浅析天龙山岩体对寒婆坳矿区煤层的影响*

何艳林，陈睿卿，肖海斌（湖南省煤炭地质勘查院，湖南 长沙 410014）



浅析天龙山岩体对寒婆坳矿区煤层的影响*

何艳林*，陈睿卿，肖海斌
（湖南省煤炭地质勘查院，湖南 长沙 410014）

摘 要寒婆坳矿区位于涟源煤盆地南缘，矿区构造总体为一南北向的向斜，含煤地层为石炭系下统测水组，含煤2～3层。区内岩浆活动强烈，西部出露印支期天龙山花岗岩体，岩浆的侵入对煤层的赋存形态、结构构造、煤质等均产生了一定的影响。本文综合分析了岩浆侵入对矿区煤层的影响，并提出了矿区找矿方向。

关键词天龙山岩体；寒婆坳矿区；煤层；岩浆侵入

寒婆坳煤矿区位于涟邵煤田北段涟源盆地南部边缘，煤炭资源赋存较好。矿区西部有印支期天龙山岩体侵入，对煤层的形态、结构构造、煤质影响较大，接近岩体出现石墨化现象。区内以往地质勘查工作程度较低，但浅部矿山开发强度较大，矿山主要开采煤炭资源，部分石墨化煤、石墨矿亦作为煤炭资源开发利用。本文分析了岩体对煤层的影响，煤层石墨化特征，对指导区内矿产资源开发利用及同类型地区的煤与石墨矿床找矿工作具有重要意义。

1　矿区地质概况

寒婆坳矿区出露地层由老至新有泥盆系上统、石炭系下统孟公坳组、石磴子组、测水组、梓门桥组；石炭系中上统壶天群；二叠系下统栖霞组、当冲组等（图1）。测水组为含煤地层，为一套滨海海陆交互相的含煤碎屑沉积，分为上、下两段，上段不含煤，厚约54.2 m。下段为含煤段厚60 m左右，含煤段主要由灰黑色、黑色砂质页岩、炭质页岩夹细砂岩及煤层组成。

矿区构造复杂程度属于中等，构造形态总体为南北向的向斜构造，两翼不对称，向斜西翼出露地表，地层倾向东，倾角60～88°，局部直立甚至倒转，中部及中南部被岩浆岩吞蚀而不完整。向斜东翼被寒婆坳推覆逆冲断层的上盘推覆体掩盖（图2）。

图1　寒婆坳矿区地质图Fig.1 Hanpo’ao mining area geological map

图2　0线剖面图Fig.2 NO.0 line profile map

矿区断裂构造主要发育寒婆坳推覆断层[1,2]，该断层沿向斜轴部展布，倾向西，将泥盆系及石炭系下统推覆到二叠系地层之上，使向斜东翼地层隐伏于地下。其次由于西部岩体侵入时的挤压力及东部断层的推覆作用，矿区还发育一些北东或北西向的次级小规模断裂。

矿区西部侵入有天龙山岩体，岩体呈椭圆状，长轴方向为南北向，属中深成相，地表出露面积约56 km2。岩体侵入的地层是泥盆系中统至石炭系下统，锆石同位素年龄测定为202～208 Ma，属印支晚期侵入体，主要岩性为中粒（斑状）黑云母二长花岗岩，黑云母花岗闪长岩。岩体东部与围岩接触成不规则的剧齿状，根据以往勘查钻孔控制，岩体东部接触面总体向东倾斜，产状与围岩基本一致，浅部倾角陡立，达60～80°，往深部逐渐变缓。深部在石巷里煤矿（0线）与石船石墨矿之间一带向东部呈“舌状”突出。接触带岩体已蚀变，多为绢云母化、白云母化、碳酸盐化、碳酸盐化，且花岗斑岩脉极为发育，往往顺层贯入到围岩层中。岩体围岩蚀变化有矽卡岩化、角岩化、石英岩化、大理岩化、千枚岩化、钾长石化等，其变质相主要为角闪石角岩相，属中级变质，岩浆温度约300～500℃。根据圈岩蚀变强度确定岩体周围热力变质圈宽0.3～3 km，岩体东部宽0.4～1.5 km[3]。

2　煤层特征

矿区测水组含煤为2～3层，可采煤层2层，从上往下编号为3、5煤层，二者呈平行产出，呈层状、似层状， 二者间距5 m左右，中间夹一层浅灰色至灰色石英细砂岩，为二者的分界标志。

