淺析天龍山巖體對寒婆坳礦區煤層的影響*

何艷林，陳睿卿，肖海斌（湖南省煤炭地質勘查院，湖南 長沙 410014）

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淺析天龍山巖體對寒婆坳礦區煤層的影響*

何艷林*，陳睿卿，肖海斌
（湖南省煤炭地質勘查院，湖南 長沙 410014）

摘 要寒婆坳礦區位于漣源煤盆地南緣，礦區構造總體為一南北向的向斜，含煤地層為石炭系下統測水組，含煤2～3層。區內巖漿活動強烈，西部出露印支期天龍山花崗巖體，巖漿的侵入對煤層的賦存形態、結構構造、煤質等均產生了一定的影響。本文綜合分析了巖漿侵入對礦區煤層的影響，并提出了礦區找礦方向。

關鍵詞天龍山巖體；寒婆坳礦區；煤層；巖漿侵入

寒婆坳煤礦區位于漣邵煤田北段漣源盆地南部邊緣，煤炭資源賦存較好。礦區西部有印支期天龍山巖體侵入，對煤層的形態、結構構造、煤質影響較大，接近巖體出現石墨化現象。區內以往地質勘查工作程度較低，但淺部礦山開發強度較大，礦山主要開采煤炭資源，部分石墨化煤、石墨礦亦作為煤炭資源開發利用。本文分析了巖體對煤層的影響，煤層石墨化特征，對指導區內礦產資源開發利用及同類型地區的煤與石墨礦床找礦工作具有重要意義。

1　礦區地質概況

寒婆坳礦區出露地層由老至新有泥盆系上統、石炭系下統孟公坳組、石磴子組、測水組、梓門橋組；石炭系中上統壺天群；二疊系下統棲霞組、當沖組等（圖1）。測水組為含煤地層，為一套濱海海陸交互相的含煤碎屑沉積，分為上、下兩段，上段不含煤，厚約54.2 m。下段為含煤段厚60 m左右，含煤段主要由灰黑色、黑色砂質頁巖、炭質頁巖夾細砂巖及煤層組成。

礦區構造復雜程度屬于中等，構造形態總體為南北向的向斜構造，兩翼不對稱，向斜西翼出露地表，地層傾向東，傾角60～88°，局部直立甚至倒轉，中部及中南部被巖漿巖吞蝕而不完整。向斜東翼被寒婆坳推覆逆沖斷層的上盤推覆體掩蓋（圖2）。

圖1　寒婆坳礦區地質圖Fig.1 Hanpo’ao mining area geological map

圖2　0線剖面圖Fig.2 NO.0 line profile map

礦區斷裂構造主要發育寒婆坳推覆斷層[1,2]，該斷層沿向斜軸部展布，傾向西，將泥盆系及石炭系下統推覆到二疊系地層之上，使向斜東翼地層隱伏于地下。其次由于西部巖體侵入時的擠壓力及東部斷層的推覆作用，礦區還發育一些北東或北西向的次級小規模斷裂。

礦區西部侵入有天龍山巖體，巖體呈橢圓狀，長軸方向為南北向，屬中深成相，地表出露面積約56 km2。巖體侵入的地層是泥盆系中統至石炭系下統，鋯石同位素年齡測定為202～208 Ma，屬印支晚期侵入體，主要巖性為中粒（斑狀）黑云母二長花崗巖，黑云母花崗閃長巖。巖體東部與圍巖接觸成不規則的劇齒狀，根據以往勘查鉆孔控制，巖體東部接觸面總體向東傾斜，產狀與圍巖基本一致，淺部傾角陡立，達60～80°，往深部逐漸變緩。深部在石巷里煤礦（0線）與石船石墨礦之間一帶向東部呈“舌狀”突出。接觸帶巖體已蝕變，多為絹云母化、白云母化、碳酸鹽化、碳酸鹽化，且花崗斑巖脈極為發育，往往順層貫入到圍巖層中。巖體圍巖蝕變化有矽卡巖化、角巖化、石英巖化、大理巖化、千枚巖化、鉀長石化等，其變質相主要為角閃石角巖相，屬中級變質，巖漿溫度約300～500℃。根據圈巖蝕變強度確定巖體周圍熱力變質圈寬0.3～3 km，巖體東部寬0.4～1.5 km[3]。

