平朔礦區(qū)太原組“角礫巖”成因及分布的研究

【摘要】平朔公司井工三礦角礫巖發(fā)育，對(duì)采掘生產(chǎn)影響極大，研究認(rèn)為該角礫巖是泥炭沼澤發(fā)育期間的泥石流的產(chǎn)物，角礫巖與煤層同時(shí)期形成，且為近距離快速堆積，并經(jīng)歷了相同的熱演化過(guò)程，該角礫巖屬于泥石流角礫巖。確定了井田內(nèi)角礫巖的發(fā)育分布范圍，為采掘生產(chǎn)提供了依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】太原組；角礫巖；成因；分布

平朔礦區(qū)井工三礦井田內(nèi)太原組煤系地層中發(fā)育一種與含煤地層極不相符的特殊巖石即角礫巖。這種巖石層位不穩(wěn)定，無(wú)連續(xù)性，厚度變化大，可出現(xiàn)在煤層中或圍巖中，既破壞了煤層的連續(xù)性，又嚴(yán)重影響了對(duì)煤層的高效開采，因此，對(duì)角礫巖的成因和分布特征進(jìn)行研究將可為煤炭合理開采提供依據(jù)。

1、井工三礦太原組角礫巖物性特征

1.1角礫巖宏觀巖性特征

據(jù)勘探及采掘?qū)嵰娰Y料，上述的角礫巖分布于太原組含煤地層中，可分為3種類型：以石英砂巖為主的膠結(jié)較硬的角礫巖、凝灰質(zhì)角礫巖、以及膠結(jié)較疏松的角礫巖。

以石英砂巖為主的膠結(jié)較硬的角礫巖分布最多，其組成以石英砂巖為主，粒徑大小不一，數(shù)厘米至2米以上。分選性、磨圓度差；填隙物為砂質(zhì)與泥質(zhì)，膠結(jié)多較好堅(jiān)硬；含燧石、黃鐵礦結(jié)核和炭屑；巖芯較完整堅(jiān)硬，有時(shí)見細(xì)砂巖層、泥巖層或者煤線，具水蝕現(xiàn)象，巖石質(zhì)量（RQD）為30%-100%。

凝灰質(zhì)角礫巖，成分以火山角礫或礫石為主，礫石粒徑2mm—8cm，凝灰質(zhì)膠結(jié)或硅質(zhì)膠結(jié)，填隙物為砂泥質(zhì)；分選差，次圓、呈棱角狀或次棱角狀；巖石質(zhì)量（RQD）為30%-100%。

膠結(jié)較疏松的以角礫巖，膠結(jié)不強(qiáng)，較疏松，具塑形，強(qiáng)風(fēng)化，極易風(fēng)化為碎粒粉末狀；可含大量煤屑；砂質(zhì)含量大于泥質(zhì)含量，礫石以黃色泥質(zhì)角礫為主，最大礫徑一般4cm，含黃鐵礦結(jié)核，RQD值一般為0%。

井田內(nèi)共有61個(gè)鉆孔見到角礫巖，深度103.77米—327.77米，厚度0.3米—14.85米，分布于4號(hào)煤層頂板至11號(hào)煤層底板間。

1.2角礫巖的測(cè)井響應(yīng)特征

角礫巖的測(cè)井曲線的分析結(jié)果，“角礫巖”具有低電阻、低伽馬伽馬、中高自然伽馬和較低自然電位的特征。這主要是因?yàn)椤敖堑[巖”孔隙度大、水分含量較大的原因。

1.3“角礫巖”的礦物學(xué)特征

采用X射線衍射技術(shù)（XRD）測(cè)試角礫巖樣品的礦物組成可知，平朔井工三礦太原組角礫巖主要由石英、粘土礦物和鉀長(zhǎng)石組成，次要礦物為黃鐵礦和赤鐵礦，個(gè)別還含有少量鐵鋁石榴子石。粘土礦物含量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，表明角礫巖具有泥石流成因的特點(diǎn)。

1.4角礫巖的巖石學(xué)特征

宏觀上這些角礫巖有的表現(xiàn)為疏松狀成巖作用弱，有的較為堅(jiān)硬成巖作用較強(qiáng)；顆粒的磨圓度較差，表現(xiàn)為次園狀、次棱角狀或棱角狀，顯示近距離快速堆積的特點(diǎn)；礫徑大小不一。角礫巖都不同程度地含有煤顆粒，這些煤顆粒與煤層具有相同的熱演化程度，表明角礫巖與煤層同時(shí)形成，經(jīng)歷了相同的熱演化過(guò)程。

