山西陽泉五礦井田地質(zhì)特征及可采煤層對(duì)比研究

張傳鳳　特格喜白爾

摘要：陽泉五礦井田位于沁水塊坳的東北緣，屬娘子關(guān)——坪頭坳緣翹起帶，總體表現(xiàn)為東翹西傾的單斜構(gòu)造，巖層走向北北東。整個(gè)翹起帶的構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，僅見一些小斷層，但在北部的娘子關(guān)——平定縣一帶，發(fā)育有一個(gè)向西南方向散開、向北東方向收斂的帚狀構(gòu)造，帚狀構(gòu)造的中部被北北西向的巨型地塹所切割。區(qū)內(nèi)總的構(gòu)造線方向?yàn)楸北睎|及北東向，主要發(fā)育一些短軸褶曲及小斷層，主要可采煤層有8#、15#二層，局部可采煤層有3#上、8#、9#上、9#下、12#五層。本文詳細(xì)研究了井田地質(zhì)特征，并對(duì)煤質(zhì)特征及可采煤層進(jìn)行了對(duì)比研究，對(duì)以后的開發(fā)具有參考意義。

關(guān)鍵詞：陽泉五礦；井田；地質(zhì)特征；煤層；對(duì)比研究

1. 地層特征

井田內(nèi)，地層由老至新為奧陶系上石炭統(tǒng)太原組，二疊系下統(tǒng)山西組，下石盒子組，二疊系上統(tǒng)上石盒子組。

奧陶系：揭露最大厚度185.8米，為灰?guī)r、白云巖及泥質(zhì)灰?guī)r組成的淺海相碳酸鹽沉積。其上統(tǒng)由于沉積間斷而缺失。在本區(qū)只有中、下二個(gè)統(tǒng)。中統(tǒng)分三組、六段，本區(qū)缺失峰峰組第三段地層。

石炭系本溪組：揭露厚25.30m～49.20m，本組由灰色砂巖、灰黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖和一——二層石灰?guī)r及灰色鋁土泥巖組成，為瀉湖相沉積。偶見一——二層煤線，下層石灰?guī)r較穩(wěn)定。含燧石結(jié)核，鋁土泥巖厚4.10m～10.69m，平均9.16m，具鮞狀結(jié)構(gòu)。下部AI203含量較高，底部含較豐富的團(tuán)塊狀黃鐵礦，與下伏奧陶系地層呈假整合接觸。

石炭系太原組：為主要含煤地層，厚度97.74m～136.60m，底部為灰白色中細(xì)粒石英砂巖（K2），為太原組與本溪組的分界標(biāo)志，該砂巖者厚度及巖性均不甚穩(wěn)定，時(shí)有尖滅和相變?yōu)樯百|(zhì)泥巖的情況。中、下部為灰黑色泥巖，砂質(zhì)泥巖、灰色和灰白色中粗粒砂巖和三層石灰?guī)r及煤層組成。上部為深灰、灰黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖及灰白色中粗粒砂巖和煤層組成，煤層從下往上編號(hào)為16#、15#、14#、13#、12#、11#、9#下、9#、9#上、8#下、8#，其中主要可采煤層為15#、8#。

二疊系下統(tǒng)山西組：巖性以灰色、灰黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖、灰色、灰白色中細(xì)粒砂巖和煤層組成，全組厚30m～80m，一般厚65米左右，共含煤6層（1#～6#煤）。

二疊系下統(tǒng)下石盒子組：依其巖層風(fēng)化面的顏色和巖性分為綠色巖層段，黃色巖層段、砂巖帶。厚度91m～207m，一般厚度150米左右。底部為一層灰色中粒砂巖（K8，駱駝脖砂巖），以上為灰色深灰色、灰綠色砂質(zhì)泥巖，夾不穩(wěn)定煤線一～二層，中段的底部為一層灰色中粒砂巖（K9），不穩(wěn)定。以上為灰色、灰黃色砂質(zhì)泥巖。局部夾一——二層中細(xì)粒砂巖，上部砂巖帶為灰色中粗粒石英砂巖，間夾薄層砂質(zhì)泥巖。頂部為一層含鐵質(zhì)的鋁土質(zhì)泥巖（桃花泥巖，K10），穩(wěn)定，區(qū)域內(nèi)有對(duì)比意義，是上、下石盒子組的分界標(biāo)志，在尚怡村及對(duì)岸山坡出露良好。

上石盒子組：本組地層在區(qū)內(nèi)廣泛出露，分為下、中、上三段。中、下段紅黃色巖層段，主要以紅黃色砂質(zhì)泥巖為主，中部有一層較穩(wěn)定的石英砂巖（K11）稱為中間砂巖，作為中、上段的分界標(biāo)志。上段以紫褐色的砂質(zhì)泥巖為主，夾數(shù)層黃灰色中粗粒石英砂巖。底部為一層灰白色厚層狀中粗粒石英砂巖（K12，獅腦峰砂巖），是上下石盒子組的主要分界標(biāo)志。本組在區(qū)內(nèi)出露不全，據(jù)區(qū)域資料厚度390米左右。

