福建省天湖山煤礦區(qū)控煤條件及隱伏區(qū)下找煤方向研究

羅大富

(福建省197地質(zhì)大隊(duì)，福建泉州 362011)

0 前言

福建省為缺煤省份，天湖山煤礦區(qū)歷經(jīng)數(shù)十年開(kāi)發(fā)，地表及淺部資源近枯竭，煤田地質(zhì)工作重點(diǎn)已經(jīng)轉(zhuǎn)向深部和隱伏區(qū)。而近年來(lái)財(cái)政專項(xiàng)項(xiàng)目“三下”隱伏區(qū)找煤，特別是火山巖覆蓋區(qū)找煤取得較好的突破。因此加強(qiáng)天湖山煤礦區(qū)深部及外圍煤系地層古地理、后期構(gòu)造特征與巖體侵入對(duì)煤系的改造規(guī)律認(rèn)識(shí)，研究天湖山煤礦區(qū)各類蓋層，特別是推覆體、滑覆體、火山巖等蓋層分布變化，從而探討隱伏區(qū)煤炭資源賦存分布情況，預(yù)測(cè)可供勘查開(kāi)發(fā)的煤炭遠(yuǎn)景區(qū)塊，具有一定的經(jīng)濟(jì)社會(huì)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 古地理

福建省大地構(gòu)造位置處于西太平洋板塊(菲律賓板塊)和中國(guó)大陸板塊之交接地帶，至早二疊世童子巖期，華夏古陸以西基本上準(zhǔn)平原化了，一次小小的海浸也有相當(dāng)廣布的面積。在這塊“平原”之中，自東往西可進(jìn)一步分出三個(gè)狹長(zhǎng)的北東向坳陷盆地，分別為古田—華安坳陷、南平—龍巖坳陷、將樂(lè)—武平坳陷(圖1)。二疊世在三個(gè)次級(jí)坳陷中沉積形成東條帶、中條帶和西條帶共三個(gè)北東向含煤沉積建造。東條帶地層三分性明顯，一段為海陸交互相，含煤性好，二段為海相泥巖，三段為含煤的海陸交互相到陸相沉積。

1.2 成煤期后區(qū)域構(gòu)造

在福建省二疊紀(jì)煤系形成之后，晚三疊紀(jì)末印支運(yùn)動(dòng)使晚三疊紀(jì)以前地層(包括二疊紀(jì)煤系)發(fā)生中心隆起，形成北東向復(fù)式背、向斜(穹盆)構(gòu)造；中心周邊發(fā)育線帶狀滑覆、推覆構(gòu)造體系。而后燕山運(yùn)動(dòng)總體以斷陷為主，早期以水平擠壓形成開(kāi)闊寬緩褶皺； 中后期大規(guī)模巖漿活動(dòng)及推覆滑覆構(gòu)造發(fā)育；進(jìn)一步促使二疊紀(jì)煤田構(gòu)造更為復(fù)雜。

圖1 閩西南地區(qū)二疊紀(jì)含煤盆地分布圖Figure 1 Distribution of Permian coal-bearing basinsin southwestern Fujian

天湖山煤礦區(qū)經(jīng)歷了上述構(gòu)造運(yùn)動(dòng)后，童子巖組含煤地層發(fā)育褶皺、滑脫、沖斷構(gòu)造變化，表現(xiàn)為含煤地層缺失，部分被掩蓋，后期被巖漿巖吞噬和火山巖覆蓋埋藏，并在長(zhǎng)期不同程度的剝蝕作用，大大改變了原始產(chǎn)狀面貌，在地質(zhì)圖上表現(xiàn)為孤立塊段產(chǎn)出。因此在大面積的火山巖及溪口組等蓋層下，仍有巨大的找煤潛力。

2 區(qū)內(nèi)控煤條件

2.1 地層

天湖山煤田位于閩西南拗陷帶東部條帶，泥盆系安砂群(D3)——白堊系下統(tǒng)石帽山組(K1sh)和第四系均有出露(表1)，其中侏羅系分布最廣泛，其它地層均零星或小面積分布。因受斷層影響，大部份地層保存不全，尤其受推覆、滑覆構(gòu)造影響，使地層新老倒置或缺失。區(qū)內(nèi)童子巖組僅在永春下洋、安溪?jiǎng)Χ?、德化曾坂等有較大面積出露，大部均埋藏于天湖山煤礦區(qū)及外圍深部。