3煤层厚0.10～5.0 m，厚度变化大，不稳定，煤层结构较复杂，常夹有多层夹矸，往北部夹矸层数减少。煤层直接顶底板为砂质页岩或炭质页岩。煤层上部为半暗至半亮型煤，较松散，呈粒状、鳞片状，下部呈块状，为半亮型煤。

5煤层厚0.3～3.20 m，较为稳定，厚度变化总体较3煤层小，煤层结构造较简单，一般不含夹矸。煤层顶板为细砂岩，底板为灰黑色至黑色粉砂岩或砂质页岩。为半亮型煤，以块煤为主，具条带状结构。

3、5煤质总体较好，属于中低灰、低硫～中低硫，高发热量无烟煤。矿区南部由于岩浆岩的侵入，煤层逐渐变质为隐晶质石墨，矿区石墨矿固定碳含量61.57～63.67%，手选剔除夹矸后固定碳含量达83.13～86.71%，固定碳含量高，有害组分少，质量较好。

由北到南，矿石体重增加，北部煤层的体重为1.7～1.9 t/m3，南部石墨矿的比重达到1.98～2.02 t/m3。

3　岩浆侵入对煤层特征的影响

3.2 对煤层变质程度的影响

矿区煤层由北往南变质程度逐渐增高，根据X射线衍射图反映，北部的稠木煤矿、胜利煤矿X射线衍射图没有峰值出现，至稗冲煤矿、石巷里煤矿X射线衍射图出现驼峰（图3），煤层出现石墨化现象，石墨化度[4]逐渐增高，3煤层石墨化度由58.6%升高至79%，5煤层石墨化度由58.5 %升高至65.8%。到南部的三尖镇石船石墨矿，基本上为石墨矿，石墨化度达到87.7%（图4）。

图3　稗冲煤矿3煤层X射线衍射图Fig.3 X-ray diffraction diagrams of 3 coal seam in Beichong coal mine

3.1 对煤层的形态与厚度的影响

南部岩浆岩侵入造成具大的挤压力，使得煤层往北产生流动，同时产生较强的褶曲，使石船石墨矿矿层厚度变小，而石巷里煤矿的煤层厚度增大。在垂向上天龙山岩体在0线南部至石船石墨矿北部一带呈舌状突出，深部侵入煤系，吞蚀了煤层，因此致使该处煤层缺失（图2），出现无矿带。因此，区内3、5煤层形态在南部褶曲较强，厚度由北往南有变薄的趋势，而在中南部的石巷里煤矿厚度较大，矿区深部在石巷里煤矿（0线）南部一带局部出现无矿带。

由于岩体侵入挤压，煤层顶、底板的砂质页岩、炭质页岩等软弱岩层同时也会产生流动，有时甚至与煤层混杂，而导致靠近岩体的煤层夹矸增多，结构变得更加复杂。同时，因岩浆热液的活动，紧靠岩体的地段，部分热液侵入到煤层及顶底板岩石裂隙中，矿石中还见有细石英脉或方解石脉等热液物质充填。

图4　石船石墨矿3矿层X射线衍射图Fig.4 X-ray diffraction diagrams of 3 mine seamin Shichuan graphite mine

煤层的石墨化范围与天龙山岩体外接触带热变质圈基本一致。根据煤层与天龙山岩体之间的距离，矿区煤层变质程度大致可以分为三个带，一是距离天龙山岩体接触带的稗冲煤矿北部（距离＞1.2 km）为无烟煤带，距离岩体0.5～1.2 km为石墨化煤带，距离岩体＜500 m为石墨化带。根据杨起等的研究，在单纯的深成变质作用及成岩作用下，我国晚古生代煤的沉降幅度小于2000～2500 m时，一般形成气煤[5]。涟源盆地晚古生代煤层沉降幅度在2500～2700 m左右，矿区位于盆地边缘，沉降幅度相对较小，煤层变质到石墨阶段，必定与天龙山岩体的热接触变质有关，距离岩体越近，煤层变质程度越高。

3.3 对煤层化学特征的影响

由表1可以看出，由北往南，距离岩体越近，水分、挥发份含量呈明显下降的趋势。水分含量3.03～0.72%，北部煤层的水分含量在2%以上，中部及南部石墨化煤与石墨矿的水分含量一般在2%以下。挥发份以碑冲煤矿为界，北部煤层的挥发分一般在7%以上，稗冲煤矿在5%左右，南部石墨化度较高，挥发份一般在5%以下。这是由于岩浆热液带来的高温、挥发性气体和压力使煤发生变质作用，其中起主要作用的是高温，靠近岩体的煤层受到高温后产生的挥发性气体较易逸出，导致煤层的水分、挥发份含量降低[6]。

