山西古交矿区断裂构造发育特征研究

杨靖

摘 要： 通过对山西西山煤田古交矿区断裂构造分布特征、构造组合以及力学性质等方面综合分析，对矿区断裂构造发育规律及其构造演化特征进行了研究。研究认为：区内断裂构造主要为NEE、NNE向高角度正断层，断裂构造的发育具有明显的分区性、分带性以及等距性特征，组合形式主要为雁列式展布、堑垒相间型、阶梯状以及“Y”字形构造组合。矿区主体构造的形成演化主要经历了燕山早期、燕山中～晚期、喜马拉雅期三个阶段，造就了井田现今的构造格局。

关键词： 断裂构造； 发育特征； 构造组合； 演化

1. 前言

古交矿区位于山西西山煤田西北隅，区内断裂构造则极为发育，主要发育NE、NEE向展布的压扭性高角度大—中型正断层，不同方向、不同规模的断层相互交织，以及在不同区域范围内发育程度的差异性，形成了区内较为复杂的构造格局。本文从研究区断裂构造展布特征、构造组合力学性质及其演化特征出发，对区内断裂构造发育规律进行了研究。

2. 断裂构造发育特征

2.1 断裂构造平面分布特征

2.1.1 断裂的规模及其方向性

区内断层的展布方向主要为NEE、NNE两组，其次发育较少的NE、NW向断层，偶见EW、NS向断层发育（图1）。区内NEE向平行展布的断裂带分别属于西山煤田中的安庄—九龙塔—红岩村断裂带、古交断裂带以及王封—随老母断裂带的一部分或其延伸产物，构成了矿区的主体构造。

2.1.2 断裂构造的分区性特征

矿区内断裂构造发育具有明显的分区性特征。矿区中—东部屯兰、东曲矿内NEE向断裂构造发育密集，且大多为高角度大中型正断层；矿区西部镇城底矿内断层较为发育，多为NNE向中小型断层；屯兰河以北多发育NNE向的高角度中小型正断层，屯兰河以南断层多为NNW向的正断层，井田东南部则主要发育一些NE向的高角度大中型正断层，如白岸断层、原相北断层。

2.1.3 断裂构造的分带性和等距性

矿区内断裂构造发育的分带性特征十分显著。受区域构造的控制作用，区内断裂构造往往在区域性NEE向断裂带附近成带出现，这些断裂性质大多相同。如安庄—九龙塔—红岩村断裂带附近的一系列NEE向高角度正断层，这些断层多为区域大断裂带的一部分或其延展产物，展布方向多与区域构造线方向一致，一般发育4条～6条断距10m以上的断层，或与主干断层呈小角度相交的性质相同的次级断层。这些断层多呈等距性产出，相邻两条断层之间的间距一般为2600m～3000m。

2.2 断裂性质

古交矿区断裂的形成受区域构造应力场控制作用明显，根据区域构造演化背景可知，燕山期NWW—SEE向强烈的挤压应力场导致了井田内NNE、NEE、NE向断层的发育，这些断层的雏形应为压性逆断层。喜马拉雅期NWW—SEE向强烈伸展作用对区内断裂构造的发育产生了极为深刻的影响。由于构造应力场由挤压变为拉张，同时在重力作用下发生错动，使得后期的正断层断距大于早期的逆断层断距，导致断层性质由原先的逆断层变成现今的正断层。但断裂面的力学性质大多仍为压扭性，其断裂面一般都紧闭，摩擦镜面、擦痕发育，具明显的压扭性特征。如后风坪岭断层，落差达40m，但断层带紧闭，断裂面为舒缓波状，显示压性特征。同时断层面产状清晰稳定，断面像刀切一样整齐，这些现象又显示出扭性特征。由此可见，研究区内占主导地位的NEE、NNE向断层虽为正断层，但多表现为压扭性断裂面。

2.3 断裂构造平面、剖面组合特征

古交矿区内不同规模、不同走向的断裂构造发育特征具有明显的分区性，但总体受区域构造控制，构造组合具有明显的特色和规律性，其平面展布特征主要表现为雁列式，剖面组合形式则呈堑垒相间型或阶梯状以及“Y”字型构造组合。

