湘中石炭系测水组煤系特征及煤炭资源预测

湘中石炭系测水组煤系特征及煤炭资源预测
王小清;龙新良;赵训林
【摘要】10.3969/j.issn.1001-1986.2012.06.002% 湘中石炭系测水组是华
南早石炭世最有价值的煤系之一.通过对测水组煤系等沉积特征的综合分析，研究
了本区控煤因素和聚煤规律；结合矿山开发现状，着重对金竹山、渣渡等老矿区进行煤炭资源预测.研究结果表明：湘中次级构造单元的隆起和坳陷直接控制了煤系
发育和含煤性，富煤区往往位于向斜仰起端和平缓翼部位；古陆前缘坳陷中泻湖及潮坪环境是煤层发育的有利场所；含煤性与煤系厚度一般呈正相关关系，含煤性好的地区砂泥岩比值一般为0.5~1；预测金竹山矿区深部和渣渡矿区南段利民矿深部及两翼煤炭资源储量共372.98 Mt.总之，老矿区中深部及外围煤炭资源前景乐观，可以作为重点勘查靶区.
【期刊名称】《煤田地质与勘探》
【年(卷),期】2012(000)006
【总页数】5页(P8-12)
【关键词】湘中;测水组;煤系;煤炭资源预测
【作者】王小清;龙新良;赵训林
【作者单位】湖南省煤炭地质勘查院,湖南长沙 410014;湖南省煤炭地质勘查院,湖南长沙 410014;湖南省煤炭地质勘查院,湖南长沙 410014
【正文语种】中文
【中图分类】P618.11
湖南省煤炭资源经过历年的勘查与开采，浅部已基本采空，后备资源日趋短缺，寻找新的勘查赋煤靶区是当务之急。

湘中涟邵煤田是湖南省的主要煤炭生产基地，区内金竹山、渣渡、冷水江等矿区分布有湘煤集团40个国有煤矿企业和数百个地方煤矿，经过50余a的煤炭勘查与开发，暴露区和浅部的煤炭资源均已探明与利用，寻找新的煤炭资源的工作重点已由老矿区浅部迅速向老矿区深部和隐伏区扩展。

地质基础理论研究的欠缺，突显了找矿方向的欠缺，因此，今后在湘中金竹山、渣渡、冷水江等老矿区中深部及外围找煤是首选与必经之路。

湘中石炭系地层发育完好，层序清楚。

石炭系与下伏泥盆系一般呈整合接触，石炭系系内各统之间多为连续沉积(表1)。

古生物门类齐全，以珊瑚、腕足、类为主。

区内赋存有煤、石膏和铁等多种沉积矿产。

通过垂向上和横向上综合分析，湘中石炭系沉积环境分为以下三大类。

1.2.1 陆源碎屑岩沉积环境
在平面上看，湘中北部靠近雪峰古陆边缘，发育有陆源碎屑岩沉积的环境有浅海、滨海、障壁砂坝、滨海泻湖、潮坪等；在垂向上，测水组几乎全由陆源碎屑物质组成。

