吾祠煤礦地質(zhì)構(gòu)造特征及其對(duì)煤系地層的影響

黃敏HUANG Min

（福建省煤田地質(zhì)勘查院，龍巖364021）

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

吾祠煤礦井口位于福建省漳平市靈地鄉(xiāng)，位于漳平城區(qū)33°方向，直距約40KM。礦區(qū)西與鷹夏鐵路、麥元發(fā)運(yùn)站相連，對(duì)外交通方便，運(yùn)輸條件較好。礦區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜，溝谷切割強(qiáng)烈植被發(fā)育，屬侵蝕構(gòu)造中低山地貌。因礦區(qū)地勢(shì)相對(duì)落差大，溝谷切割較深，有利于大氣降水及地下水排泄。本區(qū)地層有石炭系的林地組（C1l），二疊系中統(tǒng)的棲霞組（P1q）、文筆山組（P1w）和童子巖組（P1t）。二疊系上統(tǒng)翠屏山組（P2cp），三疊系下統(tǒng)溪口組（T1x）。其中童子巖組（P2t）是主要煤系地層。吾祠礦井位于太華—長(zhǎng)塔復(fù)式背斜西翼，北有北西走向的晉江—永安斷裂(310°)；南有北東走向的政和—大埔大斷裂(20°～30°)，受這兩條大斷裂的影響，吾祠井田構(gòu)造復(fù)雜，緩傾角斷層發(fā)育，煤系地層受到嚴(yán)重的破壞。

2 礦井煤系地層及煤層

該煤系地層屬二迭系中統(tǒng)童子巖組（p2t）：厚度大于809米，自下而上劃分為第一段、第二段、第三段。其中第一、第三段含煤，第二段不含煤，與下伏地層文筆山組是接觸關(guān)系，井田內(nèi)童子巖組第三段和第二段及第一段部分地層受F3、F1斷層破壞缺失。吾祠井田內(nèi)主要含煤地層為童子巖組一段地層（p1t1）總厚度340米。含煤36層，煤層總厚度13.93米，含煤系數(shù)4%。其中可采2層。即38#、39#煤?？偤穸?.17米，可采含煤系數(shù)1%。局部可采一層（38上1）厚度0.6米。局部可采含煤系數(shù)0.2%。以上38上1、38、39煤在各采區(qū)已揭露。

2.1 煤系地層 煤系地層是一套含有煤層并具有一定成因聯(lián)系的沉積巖系，亦稱含煤巖系、含煤建造、含煤地層等[1]。吾祠煤礦的含煤地層及翠屏山組特性見(jiàn)表1。

表1 含煤地層童子巖組（P2t）及翠屏山組（P3cp）特性一覽表

2.2 可采煤層 礦井內(nèi)可采煤層均屬腐植類無(wú)煙煤（其煤層特性見(jiàn)表2）。外觀為黑～鋼灰色、深黑色條紋。以金屬光澤為主，偶見(jiàn)玻璃光澤、階梯狀、參差狀及貝殼狀斷口均勻，其中細(xì)條帶狀結(jié)構(gòu)；可采煤層主要分布在一段地層，二段為不含煤的海相段，三段為含煤段，但含煤性差，煤層局部可采。吾祠煤礦的主采煤層為38#煤層和39#煤層。

表2 主要可采煤層煤厚及頂?shù)装宓忍卣鞅?/p>

38#煤層：為一煤組，通常有38上、138上2兩個(gè)分層，與38煤層組成3層式結(jié)構(gòu)。38上2與煤層層間距一般為5—8米。其間夾層泥巖或砂紙泥巖，具水平層理，煤組頂板厚度一般為10米，沿走向往西變薄，沿傾向呈相間變化。巖性以砂質(zhì)泥巖為主，粒度自下往上逐漸變粗。清晰水平層理。

39#煤層：其多為單層結(jié)構(gòu)，在某些部位分為上下兩層，甚至有些部位還存在上中下層。煤層的頂厚一般達(dá)到13米，其沿著兩邊成相間變化，其地質(zhì)結(jié)構(gòu)為砂質(zhì)巖，其結(jié)構(gòu)從上到下逐漸變細(xì)，而且一般水平隱埋，并且其還有結(jié)構(gòu)復(fù)雜的黃鐵礦以及黃鐵礦結(jié)核。在結(jié)構(gòu)巖層的底部的巖性比較細(xì)，并且存在動(dòng)物化石。39#煤層直接底板為4米厚的泥質(zhì)巖，多呈塊狀或隱蔽水平層理含泥鐵質(zhì)顆粒及植物根部化石，間接底板為39#下煤層及3～5米厚的泥巖或砂質(zhì)泥巖。

