福建省天湖山煤矿区控煤条件及隐伏区下找煤方向研究

罗大富

(福建省197地质大队，福建泉州 362011)

0 前言

福建省为缺煤省份，天湖山煤矿区历经数十年开发，地表及浅部资源近枯竭，煤田地质工作重点已经转向深部和隐伏区。而近年来财政专项项目“三下”隐伏区找煤，特别是火山岩覆盖区找煤取得较好的突破。因此加强天湖山煤矿区深部及外围煤系地层古地理、后期构造特征与岩体侵入对煤系的改造规律认识，研究天湖山煤矿区各类盖层，特别是推覆体、滑覆体、火山岩等盖层分布变化，从而探讨隐伏区煤炭资源赋存分布情况，预测可供勘查开发的煤炭远景区块，具有一定的经济社会意义。

1 区域地质背景

1.1 古地理

福建省大地构造位置处于西太平洋板块(菲律宾板块)和中国大陆板块之交接地带，至早二叠世童子岩期，华夏古陆以西基本上准平原化了，一次小小的海浸也有相当广布的面积。在这块“平原”之中，自东往西可进一步分出三个狭长的北东向坳陷盆地，分别为古田—华安坳陷、南平—龙岩坳陷、将乐—武平坳陷(图1)。二叠世在三个次级坳陷中沉积形成东条带、中条带和西条带共三个北东向含煤沉积建造。东条带地层三分性明显，一段为海陆交互相，含煤性好，二段为海相泥岩，三段为含煤的海陆交互相到陆相沉积。

1.2 成煤期后区域构造

在福建省二叠纪煤系形成之后，晚三叠纪末印支运动使晚三叠纪以前地层(包括二叠纪煤系)发生中心隆起，形成北东向复式背、向斜(穹盆)构造；中心周边发育线带状滑覆、推覆构造体系。而后燕山运动总体以断陷为主，早期以水平挤压形成开阔宽缓褶皱； 中后期大规模岩浆活动及推覆滑覆构造发育；进一步促使二叠纪煤田构造更为复杂。

图1 闽西南地区二叠纪含煤盆地分布图Figure 1 Distribution of Permian coal-bearing basinsin southwestern Fujian

天湖山煤矿区经历了上述构造运动后，童子岩组含煤地层发育褶皱、滑脱、冲断构造变化，表现为含煤地层缺失，部分被掩盖，后期被岩浆岩吞噬和火山岩覆盖埋藏，并在长期不同程度的剥蚀作用，大大改变了原始产状面貌，在地质图上表现为孤立块段产出。因此在大面积的火山岩及溪口组等盖层下，仍有巨大的找煤潜力。

2 区内控煤条件

2.1 地层

天湖山煤田位于闽西南拗陷带东部条带，泥盆系安砂群(D3)——白垩系下统石帽山组(K1sh)和第四系均有出露(表1)，其中侏罗系分布最广泛，其它地层均零星或小面积分布。因受断层影响，大部份地层保存不全，尤其受推覆、滑覆构造影响，使地层新老倒置或缺失。区内童子岩组仅在永春下洋、安溪剑斗、德化曾坂等有较大面积出露，大部均埋藏于天湖山煤矿区及外围深部。

2.2 构造

晚三叠世末的印支运动，使本区内形成了北东、北北东的褶皱和断裂体系并伴有岩浆侵入。主要区域构造有北东向大田-华安断裂带(西侧)、北东向福安-南靖断裂带(东侧)，永安-晋江断裂(南侧)呈北西向斜贯全区；东西向断裂主要发育安溪县霞春、福前一带。这些断裂褶皱控制了二叠系童岩组总本北东向的展布在(如图2)。

2.2.1 褶皱

区内主要发育了阳山—剑斗背斜、屏山—一都向斜、佛岭—云路向斜。

阳山—剑斗复式背斜：北起德化安村，经阳山、天湖山，南至安溪尾厝，延长达65km以上，因受断裂、侵入岩破坏而保存不完整的复式背斜。轴向北东25°～30°，往南倾伏。背斜核部主要出露上泥盆统安砂群,东翼上姚至天湖山一带保存较完整，并被上侏罗统火山岩系所超覆。西翼为大片中生代火山岩系掩盖。

表1 研究区地层表

屏山—一都复式向斜位于阳山-剑斗背斜西侧，轴向NE25°～30°，为开阔复式向斜，被中生代火山岩系掩盖，形迹模糊。而发育于德化阳山—安溪剑斗东侧的佛岭—云路向斜，亦因向斜形成的低洼地带成为燕山期火山喷发物沉积的场所。同时，使童子岩组(P1t)煤系赋存变深。