1.2.2 碳酸盐岩沉积环境
湘中石炭纪沉积中碳酸盐岩占绝大部分，其形成环境主要有潮上带及潮间带、低能潮下带(陆棚泻湖)、开阔陆棚等类型。

陆棚泻湖是下石炭统碳酸盐岩的主要沉积环境类型，而开阔陆棚是湖南石炭系中上统独有的沉积环境类型。

1.2.3 陆源碎屑和碳酸盐岩混合沉积环境
陆源碎屑物质对生物生长及碳酸盐岩物质的形成具有抑制作用。

本区测水组顶部的陆源碎屑沉积与碳酸盐岩的混合沉积，是在以陆源碎屑物质沉积为主的陆表海中。

在陆源碎屑沉积区和碳酸盐岩沉积区的过渡地带，由于海平面的波动造成了两者的“指状交错”。

而在本区石磴子组底部的薄层砂岩即为酸盐岩中夹有薄层的陆源碎
屑砂质沉积。

测水组是湘中下石炭统最重要的含煤地层。

测水组与下伏石磴子组和上覆梓门桥组地层均呈整合接触。

在古生物化石上表现为一种过渡关系。

测水组煤系中发育大量植物化石，这些植物群落组合反映了早石炭世植物的面貌。

测水组全组厚10～354m，一般厚110m。

垂向上，测水组可分上下两段：上段
厚5～190m，一般厚60m；下段厚5～164m，一般厚50m。

测水组下段含煤5～7层，可采煤层为3、5煤层，3煤层厚0～7.67m，平均1.69m；5煤层厚0～9.65m，平均1.27m。

煤层结构简单；煤层大部或全区可采；煤层属较稳定。

测水组上、下段各由4个亚段组成，即共划分为8个不同成因的地层亚段(表2)。

本区基底为华南加里东褶皱带，发育着长邵断坳(图1)。

长邵断坳总体构造形态以
完整的向、背斜为主，伴有少量断裂，断裂走向及褶皱轴向大多为北东向，呈雁形排列；西部为叠瓦状逆冲断层带，中部为隔档式褶皱带，东南部为宽缓的向、背斜褶皱带。

本区中部隔档式褶皱带的总体构造线为北东向，由宽阔的向斜构造和紧闭的背斜构造组成，成为湘中隔档式构造。

在隔档式褶皱构造中保存着测水组、龙潭组和梓门桥组等含煤地层。

向斜构造、推覆滑脱构造为主要的控煤构造。

向斜东南翼平缓开阔，构造简单，煤层赋存较好；西北翼则构造复杂，倾角较陡，有时直立倒转，煤层赋存相对较差；在几个大的向斜构造之间形成一系列北东向的重力滑脱构造，使向斜之间的背斜构造破坏殆尽。

