永興縣鄧家沖區(qū)段地質(zhì)構(gòu)造新認識與中深部煤炭資源的新發(fā)現(xiàn)及啟示

陳睿卿, 何艷林, 肖金成

(湖南省煤炭地質(zhì)勘查院,湖南 長沙 410014)

0 引言

永興縣鄧家沖區(qū)段位于湖南省永興縣城北約7 km處，所在的永耒向斜西翼是湖南省重要煤產(chǎn)地之一。區(qū)內(nèi)地層由新至老為第四系(Q)，三疊系下統(tǒng)大冶組(T1d)，二疊系上統(tǒng)大隆組(P3d) 、龍?zhí)督M(P3lt)。含煤地層為龍?zhí)督M上段(P3lt2)，主要由細-中粒砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖和煤組成，厚82.87～512.94 m，一般為249.9 m。煤層總厚度為8.55 m，含煤系數(shù)為3.4 %。含可采煤層7層，從上至下分別為1、2、3、5、60、6、7煤層，其中2、6煤層為區(qū)內(nèi)主要可采煤層。

工作區(qū)淺部在1971年提交了湖南省永興縣郴耒煤田永耒礦區(qū)大村一、二井田地質(zhì)勘探最終報告(以下簡稱“1971年報告”)。報告認為，永耒向斜西翼發(fā)育一條沿地層走向分布、規(guī)模縱貫全區(qū)的永耒向斜西翼大斷層系(F1)，該斷層系由高角度正斷層組成，將中深部(-300 m以下)的可采煤層斷失，區(qū)內(nèi)中深部無找煤前景[1]。工作區(qū)位于“無找煤前景”區(qū)內(nèi)，因此，近三十年來一直無地勘單位大膽開展勘查工作。2010年湖南省煤炭地質(zhì)勘查院根據(jù)區(qū)域構(gòu)造特征,運用推覆構(gòu)造理論對區(qū)內(nèi)構(gòu)造重新進行了解釋與梳理，認為區(qū)內(nèi)F1為一推覆構(gòu)造且原地系統(tǒng)中賦存可采煤層，并設置了探礦權(quán)，投入了大量鉆探工程。通過項目的實施，驗證了F1為一總體推覆方向自東向西的推覆構(gòu)造，取得了顯著的找煤效果，于2012年提交了湖南省永興縣湘永礦區(qū)鄧家沖區(qū)段煤炭詳查報告(以下簡稱“2012年報告”)，由此推動了沿該推覆斷裂走向分布的相鄰區(qū)段煤炭勘查項目的實施。

1 “1971年報告”對F1斷層的認識及對找礦的影響

“1971年報告”認為區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育，主要斷層為區(qū)域性走向正斷層F1。在F1形成之前，本區(qū)已產(chǎn)生了較強烈的褶皺，斷層產(chǎn)于褶皺中，導致斷層上、下盤地層沿走、傾向變化極大(如圖1所示)。因地層傾角小于斷層傾角,在勘查區(qū)淺部(-300 m以上)F1斷層下盤保留有可采煤層；中深部(-300 m以下)可采煤層絕大部分被斷失(如圖2所示)，僅在南部零星賦存[1](如圖3所示)。據(jù)此認為位于中深部的工作區(qū)(-300 m以下)無找礦前景,之后近三十年無地勘隊伍勇于進工作區(qū)進行煤炭勘查。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造示意圖(“1971年報告”)

圖2 42線剖面圖(“1971年報告”)

圖3 6煤層資源儲量估算圖(“1971年報告”)

2 “2012年報告”對F1斷層的新認識及中深部煤炭資源新發(fā)現(xiàn)

20世紀80年代全國掀起滑脫構(gòu)造理論熱潮，地質(zhì)工作者根據(jù)區(qū)域構(gòu)造規(guī)律把區(qū)內(nèi)F1斷層重新解釋為推覆構(gòu)造，但一直沒有驗證它的正確性。2010年湖南省煤炭地質(zhì)勘查院對以往地質(zhì)資料進行重新解釋和合理化，并根據(jù)滑脫構(gòu)造理論、野外觀察、淺部生產(chǎn)井調(diào)查等手段進行綜合分析、研究，確定F1為一推覆構(gòu)造。根據(jù)推覆構(gòu)造控煤理論，湖南省煤炭地質(zhì)勘查院在位于“1971年報告”“無找煤前景”的鄧家沖區(qū)段設置了“永興縣湘永礦區(qū)鄧家沖區(qū)段煤炭普查-詳查”探礦權(quán)。通過項目的實施，F(xiàn)1斷層地表被揭露，中深部被28個鉆孔控制，其推覆構(gòu)造特征明顯，從而驗證了F1為一總體推覆方向為自東向西的推覆構(gòu)造。

2.1 F1斷層的主要特征

(1)原地系統(tǒng)的特征。原地系統(tǒng)由龍?zhí)督M上段5煤層下伏地層組成(如圖4所示)，構(gòu)造簡單，為單斜或略具起伏的寬緩褶曲，斷裂不發(fā)育。

圖4 42線剖面圖(“2012年報告”)