区内3煤层固定碳含量为63.67%～82.99%，5煤层的固定碳含量为61.56～84.64%,以石船石墨矿含量最低，而灰分则与固定碳含量呈反比，以石船石墨矿含量最高。除石船石墨矿外，其它地段固定碳及灰分的含量变化较小。石船石墨矿固定碳含量较低，灰分含量高，这与岩浆侵入的挤压力导致煤层及顶底板软弱层流动混杂，导致夹矸增多有关。

表1　寒婆坳矿区3、5矿层测试结果表Table1 The table of 3,5 seam test result in Hanpoao mining area

4　找矿方向及找矿潜力分析

通过前面的分析，矿区矿床以煤炭为主，由于印支期天龙山岩体的侵入，在靠近岩体接触带约500～600 m的范围以内，矿区煤层受热接触变质作用，变质为隐晶质石墨。隐晶质石墨矿化学性质稳定，已经广泛用于铸造、涂抹、电池、碳素制品、铅笔及颜料等方面，其价值远远高于煤炭资源，因此区内下步找矿应根据煤层的变质程度分矿种分地段开展工作。

（1）围绕天龙山岩体热蚀变圈寻找隐晶质石墨矿的有利区段。区内南部石巷里——井门山一带距离岩体近，以往工作程度低，地表煤系出露较好，沿天龙山岩体接触面走向长达3000余米，岩石蚀变强。据调查，井门山一带以往有民采现象，因此该区具有寻找大型隐晶质石墨矿的潜力。

（2）矿区北部煤炭资源开发较强，生产矿山较多，由于煤层陡立，勘查技术条件不佳，以往勘查程度低。根据目前矿山的开采情况，煤层厚度较稳定，煤质好，矿区深部具有进一步扩大煤炭资源的潜力，是煤炭资源勘查有利区段。

（3）寒婆坳向斜东翼，由于推覆构造作用，地表仅在北部红寨煤矿至葫芦岩一带出露推覆构造上覆煤系，其煤层结构复杂，煤质较差。由于对推覆构造认识不足，认为矿区东部出露了老地层，煤系被断失，而对推覆体掩盖的下伏煤系基本没有开展工作，因此寒婆坳推覆断层下仍有较好的煤炭资源找矿前景，是矿区下步找煤的另一个工作方向。

参考文献/Reference

[1]陈健明等.构造分带与找煤—以涟邵煤田北段寒婆坳预测区为例.国土资源导刊,2009，4：70-71.

[2]杨雄庭 戴斌．一个与岩浆侵入有关的逆冲推覆构造及其研究意义.中国煤炭地质,2008，10：50-52.

[3]陈心才 何开善等.1/5万区域地质调查报告（大乘山地区）.湖南省地质矿产局，1984，6.

[4]钱崇梁等.XRD测定炭素材料的石墨化度.中南工业大学学报.2001，6，32（3）：285-288.

[5]杨起 区域岩浆热变质作用对我国煤层变质的影响.现代地质.1987，1（1）.123-130.

[6]谢承察 岩浆岩侵入对煤层影响的研究.河北煤炭.1995，4：25-27.

On the Impact of Tianlongshan Granite to Coal Seam in Hanpo’ao Mining Area simple Analysis

He Yanlin,Cheng ruiqing,Xiao Haibin
(Hunan Coal Geological Exploration Institute,Changsha Hunan 410014)

Abstract:Hanpo’ao mining area is located in the southern margin of the Lianyuan basin in the northern section of Lianshao coalfield.The general structure of the mining area is a North and South direction syncline,coal bearing strata in the lower Carboniferous Ceshui formation,which contains 2～3 layers of coal seam.There are Strong magmatic activities in the mining area,the Tianlongshan granite is located in western of mining area.Magma intrusion effect to morphology,structure,and quality of coal seam.This paper analyse the magma intrusion influence on mining of coal seam and propose the prospecting direction.

Key Words:Tianlongshan granite;Hanpo’ao mining area;coal seam;magma intrusion

收稿日期：2015-11-25；改回日期：2016-2-23。

*第一作者简介何艳林，女，1986年生，勘查技术与工程专业，助理工程师，主要从事矿产勘查、地质灾害研究工作。Email：315867839@qq.com

*基金项目：中国地质调查局煤炭资源调查评价项目，工作项目编码：12120113074500

文章编号：1672-5603（2016）01-035-4

中图分类号：P618.11

文献标识码：A