地质概况

10. 2. 1 地层
荆各庄井田隶属开平煤田，位于开平向斜的西北侧。煤田古生代地层广泛分布，上部石炭-二叠系为含煤岩系，各系、统间多以整合或假整合接触( 表 10. 2) 。井田含煤地层为石炭系、二叠系，上覆第四系冲积层。含煤地层基底为中奥陶世灰岩，含煤地层层组划分为: 唐山组、开平组、赵各庄组、大苗庄组及唐家庄组 5 段地层。
10. 2. 2 煤层
井田含煤地层主要为石炭系、二叠系。煤层在各组地层中的分布见表 10. 3。井田煤系主要由石炭系上统和二叠系下统组成，煤系总厚度约 450m，共含大小煤层十九层，煤层总厚度约 25. 3m，含煤系数为 5. 7%。其中可采煤层共 4 层，即 9 煤、12－ 1煤、11 煤、9 煤，各煤层间距分别为 18. 4m，17. 1m，4. 5m，可采含煤系数 3. 6%。可采煤层集中在赵各庄组和大苗庄组。
表 10. 2 区域地层表


注: 据 2001 全国地层委员会和 2004 国际地层委员会发布的时代划分方案，石炭纪二分，二叠纪三分，但为了与矿上其他资料吻合方便起见，本次仍沿用旧的时代划分方案。
表 10. 3 各煤层在地层中的分布表


其中 9 煤层赋存于二叠系下统大苗庄组，埋藏深度 －135 ～458m，是下伏 3 个煤层的解放煤层，平均厚度 7. 5m。全区发育稳定，为矿井的主要可采煤层，对全矿井的产量、煤质起着决定性作用，对高产高效矿井建设和企业生存发展有着特殊重要的意义。本书将考虑 9煤顶板的突水情况。
9 煤层顶板条件分析: 9 煤层顶板岩性为砂岩、泥岩互层。距煤层 2. 0m 以上为灰白色中细粒砂岩( 俗称白砂矸) ，层厚 0 ～ 18. 2m，高岭土胶结，岩性松软，易风化冒落，遇水膨胀呈泥状，难以控制，是采掘施工顶板管理的一大难题。Ⅴ含水层覆盖于 9 煤层之上，二者间距 44. 3 ～79. 4m。对井田内 9 煤层顶板资料( 见表 10. 4) 统计分析，发生两次较大突水事故的南翼采区，9 煤层至Ⅴ含水层间距最小，采高 2. 8m 时导水裂隙就已经沟通了Ⅴ含水层。直接顶板 15. 4m 厚的白砂矸也是造成顶板冒落失控而突水的因素之一。东翼二采区及深部采区都有与之相近的顶板条件和突水可能性，而西翼采区顶板白砂矸较薄且不稳定，Ⅴ含水层水文地质条件较差，受水威胁程度相对较低。
表 10. 4 9 煤顶板特征


10.2.3 矿井构造
井田位于开平向斜的西北侧，中隔凤山-
缸窑背斜自成一盆状向斜。南北长约3.5km，东西宽约3.4km，北端闭合，南端开放，其轮廓恰似一个直径3.5km的亚圆形，面积约9km2。断裂构造和褶曲是井田内的主要构造形式，并由此造成含煤地层的产状起伏变化、节理裂隙纵横发育。根据井田内各区段构造特征的差异，可将井田划分为3个构造块段(图10.2)。
西翼块段:本块段西部和北部至基岩露头线，东部至F5断层及荆各庄向斜轴线位置，南部至F3断层。南北长3500m，东西宽500～900m，包括西一采区、西二采区和二水平轴西采区。块段内地层由东向西逐渐变陡，倾角15°～55°，断裂构造极为发育，且多数为冲断层，断层面倾角一般为大于45°，正断层少见。断层走向主要为NNE向，为井田内构造最复杂的地段。

