太原西山煤田王封垒状断裂带几何学与运动学特征

【摘要】：山西省六大煤田之一的太原西山煤田,对太原市及周边市区的煤炭资源供应有着十分重要的作用,煤田主要开采石炭系和二叠系煤层。煤田位于太原盆地西侧,吕梁山东麓,西南出露燕山期侵入的二长岩体,构造形态总体为西翼陡峻、东翼宽缓的复式向斜,构造几何学形态的复杂性影响着煤炭的开发利用和安全生产。 太原西山煤田地质工作开展的近几十年以来,获取了大量的详尽资料,学者们总结了煤田的构造发育特点,但涉及到构造形态学、运动学等的研究尚有许多认识上的不足。煤田下部为奥陶系、寒武系沉积地层,地下水使得碳酸盐岩岩溶发育。岩溶陷落柱是地下水活跃的重要地表证据,同时,陷落柱内部保留了大量的地质信息,对于构造分析、地貌以及地下水运动规律都有重要的意义,而以往的地质工作常常忽略地表出露的岩溶陷落柱信息。 本文选取王封垒状断裂带东部及周边约50Km2区域为研究对象,结合大量的野外地质体露头剖面,从空间上多角度的观察构造形态特征,并运用地质耦合的原理来分析地质体几何学与运动学特征；依据地表陷落柱的空间分布特征,试讨论本区构造导水关系。 研究结果显示本区地质体近东西向以缩短变形为主,整体上表现为三个不规则的褶皱变形,褶皱形态多被北东东向断裂叠加改造；区域近南北向为较大尺度的伸展变形,由一系列的北东东向的正断层组合组成,这种形态特征使得整个研究区域表现为大量的破碎的断块构造。 前人提及的“王封-随老母垒状断裂带”仅延伸至磺厂沟东梁,并未延伸至太原盆地内部；北东东向正断层发生转换、分裂、滑脱以及伴生褶皱等现象,使得地质体形态复杂化；岩溶陷落柱多发生在北东东向断层边界变形强烈的地质体边界处,分析陷落柱多发生在断裂之后,是构造带导水的重要证据。 依据地质体几何学特征及断层的截切关系探讨本区运动学,建立构造相对事件时间序列,研究认为一期构造为东西方向的起伏褶皱变形,区内以挤压应力为主。中期构造为北东东向正断层组合,体现出了大尺度的近南北向伸展变形特征,这种脆性破裂叠加在一期构造之上,使得地质体整体破碎分离,最终形成断块,为地下水运移提供了良好的结构环境,岩溶陷落柱大量发育。最后,太原盆地开始断陷,表现为边山一阶断裂被北东东向断层所阻隔。