煤矿地质构造培训课件

    煤矿地质构造培训课件

                         地  质  构  造

   第一节 岩层产状

   第二节 褶皱构造

   第三节 断裂构造

第四章    地质构造

    地质构造：指构成地壳的岩层或岩体在外力作用下所发

生的变形与变位。

1、构造变动：由地壳运动引起的岩层的变形与变位。地壳中的地

质构造绝大多数属于构造成因。构造变动是地质学尤其是构造地质

学的主要研究对象。

2、非构造变动：由于重力作用、地下水、风化、冰川等作用，使

岩层或岩体发生局部变形。这种作用不是地壳运动的直接表现。非

构造变动规模不大，分布局限，不是构造地质学的主要研究对象，

但它的存在影响了对矿区地质构造的全面认识，所以有关章节中适

当介绍。

第一节  岩层产状

一、岩层产状的概念

1、岩层：两个平行或近于平行的界面所限制的层状岩石。某一地质历史时期形成的岩层—地层。

    岩层顶、底界面之间的距离—岩层的厚度。

                  

                     1.夹层

                     2.变薄                        

                     3.尖灭                          

                     4.透镜体                     

                                                         

                                                         

                                                         

                                                                                 

                                                                岩  层  厚  度  的  变  化

2、岩层的产状及测定方法

    岩层产状—岩层在地壳中的产出状态。

1）产状的三要素

（1）走向：

（2）倾向：

（3）倾角：

tgβ=tgαcosω

ω—视倾向与真倾

向之间的夹角。

                                                            岩层产状三要素

2）岩层产状的记录方法

 某岩层走向50°（或230°），倾向140°，倾角30°。记录如下：

（1）方位角全面记录：50°SE∠30°

                        NE50°SE∠30°

（2）方位角简单记录：140°∠30°，N140°∠30°

（3）象限角全面记录：N50°E，SE∠30°

（4）象限角简单记录：S40°E，SE∠30°

产状在地质图上的表示方法：在图件的相应位置上标出  30°┤，

1：2000~1：10000的图件：长线7mm，短线2mm；1：25000~1：50000的图件：长线5mm，短线1mm。

3、岩层产状的间接确定方法

1）三点法

适用条件：岩层倾角缓，罗盘不易测定，或岩层深埋地下不能直

接测定时。

（1）条件：

           a、三点位于同一岩层面上而不在一条直线上。

    b、三点水平位置和标高为已知。

    c、三点范围内岩层产状无变化。

（2）求法要点：

     过次高点作一条走向线，再过另二点中的任意一点（最高或最

低点）作走向线。利用两条等高线的高程差和水平距离，求出岩层

产状。

（3）具体求法：

    以一定比例将A、B、C三点按其平面位置投到平面图上，连接最

高最低点（图中A、C），在该线上岩层面高程均匀下降，等分该线

段，找出与次高点B相同高程的点E，BE连线即为次高点B的走向线，

过A、C两点分别作EB的平行线，既为三条走向线。在BE线上任选

一点D，过D作DF⊥DB，D→F为岩层的倾向，在DB上截取一段DG，

并使其等于D、F两点的高程差，连接GF，∠DFG既为岩层倾角。

 求倾角也可以用公式：

    α=arctg（高差/平距）

     上例中，高差=10m，平距可按比例量取。

2）在地形地质图上求岩层产状

 地形地质图：在地形图的基础上，加绘一些地质资料，

如地层界线、断层走向线等地质资料。

单斜岩层：在一定范围内，岩层的倾斜方向和倾角大

体一致。

    单斜岩层的露头线是岩层面与地面的交线，露头线上的各点既在

岩层面上，又在地面上。在地形地质图上，找到露头线与地形等高

线的交点，这些点便是岩层面上的已知标高点，只要有三个不同高

程的点，便可用上述三点法求解岩层产状。在可能的条件下，直接

寻找露头线与同一地形等高线的两个交点，连接这两个交点，既为

岩层走向线。

 右图为地形地质图，A、B

两点为某岩层界面与100m

等高线的两个交点，连接A

B，既为某岩层面上的100m

走向线，再找出同一界面上

与另一等高线200的交点C，

过C点作AB的平行线，

既为200m走向线。

                                                 

