陷落往的形成与分布
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中 综合 治理 陷 落柱 , 有 一 定 的 意 义 具
关扭词 :陷落柱 ; 形成机理 ; 陷; 布规律 塌 分 中图分类号 :622 P4. 5 文献标识码 ; H
文章编号;03 56 0 ) 0 1 - 2 10 - 0 ( 3 - 3 0 2 0 0 2 0 0
岩溶陷落柱是局部地 层 中的岩溶塌 陷现 象 , 根 据西 山煤 田前 山各生产 矿区揭露 的地质 资料 统计 ,
20 年第 2 3 期
中州煤炭
总 第 12期 2
陷落往的形成与分 布
姚冬梅 〔 山西焦煤集 团公 司 官地煤犷 , 山西 太原 002) 302
摘要 : 通过分 析陷落柱 的形 成条件和影响其分布的因素, 推测 出陷 落柱 可能发育 的地 区或地段 , 对煤矿 生产
地堑纵贯全省, 西山煤 田的北部 、 在 西部形 成了丰富
的地下水补给区。矿 区含煤地层 为古生代 的石炭 、
二叠纪煤系 , 煤系基底为 50一 0 m厚的奥陶纪石 0 60 灰岩地层。区内构造复杂 , 裂隙发育 , 下水 的活 为地 动创造了 良好的条件 。煤田东部 的太 原断陷盆地和 盆地边缘断裂带形成 的一 些出露 泉, 使煤 田地下水 得到了排泄 , 并加速 了地下水的交替活动 , 为岩溶 的 形成创造了物质条件 。 据西 山煤 田揭露的地质资料 显示 , 西山地区陷 落柱的大量分布不是孤立 的地质现 象, 是整个华 而 北地区岩溶陷落柱发育 区的一个组 成部分 , 它的普 遍发育 , 了具备形成陷落柱的 4个物质条件外 , 除 还 与该地区的煤岩层的接触 关系分不开 在西 山地 区石炭系地层除缺 失下统外 , 其余两 组( 中统本溪组 , 上统 太原组 ) 为整 合接触 , 与奥陶 系中统呈假整合接触 , 二叠系下 统的山西组 与下伏 的太原组亦为连续沉积 , 呈整合或局部假 整合接触, 这种地层接触关系, 卜 使 覆的煤 岩层 的构造 变化继 承了下伏厚可溶性 岩层 的构造特征 , 在构造 力作用 下, 岩层结构强度和稳定性遭到破坏, 下部可溶性岩 层在地下水的强烈交替作用下 , 形成溶洞 , 并沿着其 顶部向上扩展, 而上覆构造遭受破坏的地层 , 在重力 作用下 , 则垮落坍塌 , 陷落柱 。 形成
2 陷落柱的分布
根据西山煤 田开 采揭露的地质 资料表明 , 陷落 柱的分布状况无论在水平方 向还是在垂直方向都是 不均 匀的。在水平方 向上 , 的地段较多 , 有 有的地段 较少 ; 在垂直方向上 , 由于陷落柱的形成是由于煤 则 系地层基底 的奥陶纪石灰岩溶洞导致上覆地层坍塌 所致 , 所以分布为下部煤 层多于上部 煤层 。造成 陷 落柱在井 田内分布不 均的情况 , 除该 区域 具备 了形 成岩溶 的必备条件外 , 主要还与 以下 因素有关 。 () 1与断裂带的关系。陷落柱 的形成与新华夏 系构造体系密切相关 , 生成新 华夏系 的断裂构造是 地下水的 良好通道, 可使地下水发生水力联系 , 对形 成岩溶并导致上覆岩层坍 塌形 成陷落柱起着重要作 用。因此 , 要认真分析断裂带的性质 、 、 强度 密度等 , 特别是其导水性, 向长度和 落差变化 等。根据对 走 断层走向长度 及落差变化规 律的观察 , 发现 其变化 规律对断层 附近区域 内陷落柱 的赋存状况有很大影 响, 在断层落差大的地 段, 陷落柱的密 度一般较 高, 体积也较大 , 当落差沿走向逐渐减弱或消失时 , 陷落
