断裂构造发育。宿南向斜的南北两翼在北部因相向位移较紧闭,走向上呈弧顶相对,地层倾角由南向北增大,并发育横向的张性断层(桃园北部)。

宿东向斜因其位置最东,首当其冲受南东向挤压最强,其褶皱幅度大,东翼陡倾,甚至倒转,发育落差达千米的F 4逆断层,强烈的挤压并发育次级褶皱如高家向斜、背斜,卜家向斜、背斜,小史家背斜,以及与F4性质相同的伴生逆断层。随后的西寺坡大型逆掩断层长距离(12Km)推覆,缩短了宿东向斜与宿南向斜间的距离,加剧了两者的相互挤压和煤层的顺层剪切破碎。夹于F4和西寺坡逆断层间的重挤压和推覆,发育于向斜上的北东和北西向断裂进一步扩展,规模增大,形成该区醒目的断层构造。在推覆构造前缘F10(朱仙庄矿)附近,向斜北侧多发育北西断层,南侧多发育北东向断层。

童亭背斜在这期构造变动得到充分发育,形态完整,褶皱幅度大。在其西翼与东西向袁店向斜、青疃背斜、海孜向斜发生叠加,使东西向构造发生“弧形”、“S”形弯曲,及沿走向的次一级褶曲。这一观象在临涣矿、童亭矿、海孜矿、袁店矿都有表现。这期构造在童亭背斜以及叠加构造处均发育了北东和北西向的正断层。在这一构造期间内,由于郯庐断层的大规模左旋滑移,以及秦岭构造带的左旋滑动,使得矿区南北边界的宿北断层、板桥—固镇断层活动产生了大规模的左旋剪切滑动。区内南东~北西向挤压以及叠加矿区南北边界上的左旋剪切,使得童亭背斜南北倾伏端发生扭动,即北端向北西扭转倾伏,南端向南东扭转倾伏,使内凹侧挤压力进一步加强,因此,北部的临涣矿、海孜矿,童亭矿西部,南部的许疃矿挤压应力集中,常发育有逆断层。而外凸侧的杨柳矿处于张应力区,张性断裂更加发育,应力引张地区的岩浆岩也甚发育。由于该期的南东~北西向的挤压及边界断层的左旋剪切。童亭背斜及其周边总体上处于力偶剪切状态,在与剪应力小角度相交的一组NEE向剪切面MM′上发育成张扭性断层。该组断层切割北东向和北西向的早期断层并构成本区地堑、地垒状条形块段。