                                                                                                在地形地质图上求岩层产状

根据两条走向线的平距和高差，可求

出岩层的倾向和倾角。

二、岩层的厚度及埋藏深度

1、岩层厚度的概念

真厚度（h）：岩层顶、底面之间的垂直距离。也叫岩层厚度。

铅垂厚度（hg）：岩层顶、底面间的铅垂距离。

水平厚度（hf）：在垂直岩层走向的剖面内，岩层顶、底间的水      

                                平距离。

视厚度（hˊ）：与岩层走向斜交的任意剖面内，岩层顶、底面间的距离。

                      h=hgcosα     h=hfsinα

2、厚度的测定

   一些岩层虽然出露地表，但受出露条件的限制，不易直接测量其真厚度，要根据已知数据，计算求得。

1）根据实测剖面求岩层厚度

   已知条件（实测剖面得到）：剖面方向、坡角、岩层产状、出露宽度。

（1）地形平坦：h=l×sinα

（2）剖面线垂直岩层走向，坡向与倾向相反：h=l×sin（α+β）

            

            地形平坦                                              坡向与倾向相反

（3）剖面线垂直岩层走向，坡向与倾向一致，α<β：

             h=l×sin（β-α）

（4）剖面线垂直岩层走向，坡向与倾向一致，α>β：

             h=l×sin（α-β）

（5）地形直立，地层倾斜：h=l×cosα

           