图10.2 井田构造略图

东翼块段:其范围西至井田向斜轴线，北至F16断层及7号剖面线，南至F3断层，包括东翼采区及二水平轴东采区。东西长2500m，南北宽1500m。区内地层产状一般较为平坦，倾角多在15°以下，以断裂构造为主，且多为正断层。断层面倾角多在60°以上，逆断层以逆掩断层形式多见，断层面倾角常常小于45°，断层走向呈NW向或NNW向。
中南块段:其范围西至西翼块段，北至基岩风化带，东南至东翼块段。东西长1500m，南北宽1000m。区内地层产状平缓，倾角0°～15°，NW向的正断层较为发育，构造复杂程度介于西翼块段和东翼块段之间。
10.2.3.1 主要褶曲构造
荆各庄矿井田自身即为一个盆状向斜，向斜轴线偏居西侧，近南北延伸，中部略向西呈弧形弯曲，并向南偏东倾伏，倾伏角约5°～6°。向斜轴线西侧地层产状急陡，而东侧则较为舒缓，同时向斜边缘较中部地层产状陡。这种构造特征直接影响了井田不同区域断裂构造的性质和发育程度。在井田东部有一舒缓横向褶皱，轴线方向N43°E，长700m，宽300m，两翼倾角5°～10°。
在井田中南部有一小型背斜，轴线方向N40°E，长600m以上。背斜西部一翼产状较陡，倾角25°～60°;东部则地层较舒缓，倾角15°～25°。背斜脊部张性断裂非常发育，同时煤岩层均有拉伸变薄现象，2095，2097，2099，2020S泄水巷等工程对其均有控制。
10.2.3.2 主要断层构造
荆各庄矿区断裂构造复杂，井田内主要断层有:
(1)F1～F3断层组:这是3条密集平行排列的逆断层，位于井田南部，构成了井田的天然边界。三者均为逆掩断层，走向35°～60°，倾角南东，断层面倾角35°～46°，累计落差70～145m，延伸长度3500m。这组断层在地质及水文地质方面对井田起着十分重要的作用。断层带附近地层被断褶得错综复杂，支离破碎，其两侧延续到相当范围，裂隙节理丛生，使地层具有强充水性。更为重要的是，它沟通了上下含水层的水力联系，使邻近区域内水文地质条件复杂化。该断层主要由4条地质剖面和15个地面钻孔控制，其防水煤柱范围内仍是井巷工程禁区。
(2)F16正断层:位于井田中部，是井田内极为重要的断层。断层走向近东西，倾角55°～78°，最大落差35m，延伸长度达1100余m。该断层不仅落差大，而且断层破碎带宽，局部达0.1～1.1m，因此曾一度具有很强的充水性，给延深工程的施工带来许多困难。通过延深工程2020S泄水巷、2090探巷、2095、1320、1119等井巷工程控制，该断层的展布延伸与落差变化已基本清楚。F16断层是轴东采区与南翼采区、东翼采区与南翼采区的天然界线。
(3)F26正断层:位于井田中部，F16断层南侧，走向近东西向，断层面倾角65°，落差8～30m。由于其走向与F16基本一致而倾向相反，因此在两断层间形成了较大的地堑构造。F26断层延伸长度500m，主要控制工程有2020E、2049、2020W、2020S泄水巷、2090及钻孔荆放3。
(4)FE9正断层:位于井田东翼的西南端并向轴东采区延伸，走向近东西，倾角45°～75°，最大落差10m，延伸长度950m。断层面平直，断层上盘或下盘有煤层拉薄现象。控制工程主要有2097、2095、1391、1392、1393、荆14孔。
(5)F19逆断层:位于井田西一采区，走向呈NNE向，倾角38°～70°，最大落差28m，延伸长度500m以上。断层带宽0.3～0.5m，为泥质充填，断层面擦痕明显，两盘牵引现象明显，使煤岩层倾角变化较大，最大可达50°以上。断层落差向深部有增大趋势，控制工程有1294、1292、1210、1214。井田内东翼及南翼以正断层为主，轴东采区的构造特征与东翼及南翼的构造情况比较相似。通过分析发现东翼及南翼断层大部分为NW-SE向的正断层，少数为NE向的逆断层。其断层分布具有一定的等距性，从北到南为由简单至复杂间隔分布。西翼采区以逆断层为主，走向大多为NE-NEE向，同样以断层组的形式出现，大部分为雁列式的逆断层，但断层组之间无等距性规律。