顯微鏡下觀察表明，這些角礫巖主要由粘土礦物、石英和鉀長(zhǎng)石組成，巖屑和礦物顆粒為棱角狀或次棱角狀，砂質(zhì)或泥質(zhì)充填。角礫巖樣品普遍含有較多黃鐵礦具有較好的晶形，可見是早期成巖主要的產(chǎn)物；角礫巖中黃鐵礦含量較高表明其受海水的影響較強(qiáng)，這與9號(hào)煤層受海水影響硫含量較高是一致的，反映了“角礫巖”與煤層是同時(shí)形成的。角礫巖在顯微鏡下顯示出流動(dòng)構(gòu)造，暗示其可能是泥石流成因。

2、角礫巖的成因研究

通過(guò)對(duì)平朔井工三礦太原組角礫巖的分布特征、宏觀巖性特征、測(cè)井曲線響應(yīng)特征、礦物組成特征、巖石學(xué)特征等的研究，表明該角礫巖是泥炭沼澤發(fā)育期間的泥石流的產(chǎn)物，屬于泥石流角礫巖。依據(jù)如下。

（1）就整個(gè)山西省石炭二疊紀(jì)煤系而言，目前只在北部的平朔礦區(qū)發(fā)現(xiàn)角礫巖，因石炭二疊紀(jì)沉積時(shí)期，山西省北部地形高，南部地形低，北部是物源區(qū)；平朔礦區(qū)位于山西省北部，距離物源區(qū)較近，具備發(fā)育泥石流的條件。

（2）就垂向?qū)有蚨?，平朔礦區(qū)的角礫巖主要發(fā)育在太原組，這是因?yàn)殡S著華北石炭二疊紀(jì)含煤盆地的演化，從太原組時(shí)期到山西組時(shí)期，地形逐漸夷平，南北地形高差進(jìn)一步縮小，因此，泥石流發(fā)育的條件逐漸喪失，從而使得山西組角礫巖的發(fā)育較太原組減少。

（3）就平朔礦區(qū)而言，平朔礦區(qū)太原組角礫巖在井工三礦最為發(fā)育，而井工三礦位于平朔礦區(qū)的北部，距離物源區(qū)較近，處于當(dāng)時(shí)的地形較高部位，該區(qū)太原組砂巖的厚度也較平朔礦區(qū)其他地區(qū)大。

（4）就角礫巖的巖石組成特征而言，角礫巖的泥質(zhì)成分（粘土礦物）含量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，且具有流動(dòng)構(gòu)造，顯示泥石流的特征。

（5）就角礫巖與共生煤層的關(guān)系而言，平朔礦區(qū)角礫巖都不同程度含有煤顆粒（炭屑），而且在與煤層接觸帶上的角礫巖含有較多的煤顆粒，向上逐漸減少，暗示泥石流擾動(dòng)下部泥炭的特征。

（6）就角礫巖中煤顆粒與共生煤層的變質(zhì)程度而言，角礫巖中煤顆粒與共生煤層具有相同的變質(zhì)程度，是同時(shí)代的產(chǎn)物，即形成角礫巖的泥石流發(fā)生于泥炭沼澤發(fā)育期間。

（7）就角礫巖中的黃鐵礦與共生煤層的硫含量而言，角礫巖含有較多的黃鐵礦，其共生煤層也含有較高的硫含量，他們都受到同期海水的影響，暗示他們是同時(shí)代的產(chǎn)物。

綜上所述，平朔礦區(qū)太原組中的角礫巖屬于泥石流角礫巖，是與煤層同時(shí)代的產(chǎn)物。

3、井工三礦太原組角礫巖的分布

查明角礫巖的分布對(duì)煤礦的高效開采具有重要意義，就目前的資料來(lái)看，角礫巖主要分布在井工三礦。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在井工三礦及其附近的61個(gè)鉆孔中發(fā)現(xiàn)了“角礫巖”，這些角礫巖分布在太原組的不同層位，在采掘?qū)嶋H揭露中4煤層、9煤層極其圍巖中均揭露角礫巖。由此可知，“角礫巖”主要分布在太原組4號(hào)煤層以下層段，4號(hào)煤層以上分布較少。

4、結(jié)論

a.角礫巖主要分布在太原組4號(hào)煤層以下層段，4號(hào)煤層以上分布較少。

b.通過(guò)對(duì)平朔井工三礦太原組角礫巖的分布特征、測(cè)井曲線響應(yīng)特征、礦物組成特征、巖石學(xué)特征等的研究，表明該角礫巖是泥炭沼澤發(fā)育期間的泥石流的產(chǎn)物，角礫巖與煤層同時(shí)形成，且為近距離快速堆積，并經(jīng)歷了相同的熱演化過(guò)程，平朔礦區(qū)太原組的角礫巖屬于泥石流角礫巖。

作者簡(jiǎn)介

1任德平（1965.07-），男，內(nèi)蒙古呼倫貝爾市人，漢族，現(xiàn)職稱：高級(jí)工程師，學(xué)歷：大學(xué)，研究方向：煤礦地質(zhì)。