吾祠煤矿地质构造特征及其对煤系地层的影响

黄敏HUANG Min

（福建省煤田地质勘查院，龙岩364021）

1 矿区地质概况

吾祠煤矿井口位于福建省漳平市灵地乡，位于漳平城区33°方向，直距约40KM。矿区西与鹰夏铁路、麦元发运站相连，对外交通方便，运输条件较好。矿区内地形复杂，沟谷切割强烈植被发育，属侵蚀构造中低山地貌。因矿区地势相对落差大，沟谷切割较深，有利于大气降水及地下水排泄。本区地层有石炭系的林地组（C1l），二叠系中统的栖霞组（P1q）、文笔山组（P1w）和童子岩组（P1t）。二叠系上统翠屏山组（P2cp），三叠系下统溪口组（T1x）。其中童子岩组（P2t）是主要煤系地层。吾祠矿井位于太华—长塔复式背斜西翼，北有北西走向的晋江—永安断裂(310°)；南有北东走向的政和—大埔大断裂(20°～30°)，受这两条大断裂的影响，吾祠井田构造复杂，缓倾角断层发育，煤系地层受到严重的破坏。

2 矿井煤系地层及煤层

该煤系地层属二迭系中统童子岩组（p2t）：厚度大于809米，自下而上划分为第一段、第二段、第三段。其中第一、第三段含煤，第二段不含煤，与下伏地层文笔山组是接触关系，井田内童子岩组第三段和第二段及第一段部分地层受F3、F1断层破坏缺失。吾祠井田内主要含煤地层为童子岩组一段地层（p1t1）总厚度340米。含煤36层，煤层总厚度13.93米，含煤系数4%。其中可采2层。即38#、39#煤。总厚度2.17米，可采含煤系数1%。局部可采一层（38上1）厚度0.6米。局部可采含煤系数0.2%。以上38上1、38、39煤在各采区已揭露。

2.1 煤系地层 煤系地层是一套含有煤层并具有一定成因联系的沉积岩系，亦称含煤岩系、含煤建造、含煤地层等[1]。吾祠煤矿的含煤地层及翠屏山组特性见表1。

表1 含煤地层童子岩组（P2t）及翠屏山组（P3cp）特性一览表

2.2 可采煤层 矿井内可采煤层均属腐植类无烟煤（其煤层特性见表2）。外观为黑～钢灰色、深黑色条纹。以金属光泽为主，偶见玻璃光泽、阶梯状、参差状及贝壳状断口均匀，其中细条带状结构；可采煤层主要分布在一段地层，二段为不含煤的海相段，三段为含煤段，但含煤性差，煤层局部可采。吾祠煤矿的主采煤层为38#煤层和39#煤层。

表2 主要可采煤层煤厚及顶底板等特征表

38#煤层：为一煤组，通常有38上、138上2两个分层，与38煤层组成3层式结构。38上2与煤层层间距一般为5—8米。其间夹层泥岩或砂纸泥岩，具水平层理，煤组顶板厚度一般为10米，沿走向往西变薄，沿倾向呈相间变化。岩性以砂质泥岩为主，粒度自下往上逐渐变粗。清晰水平层理。

39#煤层：其多为单层结构，在某些部位分为上下两层，甚至有些部位还存在上中下层。煤层的顶厚一般达到13米，其沿着两边成相间变化，其地质结构为砂质岩，其结构从上到下逐渐变细，而且一般水平隐埋，并且其还有结构复杂的黄铁矿以及黄铁矿结核。在结构岩层的底部的岩性比较细，并且存在动物化石。39#煤层直接底板为4米厚的泥质岩，多呈块状或隐蔽水平层理含泥铁质颗粒及植物根部化石，间接底板为39#下煤层及3～5米厚的泥岩或砂质泥岩。