陈家庄凸起横亘于济阳坳陷中部，呈近东西走向。南临东营凹陷，北与沾化凹陷相连，东接垦东-孤岛凸起，西隔流钟洼陷与无棣凸起相望。该凸起及北坡目前已经发现古生界、中生界、沙四段、沙三段、沙一段、东营组、馆陶组等多套含油层系，凸起超覆带主要探明了以馆陶组为主要层系的陈家庄油田 (图 6-1)。
1.地层沉积
陈家庄凸起带自下而上发育的地层有太古宇、古生界、中生界、新近系馆陶组、明化镇组及第四系平原组。区内发育 － 区域性的不整合面: 新近系与前新近系之间的不整合，前古近系地层分布具有规律性，受基底断层———罗西断层的控制，断层下降盘分布有中生界，但只存留有中下侏罗统砾岩及薄层煤层沉积; 上升盘以陈 27-陈 37 井之间为界，南部凸起高点为太古宇花岗片麻岩，北部为古生界。古生界地层与区域特征相当，地层整体北倾，倾角为11° ～13°，由南至北依次出露寒武-奥陶系、石炭-二叠系，层位由老变新。
古近系为滨浅湖相沉积，环绕凸起主体分布。沙一段不整合于潜山之上，以底部出现生物灰岩为标志，地层厚度 0 ～50 m。东营组继承沙一段沉积特点，向南超覆尖灭，为三角洲砂泥岩沉积，其顶部遭受剥蚀，残留东营组下段下部地层，厚度 0 ～80 m，沉积范围超过沙一段。新近系馆陶组在古地形之上继承性沉积，馆下段超覆于潜山翼部，将低部位填平以后，馆上段披覆全区。明化镇组及第四系平原组也随之覆盖全区。
2.构造特征
陈家庄凸起具有典型的 “二元”地质结构，上构造层为新近系、第四系地层，下构造层为前新近系地层。凸起总体上呈南高北低的构造形态。在漫长的地质演化过程中，陈家庄凸起经历了多期构造运动，构造高部位遭受严重的风化、淋滤、剥蚀，前新近系形成了“沟梁”相间的古地貌特征 (图 6-1)。
受罗西断层的影响，陈家庄凸起被分为东、西两个部分，西 “山头”称为陈西凸起，轴向呈东西走向，构造高点位于陈 23 井区，顶面埋深 960 m，潜山整体较大，区内馆陶组上段沉积时露头总面积超过 200km2，露头高度约 360 m; 东 “山头”称为陈东凸起，轴向呈近北西走向，构造高点位于陈 4 井区，埋深 1160 m。陈东凸起较陈西凸起构造稍缓，区内发育了多个次级山包，顶面埋深 1200 ～1300 m。该区潜山形体较小，馆陶组上段沉积时陈 4 潜山露头面积约 20 km2，高度约 200 m; 其余潜山在平面上零星分布，露头面积小于0.5 km2。陈东凸起与陈西凸起之间为罗西断层活动形成的沟谷，走向近北西向，构造趋势南高北低，沟谷南窄北宽，沿罗西断层由南向北散开。
区内发育的罗西断层为北西走向，前古近系断距由北向南逐渐变小，与陈南大断层相交后消失。罗西断层主要活动期为燕山期，至古近系孔店组沉积时基本停止活动。凸起北部断层较为发育，多为在早期基底断裂的基础上后期继承性活动的断层，凸起南部断层不发育。
陈家庄凸起新近系构造层由北向南层层超覆，直至披覆于凸起之上。其北部的古近系盖层继承了前古近系构造形态，产状趋缓。北部斜坡带由西向东发育了邵西鼻状构造、邵7-邵 9 断裂带、罗家鼻状构造等。