2.2 構(gòu)造

晚三疊世末的印支運(yùn)動(dòng)，使本區(qū)內(nèi)形成了北東、北北東的褶皺和斷裂體系并伴有巖漿侵入。主要區(qū)域構(gòu)造有北東向大田-華安斷裂帶(西側(cè))、北東向福安-南靖斷裂帶(東側(cè))，永安-晉江斷裂(南側(cè))呈北西向斜貫全區(qū)；東西向斷裂主要發(fā)育安溪縣霞春、福前一帶。這些斷裂褶皺控制了二疊系童巖組總本北東向的展布在(如圖2)。

2.2.1 褶皺

區(qū)內(nèi)主要發(fā)育了陽(yáng)山—?jiǎng)Χ繁承?、屏山—一都向斜、佛嶺—云路向斜。

陽(yáng)山—?jiǎng)Χ窂?fù)式背斜：北起德化安村，經(jīng)陽(yáng)山、天湖山，南至安溪尾厝，延長(zhǎng)達(dá)65km以上，因受斷裂、侵入巖破壞而保存不完整的復(fù)式背斜。軸向北東25°～30°，往南傾伏。背斜核部主要出露上泥盆統(tǒng)安砂群,東翼上姚至天湖山一帶保存較完整，并被上侏羅統(tǒng)火山巖系所超覆。西翼為大片中生代火山巖系掩蓋。

表1 研究區(qū)地層表

屏山—一都復(fù)式向斜位于陽(yáng)山-劍斗背斜西側(cè)，軸向NE25°～30°，為開(kāi)闊復(fù)式向斜，被中生代火山巖系掩蓋，形跡模糊。而發(fā)育于德化陽(yáng)山—安溪?jiǎng)Χ窎|側(cè)的佛嶺—云路向斜，亦因向斜形成的低洼地帶成為燕山期火山噴發(fā)物沉積的場(chǎng)所。同時(shí)，使童子巖組(P1t)煤系賦存變深。

2.2.2 斷裂構(gòu)造

燕山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在天湖山煤田形成一系列逆沖推覆構(gòu)造，常造成煤系大面積缺失和重復(fù)，是本區(qū)重要的控煤斷裂。按其成因及斷裂性質(zhì)可劃分為兩類：一類是滑覆斷層表現(xiàn)為地層缺失，空間上F2、F6、F0斷層從上而后構(gòu)成“三層樓”構(gòu)造形式，F(xiàn)0斷層(基底滑脫面、斷失了童子巖組下部與棲霞組之上部分地層)→F6斷層(層間斷裂，主要斷失童子巖組三段與一段之間部分地層)→F2斷層(頂部滑脫面，主要斷失翠屏山組下部與童子巖組第三段之間部分地層)。

另一類推覆斷層，主要表現(xiàn)為地層重復(fù)；均由西向東推覆，構(gòu)成疊瓦式的推覆構(gòu)造，吳F3斷層(溪口組推覆于南園組火山巖系之上)→和F5斷層(翠屏山組推覆于長(zhǎng)林組火山巖系之上)→F31俗稱小侏羅斷層(上姚礦區(qū)F5斷層把煤系推覆于長(zhǎng)林組火山巖系之上)→鉛坑井田F1(俗稱侏羅斷層)。

圖2 天湖山煤礦緩傾角斷層綱要圖Figure 2 Tianhushan coalmine gently dipping fault outline map

上述區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育的緩傾角斷層，在造成煤系大面積缺失和重復(fù)，亦抬升了部分侏羅系覆蓋下的煤系賦存標(biāo)高，在后期的風(fēng)化剝蝕同時(shí)作用下，使其埋深變淺。

2.3 巖漿活動(dòng)

區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)自加里東期至喜山期都有，呈巖株或巖基產(chǎn)出。區(qū)內(nèi)侵入巖零星出露,多沿?cái)嗔褞Щ虮承焙瞬壳秩?對(duì)本區(qū)童子巖組(P1t)煤系產(chǎn)生“吞蝕”破壞與深變質(zhì)石墨化等作用。本區(qū)地處“閩東火山斷坳帶”，晚侏羅系火山巖在區(qū)域構(gòu)造控制下呈北東向分布，而火山巖盆地的邊緣常出露有煤系，為找煤的有利區(qū)域。