1 一0 严重缩短了 5 3%, % 矿井寿命, 并造成煤炭资源
的很大浪费。陷落柱 的存在 , 长期 困扰 西山煤炭 的 开发和利用 。近年来 , 电坑透仪 的使用和普及 , 无线 对 回采工作 面 内的隐伏 陷落柱探 测取 得 了一定成 效, 但这一技术 目前仅局限在 回采工作 面回采巷道 及切眼构通后的物探分 析 , 不能对矿井 或采 区范 还 围内隐伏 的陷落柱进 行探测 分析。因此 , 对陷落柱 的形成机理和分布规律 进行综合 分析 , 可指导采 区 和工作面 的合理布置 , 避免生产 的盲 目性 。
收稿 日期 :0 2一I 一1 20 I 作者 简介 :姚冬梅 (98一), , 西太 原人 , 程 师 ,9 1年毕 业 16 女 山 工 19 于山东矿业学 院 现从事 地质勘探 工作
.1 ・ 3
20 0 3年 第 2期
中州煤炭 柱 的密度和体积一般也呈现渐弱趋势
总 第 12期 2
陷 落柱发育密度为 2 4 /耐, 0一0个 k 其破坏面积约
占煤层 已采面 积的 4 一 0 , % 1% 煤炭 储量损 失高达
交替作用下 , 被侵蚀 “ 掏空 ”形成 岩溶洞穴 。因此, , 岩溶洞穴的形成必须具 备 : ①岩溶 发育的 4个物质 条件 ; ②岩溶洞穴发育的地质环境。 12 岩溶塌陷的形成 . 岩溶 洞穴是形成 陷落柱 的必要 条件 , 并非所 但 有 的溶洞都会坍塌形成陷落柱 。理论界对粉 容 塌陷 形成 的基本观点都 强调了“ 溶洞 受一定 的地 质应力 作用 , 引起了溶洞的顶部 塌落而导致 岩溶 塌陷 ”却 , 忽 略了溶洞 的形成 与溶洞塌 陷之 间的构造联 系。仅 从岩溶发育 的4个 物质条件 , 还推 不出某个 局部区 域 内会形成溶洞 , 溶洞顶 部岩层垮 落坍塌形 成陷落 柱 。对于我 国某些 地区 , 石灰岩地 层发育有 大量溶 洞, 但至今尚未坍塌形成陷落柱 , 因可能在于 : 其原 () 遭受构 造破坏 的程 度较轻 , 层的 1其围岩 岩 整体性和稳定性等 相对较好 , 降低 了岩溶 向上扩展 坍塌 的能力 , 溶洞上覆岩 层在漫长 的历史 中得到了 相对 的稳定 , 它向上扩展进行得 很缓 慢。 () 2 可能 与该地区在地壳运 动中形成上 下 2套 角度不整合地层有关 , 以角度相 交接 触, 其上下 2套 地层在褶皱方式 、 断层、 节理等方面表现 出明显 的差 异, 下部地层局部形成溶洞, 而上部岩层与下部岩层 沉积 的不连续性和 构造 的差 异, 上部岩层 整体性 使 和稳定性很好 , 至今未坍塌 。 导致 () 3 可能是在 这些溶 洞 的形成过 程 中, 由于构 造运动 , 岩溶发育的 4个 必备的物质 条件 中途遭到 破坏 , 缺少了某些内容 , 使岩溶 的活动停 止 , 制约了 岩溶 的连续发育 , 因此, 也会 出现未坍塌的现象 。 所 以, 陷落柱的形成 , 需要有 良好的 内部和外部 地质环境和条件 。 西山地区位于祁 、 贺山字形构造 带东 冀弧外 吕、 缘与新华夏系摺皱带复合 处 , 汾河 由北 向南沿汾河