图 6-1 陈家庄凸起东段馆陶组底面构造及馆陶组含油面积图

5.2.1 地层

井田位于开平煤田西北侧，开平煤田地层属华北型沉积。煤田古生代地层广泛分布，上部石炭-二叠系为含煤岩系，各系、统间多以整合或假整合接触(表5.2)。井田含煤地层上覆第四系冲积层。含煤地层基底为中奥陶统灰岩，含煤地层层组划分为:唐山组、开平组、赵各庄组，大苗庄组及唐家庄组5段地层。

表5.2 区域地层表

注:据2001全国地层委员会和2004国际地层委员会发布的时代划分方案，石炭纪二分，二叠纪三分，但为了与矿上其他资料吻合方便起见，本次仍沿用旧的时代划分方案。

5.2.2 煤层

井田含煤地层主要为石炭-二叠系。煤层在各组地层中的分布见表5.3。井田内主要可采煤层主要为6层，分别是煤8、煤9、煤11、煤12-1、煤12-2和煤12_下。局部可采煤层为3层，分别是煤5、煤7、煤14-1。可采煤层总厚度21m，含煤系数4.54%。研究煤层为煤12-2。

表5.3 各煤层在地层中的分布表

各个煤层的详细特征分别叙述如下。

(1)煤5:该煤层属大苗庄组。为一不稳定的局部可采煤层。单一煤层，偶有一层夹矸。煤5顶板主要由中厚层状深灰色粉砂岩组成，在6－15剖面线之间有细砂岩零星分布。直接底板主要由厚层状粉砂岩及粘土岩组成。

(2)煤7:该煤层属大苗组。为一不稳定的可采煤层。平均煤厚1.15m，单一煤层为主，局部有1～3层夹矸，结构较简单。直接顶板岩性变化大，主要由浅灰、灰白色钙质磁针结的粉砂岩、细砂岩组成，裂隙发育，含植物化石。直接底板厚度及岩性变化较大，厚度有北厚南薄的趋势，直接底板多见灰色砾状粘土岩。

(3)煤8:该煤层属大苗庄组，为稳定—较稳定的可采煤层。平均厚度3.53m。单一煤层为主，局部为2～4层夹矸，结构较简单。顶板岩性局部为黑色粉砂岩或粘土岩，伪顶与直接顶之间有炭化面，极易冒落。直接顶为凝灰质胶结的细砂岩，裂隙发育，遇水膨胀呈粉末状。底板厚度及岩性变化较大，为沉凝灰质胶结的中—细砂岩，遇水膨胀。

(4)煤9:该煤层属大苗庄组，为一稳定的可采煤层。平均厚度4.10m。单一煤层为主，局部2～5层夹矸，结构较复杂。直接顶板为粉砂岩、细砂岩及中砂岩。直接底板以灰色—灰黑色条带状细砂岩为主。

(5)煤11:该煤层属赵各庄组，为一稳定的可采中厚煤层，平均厚度2.18m。煤层结构单一，局部含1～2层夹矸，结构较简单。直接顶板黑灰色粉砂岩，富含铁质结核，呈串珠状排列。老顶为浅灰色细砂岩。直接底为灰黑色粉砂岩，富含植物根化石。

(6)煤12-1:该煤层属赵各庄组，为一稳定—较稳定的中厚可采煤层，平均厚度2.23m。煤层结构以单一煤层为主，偶有一层夹矸，结构简单。直接顶板以浅灰色—灰色细砂岩为主，次为粉砂岩或粘土岩。直接底板为灰色粉砂岩，泥质胶结，含植物化石，往下颗粒变粗，成中砂岩，局部为粗砂岩。

