福建连城坪上煤矿地质特征及找煤预测

2018-01-18雷德利

福建地质 2017年4期

雷德利

(福建省地质调查研究院，福州，350013)

连城坪上矿区位于上杭—云霄断裂带西北端的东北侧，赖坊—庙前北北东向次级断裂带南段；处于胡坊—永定隆起构造西缘，闽西南坳陷带西部含煤条带中部[1]；处于连城复式向斜中段东翼。矿区以推覆构造为主，且推覆构造对煤矿的贮存起到决定性的作用；区内滑脱断裂对煤系底部有直接限制作用。矿区产可采煤5层，煤层编号3，4，5，6，7，均产自童子岩组三段，而该煤系受推覆构造的控制,均贮存于更老的早石炭世林地组盖层之下。笔者以普查资料为依据*福建省地质调查研究院，福建省连城县坪上矿区煤矿普查报告，2014。，对矿区地质构造进行控煤分析，对区内煤层进行预测，为矿区下一步找矿勘查提供帮助。

1 矿区地质特征

1.1 地层

区内地层以不完整的晚古生代为主，其次为中生代沉积盖层。晚古生代地层有晚泥盆世桃子坑组，早石炭世林地组，晚石炭世经畲组、老虎洞组，早二叠世船山组，中二叠世栖霞组、文笔山组、童子岩组；中生代地层有晚侏罗世长林组，早白垩世坂头组。其中，煤层产自童子岩组；此外，矿区位于福建省西部含煤条带，童子岩组与文笔山组没有明显界线，故区内划分出童子岩组三段及中二叠世文笔山组至童子岩组二段这两套地层(图1)。

图1 连城县坪上煤矿地质图Fig.1 Geological map of Pingshang coal mine in Liancheng county1—第四系；2—坂头组；3—童子岩组三段；4—文笔山组至童子岩组二段；5—栖霞组；6—老虎洞组；7—经畲组；8—林地组；9—桃子坑组；10—晚侏罗世似斑状中粒黑云母正长花岗岩；11—晚侏罗世少斑中细粒黑云母正长花岗岩；12—晚侏罗世似斑状中粒黑云母二长花岗岩；13—花岗岩脉；14—整合地质界线；15—岩相界线；16—推测地质界线；17—角度不整合界线；18—平行不整合界线；19—逆冲推覆构造；20—逆断层及其编号；21—正断层及其编号；22—勘探线及编号；23—未知名植物化石及双圆海百合茎化石采集点；24—竣工钻孔及编号；25—矿区探矿权范围

中二叠世文笔山组至童子岩组二段：为一套以浅海相为主的沉积地层，大部分在北北东向呈飘带状断续出露于甲元亭—墩坑一带，其次在南山任西侧小范围出露。该段地层由滨海波浪带—泻湖海湾相两个大旋回组成，主要岩性为灰绿色、灰黑色薄层状泥岩，粉砂质泥岩夹中薄层状粉砂岩，呈北北东向展布，倾向北西，倾角35°～50°。该地层与童子岩组呈整合接触，东侧与林地组接触关系不详。

中二叠世童子岩组第三段：零星出露于矿区南部，大面积隐伏于矿区深部，见于ZK202、ZK401、ZK402、ZK403、ZK801、ZK802。该段以ZK401保存较完整，为一套海陆交互相含煤细碎屑沉积建造，由浅灰色细砂岩及灰黑色炭质泥质、粉砂质泥岩、泥岩和煤层、煤线组成，岩层多为中薄-中厚层状，局部为厚层状，水平层理发育，地层倾角25°～45°，地层厚度约175 m，含煤层、煤线11层，其中可采煤层5层。该段含丰富的植物化石、黄铁矿结核、泥质结核，底部地层含腕足类、海百合茎等动物化石。

1.2 侵入岩

区内晚侏罗世岩体发育，矿区西北角地表主要有肉红色少斑中细粒黑云母正长花岗岩；南侧的肉红色似斑状中粒黑云母正长花岗岩和东侧的晚侏罗世肉红色似斑状中粒黑云母二长花岗岩。但钻孔煤系段未见侵入岩，侵入岩对煤系影响不大。