2　煤層特征

礦區測水組含煤為2～3層，可采煤層2層，從上往下編號為3、5煤層，二者呈平行產出，呈層狀、似層狀， 二者間距5 m左右，中間夾一層淺灰色至灰色石英細砂巖，為二者的分界標志。

3煤層厚0.10～5.0 m，厚度變化大，不穩定，煤層結構較復雜，常夾有多層夾矸，往北部夾矸層數減少。煤層直接頂底板為砂質頁巖或炭質頁巖。煤層上部為半暗至半亮型煤，較松散，呈粒狀、鱗片狀，下部呈塊狀，為半亮型煤。

5煤層厚0.3～3.20 m，較為穩定，厚度變化總體較3煤層小，煤層結構造較簡單，一般不含夾矸。煤層頂板為細砂巖，底板為灰黑色至黑色粉砂巖或砂質頁巖。為半亮型煤，以塊煤為主，具條帶狀結構。

3、5煤質總體較好，屬于中低灰、低硫～中低硫，高發熱量無煙煤。礦區南部由于巖漿巖的侵入，煤層逐漸變質為隱晶質石墨，礦區石墨礦固定碳含量61.57～63.67%，手選剔除夾矸后固定碳含量達83.13～86.71%，固定碳含量高，有害組分少，質量較好。

由北到南，礦石體重增加，北部煤層的體重為1.7～1.9 t/m3，南部石墨礦的比重達到1.98～2.02 t/m3。

3　巖漿侵入對煤層特征的影響

3.2 對煤層變質程度的影響

礦區煤層由北往南變質程度逐漸增高，根據X射線衍射圖反映，北部的稠木煤礦、勝利煤礦X射線衍射圖沒有峰值出現，至稗沖煤礦、石巷里煤礦X射線衍射圖出現駝峰（圖3），煤層出現石墨化現象，石墨化度[4]逐漸增高，3煤層石墨化度由58.6%升高至79%，5煤層石墨化度由58.5 %升高至65.8%。到南部的三尖鎮石船石墨礦，基本上為石墨礦，石墨化度達到87.7%（圖4）。

圖3　稗沖煤礦3煤層X射線衍射圖Fig.3 X-ray diffraction diagrams of 3 coal seam in Beichong coal mine

3.1 對煤層的形態與厚度的影響

南部巖漿巖侵入造成具大的擠壓力，使得煤層往北產生流動，同時產生較強的褶曲，使石船石墨礦礦層厚度變小，而石巷里煤礦的煤層厚度增大。在垂向上天龍山巖體在0線南部至石船石墨礦北部一帶呈舌狀突出，深部侵入煤系，吞蝕了煤層，因此致使該處煤層缺失（圖2），出現無礦帶。因此，區內3、5煤層形態在南部褶曲較強，厚度由北往南有變薄的趨勢，而在中南部的石巷里煤礦厚度較大，礦區深部在石巷里煤礦（0線）南部一帶局部出現無礦帶。

由于巖體侵入擠壓，煤層頂、底板的砂質頁巖、炭質頁巖等軟弱巖層同時也會產生流動，有時甚至與煤層混雜，而導致靠近巖體的煤層夾矸增多，結構變得更加復雜。同時，因巖漿熱液的活動，緊靠巖體的地段，部分熱液侵入到煤層及頂底板巖石裂隙中，礦石中還見有細石英脈或方解石脈等熱液物質充填。

圖4　石船石墨礦3礦層X射線衍射圖Fig.4 X-ray diffraction diagrams of 3 mine seamin Shichuan graphite mine

煤層的石墨化范圍與天龍山巖體外接觸帶熱變質圈基本一致。根據煤層與天龍山巖體之間的距離，礦區煤層變質程度大致可以分為三個帶，一是距離天龍山巖體接觸帶的稗沖煤礦北部（距離＞1.2 km）為無煙煤帶，距離巖體0.5～1.2 km為石墨化煤帶，距離巖體＜500 m為石墨化帶。根據楊起等的研究，在單純的深成變質作用及成巖作用下，我國晚古生代煤的沉降幅度小于2000～2500 m時，一般形成氣煤[5]。漣源盆地晚古生代煤層沉降幅度在2500～2700 m左右，礦區位于盆地邊緣，沉降幅度相對較小，煤層變質到石墨階段，必定與天龍山巖體的熱接觸變質有關，距離巖體越近，煤層變質程度越高。