(7)煤12-2:该煤层属赵各庄组，为一较稳定的可采中厚煤层，平均煤厚2.25m。煤层结构复杂，多为2～5层夹矸，夹矸层数多，厚度变化大。顶板为灰色砂岩或粘土岩石，风化后易破碎，一旦被揭露，因其吸水膨胀导致巷道变形，故应加强防范，底板为深灰色细—粉砂岩，岩性细腻、均匀，含碳质，性较脆。

(8)煤12下:该煤层属赵各庄组。为一桅顶的可采薄煤层，平均厚度1.13m。煤层结构以单一煤层为主，偶尔有一层夹矸，结构简单。直接顶板为深灰—黑灰色粉砂岩，岩性均一、细腻、坚硬，断口平坦，富含黄铁矿结核。直接底板为深灰中厚层状粉砂岩或粘土岩，富含黄铁矿结核，岩性致密、均一。

(9)煤14－1:该煤层属开平组。为一局部可采煤层，平均厚度1.76m。煤层结构为少数单一煤层，有1～3层夹矸，结构较为复杂。顶板为褐灰色薄层生物碎屑灰岩(K5)，质不纯，致密、坚硬，厚度0～0.82m，虽厚度较薄但发育较稳定。直接底板为褐色粉砂岩或粘土岩。

5.2.3 矿井构造

井田主要构造形态为车轴山向斜东南翼的单斜构造，只是在井田的西北局部为向斜构造。向斜轴为N60°E，轴面向西北方向倾斜且与铅垂面之间夹角约20°，枢纽向西南方向倾伏13°角。向斜在油房庄北部转折，向斜两翼地层产状变化较明显，西北翼地层急陡，倾角在65°～85°之间，一般为70°;东南翼地层平缓，倾角在12°～25°之间，一般为20°。向斜内断裂构造较发育，断层与向斜轴方向走向多一致，见东欢坨井田构造纲要图(图5.2)。

图5.2 井田构造纲略图

根据断层和褶曲等主要构造形态，井田划分为4个构造块:

Ⅰ区:东南翼16剖面以东至向斜轴为一个构造块段，本块段在走向、倾向上变化均不大，呈简单的单斜构造，共发现58条断层，断层密度1.38条/km。

Ⅱ区:东南翼16剖面至F₃₅断层。本块段以张-张扭性的高角度倾向或斜交的正断层为主，断层较发育，落差较大。该区发现有17条断层(F₂₂～F₃₇)其中正断层16条，落差大于50m的有:F₂₂，F₂₇，F₃₁，F₃₂，F₃₅等7条;落差30～49m断层有F₂₃，F₂₆，F₃₀3条，小于30m的6条，该地段为本矿井远景规划的块段。

Ⅲ区:F₃₅断层以西至24剖面线，该段由10个精查钻孔控制，勘探程度相对较低，未发现较大断层。

Ⅳ区:西北翼为第三构造块段，该块段地层急陡，多发育走向压性逆断层，经过三维地震补充勘探，控制条断层5条，分别为DF₁₁，DF₁₂，DF₁₄，DF₂₂，DF₂₇。

本井田的地质构造主要以断层为主，褶曲构造不甚发育;在建井阶段未发现岩浆岩侵入及岩溶陷落柱发育。

(1)断裂构造。通过勘探，发现这些断层有如下发育特征与规律:①以张性及张扭性正断层为主，但也有少量逆断层存在;②方向性强，本区以北东向断层为主;③倾角集中，倾角多集中在55°～75°;④总体规模小，大部分断层落差小于30m;⑤断层分布，测区内分布不均匀，测区中南部断层稀少。

(2)褶皱。井田主要发育有车轴山向斜，该向斜为狭长不对称向斜，展布于井田东北侧边界附近。褶皱轴走向为NEE～SWW向，平面上延展约20km，轴面倾向NW。向斜NW翼地层产状较陡，多在50°以上，构造较复杂;而SE翼地层产状相对较平缓，多不超过25°，一般为16°，构造相对较简单。矿区的大部分区域就位于车轴山向斜的SE翼。