贵州水城县蟠龙乡长银煤矿矿床地质及成因分析

2021-11-18谢晓勇魏声鹏李定文

现代矿业 2021年10期

谢晓勇魏声鹏李定文

（贵州省有色金属和核工业地质勘查局五总队）

贵州素有“江南煤海”之称，贵州西部的水城地区又是煤海中的煤海［1］。长银煤矿位于贵州省水城县东南部的蟠龙乡。自1965年以来，多家单位在该区开展了大量的地质勘探工作，目前已圈定煤的保有资源储量共6 234万t，煤层气潜在资源储量为

3.643亿m3。该矿床在区域上具有典型的代表性。煤层出露于二叠系龙潭组地层中，地层可分为3段，每段地层中的层厚、煤层发育情况均不一样。这对其形成环境及形成过程具有重要的指示意义。据此，本研究通过对长银煤矿的地质特征进行总结分析，初步探究该矿床的成因。

1 区域地质背景

自中晚元古代以来，贵州地区可划分为扬子陆块和华南褶皱系2个一级构造单元。黔北隆起、黔南坳陷、川南盆缘坳陷、雪峰褶皱带、右江褶皱带等5个二级构造单元［2］（图1（a））。矿区处于扬子准地台黔北台隆六盘水断陷威宁北西向构造变形区内，区域褶皱和断裂发育（图1（b））。主要褶皱有三丈水背斜、盘龙向斜、小河边向斜、土地垭向斜、大河边向斜以及中营向斜。断裂主要有水城断裂带。矿区范围所在区域构造位置处于三丈水背斜北段西翼，地层倒转，产状陡立。区域出露地层主要为石炭系、二叠系，其岩石组合以碳酸盐岩为主，其次为碎屑岩沉积建造，中二叠统峨眉山玄武岩组则为一套大陆溢流拉斑玄武岩，上部为浅灰绿色黏土质凝灰岩，其下以深灰、灰黑色块状玄武岩为主。

晚二叠世是水城地区重要的成煤时期，期间，扬子地块呈西高东低、西陆东海的格局［3］。此外，西部地区断裂构造活动广泛，大量玄武岩浆发生喷溢，聚煤盆地基底得到显著的填平补齐［4］。聚煤沉积盆地基底通常存在着古断裂，这恰好对聚煤盆地有着较为明显的控制作用。因此，由于区内紫云—班都、师宗—贵阳断裂影响，水城地区的含煤地层主要为海陆交互相沉积［5］。龙潭早期玄武岩浆停止喷溢，西部地区开始接受沉积。龙潭晚期，区内构造活动逐步趋于平稳，聚煤盆地性质渐变为坳陷型。而且雨水较多，河流搬运显著增强。从而，三角洲广泛发育，物源（碎屑）供应充足，是十分理想的聚煤场所［6］。

2 矿区地质特征

2.1 地层岩性

矿区内主要出露二叠系、三叠系地层（图1（c）），局部有第四系覆盖。自东向西地层由老到新分布，因受地质构造活动影响，矿区内F6断层以东地层均发生倒转。第四系不整合覆于以上各地层上。

（1）二叠系中统茅口组（P2m）为灰、浅灰色灰岩、白云质灰岩，质地较纯，坚硬，厚至中厚层状，含块状燧石，中、下部夹有厚层状、层理不清的结晶质灰岩，产蜓科化石。地层主要出露于区内东部至边界外，呈带状，近南北向展布。

（2）二叠系上统峨嵋山玄武岩组（P3β）上部主要为灰绿色、深灰色拉斑玄武岩，隐晶质结构玄武岩，下部主要为深灰黑色块状拉斑玄武岩及少量玄武质熔岩集块岩，玄武质凝灰熔岩。地层于区内中部大面积出露，呈带状，近南北向展布，与下伏茅口组（P2m）地层为平行不整合接触关系。

（3）二叠系上统龙潭组（P3l）为含煤地层，由灰—深灰色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、粉砂岩、泥岩、泥质灰岩、灰岩和煤层组成。产蕨类植物化石及少量腕足类动物化石。地层于区内中部大面积出露，呈带状，近南北向展布。

（4）二叠系上统长兴组（P3c）主要出露于区内北部，F4断层至矿区南部，地表第四系覆盖较深，未出露，为灰色、深灰色中厚层状至厚层状细晶至中晶石灰岩，块状构造。

（5）三叠系下统飞仙关组（T1f）主要出露于区内矿界西部。岩性为灰褐、黄褐、灰绿、灰、紫灰、灰紫色薄—中厚层粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩夹薄层灰岩、泥灰岩。具波状层理、交错层理，含瓣鳃类及腕足类化石。