2.3.1 平面组合特征

区内NEE向压扭性断裂多呈平行斜列的雁列式展布，这些扭型断裂属新华夏系主干构造伴生的“泰山式”构造[1]。从平面展布特征可看出，这些断裂斜列程度较紧闭，雁列角较小，属左型雁列，反映了一种反时针直扭作用。如古交断裂带附近由古交断层、头南峁断层、土地沟断层等共同组成的左型雁列构造，断层之间的间距大致相同，中联线呈NE向，扭裂面呈紧闭斜列结构。区内这种雁列式断裂组合可能是新生代以来受印度板块与中国大陆板块发生碰撞作用，致使青藏高原向北东方向推挤，形成了NE向的剪切应力场，造就了区内现今的雁列式构造。

2.3.2 剖面组合特征

古交矿区内发育极为普遍的一种断裂剖面组合型式主要表现为堑垒相间型组合。它是由数条走向大致平行的正断层相向或相背倾斜组合而成，在剖面上形成的堑、垒相间的构造组合。如古交断裂带附近的王芝茂断层、土地沟断层、古交断层、F30断层、f109断层、后风坪岭断层之间组成的地堑、地垒相间组合（图2）。这种构造组合还可以包括几条走向一致、倾向相同的正断层呈阶梯状排列。由此可见，剖面上构造组合的型式主要取决于相邻断层的倾向及其相互关系。

此外，由于井田主干断层旁侧次级断层的发育，井田中还常见一种由主干断层和与其相对应的上盘低级别断层组合而成的“Y”字形构造组合（图3），这种组合在NEE向断裂带附近较发育。古交矿区这种断层组合的产生是燕山期形成的NEE向断层在新生代NNW向伸展应力场作用下，同时受重力作用，在其上盘发育了这种低级别小断层，共同组成了“Y”字形构造。

3. 断裂构造演化特征

古交矿区是西山煤田的一部分，位于西山向斜西翼中段偏北，区内断裂构造是多期不同性质、不同方向构造应力综合作用下的产物，其发育和演化明显受区域构造应力场的控制。根据区域构造背景、断裂构造发育特征，区内断裂构造的形成演化主要经历了三个阶段：（1）第一阶段：受燕山早期近EW向挤压应力的影响，形成了一系列NS向的褶曲以及压性断裂。区内主控构造狮子河—马兰向斜、矿区西部的北社断层以及一些NE向平移断层等便是在此阶段形成；（2）第二阶段：受燕山中—晚期NWW—SEE向的构造挤压应力场控制，区内一系列NNE、NEE向压扭性主体断裂构造形成，同时矿区西部由于深部岩浆的上涌，形成了局部SW—NE向的水平挤压应力场，導致狮子河—马兰向斜轴迹向东偏转，井田西南隅的NW向小型褶曲、逆断层与热变质带也在此阶段形成；（3）第三阶段：进入新生代，受NNW—SEE向拉张作用为主，NEE—SWW向挤压作用为辅的构造应力场控制，同时受岩体自重应力的作用，断层性质发生了改变，区内NEE、NNE、NE向正断层正是在这种构造体制转换的环境中不断被改造、继承和发展而成的。一些NNE向地堑型断陷盆地也形成于这个阶段，同时也可能生成新的NE、NNE向断裂，造就了矿区现今的构造格局。

4. 结论

（1）研究区内断裂构造十分发育，主要为NEE、NNE向高角度正断层，发育具有明显的分区性、分带性以及等距性特征，断裂面性质多为压扭性。（2）研究区断裂构造在平面上多呈平行斜列的雁列式展布，其剖面组合形式主要表现为堑垒相间型，同时结合阶梯状以及“Y”字形构造组合，使得井田构造变得更加复杂。（3）区内断裂构造的形成演化主要经历了燕山早期、燕山中—晚期、喜马拉雅期三个阶段，矿区主体断裂构造是在中生代以来燕山期构造应力场作用下形成，并接受新生代构造应力场对其的继承、改造和发展，逐步形成了现今的构造格局。

参考文献：

[1] 李东旭. 地质力学导论[M]. 地质出版社， 1986.

[2] 陈淑莲， 王玉华， 任雯，等. 西拉木伦深断裂的区域构造意义[J]. 西部资源， 2012（5）：150-151.

[3] 李文圣， 马家鑫， 沈利霞，等. 甘肃阳山金矿带不同构造背景下方解石显变形特征研究[J]. 西部资源， 2015（2）：92-95.