以上2层煤层均属不稳定类型，煤层在走向、倾向上波伏平凡；矿体呈藕节状和串珠状。

3 矿井构造特征

3.1 褶曲构造 井田内的主要褶曲是隐伏于F1断层上盘～F3断层下盘之间童子岩组一段地层的褶曲，其主要的背向斜有10个。由北东往南西依次编号为2～11号，其中单号为背斜，双号为向斜。井田东北部有一组倒转背向斜。轴向总体为280°～320°，由南往北逐渐向西偏转，东北部略向SE倾伏。延伸长度500～4000m。褶曲的幅度14～190米不等。南西翼较缓，北东翼较陡，各勘探线基本上有控制。延伸长度小于100米的小型倒转褶曲亦较发育，轴面倾向以SSE～SW为主，倾角多大于45°。

3.2 断裂构造 井田内主要断层有：①缓倾角断层：F0、F1、F2、F3、F101等五条；②SEE 走向正断层：F4、F6、F102、F104等四条；③SEE走向逆断层：F103。断裂面具压性特征，破裂面挤压紧密，有时见到小型破碎揉皱带充填的石英脉。据钻孔揭露，缓倾角断层断裂破碎带较小，宽0～5米，断层附近均有不同程度的扭曲、破碎现象。F0、F1、F2、F3断层形态基本一致，F6正断层为井田南部边界断层，断层带宽0.5～10 米，见断层角砾岩，硅质胶结。F4、F6、F102、F104正断层发育于童子岩组地层，破碎带宽0～10米，常见石英岩侵入。主要断层特性如表3所示。

表3 矿井主要断层特征一览表

3.3 构造之间的关系 褶皱是地貌结构受到长期水平挤压而发生的地貌变形而发生的地貌出现弯曲地貌，而断裂时地貌在受到地壳外力的影响而发生变形，其产生断裂的原因是外界的力量超过了地貌的极限强度，地貌原来的形状遭到影响，但是褶皱和断裂之间还是存在某些联系。断裂构造是地壳中最常见的构造形式之一，与成矿的关系极为密切。断裂是由断层、节理和劈理三个部分组成，断裂构造影响到煤的沉积环境及后期的保存、改造条件。褶皱构造是地表表层岩石中一种常见的构造形式，煤层具有明显的控制作用。成矿前和成矿过程中形成的褶皱及其伴生构造可以成为外生矿床的有利的成矿空间，成矿后的褶皱可以使先形成的层状矿体因褶皱过程中的塑性流动而发生明显的改造。

3.3.1 褶皱与断裂的关系 本矿井的断裂形态与主体褶曲的背向斜形态基本一致，断层倾伏面和岩层倾斜面基本一致。断裂方向具有盆缘断裂特征，往往呈圈闭性的弧状、环状，与聚煤盆地褶曲弯转方向相协调，本矿井褶皱与断裂之间的关系可分为如下两种：

①由于褶皱的发生导致断裂的形成，即先褶皱后断裂，这种现象在二采区比较普遍，矿井内的大小型断层多属于这种情况。如该矿井缓倾角断层大部分属于滑脱构造，其发育与背斜隆起密切相关，印支期强大的水平压应力造成一些隆起区继续隆起，使翼部的岩层获得一个倾角的坡度，产生重力的不稳定，岩层沿数个软弱面由高处向低处滑动。本矿井F2、F3、F1、F0断层形成属这一情况。小型褶曲伴生的小断层，如二采区+600水平石门处有一向斜伴生的小断层就属这种情况，该断层为逆断层（237°∠67°），使得39#煤层在断面处重复，变厚。

②褶皱构造的形成受控于断裂，即由于断层的发生而产生了褶皱。F0、F1、F2、F3、F101断层大体上是呈平行排列，它们之间所夹的煤系各自派生互不相干的拖曳褶曲，给煤系以严重破坏。局部地区受到其他断裂的干扰，略有变化。再如矿井内有正断层形成时都普遍出现上盘一侧岩层有个向斜，下盘一侧岩层有个背斜。这种现象本矿井内较普遍，它也成为识别正断层的重要标志，矿井内的中小型褶皱多属于这种情况。

