屯兰矿区断层构造走向与落差相关关系研究

刘 威

（西山煤电（集团）公司屯兰矿地测科，山西 古交 030206）

1 引言

屯兰矿位于西山煤田西北部，是华北断块区吕梁-太行断块五台山块隆南部次级构造单元古交掀斜地块的中心。井田内地层沉积比较稳定，走向呈北西30～60°，倾向南西，倾角2～15°，是一个由NNE向SSW倾伏的波浪状单斜构造，较大褶曲少见，但次一级小型波状褶曲发育，断层较多且成组出现，地质条件极复杂。因此，深入研究断层构造发育规律，可为矿井设计和开拓布局提供准确的地质依据，对矿井的合理开发具有十分重要的现实意义。

2 地质构造基本特征

2.1 区域构造地质背景

古交掀斜地块是以古交为中心的三角形地区，其中部被晋中新裂陷的北部太原断陷叠加而分割成两部分，煤田西部边缘为狐堰山山字型褶皱带，地块内地层展布为南新北老，总体上由东、北、西三面向内缓倾斜，向SSW倾伏的不对称向斜构造；地层产状均较平缓；局部地段显示一些规模较大的断裂和微弱的褶皱，构造线方向大多呈北东向，北东东向，少数呈东西向或近南北向。受NW向的土堂断层、西铭断层和NNE向的晋祠断层及NE向的清交大断裂控制，煤田内部以NE或NEE向断层为主，且多呈地垒形式出现（见图1）。

2.2 矿区断层构造情况及统计

矿区内断层较多，均属高角度正断层，落差一般北东向南西变小，均有压扭右旋性质，地表及井下揭露断层共计205条，其中落差＜5m的112条，5～10m的59条，10～20m的22条，20～50m的7条，50m以上5条（落差最大为古交断层达156m），而现本矿开采高度约1.4～5.0m。落差大于开采高度的断层对施工影响较大，落差较小断层延伸不成规律，故本次仅针对落差大于1m以上的断层走向延伸长度进行统计分析（见表1）。

图1 井田构造纲要图

表1 断层落差各段分布数量统计表

3 断层落差与走向延展长度相关关系

落差与走向延展长度是表示断层构造的两个主要参数，也是评价综采工作面地质条件的重要因素。断层沿走向与倾向不可能无限延展，落差会逐渐变小趋于零即尖灭，根据断裂构造理论和本矿大量实例证明，断层落差与走向水平延伸长度之间存在一定的相关关系，通过对本矿区一定数量的断层落差和走向长度数据的统计分析，建立了适合于本矿区地质条件的断层落差与延展长度的经验公式。这样对今后矿井在掘进期间揭露的断层落差预测走向延展长度，可能较为合理的评价或预测回采工作面断层构造的基本情况（图2）。

通过对屯兰矿区断层落差与延展长度散点与回归曲线相关分析显示，矿区内大多数断层的落差与延展长度之间存在较为良好的相关关系，成正比关系，平面延展长度随落差降低而减小，反之亦然，其中延展长度是落差的40余倍，经验公式为“y=44.007x+150.3”，可作为断层构造预测的依据。

4 揭露断层的实际应用

屯兰矿区大型断层主要有以下几条：

（1）王芝茂正断层（F17）

位于矿区的南部边界，断层走向北东60°，倾向北西，倾角65～75°。矿区内最大落差150m，西端延至邻区，矿区内延伸长度约6.5km。

（2）土地沟正断层（F21）

位于矿区的南部、土地沟村北，走向北东55～57°，倾向南东。倾角70～80°，最大落差120m，矿区内延伸长度约5km。

（3）头南峁正断层（F22）

位于矿区中部、梁庄村南，断层走向北东60～65°，倾向南东，倾角55～76°，最大落差140m，矿区内延伸长度约6.2km。

（4）古交正断层（F23）

位于井田中东部，断层走向北东42～50°，倾向北西，倾角65～70°。向北东延至邻区。最大落差156m，矿区内延伸长度约7.0km。

（5）风坪岭正断层（F110）

位于井田西北部，鹿庄村北，断层走向北东35°，倾向北西，倾角55～70°。矿区内最大落差40m，矿区内延伸长度2km。

对上述几条断层最大落差和延展长度按照图2进行计算，结果见表2。

图2 断层落差（1m以上）与延伸长度想关关系分析图

表2 主要断层最大落差与延伸长度统计表

从上面几条断层的最大落差和延伸长度关系可以看出，计算值与实际值非常接近。因此，该矿区断层走向延展长度与落差的经验公式“y=44.007x+150.3”可应用于实际中，为矿井现阶段施工及未来布置提供依据。

5 结论

本文结合屯兰矿断层构造的特点，建立数学相关曲线，用数据定量化的经验公式表示断层要素之间的特征，为今后矿井生产评价工作面断裂构造提供较为精确化的地质依据，因此将“y=44.007x+150.3”经验公式，作为矿区断层构造预测的一项近似指标。