福建省大田县水井坑矿区含煤地层及构造控煤规律研究.pdf

福建省大田县水井坑矿区含煤地层 及构造控煤规律研究 连斌 1 , 邓瑞锦 2 1、 龙岩学院资源工程系福建龙岩3 6 4 0 0 2;2、 福建1 9 6地质队福建沙县3 6 5 5 0 0 摘要 大田县水井坑矿区位于福建省中部含煤条带中-北段, 煤系地层以“ 天窗” 的形式分布在矿区的北部沟 谷一带。区内地质构造发育, 发育多条缓断裂构造, 对煤系地层的赋存影响较大, 对该区构造控煤的研究, 对本区 及外围的找煤具有重大的意义。 关键词 大田县水井坑; 含煤地层; 断裂构造; 控煤规律 中图分类号T D 1 文献标识码A 文章编号1 6 7 3 - 4 6 2 9 2 0 0 7 0 3 - 0 0 4 1 - 0 4 龙岩学院学报 J O U R N A LO FL O N G Y A NU N I V E R S I T Y 2 0 0 7年6月 第2 5卷第3期 J u n e 2 0 0 7 V o l . 2 5N o . 3 收稿日期2 0 0 61 20 5 作者简介 连斌1 9 6 4 , 男, 福建龙岩人, 讲师, 主要研究方向 煤矿地质及地质灾害。 1前言 福建省大田县水井坑矿区位于大田县城北北东3 4 2 , 直距约4 1 k m, 行政区划隶属大田县广平镇丰庄村管辖。地 理坐标为东经1 1 7 4 1 ′ 1 5 ″ - 1 1 7 4 2 ′ 0 0 ″,北纬2 6 0 3 ′ 3 0 ″ - 2 6 0 5 ′ 0 0 ″; 本区属于正在勘查的矿区[ 1 ], 煤系地层仅出露 0 . 0 6平方公里,西侧为大田县大吉煤矿与小吉井田,1 9 8 7 年福建省闽西地质大队一分队在小吉井田勘探时作为外 围曾作填图找煤工作, 当时作为零星块段未进一步开展工 作。随着福建省煤田地质勘探的进一步深入、 对二叠系含 煤地层沉积环境研究所取得的成果以及滑脱构造理论在 地质找矿中的应用, 为本区及其外围找煤提供了依据。 2矿区地质特征 2 . 1区域地质 本地区位于闽西南晚古生代凹陷的北东边缘,政和- 大埔断裂带西侧, 属于广平向斜的西端。 2 . 1 . 1区域地层 本地区出露的地层有上元古界变质岩系P t 3m y , 晚泥 盆 系 天 瓦 岽组D3t 、 桃子坑组 D3t z , 早 石 炭 系 林 地 组 C 1l , 晚石炭系船山组C 3c , 早二叠系栖霞组P1q 、 文笔 山组P 1w 、 童子岩组P1t , 早侏罗系梨山组J 1l 等。 2 . 1 . 2区域构造 由变质岩系及晚古生界地层构成一个向东突出的紧 密的线形褶曲-广平向斜。区内构造线发育着北北东-北东 向断裂, 花岗斑岩、 石英斑岩沿断裂带侵入。 2 . 1 . 3岩浆岩 区域上岩浆岩有加里东期片麻状花岗岩体 γ m 3 , 自 变质作用强烈, 普遍蛇纹石化, 后期热液作用进而出现透 闪石化、 滑石化、 绿泥石化。岩性为混合花岗岩、 二云母花 岗岩; 呈岩株和岩基产出。主要造岩矿物为 钾长石、 斜长 石、白云母和黑云母 主要暗色矿物 。岩石化学成分中 C a O的平均含量大于1 , 属于钙碱性花岗岩。副矿物主要 为磷灰石、 石榴子石、 钛铁矿、 独居石、 磷钇矿, 磁铁矿含量 少等。呈大面积岩席状覆盖在矿区东北部、 南东部外围。 在西北侧有燕山晚期花岗斑岩岩体及东北侧的花岗 斑岩岩株, 岩石呈灰白色, 具斑状结构、 碎裂结构、 片麻状 构造, 造岩矿物普遍碎裂, 并呈定向分布; 钾长石似斑晶碎 斑状、 眼球状, 为条纹长石, 分解条纹不发育, 具有卡氏双 晶和不均匀、不清晰的格子双晶。斜长石为更长石-中长 石, 双晶纹断折、 错位。石英破碎重结晶, 具有强烈状消光。 副矿物主要为磁铁矿、 钛铁矿、 榍石、 磷灰石、 褐帘石等铁 钛钙成分组合, 零星出现石榴子石、 独居石、 磷钇矿等。 2 . 1 . 