以上2層煤層均屬不穩(wěn)定類型，煤層在走向、傾向上波伏平凡；礦體呈藕節(jié)狀和串珠狀。

3 礦井構(gòu)造特征

3.1 褶曲構(gòu)造 井田內(nèi)的主要褶曲是隱伏于F1斷層上盤～F3斷層下盤之間童子巖組一段地層的褶曲，其主要的背向斜有10個(gè)。由北東往南西依次編號(hào)為2～11號(hào)，其中單號(hào)為背斜，雙號(hào)為向斜。井田東北部有一組倒轉(zhuǎn)背向斜。軸向總體為280°～320°，由南往北逐漸向西偏轉(zhuǎn)，東北部略向SE傾伏。延伸長(zhǎng)度500～4000m。褶曲的幅度14～190米不等。南西翼較緩，北東翼較陡，各勘探線基本上有控制。延伸長(zhǎng)度小于100米的小型倒轉(zhuǎn)褶曲亦較發(fā)育，軸面傾向以SSE～SW為主，傾角多大于45°。

3.2 斷裂構(gòu)造 井田內(nèi)主要斷層有：①緩傾角斷層：F0、F1、F2、F3、F101等五條；②SEE 走向正斷層：F4、F6、F102、F104等四條；③SEE走向逆斷層：F103。斷裂面具壓性特征，破裂面擠壓緊密，有時(shí)見(jiàn)到小型破碎揉皺帶充填的石英脈。據(jù)鉆孔揭露，緩傾角斷層斷裂破碎帶較小，寬0～5米，斷層附近均有不同程度的扭曲、破碎現(xiàn)象。F0、F1、F2、F3斷層形態(tài)基本一致，F(xiàn)6正斷層為井田南部邊界斷層，斷層帶寬0.5～10 米，見(jiàn)斷層角礫巖，硅質(zhì)膠結(jié)。F4、F6、F102、F104正斷層發(fā)育于童子巖組地層，破碎帶寬0～10米，常見(jiàn)石英巖侵入。主要斷層特性如表3所示。

表3 礦井主要斷層特征一覽表

3.3 構(gòu)造之間的關(guān)系 褶皺是地貌結(jié)構(gòu)受到長(zhǎng)期水平擠壓而發(fā)生的地貌變形而發(fā)生的地貌出現(xiàn)彎曲地貌，而斷裂時(shí)地貌在受到地殼外力的影響而發(fā)生變形，其產(chǎn)生斷裂的原因是外界的力量超過(guò)了地貌的極限強(qiáng)度，地貌原來(lái)的形狀遭到影響，但是褶皺和斷裂之間還是存在某些聯(lián)系。斷裂構(gòu)造是地殼中最常見(jiàn)的構(gòu)造形式之一，與成礦的關(guān)系極為密切。斷裂是由斷層、節(jié)理和劈理三個(gè)部分組成，斷裂構(gòu)造影響到煤的沉積環(huán)境及后期的保存、改造條件。褶皺構(gòu)造是地表表層巖石中一種常見(jiàn)的構(gòu)造形式，煤層具有明顯的控制作用。成礦前和成礦過(guò)程中形成的褶皺及其伴生構(gòu)造可以成為外生礦床的有利的成礦空間，成礦后的褶皺可以使先形成的層狀礦體因褶皺過(guò)程中的塑性流動(dòng)而發(fā)生明顯的改造。

3.3.1 褶皺與斷裂的關(guān)系 本礦井的斷裂形態(tài)與主體褶曲的背向斜形態(tài)基本一致，斷層傾伏面和巖層傾斜面基本一致。斷裂方向具有盆緣斷裂特征，往往呈圈閉性的弧狀、環(huán)狀，與聚煤盆地褶曲彎轉(zhuǎn)方向相協(xié)調(diào)，本礦井褶皺與斷裂之間的關(guān)系可分為如下兩種：