1.3 构造

区内除早白垩世坂头组不整合于晚古生代地层之上以外，推覆构造与脱底断层组成总的构造骨架。矿区位于连城复式向斜东翼，受推覆构造影响，区内向斜特征不甚明显。区内断层有F0～F8，其中，F0为滑脱断层，F6为正断层，F1、F2、F3、F4、F5、F7为逆(冲)断层，F1～F4组成叠瓦状；F8为逆冲推覆构造前缘之反冲逆断层。

1.3.1 褶皱构造

区内晚古生代地层构成连城复式向斜之东翼，总体表现为单斜，总体倾向260°～280°，倾角15°～40°，从璧洲至外围西侧朋口一带，核部被晚三叠世岩体侵蚀产出不全；单斜内揉皱发育，呈紧闭状，孔内特征明显(图2)。

图2 坪上矿区钻孔内小褶皱示意图Fig.2 Sketch map of small fold structure in the borehole in Pingshang mining area

1.3.2 断层

F0滑脱断层：该断层从南庙前小莒煤矿、莒莲煤矿经该区至北长灌、北团煤矿，晚古生代地层均受其影响。断层走向北北东，倾向北西西，倾角40°～70°，在南侧区外庙前一带有出露。区内属隐伏断裂，7个孔均有揭露，表现为地层缺失，上盘为童子岩组第三段、文笔山组至童子岩组第二段，下盘为栖霞组。该断层是造成煤系底部缺失的重要构造，属区内主要的控矿构造之一，对煤系有直接影响，因直接影响煤系底部又名“脱底断层”[2]。

F1逆(冲)断层：出露于矿区南部ZK404东侧，见于ZK40孔深1370.10 m、ZK404孔深130.39 m处。断层走向北北东，倾向北西西，倾角为60°～75°，地表出露长度大于1.5 km，造成地层重复。断层上盘为文笔山组至童子岩组第二段，下盘为童子岩组第三段，含可采煤层，该构造断失下盘煤系顶部的同时也使下盘煤系免于风化剥失。

F2隐伏逆(冲)断层：仅由ZK401控制，下距F1断层110 m左右，倾角35°，断层上盘为文笔山组至童子岩组第二段，下盘为童子岩组第三段，见5层煤层。

F3逆冲推覆断层：该断层规模较大，地表断续呈港湾状出露，断层线见于勘察4线峰顶岌、戴头、南山任、墩坑及墙里等地，局部被早白垩世坂头组及第四系覆盖，长大于4 km；深部见于ZK401、ZK402、ZK403、ZK801、ZK802及ZK202。断层面走向南北，向西-西南倾伏，倾角30°左右，上盘为桃子坑组、林地组，下盘为长林组、文笔山组至童子岩组二段和三段，断层面两侧构造透镜体及片理化发育，反映了逆断层压性作用特征。该断层覆盖下部地层并于局部(ZK401)断失煤系，对大部分煤系起保护作用，属区内重要控矿构造之一。

F4逆(冲)断层：位于矿区的中西部，经TC601及ZK402揭露为逆断层，上盘地层为林地组、栖霞组、坂头组，下盘地层为林地组、坂头组等，断层对煤系无影响。

F5逆冲推覆断层：位于F0断层东侧，走向北北东，倾向北东东，倾角30°左右，上盘为林地组、经畲组；下盘为桃子坑组-船山组、栖霞组、文笔山组至童子岩组二段。

F6正断层：位于璧洲西北侧，走向北东，倾向北西，倾角60°，上盘为正长花岗岩、林地组；下盘为林地组、坂头组。断层角砾岩发育、断层面较陡及见擦痕。

F7逆冲推覆断层：分布于矿区东北侧宅塘一带，断层呈港湾状，内倾，倾角20°～25°，上盘为经畲组，下盘为文笔山组至童子岩组二段，断层面岩石破碎，硅化强烈，构造角砾岩发育，该断层对下盘煤系具有保护作用。