区内滑脱构造具有多层次、多级别、多时代的迭加组合特点。

长邵断坳中主要含煤盆地为桥头河向斜、晏家铺向斜以及冷水江向斜。

各个向斜构造较宽缓，向斜两翼不对称，东缓西陡，富煤区往往位于向斜仰起端和平缓翼部位。

如桥头河向斜南端的金竹山煤矿区、晏家铺向斜南端的渣渡矿区南段利民煤矿和冷水江向斜南部矿区等向斜的仰起端均是富煤区。

这些向斜的北部仰起端也是含煤较富的地区。

湘中涟邵煤田是湖南最主要赋煤构造单元之一。

2.2.1 古陆前缘坳陷与煤系
古陆前缘坳陷是煤系沉积和聚煤的主要场所。

测水煤系等厚线的空间分布和展布方向表现出与盆地边缘大致平行，沿北东方向展布(图2)。

地层厚度大于100m厚度的范围主要位于雪峰古陆东侧前缘及万洋古陆西侧前缘坳陷地带，即涟邵同沉积坳陷和郴耒同沉积坳陷。

该两地是测水组发育较好的地方，也是煤层发育最好和较好的地方。

煤系厚度大于100m范围内，煤层发育较好，可采及局部可采煤层基本上都赋存
在这一范围。

由此可见，煤层发育与煤系沉积厚度呈正相关关系，煤系沉积中心基本就是富煤中心。

本区集中了测水组最大的厚煤体，成为华南测水组富煤区。

2.2.2 古地理环境与煤层
泥炭沼泽的发育同沉积基底的环境有密切的关系。

根据测水组煤层基底的沉积特征，可划分出3种沼泽类型。

一类是障壁砂坝朝陆一侧的斜坡地带发育的沼泽。

形成的煤层一般较薄，横向上不连续，常过渡为碳质泥岩。

由于离海较近，极易受到海水的影响，因此煤层中硫分较高。

部分矿区6、7煤主要由此种沼泽形成，此种环境中形成的煤层一般不具工业价值。

二类是泻湖淤泥形成的沼泽。

由于沉积物的充分供应，泻湖逐渐被填平，并在其表面开始生长植物，形成泥炭堆积。

当泥炭堆积速度与地壳下降速度一致时，泥炭向上连续堆积，形成很厚的泥炭岛。

当泥炭堆积速度比地壳下降速度快时，泥炭岛向外扩展，并发展成彼此相连，形成具有底部起伏地形的大型泥炭沼泽，长期稳定后则形成厚煤层。

大部分矿区的5煤层主要是在此种类型的沼泽中形成的，其沉积
基底许多是泻湖盆地沉积。

在5煤形成后期，由于泥炭堆积速度超过地壳下降速度，从而导致泥炭岛向外扩展，并逐渐连成片，形成广布的泥炭层，因而其层位稳定。

三类是发育于潮间坪上的沼泽。

此种沼泽发育于泻湖向陆一侧广阔平缓的潮间地带。

大部分矿区的3煤层主要形成于此种环境中，由于潮间坪地带较为平缓广阔，因
而其煤层厚度变化不是很大，硫分较前两种类型的要低，且其变化幅度不太大。

说明在广阔的潮间坪上，不同地带受海水影响差别不大。

因此，泻湖及潮坪环境是煤层发育的有利场所，它与构造活动密切配合，从而形成具工业价值的厚煤层。

泻湖发育的时间越长，空间分布范围越广，煤层发育越好，聚煤程度越高。

如涟源含煤区测水时从第I到第IV期长时间内，绝大部分地区都
处于泻湖潮坪环境，煤系下段——主要含煤段属于这个时期的沉积，含煤4～8层，可采或局部可采煤层1～3层，含煤量为200～500万t/km2，可见这种环境成煤最佳。

2.2.3 含煤性与岩性组合及砂泥岩比[3]
煤层在垂直剖面上的发育程度和频度与煤系的岩性组合及砂泥岩比有一定的相关性。

含煤性与煤系厚度一般呈正相关关系，各地的含煤性与其所处的岩相区也有较密切的关系。

测水组砂岩含量百分比与含煤关系可分为4个等级(表3)。

从砂泥岩比与煤层发育关系看，含煤性好的新化、冷水江、涟源等主要煤矿区，砂泥岩比值一般在0.5～1。

含煤性较好的双峰、武冈、新宁等主要煤矿区及新化-涟源主要矿区外围，砂泥岩比值一般在0.25～0.5。

上述之外的大部分地区，煤系的砂岩百分含量、砂泥岩比变化范围大，为含煤性较差区或差区。

2.2.4 后期构造控煤[2]
加里东运动以后，对测水煤系的分布、煤系的赋存状态以及煤层的稳定性影响最大的是印支运动，其次是燕山运动。

印支运动和燕山运动的作用结果是北东向的基底构造往往被利用或改造，出现北东、北北东向为主及北西向构造和弧形构造。

不同的构造形态和改造部位决定着煤系、煤层的保存程度和赋煤情况。

湘中地区较宽缓的向斜构造两翼不对称，东缓西陡，富煤区往往位于向斜仰起端和平缓翼部位。

与褶曲构造运动的挤压作用和煤的塑性流动性质有关，煤受到挤压，往向斜轴部转折部位流动，因而造成这些部位煤层增厚富集。

凡是有煤系出露的向斜构造，特别是仰起端，都应注意找煤。

背斜构造多呈狭窄的条带状，且多被断裂构造严重破坏，变得不完整，其间煤系地层残留无几。

湘中各构造带中，缓倾角层间断裂、滑动断裂及推覆构造普遍发育。

这些构造对煤系的破坏作用强烈，造成煤系和煤层断失、变薄，或重复、加厚，煤层赋存部位变浅或变深。

所以，在煤系发育地区，特别是在湘中地区，加强缓倾斜断裂与煤田预测的研究，是寻找煤炭资源的重要途径。

通过综合研究，利用煤炭地质勘探成果和矿山开采数据，通过比较地质条件，类推含煤性，寻找测水煤系的富煤带、厚煤体，侧重在老矿区深部或西翼及断层下盘进行煤炭资源预测。

金竹山矿区是桥头河向斜南部的测水组地层仰起收敛部位，是测水煤系最发育地段、含煤性最好的地区之一。

矿区地质构造比较简单，向斜两翼不对称，东南翼倾角陡，浅部直立甚至倒转，断裂构造不发育。

根据浅部一井田、一井扩建区、托山井田和石湾井田等4个井田的勘探和开采资料，对各主要煤层均作了煤层等厚线图和煤层底板砂体等厚线图，对成煤环境及富煤带规律作了综合研究和推测，储量预测结果如下：
a.预测煤层 3号、5号煤层。

b.预测计算厚度考虑除去夹矸及后期构造破坏等因素，3号、5号煤层均采用2m 计算。

c.容重据各井田的资料，3号、5号煤均定为1.4。

d.预测面积从-300m水平一直到向斜底，最深约达-1600m水平。

走向上，从一井扩建区-300m水平线到托山井田的56线及石湾井田的112线为止，长约
5000m，预测总面积8830km2，见图3。

e.可采含煤率根据各井田面积，可采含煤率统计求平均值，3号煤层为80%，5号煤层为74%。

f.储量预测结果 3号煤储量＝斜面积×厚度×容重×面积可采含煤率
=2994.1×2×1.4×80%＝6707万t; 5号煤储量=2994.1×2×1.4×74%＝5761万t。