2.2.2 断裂构造

燕山期构造运动在天湖山煤田形成一系列逆冲推覆构造，常造成煤系大面积缺失和重复，是本区重要的控煤断裂。按其成因及断裂性质可划分为两类：一类是滑覆断层表现为地层缺失，空间上F2、F6、F0断层从上而后构成“三层楼”构造形式，F0断层(基底滑脱面、断失了童子岩组下部与栖霞组之上部分地层)→F6断层(层间断裂，主要断失童子岩组三段与一段之间部分地层)→F2断层(顶部滑脱面，主要断失翠屏山组下部与童子岩组第三段之间部分地层)。

另一类推覆断层，主要表现为地层重复；均由西向东推覆，构成叠瓦式的推覆构造，吴F3断层(溪口组推覆于南园组火山岩系之上)→和F5断层(翠屏山组推覆于长林组火山岩系之上)→F31俗称小侏罗断层(上姚矿区F5断层把煤系推覆于长林组火山岩系之上)→铅坑井田F1(俗称侏罗断层)。

图2 天湖山煤矿缓倾角断层纲要图Figure 2 Tianhushan coalmine gently dipping fault outline map

上述区内广泛发育的缓倾角断层，在造成煤系大面积缺失和重复，亦抬升了部分侏罗系覆盖下的煤系赋存标高，在后期的风化剥蚀同时作用下，使其埋深变浅。

2.3 岩浆活动

区内岩浆活动自加里东期至喜山期都有，呈岩株或岩基产出。区内侵入岩零星出露,多沿断裂带或背斜核部侵入,对本区童子岩组(P1t)煤系产生“吞蚀”破坏与深变质石墨化等作用。本区地处“闽东火山断坳带”，晚侏罗系火山岩在区域构造控制下呈北东向分布，而火山岩盆地的边缘常出露有煤系，为找煤的有利区域。

2.4 聚煤规律

本区含煤地层为中二叠世童子岩组一套海陆交互相含煤沉积。区内含煤地层三分性明显(一段与三段含煤，二段为浅海相沉积不含煤、厚54m)，含煤113层，其中可采煤层31层，多数煤层煤质为高灰分(15%～25%)，特低硫(0.1%～0.6%)、中等发热量，地层总厚度840m。其中童子岩组三段(P1t3)厚度约476m，含煤71层，其中10、13、29号为主要可采煤层，平均总厚度2.43m。童子岩组一段(P1t1)厚度约344m,含煤42层，其中37、41、53、59、60、62、63、64号为主要可采煤层，平均煤层总厚度7.17m。

3 隐伏区下找煤实例

目前天湖山煤矿区及外围隐伏区找煤主要围绕“三下”开展，即滑脱构造(推覆构造和滑覆构造)下找煤、岩浆岩(火山岩与浅成岩)盖层下找煤、老地层下找煤。以下四个矿区作为“三下”找煤(矿)成功的典型案例佐证了闽西南含煤东条带的深部、西部大面积的南园组火山岩盖层下、北部晚古生代地层盖层下均有良好找煤远景。

3.1 推覆体下找煤(以天湖山煤矿区F31推覆断层为例)

推覆体下找煤最为典型的属天湖山煤矿区F31推覆断层(图3)。该断层为区域性断层，地表出露于铅坑、南湖、曲斗井田一带，南北延伸7km，浅部及深部均有控制。该断层将童子岩组含煤地层推覆到侏罗系下统梨山组(J1l)和童子岩组含煤地层之上，在垂向上将天湖山煤矿区煤系分为上、下二个含煤系统。断层西边地表重复童子岩组第一、二段，深部局部为童子岩组第一段与文笔山组或栖霞组灰岩断接，而东边的童子岩组第一段则推覆于梨山组之上。断层面总体走向北东，倾向北西，倾角在天湖岩以北15°～25°，浅部可达30°，基本形态为缓倾角单倾。

3.2 滑覆体下找煤(以内林煤矿区F3、F2滑覆断层为例)

本区总体构造形态为一走向340°左右，倾向南西的单斜构造；地层分布由东往西，由老至新。岩层倾角10°～30°，局部较陡，沿走向、倾向均有波状起伏。区内总体构造以断裂为主，褶皱次之。

由于太华—长塔复式背斜褶皱隆起，且各区域隆起强度的不均衡；在盖层重力作用下，不同力学性质的岩层极易沿着其间的构造软弱面(特别背斜转折端)发生剪切滑移。在溪口组与翠屏山组之间，翠屏山组与童子岩组之间，童子岩组第三段与第一段之间，童子岩组一段与栖霞组之间发生滑移，即形成了F5、F2、F6、F0等缓倾角断层，组成了“五层楼”式结构(图4)，严重破坏了地层的延续性(主要表现为地层的缺失)，使区内含煤地层呈现为不规则的断块形态，增加了构造的复杂程度；同时亦使可采煤层埋藏变浅，有利于开采。区内童子组厚度694.70m，煤层总厚度8.13m。赋存煤层41层，其中一段38、38下、39煤层可采。另本区北、西、南侧连同吾祠矿区、上石码矿区、岭头崎矿区深部赋存有丰富的煤炭资源，前景较好。