() 2 与褶皱构造的关 系。岩层褶皱 为形成岩溶 创造 了良好 的地质环 境 , 形态 和产 状对 陷落柱的 其 发育程度有很大影响 , 皱形态和产状平 缓开阔, 当褶 褶皱 内部小构造不 发育时 , 岩层 受到破坏 的程度较 轻, 地下水的通 道发育 不 畅, 溶 的发育 程度也 就 岩 低, 反之 , 情况则相反 。一般情况下 , 向斜 的轴部 背 是陷落柱可能发育的部位 , 部, 在轴 由于拱弯的张力 或挤压的应力造成背 向斜轴部 断裂 , 岩层 易于破 使 坏和塌陷 , 给陷落柱的形成提 供了条件 。 这 () 3 与地下水排泄区的关 系。地下水在 岩层裂 隙中运动 , 对各种 岩石特别 是可溶性 岩石具 有极大 的破坏力 , 并带走大量 的易溶物质 , 为岩层破裂塌陷 创造了条件。在西 山煤 田, 东部 区域 与山边 大断层 形成的太原断陷盆地相 邻 , 沿盆地边缘 断裂带形 成 的一些出露泉 , 煤 田内地 下水 汇集 排泄 。在西 山 使 向斜总体控制下发育 的煤 田东部 区域 次一 级短轴 、 多向 、 复式褶 曲与断裂体系 , 伴生 小构造 非常发育 , 使煤田东部边缘地区煤 岩层受到很 大破坏 , 地下 水 通道 良好 , 为岩溶 的发育创造 了良好 的环境 , 陷落柱 的分布呈网状 , 密度高 , 其 体积大 , 对煤 田东部各 生 产区的生产影响很大。 () 冲沟 的关 系。地表 冲沟一般是断裂 4 与地表 构造在地 表的反映, 陷落柱的塌陷 , 往造成对地 也往 表的破 坏作 用 , 伴有滑坡 、 通常 裂缝 、 状塌陷等各 盆 种地貌 异常现象, 大气降雨 的长期 下渗与 冲蚀作 经 用, 常形成大小不同的冲沟 , 据西山前 山各矿 开采揭 露的地质 资料 显示, 乎所有 的地表冲沟 附近都有 几 陷落柱发育 。因此 , 分析地表冲沟的发育情况 , 可对 陷落柱 的分 布状 况进行 预测。一般情 况下 , 沿大断 层走 向发育 的地 表冲沟 , 切割较 深 也 较宽 , 由于陷 落柱 与断裂构造 的密切关 系, 落柱在这些 部位发 陷 育程度较高 , 切割较浅的冲沟, 一般是褶皱形态和岩 层产状平缓开阔 的地区 , 由于褶 皱与陷落柱 的关 系, 在这些部位 , 陷落柱 的发育程度 也较低 () 5 与碳酸岩体的埋深有关 。西山煤 田开采揭 露的地质资料表 明, 陷落柱 多分布 于奥灰岩体 埋深 较浅的部位。当地层覆盖厚 , 地下水通道不 畅, 地下 水径流微弱时 , 陷落柱 的发育程度也较低 。 值得注意的是 , 陷落柱分布状况 的预测 , 对 不能 仅仅考虑其与某一种地 质因素 的关 系 , 而要结 合各 种因素及 已揭露 的地质资料 进行综合 分析 , 而确 从 定其分布状况 。 ( 责任编择 : 秦爱新)
1 陷落柱 的形成
陷落柱 的形 成大 致经 历 了 由溶 隙到 溶孔 ( 溶 管 )溶洞及溶洞塌陷这一发 育过 程 , 中溶洞 的形 、 其 成是陷落柱形成的核心 , 是形成陷落柱 的先决条件 。 11 岩溶洞穴 的形成 . 前人对 岩溶发育总结 了 4个必备 的物质条件 : ①有可溶性岩层 ; ②具有 良好 的地下水通道 ; 有丰 ③ 富饱和的侵蚀性水质 ; ④有地下水的排泄 口, 以加剧 地下水的交替作用 。当这 4个条件 都具备时 , 在构 造力作用下 , 局部可溶性 岩层较强 的褶皱变形 引起 或断裂位移 , 并在其 构造应力 作用下产生 节理或劈 理发育区 , 使局部 岩层 的结构 强度 、 稳定性 、 整体性 等发生变化 , 使原来 正常的岩层 遭受不 同程度 的破 坏 , 而形成岩层 的破碎带发育区 , 从 在地下水 的强烈