4变质作用 区内变质作用较为明显,主要表现为区域变质作用、 少量热液变质作用; 岩浆岩表现为混合岩化, 沉积岩微弱 变质见少量红柱石化、 绢云母化, 断裂带附近可见硅化、 黄 铁矿化、 铅锌矿化、 绿泥石化。 2 . 2矿区地质 2 . 2 . 1矿区地层 勘查区为隐伏煤系矿区,其地表大面积出露的地层 为 晚侏罗系长林组J 3c 、 早二叠系童子岩组 P1t 、 文笔山 组 P 1w 、 栖霞组 P 1q 、 晚泥盆系桃子坑组 D 3t z 。早石炭系林 地组 C 1l 为隐伏地层 见图1、2、3 。从老到新简述如下 [ 2 ] A晚泥盆系桃子坑组 D3t z 主要分布在区内9线以南的大部分区域内, 为推覆体 盖层; 为一套浅变质的石英砾岩、 砂砾岩及紫红色绢云母 化粉砂岩和泥质岩。厚度不详。 B早石炭系林地组 C1l 岩性以灰白色厚层变质石英砾岩、 石英砂砾岩、 含砾 4 1 砂岩、 石英砂岩为主, 夹粉砂岩、 泥岩。地表未见出露, 仅见 于深部钻孔中。 图1福建省大田县水井坑矿区地质构造纲要图 C早二叠系地层 A 栖霞组 P 1q 出露于矿区1 0 - 9线和1 3 - 1 5线的东部;主要岩性为 灰、 深灰色, 中厚层状～巨厚层状, 块状结构, 含燧石结核。 顶部局部夹1 5 m厚薄层状硅质岩, 中部夹薄层状或透镜状 泥灰岩, 下部夹薄层泥灰岩。 上部层面见有炭质薄膜。 含蜒 科、 海百合茎化石。厚度大于2 0 0 m。 B 文笔山组P 1w 分布于矿区深部,浅海～滨海相沉积。主要岩性为灰 色、 深灰色、 灰黑色薄层泥岩, 局部夹薄层粉砂岩。下部以 泥岩为主, 底部有时夹薄层泥灰岩。含少量虫迹, 偶见海百 合茎化石, 上部以粉砂岩为主, 层面见丰富的白云母片。与 下伏栖霞组呈整合接触。厚度大于1 0 0 m。 C 童子岩组P 1t 地表出露在矿区中部, 分布面积小, 为一套海陆交互 相沉积含煤地层, 岩性由灰色、 深灰色、 灰黑色薄-中厚层 状细砂岩、 粉砂岩、 泥质岩、 煤层等组成, 含煤层、 煤线3 0 多层, 其中不稳定可采煤层8层。含大羽羊齿等植物化石 和腕足类、 瓣鳃类等动物化石。厚度大于6 8 0 m。根据沉积 岩相、含煤性及生物群化石组合特征可划为三个岩性段, 自下而上为第一段P 1t 1 、 第二段P 1t 2 、 第三段P 1t 3 , 其中 第二段不含煤。 D 晚侏罗系长林组J 3c 主要分布于勘查区的西北部及南部F 4下盘。为一套 凝灰质砂砾岩、 粉砂岩、 凝灰岩、 流纹岩等组成, 上部夹煤线。 2 . 2 . 2含煤地层 2 . 2 . 2 . 1区域含煤地层 煤系地层为下二叠统童子岩组,地层总厚度大于6 8 0 米。在福建省煤产地的大范围内, 它属于童子岩组聚煤环 境的“ 中含煤带” , 是我省下二叠统的主要含煤带。 综合大田县广平、建设及永安市的槐南等周边地区的 勘查井田的成果及生产矿井的地质成果,童子岩组地层的 基本特征明显,不论从岩石地层单位的角度,还是从含煤 性、 生物化石组合, 在划分的三个地层段中, 各自特征突出, 易于区分, 从下至上划分为一、 二、 三段, 分段特征如下 ①童子岩组一段P 1t 1 , 地层厚度3 1 3米 童子岩组在大田矿区从上至下划分为三个亚段, 即第 一亚段P 1t 1 - 1 、 第二亚段P 1t 1 - 2 和第三亚段P 1t 1 - 3 。 第三亚段P 1t 1 - 3 地层厚度7 7 . 5米, 由深灰色～灰黑色 泥质岩细粉砂岩与薄层石英细砂岩煤层交替组成。煤层编 号2 0 ～ 2 7号, 其中可采3层, 分别为2 1、2 2、2 6号。 第二亚段P 1t 1 - 2 地层厚度1 0 6米。由灰黑色～深灰色 泥质岩、 细粉砂岩夹薄层粗粉砂岩、 薄～中厚层状细砂岩和 煤层组成, 底界为3 7号煤底板的石英细砂岩, 或为第Ⅲ标 志层的顶界。煤层编号2 8 ～ 3 7号, 其中2 8、3 0、3 3号煤层大 部可采,2 9、3 4、3 6号煤层局部可采。 第一亚段P 1t 1 - 1 地层厚度1 2 9 . 5米。由灰黑色～深灰 色泥质岩、 粗细粉砂岩、 薄～中厚层状石英细砂岩和煤层组 成。