F8反冲逆断层：位于2至8线西部，璧洲东侧，自南往北呈港湾状，内倾，倾角30°左右，由4线剖面图处于海拔高位，见林地组老地层位于坂头组新地层之上， F8应属F4推覆构造的次生反冲断层，发育于推覆体之上，对煤系无影响。

2 煤系及煤层

2.1 煤系

矿区处于闽西南坳陷沉积区西部含煤条带[3]，煤系为童子岩组第三段，为一套海陆交互相沉积，由泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩组成。其下部含煤层，中部、上部含煤线。煤系从庙前经经畲煤矿、小莒煤矿、莒莲煤矿至坪上矿区断续出露，大多隐伏，走向北北东，倾向北西西，倾角40°～50°，整体控制于F3逆冲推覆面与F0滑脱构造面之间，与下伏文笔山组至童子岩组二段呈整合接触，(煤系)上与推覆体呈断层接触或与长林组呈角度不整合接触。

2.2 煤层

2.2.1 含煤性

矿区主要含煤地层为童子岩组第三段，厚度175 m，共含煤层煤线11层，总含煤系数1.88%，矿区童子岩组含煤性及煤层稳定性情况(表1，2)。

2.2.2 煤层对比

矿区建立4层标志层，自下而上依次编号为Ⅲ-1，Ⅲ-2，Ⅲ-3，Ⅲ-4(图3)，其中Ⅲ-1，Ⅲ-2分别对应长灌煤矿Ⅳ，Ⅲ标志层(正常层序Ⅲ在上、Ⅳ在下)，Ⅲ-1标志层之上以出现陆相沉积为特征，以植物化石为主、含煤，相当于童子岩组第三段；Ⅲ-1标志层以下为海相沉积，不含煤，可划分为文笔山组至童子岩组第二段沉积层。

Ⅲ-1标志层：对应长灌Ⅳ标志层，厚11.18 m，底部为含钙质石英砂岩，含丰富动物化石，具“路面”特征，产有Cyclocyclicussp. (双圆海百合茎)、Tachylasmasp.(束璧珊瑚)、Scwagerinasp.(希瓦格蜓)、Neoplicatiferahuangi(黄氏新轮贝)、Uncistegescfmaceus(Ching)(齿状勾盖贝)等化石。中部岩性为细粒石英砂岩，顶部为石英粉砂岩，标志层反映了浅海相特征，该层下部为海相沉积，标志层上部具陆相沉积特征，该层以下具海相沉积特征，该层为海陆交互相的分界，是划分P1t3与P1t2-P1w的界线，按“西部条带煤层编号”普遍将该层之上的第一层煤定为7号煤层[4]。

表1 童子岩组第三段含煤情况

表2 煤层稳定程度定性

图3 坪上矿区与长灌井田煤层对比图Fig.3 Comparison of coal seam to Pingshang mining area and Changguai coal mine

Ⅲ-2标志层：对应长灌Ⅲ标志层，厚4.6 m,以石英质细砂岩、粉砂岩为特征，含Pygmochonetesjingxianensis(泾县矮小戟贝)、lingualsp.(舌形贝)，指示泻湖海湾相。长灌井田该层为4号煤层的底板、5号煤层的顶板，亦即矿区该标志层上下煤层编号4，5。

据以上特征，对比编号较充分的属4，5，7号煤层，此外，其他煤层因构造作用强烈、化石收集不齐全，4号煤层之上编号为3，5层与7层之间编号为6，从而全区编号顺序为“3，4，5，6，7”。

2.2.3 煤层

坪上矿区煤层特征(表3)。

2.2.4 煤质

物理性质：煤岩呈钢灰-灰黑色，金刚-半金属光泽，参差状断口，少量阶梯状、贝壳状断口，比重中等，平均视密度1.60 t/m3。煤岩类型为半亮-光亮型，条带状块煤和粉粒状块煤，局部因挤压，表现为粉状。煤层结构以简单为主，局部复杂。