・1 4 。
关扭词 :陷落柱 ; 形成机理 ; 陷; 布规律 塌 分 中图分类号 :622 P4. 5 文献标识码 ; H
文章编号;03 56 0 ) 0 1 - 2 10 - 0 ( 3 - 3 0 2 0 0 2 0 0
岩溶陷落柱是局部地 层 中的岩溶塌 陷现 象 , 根 据西 山煤 田前 山各生产 矿区揭露 的地质 资料 统计 ,
20 年第 2 3 期
中州煤炭
总 第 12期 2
陷落往的形成与分 布
姚冬梅 〔 山西焦煤集 团公 司 官地煤犷 , 山西 太原 002) 302
摘要 : 通过分 析陷落柱 的形 成条件和影响其分布的因素, 推测 出陷 落柱 可能发育 的地 区或地段 , 对煤矿 生产
地堑纵贯全省, 西山煤 田的北部 、 在 西部形 成了丰富
的地下水补给区。矿 区含煤地层 为古生代 的石炭 、
二叠纪煤系 , 煤系基底为 50一 0 m厚的奥陶纪石 0 60 灰岩地层。区内构造复杂 , 裂隙发育 , 下水 的活 为地 动创造了 良好的条件 。煤田东部 的太 原断陷盆地和 盆地边缘断裂带形成 的一 些出露 泉, 使煤 田地下水 得到了排泄 , 并加速 了地下水的交替活动 , 为岩溶 的 形成创造了物质条件 。 据西 山煤 田揭露的地质资料 显示 , 西山地区陷 落柱的大量分布不是孤立 的地质现 象, 是整个华 而 北地区岩溶陷落柱发育 区的一个组 成部分 , 它的普 遍发育 , 了具备形成陷落柱的 4个物质条件外 , 除 还 与该地区的煤岩层的接触 关系分不开 在西 山地 区石炭系地层除缺 失下统外 , 其余两 组( 中统本溪组 , 上统 太原组 ) 为整 合接触 , 与奥陶 系中统呈假整合接触 , 二叠系下 统的山西组 与下伏 的太原组亦为连续沉积 , 呈整合或局部假 整合接触, 这种地层接触关系, 卜 使 覆的煤 岩层 的构造 变化继 承了下伏厚可溶性 岩层 的构造特征 , 在构造 力作用 下, 岩层结构强度和稳定性遭到破坏, 下部可溶性岩 层在地下水的强烈交替作用下 , 形成溶洞 , 并沿着其 顶部向上扩展, 而上覆构造遭受破坏的地层 , 在重力 作用下 , 则垮落坍塌 , 陷落柱 。 形成
2 陷落柱的分布
根据西山煤 田开 采揭露的地质 资料表明 , 陷落 柱的分布状况无论在水平方 向还是在垂直方向都是 不均 匀的。在水平方 向上 , 的地段较多 , 有 有的地段 较少 ; 在垂直方向上 , 由于陷落柱的形成是由于煤 则 系地层基底 的奥陶纪石灰岩溶洞导致上覆地层坍塌 所致 , 所以分布为下部煤 层多于上部 煤层 。造成 陷 落柱在井 田内分布不 均的情况 , 除该 区域 具备 了形 成岩溶 的必备条件外 , 主要还与 以下 因素有关 。 () 1与断裂带的关系。陷落柱 的形成与新华夏 系构造体系密切相关 , 生成新 华夏系 的断裂构造是 地下水的 良好通道, 可使地下水发生水力联系 , 对形 成岩溶并导致上覆岩层坍 塌形 成陷落柱起着重要作 用。因此 , 要认真分析断裂带的性质 、 、 强度 密度等 , 特别是其导水性, 向长度和 落差变化 等。根据对 走 断层走向长度 及落差变化规 律的观察 , 发现 其变化 规律对断层 附近区域 内陷落柱 的赋存状况有很大影 响, 在断层落差大的地 段, 陷落柱的密 度一般较 高, 体积也较大 , 当落差沿走向逐渐减弱或消失时 , 陷落