2.4 聚煤規(guī)律

本區(qū)含煤地層為中二疊世童子巖組一套海陸交互相含煤沉積。區(qū)內(nèi)含煤地層三分性明顯(一段與三段含煤，二段為淺海相沉積不含煤、厚54m)，含煤113層，其中可采煤層31層，多數(shù)煤層煤質(zhì)為高灰分(15%～25%)，特低硫(0.1%～0.6%)、中等發(fā)熱量，地層總厚度840m。其中童子巖組三段(P1t3)厚度約476m，含煤71層，其中10、13、29號(hào)為主要可采煤層，平均總厚度2.43m。童子巖組一段(P1t1)厚度約344m,含煤42層，其中37、41、53、59、60、62、63、64號(hào)為主要可采煤層，平均煤層總厚度7.17m。

3 隱伏區(qū)下找煤實(shí)例

目前天湖山煤礦區(qū)及外圍隱伏區(qū)找煤主要圍繞“三下”開(kāi)展，即滑脫構(gòu)造(推覆構(gòu)造和滑覆構(gòu)造)下找煤、巖漿巖(火山巖與淺成巖)蓋層下找煤、老地層下找煤。以下四個(gè)礦區(qū)作為“三下”找煤(礦)成功的典型案例佐證了閩西南含煤東條帶的深部、西部大面積的南園組火山巖蓋層下、北部晚古生代地層蓋層下均有良好找煤遠(yuǎn)景。

3.1 推覆體下找煤(以天湖山煤礦區(qū)F31推覆斷層為例)

推覆體下找煤最為典型的屬天湖山煤礦區(qū)F31推覆斷層(圖3)。該斷層為區(qū)域性斷層，地表出露于鉛坑、南湖、曲斗井田一帶，南北延伸7km，淺部及深部均有控制。該斷層將童子巖組含煤地層推覆到侏羅系下統(tǒng)梨山組(J1l)和童子巖組含煤地層之上，在垂向上將天湖山煤礦區(qū)煤系分為上、下二個(gè)含煤系統(tǒng)。斷層西邊地表重復(fù)童子巖組第一、二段，深部局部為童子巖組第一段與文筆山組或棲霞組灰?guī)r斷接，而東邊的童子巖組第一段則推覆于梨山組之上。斷層面總體走向北東，傾向北西，傾角在天湖巖以北15°～25°，淺部可達(dá)30°，基本形態(tài)為緩傾角單傾。

3.2 滑覆體下找煤(以內(nèi)林煤礦區(qū)F3、F2滑覆斷層為例)

本區(qū)總體構(gòu)造形態(tài)為一走向340°左右，傾向南西的單斜構(gòu)造；地層分布由東往西，由老至新。巖層傾角10°～30°，局部較陡，沿走向、傾向均有波狀起伏。區(qū)內(nèi)總體構(gòu)造以斷裂為主，褶皺次之。

由于太華—長(zhǎng)塔復(fù)式背斜褶皺隆起，且各區(qū)域隆起強(qiáng)度的不均衡；在蓋層重力作用下，不同力學(xué)性質(zhì)的巖層極易沿著其間的構(gòu)造軟弱面(特別背斜轉(zhuǎn)折端)發(fā)生剪切滑移。在溪口組與翠屏山組之間，翠屏山組與童子巖組之間，童子巖組第三段與第一段之間，童子巖組一段與棲霞組之間發(fā)生滑移，即形成了F5、F2、F6、F0等緩傾角斷層，組成了“五層樓”式結(jié)構(gòu)(圖4)，嚴(yán)重破壞了地層的延續(xù)性(主要表現(xiàn)為地層的缺失)，使區(qū)內(nèi)含煤地層呈現(xiàn)為不規(guī)則的斷塊形態(tài)，增加了構(gòu)造的復(fù)雜程度；同時(shí)亦使可采煤層埋藏變淺，有利于開(kāi)采。區(qū)內(nèi)童子組厚度694.70m，煤層總厚度8.13m。賦存煤層41層，其中一段38、38下、39煤層可采。另本區(qū)北、西、南側(cè)連同吾祠礦區(qū)、上石碼礦區(qū)、嶺頭崎礦區(qū)深部賦存有豐富的煤炭資源，前景較好。