3.3 火山岩下找煤(以永春纸坑矿区为例)

永春县纸坑矿区地表大面积出露侏罗系长林组火山岩地层，其直接不整合或推(滑)运动作用下，直接覆盖在煤系或煤系上伏翠屏山组等之上。区内钻孔均钻穿长林组，控制了童子岩组含煤地层；并且在长林组火山岩盖层下，由上至下依次发现煤矿、铜铅锌银矿、石灰岩矿等，其中石灰岩矿为隐晶—微细晶水泥用灰岩Ⅰ级品矿石，达到特大型矿山规模。本区童子岩组煤系保存不全， 控制最大厚度375m；主要缺失第一段上部以上地层，含煤层18层以上，见可采或局部可采煤层4层(53、59、60、63号)，煤层较稳定(图5)。

1—侏罗系梨山组；2—童子岩组二段；3—童子岩组一段；4—文笔山组；5—标志层及编号；6—断层；7—钻孔及编号图3 天湖山煤矿区F31、铅F1断层B-B′ 剖面图Figure 3 Tianhushan coal mining area faults F31, QF1 B-B’ section

1—溪口组；2—翠屏山组；3—童子岩组三段；4—童子岩组二段；5—童子岩组一段；6—文笔山组；7—栖霞组；8—煤层及编号；9—标志层及编号；10—断层及编号图4 内林矿区19线地质剖面图Figure 4 Line No.19 geological section in Neilin mine area

3.4 浅成岩体下找矿(以安溪湖上矿区为例)

湖上矿区位于闽西南坳陷带东侧边缘，三级构造单元属阳山—剑斗北北东向复背斜的东翼。矿区地表北部为大面积侏罗系上统南园组(J3n)覆盖，矿区中、南部出露童子岩组(P1t)，且长林组则呈椭圆状小面积在悬钟岩一带不整合于童子岩组(P1t)、矿区西侧外围为南北向条带状花岗斑岩与大面积燕山晚期黑云母花岗岩侵入。

区内构造形态总体为往南东倾的单斜构造，倾角20°～45°。断裂以缓倾角滑覆断层和高角度的正断层为主。

本区钻孔不但验证了长林组火山岩为不整合于童子岩组之上，并查明了矿区西侧花岗斑岩呈岩枝、岩床产出，基本呈顺童子岩组煤系与栖霞组灰岩之间的断层接触带侵入，主要侵入部位为童子岩组与栖霞组灰岩接触带上部。钻孔揭露斑岩厚度20.85～165.36m；形成全区分布、连续的大岩床，成为下部水泥用灰岩矿体的的间接顶板(图6)。

1—侏罗系长林组；2—二叠系童子岩组；3—二叠系文笔山组；4—二叠系栖霞组；5—石炭系林地组；6—矿体及编号；7—煤层及编号；8—断层；9—钻孔及编号图5 永春县纸坑矿区A-A′ 地质剖面图Figure 5 A-A’ geological section in Zhikeng mine area, Yongchun County

1—长林组；2—翠屏山组；3—童子岩组三段；4—童子岩组二段；5—栖霞组；6—船山组；7—花岗斑岩；8—燕山早期黑云母花岗岩；9—矿体及编号；10—煤层及编号；11—标志层及编号；12—钻孔及编号图6 安溪县湖上矿区A-A′ 线地质剖面图Figure 6 A-A’ geological section in Hushang mine area, Anxi County

4 隐伏区找煤远景区

查阅前人勘查成果，结合近年财政专项勘查成果与矿区生产，综合分析天湖山煤矿区控煤条件；预测在曾坂、西坑、尾厝及天湖山煤矿区深部等四个区域深部赋存相当厚度童子岩组及可采煤层；总预测含煤面积149.92 km2，预测资源量3.71亿t(图7)。

4.1 曾坂远景区

该区位于天湖山矿区的北部、东北部，从德化安村、曾坂、阳山至永春上姚，与天湖山矿区同属福建省东含煤条带，面积556km2。具有较好的聚煤环境，是找煤有利部位(图8)。童子岩组与中生代翠屏山组(P2cp)、溪口组(T1x)呈带状北东向断续出露于远景区中、东部；晚古生代呈带状分布在南部上姚、阳山、龙湖山一带。北、西部为晚侏系长林组，其超覆于童子岩组与溪口组之上，并被南园组火山岩所覆盖。中部零星出露下石炭系林地组(C1l)，为燕山期F11逆冲推覆其于童子岩组(P1t)和栖霞组之上，经剥蚀后，形成“飞来峰构造窗”。据上漈、白屯勘查区及民硐揭露，在翠屏山组盖层下，童子岩组保存厚度830m，含可采煤层5层；另上田矿区4-2号钻孔从侏罗系长林组开孔，揭露童子岩组两者为不整合接触。