全区总预测储量为12468万t。

渣渡矿区南段面积约200km2，是晏家铺向斜南部的测水组地层仰起收敛部分。

该区煤系发育，含煤性好，地质构造比较简单。

矿区为一北东向宽缓的向斜构造，两翼不对称，地层倾角15°～30°，东南翼浅部倾角较大，局部直立倒转。

层间滑动断裂或缓倾角断裂发育，对煤系、煤层影响不大。

根据《湖南涟邵煤田渣渡(南段)精查地质报告》、《湖南省冷水江市渣渡矿区(南段)利民井田深部精查》和《湖南省冷水江市渣渡矿区利民北段煤矿精查地质报告》，编制了3、5号煤等厚线图，确定原利民煤矿以西、以北的浅部、中深部为大于3m的厚煤带，厚煤体呈向深部延伸的趋势。

利民煤矿之东是以中厚煤层
(1.5～3.0m)为主的含煤区，其深部仍是煤炭富集区。

储量预测结果如下：
a.预测煤层利民煤矿以西、以北为3、5号煤，以东为5号煤层。

b.预测计算厚度利民矿深部分别采用5m、3m和2m，利民矿以东的深部采用2m。

c.容重 1.35。

d.预测面积利民北段为-100～-1200m水平，走向长约10km，宽3km；利民矿深部、东部分别为-500～-1200m水平和-400～-1200m水平，走向长约9km，宽约4.5km。

全区预测总面积约70km2。

e.可采含煤率 100%。

f.储量预算结果总预测储量为24830万t。

桥头河向斜、金竹山矿区岛石乡一带的大桥断层沿线，断层下盘有测水煤系保存，
从全区煤系、煤层变化趋势来看，此一带属煤系发育的低、中能潮坪多潮道相区。

区内煤系、煤层发育，应属含煤性较好的富煤带。

本次将其作为预测靶区，可供下一步开展预查找煤工作。

a.湘中、湘南加里东印支穿插褶皱带对测水煤系的建造和改造起着主导控制作用，次级构造单元的隆起和坳陷直接控制了煤系发育和含煤性。

b.古陆前缘坳陷是煤系沉积和聚煤的主要场所，泻湖及潮坪环境是煤层发育的有利场所，低、中能的潮坪多潮道环境更有利于成煤。

c.含煤性与岩性组合及砂泥岩比有一定关系，含煤性好的地区砂泥岩比值一般为
0.5～1。

d.后期构造具有重要控煤作用，富煤区往往位于向斜仰起端和平缓翼部位。

e.对金竹山矿区深部和渣渡矿区南段利民矿深部及两翼进行了煤矿预测，前者预测储量12468万t，后者24830万t，二者总储量37298万t。

f.地质研究成果表明，老矿区往往富煤性好，中深部及周边煤炭资源往往赋存状况较好，是寻找规模化煤炭资源优先考虑的预测区。

【相关文献】
[1] 湖南省煤田地质局第二勘探队，中国矿业学院北京研究生院.湖南石炭纪沉积与含煤岩系特征
[C]//中国石炭二叠纪含煤地层及地质学术会议论文集.北京：科学出版社，1987.
[2] 林亮，曹代勇，彭正奇，等.湘东北地区煤田构造格局与控煤构造样式[J].中国煤炭地质，2008，20(10)：47–49.
[3] 煤炭科学院西安地质勘探分院，湖南省煤田地质局第二勘探队.湘中测水煤系沉积条件与主采煤层沉积特征的研究[R].西安：煤炭科学院西安地质勘探分院，1977.
[4] 湖南省煤炭地质勘查院.湖南省煤炭资源潜力评价报告[R].株洲：湖南省煤炭地质勘查院，2010.。