3.3 火山巖下找煤(以永春紙坑礦區(qū)為例)

永春縣紙坑礦區(qū)地表大面積出露侏羅系長(zhǎng)林組火山巖地層，其直接不整合或推(滑)運(yùn)動(dòng)作用下，直接覆蓋在煤系或煤系上伏翠屏山組等之上。區(qū)內(nèi)鉆孔均鉆穿長(zhǎng)林組，控制了童子巖組含煤地層；并且在長(zhǎng)林組火山巖蓋層下，由上至下依次發(fā)現(xiàn)煤礦、銅鉛鋅銀礦、石灰?guī)r礦等，其中石灰?guī)r礦為隱晶—微細(xì)晶水泥用灰?guī)rⅠ級(jí)品礦石，達(dá)到特大型礦山規(guī)模。本區(qū)童子巖組煤系保存不全， 控制最大厚度375m；主要缺失第一段上部以上地層，含煤層18層以上，見(jiàn)可采或局部可采煤層4層(53、59、60、63號(hào))，煤層較穩(wěn)定(圖5)。

1—侏羅系梨山組；2—童子巖組二段；3—童子巖組一段；4—文筆山組；5—標(biāo)志層及編號(hào)；6—斷層；7—鉆孔及編號(hào)圖3 天湖山煤礦區(qū)F31、鉛F1斷層B-B′ 剖面圖Figure 3 Tianhushan coal mining area faults F31, QF1 B-B’ section

1—溪口組；2—翠屏山組；3—童子巖組三段；4—童子巖組二段；5—童子巖組一段；6—文筆山組；7—棲霞組；8—煤層及編號(hào)；9—標(biāo)志層及編號(hào)；10—斷層及編號(hào)圖4 內(nèi)林礦區(qū)19線地質(zhì)剖面圖Figure 4 Line No.19 geological section in Neilin mine area

3.4 淺成巖體下找礦(以安溪湖上礦區(qū)為例)

湖上礦區(qū)位于閩西南坳陷帶東側(cè)邊緣，三級(jí)構(gòu)造單元屬陽(yáng)山—?jiǎng)Χ繁北睎|向復(fù)背斜的東翼。礦區(qū)地表北部為大面積侏羅系上統(tǒng)南園組(J3n)覆蓋，礦區(qū)中、南部出露童子巖組(P1t)，且長(zhǎng)林組則呈橢圓狀小面積在懸鐘巖一帶不整合于童子巖組(P1t)、礦區(qū)西側(cè)外圍為南北向條帶狀花崗斑巖與大面積燕山晚期黑云母花崗巖侵入。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造形態(tài)總體為往南東傾的單斜構(gòu)造，傾角20°～45°。斷裂以緩傾角滑覆斷層和高角度的正斷層為主。

本區(qū)鉆孔不但驗(yàn)證了長(zhǎng)林組火山巖為不整合于童子巖組之上，并查明了礦區(qū)西側(cè)花崗斑巖呈巖枝、巖床產(chǎn)出，基本呈順童子巖組煤系與棲霞組灰?guī)r之間的斷層接觸帶侵入，主要侵入部位為童子巖組與棲霞組灰?guī)r接觸帶上部。鉆孔揭露斑巖厚度20.85～165.36m；形成全區(qū)分布、連續(xù)的大巖床，成為下部水泥用灰?guī)r礦體的的間接頂板(圖6)。

1—侏羅系長(zhǎng)林組；2—二疊系童子巖組；3—二疊系文筆山組；4—二疊系棲霞組；5—石炭系林地組；6—礦體及編號(hào)；7—煤層及編號(hào)；8—斷層；9—鉆孔及編號(hào)圖5 永春縣紙坑礦區(qū)A-A′ 地質(zhì)剖面圖Figure 5 A-A’ geological section in Zhikeng mine area, Yongchun County