图7 天湖山煤矿区及外围找煤远景预测区Figure 7 Tianhushan coal mining area and periphery coal prospecting prediction prospects

图8 曾坂远景区D-D＇线地质剖面示意图Figure 8 Zengban prospect area D-D’ diagrammatic geological section

区域构造线主要呈北东向展布。由于滑脱作用，溪口组翠屏山组及童子岩组之间常发生地层缺失。在中北部曾坂等地，晚古生代呈叠瓦式断层相互逆掩，并最终推覆在梨山组、文宾山组之上，构成北东向逆冲断裂带；在推覆前沿为北东向断陷盆地沉积了漳平组、长林组，且为南园组火山岩所覆盖。燕山早、晚期花岗岩呈大岩基复式岩体产出于远景区中、南部，受区域构造线控制，吞噬，破坏较大面积煤系地层。本区长林组火山岩与翠屏山组盖层下、晚古生代变质地层构造窗推覆体下为找煤远景区，资源前景好。

4.2 西坑远景区

该区位于天湖山矿区西侧，地处永春县西坑、吴殊至大田吴山、济阳境内，面积约337.2km2。地表大面积出露侏罗系长林组、南园组;二叠系童子岩组与翠屏山组，三叠系溪口组呈条带状沿北东向分布；为F31推覆断层下盘区(原地系统)。据永春纸坑、含春北和新村西等矿区多个钻孔证实火山岩下赋存有二叠系童子岩组煤系一段，厚度200～300m，见5层可采煤层。与中科院物探所合作在新村西开展的可控源音频大地电磁法找煤，亦验证新村西侏罗系火山岩盖层下赋存有童子岩组。且因本远景区发育有F2、吴F3推覆断层，使童子岩组煤系埋深变浅。本区火山岩下找煤潜力巨大(图9)。

4.3 尾厝远景区

该区地处安溪县剑斗镇、尾厝至漳平大深境内，与天湖山矿区同属福建省东含煤条带。面积约552km2。区内长兴组、溪口组、翠屏山组呈小面积断续出露于和F5断裂带西侧，童子岩组与翠屏山组小面积出露东南角，其余大部为晚侏罗系坂头组、南园组和长林组覆盖。二叠系下统童子岩组(P1t)大部隐伏于深部。

东部东阳、后井矿区资料表明，该区保存120m以上煤系，含可采煤2～6层，成煤环境较好。西部洛阳矿区揭示溪口组之下赋存有童子岩煤系。远景区内的霞春石灰岩矿山与福宇伦、新村西勘查区钻孔资料，均显示长林组不整合于童子岩组含煤地层之上；火山岩盖层厚度大于400m，其下隐伏大面积的童子岩组煤系，预测煤炭资源前景较好(图10)。

4.4 天湖山矿区深部

该区主要指天湖山矿区深部铅F1推覆断层下盘。铅F1推覆断层为F31推覆断层下盘另一条较大规模的推覆断层，已有4个孔控制，67个孔间接控制。它发育的时间早于F31推覆断层，其下盘为侏罗系长林组，铅坑ZK5和CK17孔穿过该地层后见童子岩组含煤地层，验证了F31断层下盘的长林组火山岩之下存在童子岩组“原地系统”，存在“天湖山下”找“天湖山”的可能。

图9 西坑远景区B-B′ 线地质剖面示意图Figure 9 Xikeng prospect area B-B’ diagrammatic geological section

图10 尾厝远景区A-A′ 线地质剖面示意图Figure 10 Weicuo prospect area A-A’ diagrammatic geological section

5 结语

①上侏罗统火山岩出露分布区位于二叠系聚煤盆地重要成煤区域，在其边缘常出露煤系，其覆盖区边缘地段为煤炭勘查有利区。

②闽南产煤基地-天湖山矿务局的开采童子岩组层位全部为外来推覆体，而F31断层下盘)原始沉积长林组火山岩下伏地层亦存在童子岩组(原地系统)。因此在“天湖山”下寻找另一个“天湖山”成为可能。

③通过对火山岩、推滑构造体下勘查煤炭成功实例分析，指出曾坂、西坑、尾厝、天湖山深部等四个隐伏煤炭勘查远景区，另尾厝远景区东侧长林组火山岩分布区域亦存在赋煤可能。火山岩与煤系地层物性特征差异明显，勘查中采用先重磁、电法物探，后钻探验证方法；可使勘查成功率与经济效益更好。