（6）三叠系下统永宁镇组（T1yn）出露于测区西部，主要为浅灰薄至中厚层状泥晶灰岩，淡绿、浅色中厚层状白云岩、白云质灰岩、泥质灰岩、夹薄层灰绿色粉砂岩及泥岩。

（7）第四系（Q）为残坡积层，由灰岩、泥页岩、砂岩、玄武岩的风化产物组成，其中混杂有上述岩石碎块，另有大范围的灰岩、玄武岩崩塌、滑坡堆积物，主要分布在龙潭组地层的缓坡处。

2.2 构造

矿区位于三丈水背斜北段西翼，F6断层为界以东，为一向东倾斜的单斜构造，由T1y～P2m地层构成，地层走向北北东，倾向为东偏北，倾角为75°～85°，平均为80°，矿区范围内地层均发生倒转；F6断层为界以西为一向西倾斜的单斜构造，由T2g～T1f地层构成，地层走向北北东，倾向西偏南。矿区范围内及附近主要有南北向断层1条，北西向断层1条，东西向断层2条（表1）。其次矿区内还发育有断距小于5 m的多条断裂，可采煤层主要赋存于P3l中，总体上保存较好。

2.3 岩相古地理

聚煤作用通常发生于冲积平原、三角洲平原、潮坪、泻湖和碳酸盐岩台地等沉积环境［7-8］。但不同的沉积环境，其聚煤作用强度有所不同，由上三角洲平原到下三角洲平原、潮坪、泻湖、障壁坝，再到碳酸盐岩台地具有减弱趋势［9］。水城长银煤矿位于扬子地块西缘，二叠纪龙潭期，水城地区处于三角洲的沉积环境（图2），利于煤矿形成。

3 含煤岩系地质特征

矿区含煤地层为二叠系龙潭组，一套海陆交互相含煤沉积地层。岩性由灰色、黄灰色、紫灰色或浅灰色薄层状至中层状细砂至粉砂岩、泥砂质岩石、炭质泥岩以及煤层组成，局部夹有薄层高岭石泥岩。各岩性粒度在剖面上具有明显的旋回特征。而在横向上相变明显，由北向南逐渐变厚；垂向上正粒序层理或逆粒序层理。地层厚289.60 m。产束羊齿、栉羊齿等植物化石及似瓦岗贝等动物化石。主要出露于矿区中部，与下伏地层呈假整合接触。含煤层11～43层，一般为25层，煤层平均总厚为21.50 m，含煤系数为8.00%，含可采煤层7层（C14、C15、C16、C17、C18、C19、C29），可采煤层总厚为15.58 m，可采煤率为5.80%。根据岩性，由下至上分为3段，具体分述如下：

第一段（P3l1）煤系底部至B3标志层顶，岩性以灰、浅灰色砂岩、铝土岩为主，粉砂质泥岩及煤层。厚44.75～88.95 m，平均为67.58 m，含煤3～12层，一般为5层，含可采煤层1层。

第二段（P3l2）为B3标志层顶至B1标志层顶，由灰、浅灰色砂岩、细砂岩、粉砂岩，粉砂质泥岩及煤层组成。厚111.07～160.22 m，平均为139.07 m，为矿区主要含煤段。含煤8～15层，一般为10层，含可采煤层5层（C15、C16、C17、C18、C19）。

第三段（P3l3）为B1标志层顶至煤系顶部，岩性为局部含铁质或泥质的粉砂岩、钙质泥岩以及薄煤层（或煤线），夹薄层泥灰岩。厚39.75～115.69 m，平均为82.95 m。含煤2～7层，一般为3层，含零星可采点（C14）。该段煤层层位、厚度较稳定。动、植物化石种类多，有大羽羊齿、扇叶、蕉羊齿等。

4 矿床成因浅析

综上所述，含煤岩系龙潭组地层的岩石组成、岩性粒度等均指示有多个旋回的沉积特征。据钻孔资料显示，矿区内的岩相在横向上变化不大，垂向上交错层理清晰，呈现出明显的海进海退沉积旋回。对应的岩性旋回表现为由灰岩、砂岩、泥岩再到煤沉积多个旋回。整体上可分为3个旋回，第一旋回地层平均厚度为67.58 m，第二旋回地层平均厚度为139.07 m，第三旋回为82.95 m。指示为一个先海侵，然后海退的过程。龙潭期的地层主要呈泻湖相、泥炭沼泽相、前三角洲相、三角洲前缘相及沼泽相等，而当时的水城属于三角洲沉积地区［10］。此外，水城地区西临康滇古陆，即离物源区较近，利于沉积。在这样的背景下，有丰富的陆源碎屑补给。海侵时，海平面上升速率较大，且与泥炭堆积速率保持平衡，利于泥炭层堆积的可容纳空间持续很长时间，从而形成较厚的煤层［1］。