1 一0 严重缩短了 5 3%, % 矿井寿命, 并造成煤炭资源
的很大浪费。陷落柱 的存在 , 长期 困扰 西山煤炭 的 开发和利用 。近年来 , 电坑透仪 的使用和普及 , 无线 对 回采工作 面 内的隐伏 陷落柱探 测取 得 了一定成 效, 但这一技术 目前仅局限在 回采工作 面回采巷道 及切眼构通后的物探分 析 , 不能对矿井 或采 区范 还 围内隐伏 的陷落柱进 行探测 分析。因此 , 对陷落柱 的形成机理和分布规律 进行综合 分析 , 可指导采 区 和工作面 的合理布置 , 避免生产 的盲 目性 。
收稿 日期 :0 2一I 一1 20 I 作者 简介 :姚冬梅 (98一), , 西太 原人 , 程 师 ,9 1年毕 业 16 女 山 工 19 于山东矿业学 院 现从事 地质勘探 工作
.1 ・ 3
20 0 3年 第 2期
中州煤炭 柱 的密度和体积一般也呈现渐弱趋势
总 第 12期 2
陷 落柱发育密度为 2 4 /耐, 0一0个 k 其破坏面积约
占煤层 已采面 积的 4 一 0 , % 1% 煤炭 储量损 失高达
交替作用下 , 被侵蚀 “ 掏空 ”形成 岩溶洞穴 。因此, , 岩溶洞穴的形成必须具 备 : ①岩溶 发育的 4个物质 条件 ; ②岩溶洞穴发育的地质环境。 12 岩溶塌陷的形成 . 岩溶 洞穴是形成 陷落柱 的必要 条件 , 并非所 但 有 的溶洞都会坍塌形成陷落柱 。理论界对粉 容 塌陷 形成 的基本观点都 强调了“ 溶洞 受一定 的地 质应力 作用 , 引起了溶洞的顶部 塌落而导致 岩溶 塌陷 ”却 , 忽 略了溶洞 的形成 与溶洞塌 陷之 间的构造联 系。仅 从岩溶发育 的4个 物质条件 , 还推 不出某个 局部区 域 内会形成溶洞 , 溶洞顶 部岩层垮 落坍塌形 成陷落 柱 。对于我 国某些 地区 , 石灰岩地 层发育有 大量溶 洞, 但至今尚未坍塌形成陷落柱 , 因可能在于 : 其原 () 遭受构 造破坏 的程 度较轻 , 层的 1其围岩 岩 整体性和稳定性等 相对较好 , 降低 了岩溶 向上扩展 坍塌 的能力 , 溶洞上覆岩 层在漫长 的历史 中得到了 相对 的稳定 , 它向上扩展进行得 很缓 慢。 () 2 可能 与该地区在地壳运 动中形成上 下 2套 角度不整合地层有关 , 以角度相 交接 触, 其上下 2套 地层在褶皱方式 、 断层、 节理等方面表现 出明显 的差 异, 下部地层局部形成溶洞, 而上部岩层与下部岩层 沉积 的不连续性和 构造 的差 异, 上部岩层 整体性 使 和稳定性很好 , 至今未坍塌 。 导致 () 3 可能是在 这些溶 洞 的形成过 程 中, 由于构 造运动 , 岩溶发育的 4个 必备的物质 条件 中途遭到 破坏 , 缺少了某些内容 , 使岩溶 的活动停 止 , 制约了 岩溶 的连续发育 , 因此, 也会 出现未坍塌的现象 。 所 以, 陷落柱的形成 , 需要有 良好的 内部和外部 地质环境和条件 。 西山地区位于祁 、 贺山字形构造 带东 冀弧外 吕、 缘与新华夏系摺皱带复合 处 , 汾河 由北 向南沿汾河