①由于褶皺的發(fā)生導(dǎo)致斷裂的形成，即先褶皺后斷裂，這種現(xiàn)象在二采區(qū)比較普遍，礦井內(nèi)的大小型斷層多屬于這種情況。如該礦井緩傾角斷層大部分屬于滑脫構(gòu)造，其發(fā)育與背斜隆起密切相關(guān)，印支期強(qiáng)大的水平壓應(yīng)力造成一些隆起區(qū)繼續(xù)隆起，使翼部的巖層獲得一個(gè)傾角的坡度，產(chǎn)生重力的不穩(wěn)定，巖層沿?cái)?shù)個(gè)軟弱面由高處向低處滑動(dòng)。本礦井F2、F3、F1、F0斷層形成屬這一情況。小型褶曲伴生的小斷層，如二采區(qū)+600水平石門處有一向斜伴生的小斷層就屬這種情況，該斷層為逆斷層（237°∠67°），使得39#煤層在斷面處重復(fù)，變厚。

②褶皺構(gòu)造的形成受控于斷裂，即由于斷層的發(fā)生而產(chǎn)生了褶皺。F0、F1、F2、F3、F101斷層大體上是呈平行排列，它們之間所夾的煤系各自派生互不相干的拖曳褶曲，給煤系以嚴(yán)重破壞。局部地區(qū)受到其他斷裂的干擾，略有變化。再如礦井內(nèi)有正斷層形成時(shí)都普遍出現(xiàn)上盤一側(cè)巖層有個(gè)向斜，下盤一側(cè)巖層有個(gè)背斜。這種現(xiàn)象本礦井內(nèi)較普遍，它也成為識(shí)別正斷層的重要標(biāo)志，礦井內(nèi)的中小型褶皺多屬于這種情況。

3.3.2 斷裂構(gòu)造之間的關(guān)系 礦井內(nèi)不同方向的斷裂構(gòu)造是在不同地質(zhì)時(shí)期的不同構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)作用下形成的，因而其交接關(guān)系也呈現(xiàn)出一定的特性：井田內(nèi)斷裂發(fā)育，具多向性多期次特點(diǎn)。主要有兩組，其中一組以走向NW～NNW 的緩斷裂為主，分別是 F0、F1、F2、F3、F101等 5 條斷層，另一組為走向SEE的正斷層，分別是F4、F6、F102、F104等4條。其中 F6斷層切穿 F1、F2、F3斷層，說(shuō)明 F1、F2、F3斷層先形成，F(xiàn)6斷層后形成，且在該礦井內(nèi)F6斷層對(duì)主采煤層沒(méi)什么影響。F101斷層切斷F1斷層，說(shuō)明F101斷層后形成于F1斷層，同樣 F101斷層對(duì)主采煤層沒(méi)什么影響，F(xiàn)4、F102、F104斷層夾在F1和F3斷層之間，其中F102和F104斷層切割主采煤層，使得位于上盤的煤層整體下降，保護(hù)了主采煤層，削弱了F3斷層對(duì)主采煤層的破壞。

4 構(gòu)造對(duì)煤系地層的影響

含煤區(qū)的分布受控于區(qū)域構(gòu)造，形成了多種構(gòu)造控煤形式，一定區(qū)域范圍內(nèi)同期構(gòu)造變形，往往具有一些成因的內(nèi)在聯(lián)系和共同特點(diǎn)[2]，不同時(shí)期、不同形式、不同規(guī)模的構(gòu)造具有不同控制作用[3]。