化学性质：矿区煤质为特低灰分-中灰分、高固定碳、高-特高发热量、低硫、低-中磷的一号无烟煤，是良好的工业用煤。

表3 坪上矿区主要煤层特征

3 构造控煤因素浅析及找煤预测

坪上矿区经历了印支期至燕山期的构造作用，煤系贮存于F3推覆构造与F0脱底断层之间，二者是区内煤系主要的控矿构造，此外煤系卷入连城复式向斜发展演化，产出形态多样，地质构造特征复杂。

3.1 推覆构造对煤系的控制

区内F1、F2、F3逆冲(推覆)断层直接作用于煤系，其中F1、F2发育于煤系内部直接使煤系断失或重复；F3规模较大，延伸较远，从2线至8线产出稳定，直接作用于下盘长林组、文笔山组至童子岩组二段和三段，在覆盖下部地层保护煤系的同时也局部(ZK401)断失煤系。

3.2 滑脱构造对煤系的控制

区内F0构造是直接影响煤系的滑脱构造，受其作用，童子岩组三段直接与栖霞组断层接触，煤系底部乃至文笔山组至童子岩组二段被断失，浅部ZK401、ZK404附近断层具张性特征(与滑脱断层后缘特征吻合)；往深部ZK402、ZK403附近断层带内构造透镜体发育，劈理、片理化强烈，具压扭性(与滑脱构造之中带偏前缘特征相似)，深部顺层产出，产状稳定，尤其在4线ZK402至ZK403该滑脱断层近乎平行与3～7号煤层，说明该构造往深部进一步断失可采煤层概率较小，此外，此断层面可作为煤层底界终孔标志。

3.3 构造演化

坪上煤矿构造演化特征(图4～7)。

图4 坪上矿区印支期煤层产出特征模式图Fig.4 The characteristic pattern of Indosinian coal seam in Pingshang mining area

图5 矿区印支晚期构造作用煤层模式图Fig.5 Late Indosinian tectonic coal seam pattern in mining area1—童子岩组三段；2—文笔山组至童子岩组二段；3—栖霞组；4—桃子坑组至船山组；5—晚三叠世二长花岗岩；6—地质界线、推测地质界线；7—断层；8—构造作用力

图6 矿区燕山期构造作用煤层模式图Fig.6 Coal seam model of tectonic action in Yanshan period in the deposit1—童子岩组三段；2—文笔山组至童子岩组二段；3—栖霞组；4林地组；5—桃子坑组至船山组；6—晚三叠世二长花岗岩；7—晚侏罗世正长花岗岩；8—地质界线、推测地质界线；9—断层

图7 矿区4线地质剖面图Fig.7 Geological map of No.4 exploration line in mining area1—第四系；2—坂头组；3—长林组；4—童子岩组三段；5—文笔山组至童子岩组二段；6—栖霞组；7—经畲组；8—林地组；9—桃子坑组至船山组；10—地质界线、推测地质界线；11—逆冲断层；12—滑脱断层

矿区煤系于中二叠世形成，至三叠纪印支早期，区域上从连城至上杭一线受水平构造作用，晚古生代地层形成宽缓的向斜构造，坪上矿区位于该向斜东翼。

坪上矿区及区域受印支晚期宣和岩体侵入作用，使得核部及西翼被侵蚀、东翼地层水平空间变小，加剧收缩褶皱形成此级复式褶皱及伴生断裂F1、F2，地层重复。

燕山期梅花山岩体侵入，地层水平空间继续受到挤压，形成F3推覆构造；局部地层被抬高，因重力作用，煤系滑脱形成F0滑脱构造。燕山晚期F4、F5逆断层叠加及白垩纪坂头组不整合覆盖，全区基本构造格局形成。

3.4 找煤潜力分析

矿区构造属复杂型-第Ⅲ类型，煤层稳定类型属第Ⅱ类型，总体勘查难度较大，经2至8线钻孔验证，证实了中部推覆构造下含煤，煤系属连城复式向斜之一翼，向西倾伏，产出状态稳定。煤层东段产状较陡，中西段产状变缓，在璧洲及南山任一带即4号、2号勘探线西段深部贮煤前景较大，勘查成果显示煤系走向延伸稳定，推测从南山任延伸至区外百家山，贮存隐伏煤层潜力较大，下一步应侧重在西部及西南部部署勘查工作。