底界为5 ～ 6米的厚层状中细粒石英砂岩与文笔山组整 合接触。本亚段煤层编号3 8 ～ 4 6号, 其中3 9、4 1、4 3号煤层 可采。 ②童子岩组二段P 1t 2 , 地层厚度7 6 ～ 1 2 6米, 平均8 6 米。 为浅海相细碎屑岩无煤沉积。 上部为深灰色细粉砂岩与泥质岩互层, 夹薄层状石英 细砂岩, 含较多扁平状、 大个体椭球状菱铁质结核, 产丰富 动物化石, 其中以海百合茎为特征, 其余有线纹长身贝、 剌 围脊贝、 华夏贝、 皱戟贝、 蛏形蛤、 栗蛤、 燕海扇、 付色尔特 菊石、 寿昌菊石等化石。 中～下部以泥质岩为主, 夹少量粉砂岩, 含扁平状、 似 层状菱铁质结核、 粉砂质结核及丰富的动物化石、 黄铁矿 化虫迹等。动物化石有网格苔藓虫、 齿状钩盖贝、 线纹长身 贝、 细戟贝、 泾县矮戟贝、 燕海扇、 栗蛤、 寿昌菊石、 珊瑚、 海 百合茎等。底界为薄层泥晶质灰岩或钙质砂岩、 产新米氏 蜓、 复通道蜓、 海百合茎、 腕足类等化石。 ③童子岩组三段P 1t 3 地层厚度大于2 8 1 米。 可分为上、 中、 下三个亚段, 本勘查区周边矿区由于受 上覆推覆体的切割, 一般仅保留中、 下亚段。 上亚段P 1t 3 - 3 , 地层厚度大于3 7米。保留的地层仅为 4 2 本亚段的下部, 岩性以细砂岩为主, 次为粉砂岩、 泥质岩夹 多层煤线。含大羽羊齿, 少量黄铁矿结核、 粉砂质结核, 常 见有星散状、 团块状菱铁质鲕粒。亚段底界为石英细砂岩, 呈深灰色, 层面含炭质, 中下部含少量泥质岩片, 厚度一般 3 ～ 6米。 中亚段P 1t 3 - 2 地层厚度1 1 8 . 5米。岩性以灰黑色泥质 岩、 细粉砂岩为主, 次为深灰色粗粉砂岩和石英细砂岩。上 部含星散状团块状菱铁质鲕粒, 中部含煤线2 0余层, 煤层 间距小, 其中上部煤层顶板多数产植物化石。由于地层在 各井田残缺不全, 煤层可采性不详。下部1 0、1 1号煤为局 部可采煤层。 下亚段P 1t 3 - 1 地层厚度1 2 5 . 5米。由深灰色～灰黑色 粗、 细粉砂岩、 泥质岩互层, 夹薄层石英细砂岩及钙质细砂 岩、 钙质粉砂岩组成, 煤层编号1 2 ～ 1 9号。其中1 6、1 8、1 9 号煤层可采。 2 . 2 . 2 . 2区域可采煤层 三段可采煤层目前已知的有中亚段的1 0、1 1号, 下 亚段的1 6、1 8、1 9号计5层; 一段可采煤层有 第三亚段的 2 1、2 2、2 6号,第二亚段的2 8、2 9、3 0、3 3、3 4、3 6号, 第一亚 段的3 9、4 1、4 3号计1 2层[ 1 ]。 图2福建省大田县水井坑矿区1 0线地质冲面图 图3福建省大田县水井坑矿区1 3线地质冲面图 2 . 2 . 2 . 3矿区含煤地层 根据地表出露和钻孔揭露本区含煤地层为童子岩组 一段P 1t 1 , 地层厚度约3 0 0米, 揭露的一段可采煤层有第 三亚段的2 6号,第二亚段的2 8号, 第一亚段的3 9、4 1、4 3 号计5层。三段仅保存底部的少量地层。矿区内含煤地层 其岩性组合特征与周边的含煤地层具有相似性和可比性。 2 . 2 . 2 . 4含煤地层沉积相和沉积组合 本区童子岩组地层除第二段是以浅海 远滨 相为主 外, 基本上是一套碎屑滨岸带沉积。所包括的沉积相主要 有临滨相、 前滨和后滨相、 泻湖相, 其次是潮道相、 潮坪相、 滨岸湖泊相。沼泽和泥炭沼泽沉积与多种沉积相共生并分 布在几种充填层序的顶部。 含煤地层中的一、 三段主要沉积组合有 障壁岛-泻湖 沉积组合、 潮坪-潮道沉积组合、 滨岸湖泊沉积组合, 其中 障壁岛-泻湖沉积组合是最主要的。 2 . 2 . 3矿区构造特征 本区总体为一复式背斜构造, 构造线的方向大致呈北 北东向。总体地层倾向向西偏北。根据区内地质勘查工作 和分析研究, 矿区的断裂构造可以划分为推覆断层、 缓倾 角缺层型滑动断层、 高角度正断层和逆断层。褶皱构造为 一复式背斜构造,受挤压褶曲作用常形成次级的斜歪、 倒 转甚至翻转的背向斜。 