        坡向与倾向一致，α<β        坡向与倾向一致，α>β

2）在地形地质图上求岩层厚度

    在地形地质图上，根据岩层面的露头线与同一地形等高线的两

个交点，做出岩层顶面的走向线，延长该走向线与岩层底面相交，

该直线也是岩层底面上的一条走向线的水平投影，求出重合的两

条走向线的高程差，既为岩层的铅垂厚度。

     下图为地形地质图，AB为岩层顶面上100m走向线，CD为底面

 上50m走向线，岩层的铅垂厚度hg=100-50=50m。

第二节     褶皱构造

一、概念：岩层在外力作用下发生各种各样的变形，但仍保持岩层的连续性和完整性。这种构造形态叫褶皱构造。

    褶皱构造中的一个弯曲—褶曲。

    向上弯曲—背斜，向下弯曲—向斜。

    背斜核心的岩层较老，外围的岩层较

新。向斜核心的岩层较新，外围的岩                      

层较老。

二、褶曲要素

     褶曲的形态是千变万化的，为了研究它的空间形态，通常把它的

各个组成部分及决定其形态特征的几何要素分别给予命名，并统称

为褶曲要素。常用的褶曲要素有：

1、核：褶曲最中心部分的岩层。

2、翼部：褶曲核部两侧出露的岩层。

3、轴面：是一个平分褶曲两翼的假想面。

轴面可以直立、倾斜或水平，可以是平面或曲面。

4、轴及轴迹：轴面与水平面的交线—褶曲轴。轴面与地表面的交线—轴迹。地形起伏不大时，轴与轴迹近于重合。

5、枢纽：褶曲岩层在横剖面内的最大弯曲点—枢纽点。同一岩层面上枢纽点的连线—枢纽。

6、转折端：褶曲一翼转到另一翼的过渡部分，既两翼岩层的汇合部分。常用的转折端有圆滑状、尖棱状及平缓状三种。

三、褶曲的形态分类

1、横剖面形态分类

1）根据轴面产状分类

（1）直立褶曲：又叫对称褶曲，轴面直立，两翼岩层倾向相反，倾角近于相等。

（2）倾斜褶曲：又叫

斜歪褶曲、不对称褶曲。

（3）倒转褶曲：轴面

倾斜，两翼岩层倾向一

致，倾角不等，一翼地

层顺序正常，另一翼地           

层顺序倒转。

                                                 a直立褶曲；b倾斜褶曲；c倒转褶曲

                                                                          d平卧褶曲；e翻卷褶曲   

2、根据枢纽在纵向上的起伏分类：

（1）水平褶曲：枢纽是水平的，褶曲在水平面上长距离延伸。

（2）倾伏褶曲：枢纽是倾伏的，褶曲向一个方向倾伏，以至消失。

第三节  断裂构造

    地壳中的岩石在地应力作用下，失去其连续性

和完整性，这种构造称为断裂构造。

节理：断裂面两侧岩块没有明显的位移。

断层：断裂面两侧岩块有明显的位移。

一、节理

（一）节理特点：1、属于小型构造；2、与褶曲断层有密切联系。

（二）节理成因分类

           1、构造节理：

           2、非构造节理：

（三）节理的几何分类

1、按力学性质分类：

    1）张节理：张应力作用的产物，垂直于张力方向裂开。

    2）剪节理：力偶作用的产物。

2、按节理面走向与岩层产状的关系分类：

    1）走向节理：节理面的走向与岩层的走向一致。

    2）倾向节理：节理面的走向与岩层的倾向一致。

    3）斜交节理：节理面的走向与岩层的走向斜交。

3、按节理面走向与褶曲枢纽的关系分类：

   1）纵节理：节理走向平行于褶曲枢纽方向。

   2）横节理：节理走向垂直于褶曲枢纽方向。

   3）斜节理：节理走向斜交于褶曲枢纽方向。

二、断层

（一）断层要素：

    为了描述、研究断层，把断层的形态组成部分

分别给以命名，统称为断层要素。

1、断层面：

矿区常见的断层面：

1)规整的断层面；

2)破碎的断层带；

3)密集的小错动。

断层面的产状用走向、

倾向及倾角表示。

2、断层线：既断层面与地面的交线。

    地形平坦时，断层线接近断层的走向线，断层线的变化规律与

地层界线一样，遵循“V”字形法则。

3、断盘：被断层面所分割的由岩体或岩层所组成的  

              地块。

   1）上盘：断层面倾斜时，位于断层面以上的地块。

   2）下盘：断层面倾斜时，位于断层面以下的地块。

4、交面线：岩层层面与断层面的交线。

    1）上盘交面线：上盘岩层层面与断层面的交线。

    2）下盘交面线：下盘岩层层面与断层面的交线。

（二）、断距

    断层两盘相对错开的距离—断距 。

     断距与断层的延伸长度、切割深度共同表示断层规模的大小。

在煤矿生产中断距表明了煤层被错开后相隔的距离，因此，断距

是开采矿产不可缺少的资料。

1、真断距

断层面上的某个点，随上、下盘

相对位移的距离。

    真断距代表了断层两盘相对位移

的总距离，故又称总断距。

真断距ab：是一个向量，可沿不同

方向分解成各个分量：ab的铅垂分量ad—铅垂断距；水平分量bd—

水平断距。以上两个分量位于包含ab线的铅垂面内。

    在断层面上：ab沿断层走向线的分量ac—走向断距；ab沿断层

倾向线的分量ac—倾向断距。

 平移断距：总断距=走向断距；铅垂断距=倾向断距=0。

     正、逆断层：总断距=倾向断距；走向断距=0；

                        铅垂断距=总断距×sinφ

      水平断距=总断距×cosφ （φ—断层面倾角）

2、地层断距

    上、下盘中同一地层面的距离—地层断距。

    若沿地层倾向切制剖面，在该剖面内，上、下盘同一岩层面的

垂直距离—地层断距；其它剖面内得到的为视地层断距。

 与地层断距相关联的有：铅垂地层断距hg和水平地层断距hf，三

者之间的几何关系：h0=hf×cosα；h0=hg×sinα

 在煤矿生产过程中的应用：

  地层断距与

真断距是两个

不同的概念。

两点之间的距

离必须在两点

的连线（即相对位移方向）上量取，而两个面的距离与两个面相

对错移时的方向无关。因此，地层断距相同的断层，真断距未必

相等；真断距相等的断层，地层断距未必相等。

  地层断距不同于真断距，它们的各个分量也不存在对应关系。

只有在某些特定条件下，二者的某些分量才相等。如地层水平时，

地层断距=铅垂断距=铅垂地层断距。 

3、落差：

    横切或斜切断层的剖面内，上、下盘同一岩层界线与断层各有