4.1 褶皺構(gòu)造的影響 構(gòu)造形態(tài)的控制：受到地理復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的因素，地貌容易受到水平地殼運(yùn)動(dòng)發(fā)展塑性變形，形成地貌發(fā)生彎曲等。這種地貌變化我們稱之為褶皺構(gòu)造[4]。具有煤資源的地貌其本身就比較松軟，在地殼運(yùn)動(dòng)的作用下其容易發(fā)生結(jié)構(gòu)層的塑性變化，導(dǎo)致煤層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變化，比如有的煤層有的地方厚，有的地方比較薄等，綜合分析褶皺構(gòu)造變動(dòng)對(duì)煤層的厚度影響非常大，當(dāng)具有煤層結(jié)構(gòu)的地貌在發(fā)生褶皺時(shí)其受到力的影響，煤層有壓力大的區(qū)域向壓力小的區(qū)域流動(dòng)，使得煤層出現(xiàn)中間厚，兩邊薄的現(xiàn)象。而如果地殼作用下出現(xiàn)垂直壓力就可能造成煤層中間薄，而兩遍厚的現(xiàn)象。本礦井較大規(guī)模的褶皺構(gòu)造引起的煤層加厚和減薄帶在平面上沿褶曲軸方向延伸，煤層加厚和減薄帶相伴出現(xiàn)，與主應(yīng)力方向垂直。因該礦井的小褶皺頻繁，造成煤層倒轉(zhuǎn)重復(fù)，空間上增加了可采煤層的儲(chǔ)量。本礦井的地層倒轉(zhuǎn)主要集中在二采區(qū)的東側(cè)。

4.2 斷裂構(gòu)造的影響 緩傾角斷裂對(duì)童子巖組煤層造成嚴(yán)重破壞，但也形成一些有利的因素，如因斷裂使煤層重復(fù)，造成儲(chǔ)量相對(duì)集中，含煤密度提高；或因斷層切割，造成煤系蓋層斷失變薄，使主要煤層的埋深抬高而易于勘探等。

由于本礦井童子巖組一段地層的底部和頂部受限于F1和F3滑覆斷層之間，而F1和F3滑覆斷層又呈波狀起伏狀態(tài)，童子巖組一段地層保存的厚度與緩斷裂的形態(tài)緊密相關(guān)。而井田的主要可采煤層均賦存于童子巖組一段地層中，當(dāng)F1斷層呈向斜出現(xiàn)時(shí)，保留童子巖組一段底部地層較完整，40#煤以下煤層就有可能被保留下來(lái)；當(dāng)呈背斜出現(xiàn)時(shí)，底部地層保留較不完整，40#以下煤層常被斷失。而F3斷層卻相反，呈向斜出現(xiàn)時(shí)，童子巖組一段上部地層被斷失，38#煤層易被斷失；呈背斜出現(xiàn)時(shí)，保留的地層較厚，主要可采煤層均有保存。

①F2斷層的延伸長(zhǎng)度大于4000米，其上盤為童子巖組三段第三亞段（P2t3-3）和翠屏山組（P3cp），下盤為童子巖組三段第二亞段（P2t3-2）；②F3斷層主要發(fā)育于童子巖組三段與一段地層之間，延伸長(zhǎng)度大于4000米，斷層面形態(tài)波狀起伏相對(duì)較大。破壞性最大，嚴(yán)重破壞了童子巖組地層的連續(xù)性，不僅使38號(hào)可采煤層部分被斷失，而且局部破壞了39#可采煤層的連續(xù)性，F(xiàn)3斷層上盤為童子巖組巖組三段第二亞段（P2t3-2）和第一亞段（P2t3-1），下盤為童子巖組一段的第二亞段（P2t1-2）和第三亞段（P2t1-3），局部地區(qū)為童子巖組二段（P2t2）；③F1斷層的延伸長(zhǎng)度大于4000米，其上盤為童子巖組一段第一亞段（P2t1-1），局部地區(qū)為文筆山組（P2w），下盤為文筆山組（P2w）。F1斷層破碎帶寬0～6米，斷層角礫巖不明顯。該斷層部分?jǐn)嗍訋r組一段下部，對(duì)39#煤層以下的地層影響較大。