2 . 2 . 3 . 1矿区褶皱构造 见图2、3 受多期次构造的影响本区为一复式背斜构造, 轴向近 南北, 次级褶曲发育局部出现倒转。 2 . 2 . 3 . 2矿区断裂构造 见图2、3 ①推覆断层[ 3 ] 本区推覆断层发育, 是印支运动的产物。揭露的推覆 断层有F 0 1、F0 2、F0 3。倾角具有上陡下缓的特点。 F 0 1发育于栖霞组与童子岩组地层之间, 上盘为栖霞组 地层, 下盘为童子岩组地层。 F 0 2发育于加里东期花岗岩体与早二叠系地层, 上盘为 加里东期花岗岩, 下盘为早二叠系地层。 F 0 3发育于晚泥盆系桃子坑组地层, 上盘为晚泥盆系桃 子坑组地层, 下盘为早二叠系地层和加里东期花岗岩。 ②缓倾角缺层型滑动断层 F 0 发育于煤系地层与文笔山组地层之间, 上盘为童子 岩组一段, 下盘为文笔山组地层。 F 0 4 发育于早石炭系林地组地层与早二叠系地层之 间, 上盘为早二叠系地层, 下盘为早石炭系林地组地层。 ③高角度断层 F 2正断层 位于区内南侧, 倾向向南, 倾角约大于6 5 , 延伸长度大于1 8 0 0米, 上盘为晚侏罗系长林组, 下盘为晚 侏罗系长林组-早石炭系林地组地层。 F 3正断层 位于西侧, 倾向向西, 倾角大于6 0 , 延伸长 度大于1 7 0 0米, 上盘为晚侏罗系长林组, 下盘为早二叠系 地层。 ④逆断层 F 4逆断层 位于1 0线附近, 倾向北东, 逆推方向由北 东向南西, 走向近东西向, 倾角约2 0 - 3 0 , 延伸长度不清, 该断层发育于早二叠系童子岩组一段地层中。 2 . 2 . 4矿区岩浆岩分布 本区岩浆岩地表主要分布在东北侧为燕山晚期第一 4 3 阶段第四次侵入的花岗斑岩, 钻孔控制加里东期片麻状花 岗岩。 3构造控煤规律 通过已有工程的控制本区的构造控煤因素可分为褶 皱构造控煤和断裂构造控煤[ 4 ]。 3 . 1褶皱构造控煤 褶皱构造控煤的作用主要是引起煤厚变化[ 5 ], 一般在 褶曲的轴部增厚, 而在翼部减薄或尖灭, 煤层由于产生塑 性流动, 原生结构和构造遭到破坏, 形成构造煤。煤层呈鳞 片状、 粉末状, 并出现大量滑面、 擦痕和揉皱构造。较大规 模的褶皱构造引起的煤层加厚和减薄带在平面上沿褶曲 轴方向延伸, 煤层加厚和减薄带相伴出现, 与主应力方向 垂直。从钻孔控制的3 9号煤层分析厚度变化从0 . 7 1米- 7 . 2 2米, 可以看出钻孔有的控制到了褶曲的轴部。该层煤 的原生厚度从邻近的矿区以及开采的矿井煤巷统计, 应在 1 . 5 - 2 . 0米之间才属于原生正常厚度。 3 . 2断裂构造控煤 断裂构造控煤的作用主要表现在倾向上和走向上, 不 同类型的断裂对煤层的赋存各不相同。 3 . 2 . 1推覆断层控煤作用 推覆断层F 0 1、F0 2、F0 3所处的空间位置不同,对含煤地 层的破坏各不相同。其中仅F 0 1对煤系地层的破坏最大, 造 成东翼的三段含煤地层基本缺失,其形成早于其它两条; F 0 2、F0 3推覆断层是在F0 1形成之后发生的, 其主要造成盖层 厚度变大, 增加勘探难度, 但也为老地层和侵入岩 指燕山 运动以前 之下找煤提供新的思路。 3 . 2 . 2缓倾角缺层型滑动断层控煤作用 缺层型滑动断层F 0、F0 4, 其上覆系统为煤系地层, 下伏 系统为非煤系地层,此类断层主要影响煤系地层在倾向 上的延伸, 同时, 对造成煤系地层褶曲发育, 影响煤层的 稳定性。 3 . 2 . 3高角度断层控煤作用 F 2为南部边界断层, 该断层的存在影响煤系地层在走 向上延伸;F 3断层为处于区内的西侧, 是一条走向正断层, 影响煤系地层在倾向上的延伸,也构成了矿区的西部边 界。此两条断层的存在使煤系地层总体抬高有利于勘探。 3 . 2 . 4逆断层控煤作用 F 4逆断层位于早二叠系童子岩组一段地层中, 受其影 响造成含煤地层的重复, 由于断距较小, 对煤层的赋存量 影响较小。 