一个交点，两个交点的高程差，叫落差（H），两个交点的水平

距离—平错（L），两点沿断层面的距离—倾斜间隔。

一般把断层倾向剖面内的落差值叫落差，

其它剖面内的落差值叫视落差。

（三）断层的分类

1、以两盘相对位移方向为基础的分类：

    该分类方案首先将断层分成三大类：

1）正断层：上盘相对下降，下盘相对上升。

2）逆断层：上盘相对上升，下盘相对下降。

3）平移断层：两盘沿断层面走向相对水平位移。

    若上盘相对逆倾向斜冲—逆平移断层。

    若上盘相对顺倾向斜滑—正平移断层。

2、根据断层走向与两盘岩层走向的关系分类：

1）走向断层：断层走向与岩层走向基本一致。

2）倾向断层：断层走向与岩层走向近于直交,与倾向平行。

3）斜交断层：断层走向与岩层走向斜交。

3、根据断层走向与褶曲轴向的关系分类：

  1）纵断层：断层走向与褶曲轴向近于平行。

  2）横断层：断层走向与褶曲轴向近于直交。

  3）斜断层：断层走向与褶曲轴向斜交。

4、根据断层的组合形式分类：

1）地堑和地垒（堑垒构造）：

2）迭瓦状构造：

3）阶梯状构造：

                         阶梯状断层

                                                                                                    地堑和地垒

（四）识别断层的标志

1、岩层的不连续

1）平面上表现为错开，剖面上表现为升降。证明有断层的存 

在，断层存在于平面上煤（岩）层错开的部位。

2）岩层走向发生急剧变化：由于两盘岩层在相对错动时，产

状发生变化而形成，是指一些大、中型断层而言。

2、煤（岩）层的重复与缺失

1）走向断层与岩层倾向相反时，正断层造成重复，逆断层造

成缺失。

2）倾向相同，且断层面倾角>岩层倾角，正断层造成缺失，逆

断层造成重复。

3）倾向相同，且断层面倾角<岩层倾角, 正断层造成重复，逆

断层造成缺失。

                                      走向断层造成岩层重复与缺失

                    a.c.e--走向断层造成岩层重复；b.d.f--走向断层造成岩层缺失

3、褶曲的突然变宽变窄

    褶曲被横向或斜向断层切割时，不仅表现为岩层分布不连续及

轴线不连续，还表现为褶曲核部宽度在断层两盘突然变化：

            P                      P                           C                         C

                  C         C        背斜                      P                         P     向斜

           P                       P                           C                           C

           下降        上升                                 上升            下降

    切割背斜时，上升盘变宽，下降盘变窄；切割向斜时，上升盘

变窄，下降盘变宽。平移断层切割褶曲，两盘宽度不变，但各地

层界线平行错开。斜移断层，既有平面错开，也有宽度变化。

4、牵引褶曲

    断层两盘沿断层面相对错移时产生的摩擦力，拖动断层附近的

岩层，使之弯曲而形成的褶曲。

    岩层因牵引而变薄的尖端指示了对盘运动方向。

5、断层角砾岩

6、地形上的陡壁、悬崖

7、水文特征

    有些断层导水性较强，往往成为地下水的出露地表通道，有些

断层切割含水层，形成泉水。沼泽、湖泊成排成带分布时，沿线

可能是一条或平行排列的数条断层。

（五）断层类型的确定

    主要指正断层、逆断层和平移断层的确定，常用的方法有：

1、经验类推法：

    根据以往研究成果，若某矿以正断层为主，那么所遇新断层，

就可以根据这种规律判断其类型为正断层。

2、小断层类比法：

    大断层附近常伴生一系列小断层。在

巷道掘进中若遇到一系列小断层，可判断

前方有大地层存在，且性质与小断层相同。       小断层类比

 

3、岩层层位对比法

    采用本方法时，必须掌握下列地质情况：

1）煤层顶、底板的岩性特征，植物化石分带。          .   150

2）煤层厚度及层间距。

3）煤层结构、夹矸厚度、岩性。                         100   .   .

                                                                                              A            B

                                               1#

                 1#                              2#

               2#                                                                    .

4、对比分析法                                                                                                                    

1）利用相邻井巷查明的       1#                 1#                         

断层的性质，判断新巷          2#

道所遇断层性质。                  利用相邻煤层判断          利用相邻井巷判断

2）利用相邻煤层资料判断

5、断层标志法

1）煤线方向指示另一盘错动方向

2）断层角砾岩：看角砾岩岩性，若全是顶板岩石，对

盘下降。若有底板岩石存在，对盘上升，此法只起辅助

作用。

3）擦痕：用手顺擦痕方向摸，光滑方向既手代表盘运

动方向。

4）根据钻孔资料：当巷道开到钻孔附近时,要充分利用

钻孔资料。

5）根据产状分析：要充分利用岩层产状资料。