() 2 与褶皱构造的关 系。岩层褶皱 为形成岩溶 创造 了良好 的地质环 境 , 形态 和产 状对 陷落柱的 其 发育程度有很大影响 , 皱形态和产状平 缓开阔, 当褶 褶皱 内部小构造不 发育时 , 岩层 受到破坏 的程度较 轻, 地下水的通 道发育 不 畅, 溶 的发育 程度也 就 岩 低, 反之 , 情况则相反 。一般情况下 , 向斜 的轴部 背 是陷落柱可能发育的部位 , 部, 在轴 由于拱弯的张力 或挤压的应力造成背 向斜轴部 断裂 , 岩层 易于破 使 坏和塌陷 , 给陷落柱的形成提 供了条件 。 这 () 3 与地下水排泄区的关 系。地下水在 岩层裂 隙中运动 , 对各种 岩石特别 是可溶性 岩石具 有极大 的破坏力 , 并带走大量 的易溶物质 , 为岩层破裂塌陷 创造了条件。在西 山煤 田, 东部 区域 与山边 大断层 形成的太原断陷盆地相 邻 , 沿盆地边缘 断裂带形 成 的一些出露泉 , 煤 田内地 下水 汇集 排泄 。在西 山 使 向斜总体控制下发育 的煤 田东部 区域 次一 级短轴 、 多向 、 复式褶 曲与断裂体系 , 伴生 小构造 非常发育 , 使煤田东部边缘地区煤 岩层受到很 大破坏 , 地下 水 通道 良好 , 为岩溶 的发育创造 了良好 的环境 , 陷落柱 的分布呈网状 , 密度高 , 其 体积大 , 对煤 田东部各 生 产区的生产影响很大。 () 冲沟 的关 系。地表 冲沟一般是断裂 4 与地表 构造在地 表的反映, 陷落柱的塌陷 , 往造成对地 也往 表的破 坏作 用 , 伴有滑坡 、 通常 裂缝 、 状塌陷等各 盆 种地貌 异常现象, 大气降雨 的长期 下渗与 冲蚀作 经 用, 常形成大小不同的冲沟 , 据西山前 山各矿 开采揭 露的地质 资料 显示, 乎所有 的地表冲沟 附近都有 几 陷落柱发育 。因此 , 分析地表冲沟的发育情况 , 可对 陷落柱 的分 布状 况进行 预测。一般情 况下 , 沿大断 层走 向发育 的地 表冲沟 , 切割较 深 也 较宽 , 由于陷 落柱 与断裂构造 的密切关 系, 落柱在这些 部位发 陷 育程度较高 , 切割较浅的冲沟, 一般是褶皱形态和岩 层产状平缓开阔 的地区 , 由于褶 皱与陷落柱 的关 系, 在这些部位 , 陷落柱 的发育程度 也较低 () 5 与碳酸岩体的埋深有关 。西山煤 田开采揭 露的地质资料表 明, 陷落柱 多分布 于奥灰岩体 埋深 较浅的部位。当地层覆盖厚 , 地下水通道不 畅, 地下 水径流微弱时 , 陷落柱 的发育程度也较低 。 值得注意的是 , 陷落柱分布状况 的预测 , 对 不能 仅仅考虑其与某一种地 质因素 的关 系 , 而要结 合各 种因素及 已揭露 的地质资料 进行综合 分析 , 而确 从 定其分布状况 。 ( 责任编择 : 秦爱新)
1 陷落柱 的形成
陷落柱 的形 成大 致经 历 了 由溶 隙到 溶孔 ( 溶 管 )溶洞及溶洞塌陷这一发 育过 程 , 中溶洞 的形 、 其 成是陷落柱形成的核心 , 是形成陷落柱 的先决条件 。 11 岩溶洞穴 的形成 . 前人对 岩溶发育总结 了 4个必备 的物质条件 : ①有可溶性岩层 ; ②具有 良好 的地下水通道 ; 有丰 ③ 富饱和的侵蚀性水质 ; ④有地下水的排泄 口, 以加剧 地下水的交替作用 。当这 4个条件 都具备时 , 在构 造力作用下 , 局部可溶性 岩层较强 的褶皱变形 引起 或断裂位移 , 并在其 构造应力 作用下产生 节理或劈 理发育区 , 使局部 岩层 的结构 强度 、 稳定性 、 整体性 等发生变化 , 使原来 正常的岩层 遭受不 同程度 的破 坏 , 而形成岩层 的破碎带发育区 , 从 在地下水 的强烈
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