3.3.2 断裂构造之间的关系 矿井内不同方向的断裂构造是在不同地质时期的不同构造应力场作用下形成的，因而其交接关系也呈现出一定的特性：井田内断裂发育，具多向性多期次特点。主要有两组，其中一组以走向NW～NNW 的缓断裂为主，分别是 F0、F1、F2、F3、F101等 5 条断层，另一组为走向SEE的正断层，分别是F4、F6、F102、F104等4条。其中 F6断层切穿 F1、F2、F3断层，说明 F1、F2、F3断层先形成，F6断层后形成，且在该矿井内F6断层对主采煤层没什么影响。F101断层切断F1断层，说明F101断层后形成于F1断层，同样 F101断层对主采煤层没什么影响，F4、F102、F104断层夹在F1和F3断层之间，其中F102和F104断层切割主采煤层，使得位于上盘的煤层整体下降，保护了主采煤层，削弱了F3断层对主采煤层的破坏。

4 构造对煤系地层的影响

含煤区的分布受控于区域构造，形成了多种构造控煤形式，一定区域范围内同期构造变形，往往具有一些成因的内在联系和共同特点[2]，不同时期、不同形式、不同规模的构造具有不同控制作用[3]。

4.1 褶皱构造的影响 构造形态的控制：受到地理复杂运动的因素，地貌容易受到水平地壳运动发展塑性变形，形成地貌发生弯曲等。这种地貌变化我们称之为褶皱构造[4]。具有煤资源的地貌其本身就比较松软，在地壳运动的作用下其容易发生结构层的塑性变化，导致煤层结构出现变化，比如有的煤层有的地方厚，有的地方比较薄等，综合分析褶皱构造变动对煤层的厚度影响非常大，当具有煤层结构的地貌在发生褶皱时其受到力的影响，煤层有压力大的区域向压力小的区域流动，使得煤层出现中间厚，两边薄的现象。而如果地壳作用下出现垂直压力就可能造成煤层中间薄，而两遍厚的现象。本矿井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。因该矿井的小褶皱频繁，造成煤层倒转重复，空间上增加了可采煤层的储量。本矿井的地层倒转主要集中在二采区的东侧。

4.2 断裂构造的影响 缓倾角断裂对童子岩组煤层造成严重破坏，但也形成一些有利的因素，如因断裂使煤层重复，造成储量相对集中，含煤密度提高；或因断层切割，造成煤系盖层断失变薄，使主要煤层的埋深抬高而易于勘探等。

由于本矿井童子岩组一段地层的底部和顶部受限于F1和F3滑覆断层之间，而F1和F3滑覆断层又呈波状起伏状态，童子岩组一段地层保存的厚度与缓断裂的形态紧密相关。而井田的主要可采煤层均赋存于童子岩组一段地层中，当F1断层呈向斜出现时，保留童子岩组一段底部地层较完整，40#煤以下煤层就有可能被保留下来；当呈背斜出现时，底部地层保留较不完整，40#以下煤层常被断失。而F3断层却相反，呈向斜出现时，童子岩组一段上部地层被断失，38#煤层易被断失；呈背斜出现时，保留的地层较厚，主要可采煤层均有保存。

①F2断层的延伸长度大于4000米，其上盘为童子岩组三段第三亚段（P2t3-3）和翠屏山组（P3cp），下盘为童子岩组三段第二亚段（P2t3-2）；②F3断层主要发育于童子岩组三段与一段地层之间，延伸长度大于4000米，断层面形态波状起伏相对较大。破坏性最大，严重破坏了童子岩组地层的连续性，不仅使38号可采煤层部分被断失，而且局部破坏了39#可采煤层的连续性，F3断层上盘为童子岩组岩组三段第二亚段（P2t3-2）和第一亚段（P2t3-1），下盘为童子岩组一段的第二亚段（P2t1-2）和第三亚段（P2t1-3），局部地区为童子岩组二段（P2t2）；③F1断层的延伸长度大于4000米，其上盘为童子岩组一段第一亚段（P2t1-1），局部地区为文笔山组（P2w），下盘为文笔山组（P2w）。F1断层破碎带宽0～6米，断层角砾岩不明显。该断层部分断失童子岩组一段下部，对39#煤层以下的地层影响较大。