(2)主滑脫面的特征。F1滑脫面是上覆系統(tǒng)賴以滑移或推覆的軟弱面，主要特征為：①形態(tài)非常復雜，其產(chǎn)狀沿走向和傾向均有很大的變化。在平面上，斷裂面露頭線大致與地層走向同步彎曲呈“S”形。②滑脫面波狀起伏，產(chǎn)狀淺部較陡，深部逐漸變緩，在剖面上呈“犁”式形態(tài)。③產(chǎn)出層位在龍?zhí)督M上段軟巖層中通過，一般沿2～6煤層頂板疏松砂巖之上層位通過，缺失本區(qū)的軟弱層位3～5煤層(以砂質(zhì)泥巖、煤層為主，夾少量砂巖)。④斷裂破碎帶非常發(fā)育，且具有顯著特征：一是有明顯的破裂界面或破碎帶；二是破碎帶的寬度變化較大，當斷裂在泥質(zhì)巖石及煤層中通過時，巖石主要表現(xiàn)為塑性變形，破碎帶不發(fā)育，常常緊閉，地層缺失很少，有時只表現(xiàn)為地層少量變薄或加厚。當斷裂在中—粗砂巖等堅硬巖石中通過時，巖石被破壞，破碎帶發(fā)育。三是分帶性明顯，一般以斷層泥礫為中心，向兩側(cè)分別出現(xiàn)碎粉巖、角礫巖、透鏡體、碎裂巖和節(jié)理裂隙帶。四是巖性混雜，產(chǎn)狀雜亂無章，常見受擠壓而成的揉皺變形及碎裂變形。⑤顯微特征常見碎粉巖化、碎裂化、碎?；⑷芪g現(xiàn)象、定向排列、揉皺現(xiàn)象、微裂隙及波狀消光。

(3)上盤推覆體的特征。上盤推覆體由三疊系下統(tǒng)大冶組、二疊系上統(tǒng)大隆組及龍?zhí)督M上段5煤層上覆地層組成，其中1、2煤層保存較好。上盤推覆體構(gòu)造變形強烈，斜歪倒轉(zhuǎn)褶曲、平臥褶曲、不規(guī)則緊密揉皺褶曲及疊瓦狀逆沖斷裂相當發(fā)育，構(gòu)造較復雜(如圖4所示)。

2.2 中深部煤炭資源新發(fā)現(xiàn)

永興縣湘永礦區(qū)鄧家沖區(qū)段煤炭勘查分普查和詳查兩個階段進行，共施工鉆孔28個，除少數(shù)孔6煤層被斷失外，大多數(shù)鉆孔揭露了可采的6煤層, 且賦存良好。煤層平均厚度1.93 m，為不穩(wěn)定的全區(qū)可采煤層[2](如圖5所示)。探獲的新增煤炭資源儲量(-300～-900 m)達中型規(guī)模，取得了較好的找煤效果。

圖5 6煤層資源儲量估算圖(“2012年報告”)

3 中深部煤炭資源新發(fā)現(xiàn)的意義

永興縣湘永礦區(qū)鄧家沖區(qū)段煤炭勘查這一推覆構(gòu)造下找煤的成功經(jīng)驗，啟發(fā)和促進了永耒向斜西翼沿F1斷層走向分布的耒陽市永耒礦區(qū)下南莊區(qū)段煤炭普查-詳查[3]、耒陽市永耒礦區(qū)大灣里井田煤炭普查[4]、耒陽市永耒礦區(qū)田心井田深部煤炭普查-詳查[5]、永興縣湘永礦區(qū)井家灣區(qū)段煤炭詳查[6](如圖6所示)等煤炭勘查項目的實施，新發(fā)現(xiàn)煤炭資源上億噸，實現(xiàn)了推覆構(gòu)造下找煤的重大突破。這對地質(zhì)條件復雜、缺煤嚴重的湖南省來說，是少有的勘查成果，緩解了淺部生產(chǎn)礦井資源接替問題，并指導了耒陽市永耒礦區(qū)黃草坪南段富興煤礦、上禾沖煤礦、大塘煤礦、杉樹龍煤礦的煤炭開采，促進了地方經(jīng)濟的發(fā)展。

圖6 永耒向斜西翼煤炭勘查探礦權(quán)及生產(chǎn)礦井采礦權(quán)分布圖

4 啟示

永耒礦區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置位于華南加里東褶皺帶，煤田構(gòu)造展布規(guī)律受區(qū)域構(gòu)造格局和構(gòu)造演化的控制，具有北西-南東向分帶(隆、凹相間)、北東-南西分段的基本特征。區(qū)內(nèi)找煤靶區(qū)的主要特征是主要控煤構(gòu)造型式為擠壓構(gòu)造逆沖疊瓦型，斷層彼此平行排列，次級斷層與主干斷裂呈“入”字形相交，且含煤地層疊瓦狀分布，可采煤層多保存在疊瓦斷層的下盤。

針對這一特征，作者研究了位于工作區(qū)西南側(cè)的湘永礦區(qū)荊草坪南段及北段(如圖6所示)的構(gòu)造、含煤地層分布特征，認為該區(qū)具有永耒礦區(qū)找煤靶區(qū)的主要特征。南段于1994年由白沙礦務局地質(zhì)勘探隊提交了湖南省永興縣湘永礦區(qū)荊草坪井田補充勘探地質(zhì)報告，北段于1970年由湖南省煤田地質(zhì)勘探指揮部第三勘探隊提交了湖南省永興縣荊草坪區(qū)北段煤田地質(zhì)勘探最終報告。區(qū)內(nèi)有兩條斷層，兩件報告均認為是二條不相關(guān)的高角度斷層，斷層下盤的可采煤層斷失，中、深部無找礦前景[7-8](如圖7所示)。本次研究認為，荊草坪區(qū)段構(gòu)造控煤樣式與鄧家沖區(qū)段一致，F(xiàn)6為推覆斷裂，F(xiàn)5在中深部交于F6，主采6煤層在推覆斷裂F6的原地系統(tǒng)中沿走向及傾向延伸，其延伸范圍是找煤靶區(qū)(如圖8所示)。

圖7 荊草坪區(qū)段25線剖面圖(1994年)

圖8 荊草坪區(qū)段25線剖面圖(本次)