太原西山煤田杜儿坪垒状断裂带的几何学与运动学分析

论文摘要

太原西山煤田地块处于沁水煤田西北缘,是山西省重要的煤矿开采区。煤田总体上为一个东翼宽缓、西翼陡倾的向斜形态,中生代末期,由于强烈的燕山构造运动使得华北克拉通结晶基底发生破裂解体,太原西山煤田内部受到燕山期侵入岩体的强烈破坏,形成了复杂的构造形态,如北东向平行展布的五组垒状断裂带。然而,有关太原西山煤田内部垒状断裂带的几何学、运动学、动力学、年代学、发育演化过程、以及密集分布的断裂之间的关系等,尚无人做深入的剖析,限制了对区内构造应力场和构造演变过程的深度认知。本文以太原西山煤田内部五组垒状断裂带之一的杜儿坪断裂带为研究对象,对其周边近40Km2面积内进行了密集的构造露头观测,查明了该断裂带的三维几何学特征,并基于三维体平衡原理解析了研究区内不同断块的运动方向和运动量,应用耦合地质学原理对区域内断裂形变、岩体侵入等多种过程的耦合联动关系进行剖析,建立事件-时间-空间的序列关系,研究结果将有助于揭示山西地幔上涌带和壳幔减薄带的演变、了解华北克拉通的破坏过程、预防断裂活动引起的地质灾害以及优化区内煤矿采掘面布设。陷落柱是太原西山煤田煤系地层中普遍发育的一种特殊的隐伏地质现象,对煤炭开采具有很大影响。岩溶水强烈的侵蚀作用是形成陷落柱的主要原因之一,陷落柱也往往也是沿着地下水丰富的位置发育。而与地表断裂构造的发育相连通的下伏基岩中的裂隙正是理想的地下水运移通道,表层构造产生的破碎带也正是地下水重要的补给路径。因此,搞清地表断裂构造产生的破碎带发育规律,就能知道地下水运移规律,对进一步探讨下伏煤系地层中的隐伏陷落柱的空间分布特征具有重要意义。本文研究结果表明,杜儿坪垒状断裂带由北东和北北西向两组断裂带组成。其中北东向断裂组成垒状形态,形成原因是由于深部地幔岩浆上涌导致表层脆性岩层发生伸展张裂,然后在重力作用下不同块体发生不均匀沉陷而形成垒状构造;北北西向断层是由于受研究区东部边山断裂形成的影响,由于盆地所在的上盘岩层下降时产生拖拽作用,不同部位为平衡这种拖拽力而发生错动,从而形成阶梯状展布的构造形态。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究现状
• 1.1.1 大陆伸展构造研究现状
• 1.1.2 本区构造研究现状
• 1.2 伸展构造变形理论研究与方法概述
• 1.2.1 伸展构造理论
• 1.2.2 伸展构造的模式
• 1.2.3 本区伸展构造研究内容和方法
• 1.3 存在的问题
• 1.4 研究目的和意义
• 1.4.1 杜儿坪垒状断裂带研究与太原西山煤田地质构造的关系
• 1.4.2 杜儿坪垒状断裂带研究对太原西山岩溶水系统演化和陷落柱林发育过程的影响
• 1.4.3 杜儿坪垒状断裂带研究与山西地堑系构造演化的响应
• 1.4.4 杜儿坪垒状断裂带研究与华北克拉通破裂解体机制的响应
• 1.5 工作量
• 第二章 区域地质背景
• 2.1 太原西山煤田简介
• 2.1.1 地理概况
• 2.1.2 地貌形态
• 2.1.3 构造特征
• 2.2 杜儿坪区域地质概况
• 2.3 研究区出露地层及岩石特征
• 2.4 研究区构造发育特征
• 第三章 本文研究的技术路线及主要方法
• 3.1 本文研究的主要方法
• 3.1.1 对杜儿坪垒状断裂带相关断层各出露点进行统计分析
• 3.1.2 计算各断层在不同点位的落差大小
• 3.1.3 恢复研究区构造平衡剖面
• 3.2 本文研究的技术路线
• 3.3 本文研究所需的工具
• 3.4 基于DEM 的三维地质模型
• 3.4.1 论文原始数据的获取
• 3.4.2 数据整理及图件矢量化
• 3.4.3 建立研究区的DEM 三维地质模型
• 第四章 断裂带几何学与运动学
• 4.1 本区三维地质块体的划分
• 4.2 断层露头剖面分析
• 4.3 断裂带综合剖面
• 4.4 三维地质体运动学分析
• 4.5 陷落柱
• 第五章 断裂带动力学分析
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 对今后研究工作的建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文