1—長(zhǎng)林組；2—翠屏山組；3—童子巖組三段；4—童子巖組二段；5—棲霞組；6—船山組；7—花崗斑巖；8—燕山早期黑云母花崗巖；9—礦體及編號(hào)；10—煤層及編號(hào)；11—標(biāo)志層及編號(hào)；12—鉆孔及編號(hào)圖6 安溪縣湖上礦區(qū)A-A′ 線地質(zhì)剖面圖Figure 6 A-A’ geological section in Hushang mine area, Anxi County

4 隱伏區(qū)找煤遠(yuǎn)景區(qū)

查閱前人勘查成果，結(jié)合近年財(cái)政專項(xiàng)勘查成果與礦區(qū)生產(chǎn)，綜合分析天湖山煤礦區(qū)控煤條件；預(yù)測(cè)在曾坂、西坑、尾厝及天湖山煤礦區(qū)深部等四個(gè)區(qū)域深部賦存相當(dāng)厚度童子巖組及可采煤層；總預(yù)測(cè)含煤面積149.92 km2，預(yù)測(cè)資源量3.71億t(圖7)。

4.1 曾坂遠(yuǎn)景區(qū)

該區(qū)位于天湖山礦區(qū)的北部、東北部，從德化安村、曾坂、陽(yáng)山至永春上姚，與天湖山礦區(qū)同屬福建省東含煤條帶，面積556km2。具有較好的聚煤環(huán)境，是找煤有利部位(圖8)。童子巖組與中生代翠屏山組(P2cp)、溪口組(T1x)呈帶狀北東向斷續(xù)出露于遠(yuǎn)景區(qū)中、東部；晚古生代呈帶狀分布在南部上姚、陽(yáng)山、龍湖山一帶。北、西部為晚侏系長(zhǎng)林組，其超覆于童子巖組與溪口組之上，并被南園組火山巖所覆蓋。中部零星出露下石炭系林地組(C1l)，為燕山期F11逆沖推覆其于童子巖組(P1t)和棲霞組之上，經(jīng)剝蝕后，形成“飛來(lái)峰構(gòu)造窗”。據(jù)上漈、白屯勘查區(qū)及民硐揭露，在翠屏山組蓋層下，童子巖組保存厚度830m，含可采煤層5層；另上田礦區(qū)4-2號(hào)鉆孔從侏羅系長(zhǎng)林組開(kāi)孔，揭露童子巖組兩者為不整合接觸。

圖7 天湖山煤礦區(qū)及外圍找煤遠(yuǎn)景預(yù)測(cè)區(qū)Figure 7 Tianhushan coal mining area and periphery coal prospecting prediction prospects

圖8 曾坂遠(yuǎn)景區(qū)D-D＇線地質(zhì)剖面示意圖Figure 8 Zengban prospect area D-D’ diagrammatic geological section

區(qū)域構(gòu)造線主要呈北東向展布。由于滑脫作用，溪口組翠屏山組及童子巖組之間常發(fā)生地層缺失。在中北部曾坂等地，晚古生代呈疊瓦式斷層相互逆掩，并最終推覆在梨山組、文賓山組之上，構(gòu)成北東向逆沖斷裂帶；在推覆前沿為北東向斷陷盆地沉積了漳平組、長(zhǎng)林組，且為南園組火山巖所覆蓋。燕山早、晚期花崗巖呈大巖基復(fù)式巖體產(chǎn)出于遠(yuǎn)景區(qū)中、南部，受區(qū)域構(gòu)造線控制，吞噬，破壞較大面積煤系地層。本區(qū)長(zhǎng)林組火山巖與翠屏山組蓋層下、晚古生代變質(zhì)地層構(gòu)造窗推覆體下為找煤遠(yuǎn)景區(qū)，資源前景好。

4.2 西坑遠(yuǎn)景區(qū)

該區(qū)位于天湖山礦區(qū)西側(cè)，地處永春縣西坑、吳殊至大田吳山、濟(jì)陽(yáng)境內(nèi)，面積約337.2km2。地表大面積出露侏羅系長(zhǎng)林組、南園組;二疊系童子巖組與翠屏山組，三疊系溪口組呈條帶狀沿北東向分布；為F31推覆斷層下盤(pán)區(qū)(原地系統(tǒng))。據(jù)永春紙坑、含春北和新村西等礦區(qū)多個(gè)鉆孔證實(shí)火山巖下賦存有二疊系童子巖組煤系一段，厚度200～300m，見(jiàn)5層可采煤層。與中科院物探所合作在新村西開(kāi)展的可控源音頻大地電磁法找煤，亦驗(yàn)證新村西侏羅系火山巖蓋層下賦存有童子巖組。且因本遠(yuǎn)景區(qū)發(fā)育有F2、吳F3推覆斷層，使童子巖組煤系埋深變淺。本區(qū)火山巖下找煤潛力巨大(圖9)。