井田F2、F3、F1和F0的構(gòu)造面，使礦區(qū)的小斷層進(jìn)一步破壞含煤地層的聯(lián)系性，并給煤礦開采帶來(lái)不利影響。

4.3 構(gòu)造對(duì)煤質(zhì)及煤厚的影響 構(gòu)造結(jié)構(gòu)對(duì)煤的影響是非常大的，尤其是在斷裂帶附件以及褶皺彎曲部位，當(dāng)外界的壓力超過(guò)地貌承受的壓力之后，就會(huì)出現(xiàn)地貌變化，隨之而來(lái)就是產(chǎn)生巨大的熱量，褶皺的變形部位中所面對(duì)的壓力是巨大的，它會(huì)在塑性變形中發(fā)出高熱量，最終形成高溫區(qū)，因此，在褶皺期，隆起帶上煤的變質(zhì)程度最高[6]。二采區(qū)+600水平石門處有一背斜可體現(xiàn)褶皺隆起帶煤變質(zhì)程度高這一理論，其軸部的39#煤相對(duì)于兩翼的煤是比較薄，但硬度比它們大，光澤也比兩翼的亮。斷裂帶：因地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，擠壓強(qiáng)烈，煤層原生結(jié)構(gòu)、構(gòu)造多遭受破壞，煤的原生結(jié)構(gòu)為條帶狀結(jié)構(gòu)，受后期構(gòu)造破壞后多數(shù)改變?yōu)樗榱罱Y(jié)構(gòu)，少量條帶狀、卷曲狀。煤的構(gòu)造因受后期構(gòu)造破壞，多數(shù)煤層成粒狀、鱗片狀集合體。由于童子巖組一段受F3和F1上、下兩條滑覆斷層的影響，煤層變質(zhì)程度偏高，發(fā)熱偏低。

由于本礦井的中小斷層非常發(fā)育，且正斷層居多，為巖漿流動(dòng)提供導(dǎo)通裂隙，中生代火成巖對(duì)本區(qū)煤系地層的侵襲、烘烤，加大煤的變質(zhì)程度。本礦井的巖漿侵入主要集中在北東區(qū)，井田內(nèi)所見(jiàn)基性巖為輝綠巖，以巖脈產(chǎn)出，規(guī)模小，對(duì)煤層影響不大。

在煤厚方面，由于層間滑動(dòng)構(gòu)造的影響，使煤層發(fā)生塑性流變產(chǎn)生厚薄不均現(xiàn)象。地貌斷裂造成的煤層結(jié)構(gòu)的變化相對(duì)于褶皺構(gòu)造來(lái)說(shuō)沒(méi)有特別的影響，其主要表現(xiàn)在斷裂部位出現(xiàn)煤層加厚或者變薄現(xiàn)象，一些正斷層由于引張拖拽作用，可導(dǎo)致斷層附近上、下盤煤層厚度變?。ㄒ?jiàn)圖1—a）；而一些逆斷層兩側(cè)可能出現(xiàn)煤層的逆掩重疊或擠壓聚集，形成厚煤帶（見(jiàn)圖1—b）。

圖1 由斷層引起的煤層厚度變化特征

5 結(jié)論

①本礦井地貌復(fù)雜，由于受到地殼運(yùn)動(dòng)以及斷層等運(yùn)動(dòng)影響，使得煤層結(jié)構(gòu)遭到一定程度的影響破壞，煤層表面存在許多斷塊，而在斷面部位又形成半地塹式及階梯狀抬斜斷塊等形式，F(xiàn)3斷層導(dǎo)致38#可采煤層部分被斷失，39#局部被破壞了煤層的連續(xù)性。②緩傾角斷裂對(duì)礦井的煤系地層賦存起著決定性的作用，使煤層重復(fù)出現(xiàn)，造成儲(chǔ)量相對(duì)集中，含煤密度提高；同時(shí)由于斷層的切割，造成煤系蓋層斷失變薄，使主采煤層的埋深抬高而易于勘探。③由于地殼的運(yùn)動(dòng)以及外界壓力的影響，巖漿流入導(dǎo)致煤層的結(jié)構(gòu)層次也出現(xiàn)南西與北東分帶的特點(diǎn)，由東北向西南變質(zhì)程度逐漸變低，在斷裂帶及褶皺彎曲部位的變質(zhì)程度較大。

[1]王定武,王運(yùn)泉.煤田地質(zhì)與勘探方法[M].泉州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,1995，4.

[2]馮萬(wàn)馨,吳俊剛.東濮凹陷西部斜坡帶構(gòu)造樣式研究[J].石油地質(zhì),2009（4）:93.

[3]王海泉.禹州煤田構(gòu)造控煤特征分析[J].中州煤炭,2008(5):41.

[4]車樹成,張榮偉.煤礦地質(zhì)學(xué)[M].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2005.

[5]劉程,李向東,楊守國(guó).地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤層厚度的影響研究[J].煤礦安全,2007.

[6]李啟金.贛北二疊紀(jì)煤礦控煤構(gòu)造條件研究[J].江西地質(zhì),1990,4（4）:408.