井田F2、F3、F1和F0的构造面，使矿区的小断层进一步破坏含煤地层的联系性，并给煤矿开采带来不利影响。

4.3 构造对煤质及煤厚的影响 构造结构对煤的影响是非常大的，尤其是在断裂带附件以及褶皱弯曲部位，当外界的压力超过地貌承受的压力之后，就会出现地貌变化，随之而来就是产生巨大的热量，褶皱的变形部位中所面对的压力是巨大的，它会在塑性变形中发出高热量，最终形成高温区，因此，在褶皱期，隆起带上煤的变质程度最高[6]。二采区+600水平石门处有一背斜可体现褶皱隆起带煤变质程度高这一理论，其轴部的39#煤相对于两翼的煤是比较薄，但硬度比它们大，光泽也比两翼的亮。断裂带：因地质构造复杂，挤压强烈，煤层原生结构、构造多遭受破坏，煤的原生结构为条带状结构，受后期构造破坏后多数改变为碎粒状结构，少量条带状、卷曲状。煤的构造因受后期构造破坏，多数煤层成粒状、鳞片状集合体。由于童子岩组一段受F3和F1上、下两条滑覆断层的影响，煤层变质程度偏高，发热偏低。

由于本矿井的中小断层非常发育，且正断层居多，为岩浆流动提供导通裂隙，中生代火成岩对本区煤系地层的侵袭、烘烤，加大煤的变质程度。本矿井的岩浆侵入主要集中在北东区，井田内所见基性岩为辉绿岩，以岩脉产出，规模小，对煤层影响不大。

在煤厚方面，由于层间滑动构造的影响，使煤层发生塑性流变产生厚薄不均现象。地貌断裂造成的煤层结构的变化相对于褶皱构造来说没有特别的影响，其主要表现在断裂部位出现煤层加厚或者变薄现象，一些正断层由于引张拖拽作用，可导致断层附近上、下盘煤层厚度变薄（见图1—a）；而一些逆断层两侧可能出现煤层的逆掩重叠或挤压聚集，形成厚煤带（见图1—b）。

图1 由断层引起的煤层厚度变化特征

5 结论

①本矿井地貌复杂，由于受到地壳运动以及断层等运动影响，使得煤层结构遭到一定程度的影响破坏，煤层表面存在许多断块，而在断面部位又形成半地堑式及阶梯状抬斜断块等形式，F3断层导致38#可采煤层部分被断失，39#局部被破坏了煤层的连续性。②缓倾角断裂对矿井的煤系地层赋存起着决定性的作用，使煤层重复出现，造成储量相对集中，含煤密度提高；同时由于断层的切割，造成煤系盖层断失变薄，使主采煤层的埋深抬高而易于勘探。③由于地壳的运动以及外界压力的影响，岩浆流入导致煤层的结构层次也出现南西与北东分带的特点，由东北向西南变质程度逐渐变低，在断裂带及褶皱弯曲部位的变质程度较大。

[1]王定武,王运泉.煤田地质与勘探方法[M].泉州：中国矿业大学出版社,1995，4.

[2]冯万馨,吴俊刚.东濮凹陷西部斜坡带构造样式研究[J].石油地质,2009（4）:93.

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

[4]车树成,张荣伟.煤矿地质学[M].中国矿业大学出版社,2005.

[5]刘程,李向东,杨守国.地质构造对煤层厚度的影响研究[J].煤矿安全,2007.

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