3.3 對煤層化學特征的影響

由表1可以看出，由北往南，距離巖體越近，水分、揮發份含量呈明顯下降的趨勢。水分含量3.03～0.72%，北部煤層的水分含量在2%以上，中部及南部石墨化煤與石墨礦的水分含量一般在2%以下。揮發份以碑沖煤礦為界，北部煤層的揮發分一般在7%以上，稗沖煤礦在5%左右，南部石墨化度較高，揮發份一般在5%以下。這是由于巖漿熱液帶來的高溫、揮發性氣體和壓力使煤發生變質作用，其中起主要作用的是高溫，靠近巖體的煤層受到高溫后產生的揮發性氣體較易逸出，導致煤層的水分、揮發份含量降低[6]。

區內3煤層固定碳含量為63.67%～82.99%，5煤層的固定碳含量為61.56～84.64%,以石船石墨礦含量最低，而灰分則與固定碳含量呈反比，以石船石墨礦含量最高。除石船石墨礦外，其它地段固定碳及灰分的含量變化較小。石船石墨礦固定碳含量較低，灰分含量高，這與巖漿侵入的擠壓力導致煤層及頂底板軟弱層流動混雜，導致夾矸增多有關。

表1　寒婆坳礦區3、5礦層測試結果表Table1 The table of 3,5 seam test result in Hanpoao mining area

4　找礦方向及找礦潛力分析

通過前面的分析，礦區礦床以煤炭為主，由于印支期天龍山巖體的侵入，在靠近巖體接觸帶約500～600 m的范圍以內，礦區煤層受熱接觸變質作用，變質為隱晶質石墨。隱晶質石墨礦化學性質穩定，已經廣泛用于鑄造、涂抹、電池、碳素制品、鉛筆及顏料等方面，其價值遠遠高于煤炭資源，因此區內下步找礦應根據煤層的變質程度分礦種分地段開展工作。

（1）圍繞天龍山巖體熱蝕變圈尋找隱晶質石墨礦的有利區段。區內南部石巷里——井門山一帶距離巖體近，以往工作程度低，地表煤系出露較好，沿天龍山巖體接觸面走向長達3000余米，巖石蝕變強。據調查，井門山一帶以往有民采現象，因此該區具有尋找大型隱晶質石墨礦的潛力。

（2）礦區北部煤炭資源開發較強，生產礦山較多，由于煤層陡立，勘查技術條件不佳，以往勘查程度低。根據目前礦山的開采情況，煤層厚度較穩定，煤質好，礦區深部具有進一步擴大煤炭資源的潛力，是煤炭資源勘查有利區段。

（3）寒婆坳向斜東翼，由于推覆構造作用，地表僅在北部紅寨煤礦至葫蘆巖一帶出露推覆構造上覆煤系，其煤層結構復雜，煤質較差。由于對推覆構造認識不足，認為礦區東部出露了老地層，煤系被斷失，而對推覆體掩蓋的下伏煤系基本沒有開展工作，因此寒婆坳推覆斷層下仍有較好的煤炭資源找礦前景，是礦區下步找煤的另一個工作方向。

參考文獻/Reference

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[2]楊雄庭 戴斌．一個與巖漿侵入有關的逆沖推覆構造及其研究意義.中國煤炭地質,2008，10：50-52.

[3]陳心才 何開善等.1/5萬區域地質調查報告（大乘山地區）.湖南省地質礦產局，1984，6.

[4]錢崇梁等.XRD測定炭素材料的石墨化度.中南工業大學學報.2001，6，32（3）：285-288.

[5]楊起 區域巖漿熱變質作用對我國煤層變質的影響.現代地質.1987，1（1）.123-130.

[6]謝承察 巖漿巖侵入對煤層影響的研究.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。

*第一作者簡介何艷林，女，1986年生，勘查技術與工程專業，助理工程師，主要從事礦產勘查、地質災害研究工作。Email：315867839@qq.com

*基金項目：中國地質調查局煤炭資源調查評價項目，工作項目編碼：12120113074500

文章編號：1672-5603（2016）01-035-4

中圖分類號：P618.11

文獻標識碼：A