开平煤田形成演化过程及对瓦斯赋存的控制作用
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[摘要]本文在揭示开平煤田地质构造形迹发育特点的基础上，通过分析开平煤田瓦斯分布特点，阐述了开平向斜控制着瓦斯分布的总体格局、次一级向斜和断层控制着局部瓦斯富集；另外侵入岩分布、煤层厚度变化也对瓦斯赋存规律具有明显的控制作用。最后，介绍了进行瓦斯防治采取的一些措施。
[关键字]开平煤田 形成过程 瓦斯赋存 控制作用 瓦斯防治
[中图分类号] P641.4+61 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-5-78-2
开平煤田位于河北省唐山市，煤炭开采始于1878年。目前有7对生产矿井和一对关闭矿井（唐家庄矿），煤种主要为肥煤和焦煤。开平煤田长约50km，平均宽约20km，总面积约950km2；向斜枢纽向SW倾伏；轴迹总体走向为NE30°～60°，在古冶附近以北逐渐转为近EW向；向斜主体轴面倾向NW，北西翼地层倾角陡，局部直立或倒转，断层较发育，且以逆断层为主，构造复杂，南东翼较缓，构造较简单（图1）。
1构造形成演化过程
开平煤田位于华北板块北部，根据区域大地构造背景，开平煤田自晚古生代含煤地层形成至今，经历了三个构造活动期，即印支期，燕山期和喜马拉雅期。多期次的不同性质构造相互叠加，形成了现今的的构造格局。按地质构造的形成地质年代，以形成的压性构造形迹（褶皱轴和逆断层）的走向命名，本文将唐山煤田不同地质时期形成的各种构造形迹组合分别称之为近EW向构造系统、NE—NNE向构造系统、NE向伸展构造系统、近SN向构造系统。
1.1印支期形成的近EW向构造系统
在印支期（晚二叠世—三叠纪）南北挤压应力场[1]的作用下，在马兰峪—遵化一线形成了东西向的遵化背斜，燕山南麓的赋煤带就位于该背斜的南翼，但该期构造应力场对开平向斜的影响并不明显。
1.2燕山早—中期形成的NE—NNE向构造系统
燕山早—中期是指侏罗纪的构造活动期，是燕山造山带的形成阶段，构造变形强烈，在区域上形成了兴隆、承德、大庙、隆化和围场等5条NE向较大的逆掩断层，其褶皱形态也从箱状褶皱转变为歪斜褶皱。
在燕山早—中期NW—SE向挤压应力场挤压作用下，遵化背斜南翼形成一组NE向隔档式褶皱，向斜开阔，背斜紧闭，表现为东强西弱，由东往西以此为开平向斜、卑子院背斜、车轴山向斜、丰登坞背斜、窝洛沽向斜、桥头背斜、蓟玉向斜、邦均背斜和三河向斜。在开平煤田，形成了开平向斜及一系列NE或NNE向的次一级褶皱，导致开平向斜北西翼地层陡倾，并在开平向斜西翼形成唐山推覆构造及次一级压性、压扭性逆断层；南东翼地层平缓，断裂相对较少；由于煤田东北部前印支期磨石板逆断层、白云山逆断层，井儿峪逆断层等构造的存在，致使开平向斜轴至此未能越过，在局部构造应力作用下而转为近EW向，并在向斜南翼地层形成杜军山背斜、黑鸭子向斜和吕家坨背斜，与开平向斜轴平行排列，并且在褶区发育大量张性断裂。
1.3燕山晚期—喜山期第Ⅰ幕形成的NNE向伸展构造系统
中国东部在NWW—SEE方向的拉张构造应力场的作用下，岩石圈进入全面裂陷—伸展构造阶段，形成了一系列的NNE走向的盆岭构造。开平煤田所在地区主要表现为构造上隆，导致二叠系以上除第四系以外的地层缺失。
1.4喜山期第Ⅱ幕—现今形成的近SN向构造系统
喜马拉雅期第Ⅱ幕在近EW向挤压应力场的作用下，燕山造山板内早期形成的构造受到改造的同时，又出现了一些新的构造。与开平向斜NW翼压性、压扭性断裂相比，南东翼大多数断裂构造是近EW向挤压应力作用的产物或改造产物。
总体上看，燕山早中期NW—SE向挤压构造运动形成了开平煤田的主体构造；燕山晚期—喜马拉雅期Ⅰ幕，NW—SE向拉张体制作用下，对前期形成的压性构造进行了改造的同时，局部发生构造反转；喜马拉雅期Ⅱ幕—现今，在近EW向挤压应力作用下，形成了开平煤田现今的构造格局。
2开平煤田瓦斯分布特征
开平煤田瓦斯含量、瓦斯压力大致为“北西高南东低”的态势。北西翼共有三个矿井，分别是唐山矿、马家沟矿和赵各庄矿，其中唐山矿为高瓦斯矿井，马家沟矿和赵各庄矿为煤与瓦斯突出矿井；南东翼共有五个矿井，分别是唐家庄矿（已关井）、林西矿、范各庄矿、吕家坨矿、钱家营矿，均为低瓦斯矿井。
开平煤田形成之后，受到多期构造应力场的作用，导致煤层在地质演化过程中生成大量的瓦斯，但由于地质构造发育情况不同而引起区域上瓦斯赋存的差异性。
3.1向斜构造对瓦斯赋存的控制作用
3.1.1开平向斜控制着北西翼瓦斯高、南东翼瓦斯低的总体格局开平向斜在北西-南东向的挤压应力场下形成，且是受北西向南东的主动挤压应力作用，形成区域上的北西向南东的推覆构造，褶曲两翼的差异受力，导致该地区形成一系列轴向北东的大型不对称褶曲，褶曲的北西翼倾角明显比南东翼大，甚至发生倒转，构造作用强，构造复杂，煤层埋藏梯度大，有利于瓦斯的赋存和保存。开平向斜的南东翼地层相对比较缓，受构造应力作用相对较弱，煤层埋藏浅，区域上煤层埋深梯度较小，瓦斯易逸散，导致煤层中瓦斯含量明显较北西翼低，形成开平煤田北西翼瓦斯含量高东南翼低的格局。
3.1.2次一级向斜是局部瓦斯富集的位置
位于开平煤田西北翼的赵各庄矿和马家沟矿，次一级向斜部位有利于瓦斯赋存。赵各庄矿作为煤与瓦斯突出矿井，井下曾发生过19次瓦斯动力现象，其中14次发生在向斜部位（或产状变陡处）；马家沟矿有记载的瓦斯动力现象48次，其中向斜处13次，占25.4%。次一级向斜成为瓦斯的赋存比较大的区域。
位于开平向斜东南翼范各庄矿，在毕各庄向斜区域的工作面在掘进和回采时瓦斯涌出量比正常区域明显偏大，也印证了这一点。