4.3 尾厝遠(yuǎn)景區(qū)

該區(qū)地處安溪縣劍斗鎮(zhèn)、尾厝至漳平大深境內(nèi)，與天湖山礦區(qū)同屬福建省東含煤條帶。面積約552km2。區(qū)內(nèi)長(zhǎng)興組、溪口組、翠屏山組呈小面積斷續(xù)出露于和F5斷裂帶西側(cè)，童子巖組與翠屏山組小面積出露東南角，其余大部為晚侏羅系坂頭組、南園組和長(zhǎng)林組覆蓋。二疊系下統(tǒng)童子巖組(P1t)大部隱伏于深部。

東部東陽(yáng)、后井礦區(qū)資料表明，該區(qū)保存120m以上煤系，含可采煤2～6層，成煤環(huán)境較好。西部洛陽(yáng)礦區(qū)揭示溪口組之下賦存有童子巖煤系。遠(yuǎn)景區(qū)內(nèi)的霞春石灰?guī)r礦山與福宇倫、新村西勘查區(qū)鉆孔資料，均顯示長(zhǎng)林組不整合于童子巖組含煤地層之上；火山巖蓋層厚度大于400m，其下隱伏大面積的童子巖組煤系，預(yù)測(cè)煤炭資源前景較好(圖10)。

4.4 天湖山礦區(qū)深部

該區(qū)主要指天湖山礦區(qū)深部鉛F1推覆斷層下盤(pán)。鉛F1推覆斷層為F31推覆斷層下盤(pán)另一條較大規(guī)模的推覆斷層，已有4個(gè)孔控制，67個(gè)孔間接控制。它發(fā)育的時(shí)間早于F31推覆斷層，其下盤(pán)為侏羅系長(zhǎng)林組，鉛坑ZK5和CK17孔穿過(guò)該地層后見(jiàn)童子巖組含煤地層，驗(yàn)證了F31斷層下盤(pán)的長(zhǎng)林組火山巖之下存在童子巖組“原地系統(tǒng)”，存在“天湖山下”找“天湖山”的可能。

圖9 西坑遠(yuǎn)景區(qū)B-B′ 線地質(zhì)剖面示意圖Figure 9 Xikeng prospect area B-B’ diagrammatic geological section

圖10 尾厝遠(yuǎn)景區(qū)A-A′ 線地質(zhì)剖面示意圖Figure 10 Weicuo prospect area A-A’ diagrammatic geological section

5 結(jié)語(yǔ)

①上侏羅統(tǒng)火山巖出露分布區(qū)位于二疊系聚煤盆地重要成煤區(qū)域，在其邊緣常出露煤系，其覆蓋區(qū)邊緣地段為煤炭勘查有利區(qū)。

②閩南產(chǎn)煤基地-天湖山礦務(wù)局的開(kāi)采童子巖組層位全部為外來(lái)推覆體，而F31斷層下盤(pán))原始沉積長(zhǎng)林組火山巖下伏地層亦存在童子巖組(原地系統(tǒng))。因此在“天湖山”下尋找另一個(gè)“天湖山”成為可能。

③通過(guò)對(duì)火山巖、推滑構(gòu)造體下勘查煤炭成功實(shí)例分析，指出曾坂、西坑、尾厝、天湖山深部等四個(gè)隱伏煤炭勘查遠(yuǎn)景區(qū)，另尾厝遠(yuǎn)景區(qū)東側(cè)長(zhǎng)林組火山巖分布區(qū)域亦存在賦煤可能?；鹕綆r與煤系地層物性特征差異明顯，勘查中采用先重磁、電法物探，后鉆探驗(yàn)證方法；可使勘查成功率與經(jīng)濟(jì)效益更好。