4结语 福建省大田县水井坑矿区含煤地层属于二叠系童子 岩, 主要含煤层段为一段地层, 主要可采煤层为2 6、2 8、3 9、 4 1号四层。该区含煤地层属于障壁岛-泻湖沉积组合。 该区地质构造复杂总体为一复式背斜构造, 构造线的 方向大致呈北北东向。发育多期次的推覆和滑脱断层。主 要控煤构造以断裂构造为主, 褶皱构造仅对煤层的厚度存 在影响。影响煤系地层在倾向与走向上延伸的断层主要有 推覆断层F 0 1、F2、F3, 对煤系地层的赋存影响较大。 对该区构 造控煤的研究, 对本区及外围的找煤具有重大的意义。 参考文献 [ 1 ]福建省1 9 6煤田地质勘探队.福建省大田县水井坑 矿区煤矿勘查项目资料[ R ] .沙县 福建省1 9 6煤田地质勘 探队,2 0 0 6 . [ 2 ]陈钟惠, 等.福建下二叠统童子岩组的沉积环境和 聚煤规律[ M ] .武汉 中国地质大学出版社,1 9 9 3 . [ 3 ]王桂梁, 等.滑脱构造研究[ M ] .北京 科学出版社, 1 9 9 2 . [ 4 ]李增学, 等.煤田地质学[ M ] .北京 地质出版社,1 9 8 9 . [ 5 ]徐开礼, 朱志澄.构造地质学[ M ] .北京 地质出版 社,1 9 8 9 . 责任编辑 邱维敦 R e s e a r c ho nC o a l L a y e r s a t S h u i j i n g k e n gMi n e o f D a t i a nC o u n t y , F u j i a nP r o v i n c e a n dS t r u c t u r a l C o a l C o n t r o l L a w L I A NB i n,D e n g R u i - j i n A b s t r a c tS h u i j i n g k e n g M i n e i s l o c a t e di nt h e c e n t e r - n o r t hs e c t i o no f t h e c o a l l a y e r s i nc e n t r a l F u j i a nP r o v i n c e .T h e c o a l l a y e r s a r e d i s t r i b u t e di nt h e f o r mo f“s k y w i n d o w s”i nt h e n o r t ho f t h e m i n i n g a r e a . I nt h e m i n i n g a r e a,g e o l o g i c a l s t r u c t u r e i s d e - v e l o p i n g , c a u s i n gs o m ef a u l t s t r u c t u r e s . T h ef a u l t s t r u c t u r e s h a v ec o n s i d e r a b l ee f f e c t o nt h es t o r a g eo f c o a l m e a s u r es t r a t a . S t u d y o nt h e s t r u c t u r a l c o a l c o n t r o l l a wi nt h i s a r e a w i l l b e o f i m p o r t a n c e t o t h e c o a l f i n d i n g o f t h i s a r e a a n dt h e p e r i p h e r a l a r e a s . K e yw o r d sS h u i j i n g k e n g i nD a t i a nc o u n t y;c o a l l a y e r s;f a u l t s t r u c t u r e;c o a l m i n i n g l a w 4 4