在本井田內(nèi)主要標(biāo)志層為K1～K13，其中K1作為本溪組與太原組的分界，但其不穩(wěn)定。在確定該兩組地層分界線時(shí)，可以本溪組頂部灰?guī)r作為輔助標(biāo)志。K2、K3、K4是全井田穩(wěn)定的灰?guī)r標(biāo)志層。K7砂巖有時(shí)變化較大，全區(qū)共有22個(gè)點(diǎn)相變?yōu)樯百|(zhì)泥巖，相變點(diǎn)集中于井田的中部。當(dāng)砂巖相變不易確定時(shí)，可以8#煤頂板穩(wěn)定的海相泥巖頂作為太原組與山西組的分界標(biāo)志。K8砂巖為山西組與下石盒子組分界砂巖，有時(shí)也相變?yōu)樯百|(zhì)泥巖，分布在本井田中部。K10、K12在區(qū)內(nèi)穩(wěn)定，分布范圍廣，是區(qū)內(nèi)劃分地層的可靠標(biāo)志。

2. 地質(zhì)特征

本區(qū)處于該是扶構(gòu)造的散開部位。南部為沾尚——武鄉(xiāng)——陽城北北東向褶帶，該褶帶是沁水塊坳的主體，主要出露二疊系、三疊系地層。由一系列不同級(jí)別褶皺組成的復(fù)式向斜。在昔陽縣之西，沾尚以南、以老廟山為核心是一個(gè)弧形褶曲組成的小型蓮花狀構(gòu)造。

本區(qū)地層總的走向?yàn)楸蔽鳌北蔽飨?，傾向南西，傾角5°～10°，受區(qū)域構(gòu)造控制，區(qū)內(nèi)總的構(gòu)造線方向?yàn)楸北睎|及北東向。主要發(fā)育一些短軸褶曲及稀疏小斷層。由于地層比較寬緩。兩個(gè)短軸褶曲之間往往形成一個(gè)鞍部。區(qū)內(nèi)斷層規(guī)模小，落差較大的多為逆斷層，以下將區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造分述如下：

2.1 斷層：區(qū)內(nèi)共有較大斷層14條：F1為區(qū)內(nèi)較大的逆斷層，位于首采區(qū)內(nèi)北部及南部控制程度高，北部貴-20號(hào)孔落差為47米，南部落差變小，79-15、79-16、79-17號(hào)孔依次落差為32m、29m、25.5m，巷道中見該斷層落差為23～32米，往南逐漸消失，在79-13號(hào)孔見斷層并伴隨有陷落柱。鉆孔中見斷層部位在大原組石灰?guī)r之中。斷層中部落差大，但控制程度低。地面未見該斷層出露。F2斷層控制程度高，鉆孔控制層位在大原組底部，南部5-34號(hào)孔見斷層并伴有陷落柱。F8為區(qū)內(nèi)又一較大的逆斷層，控制程度高，附近地面見有陷落柱。其余斷層基本控制可靠，或地面可見，因落差較小，或未涉及煤層，因此對(duì)煤層影響不大。

2.2 褶曲：區(qū)內(nèi)共有大小褶曲29條，絕大多數(shù)走向?yàn)镹E-NNE向，延伸長(zhǎng)度最大7.5公里。

2.3 陷落柱：區(qū)內(nèi)陷落柱十分發(fā)育，除西北部地面少見以外。全區(qū)共見較大陷落柱169個(gè)，最大直徑150米，傾角一般75°～80°。地面陷落柱特征明顯：地層層序混亂，局部出現(xiàn)新地層。產(chǎn)狀與周圍巖層明顯不同。有陷落柱的鉆孔，巖芯破碎，測(cè)井曲線反映不正常，有次生膠結(jié)角礫巖等特征。

3. 含煤性及可采煤層

區(qū)內(nèi)主要的含煤地層為二疊系下統(tǒng)山西組及石炭系上統(tǒng)太原組。山西組一般厚度65米。含局部可采煤層2層，含不可采煤層1層，含煤系數(shù)5%。太原組一般厚度114米。含可采集局部可采煤層5層。總厚9.96米，含煤系數(shù)9.4%。主要可采煤層有8#、15#二層，局部可采煤層有3#上、8#、9#上、9#下、12#五層。各煤層特征列表如下（表1）：

4. 煤質(zhì)特征

本區(qū)各煤層的顏色呈鋼灰色、金屬光澤，條痕呈黑——灰黑色，條帶狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，具內(nèi)外生裂隙，裂隙中均有礦物質(zhì)充填，貝殼狀、眼球狀及階梯狀斷口，各煤層平均視密度在1.3～1.45之間。據(jù)陽泉礦務(wù)局生產(chǎn)礦井資料。各煤層的顯微硬度（Hr）多在50kg/mm2以上.可磨性好，抗碎強(qiáng)度高，熱穩(wěn)定性好。從生產(chǎn)大樣資料中得知，粒煤以上各級(jí)占50%左右，粉煤約占37%，其余為矸石及黃鐵礦。本區(qū)各煤層多以光亮型、半亮型煤為主，少數(shù)為半暗型煤。太原組煤富含黃鐵礦結(jié)核。各煤層均為無煙煤。其鏡煤平均最大反射率（R°max）在2.938%～3.202%之間。

5. 可采煤層對(duì)比研究

本區(qū)煤層特征較明顯，大多數(shù)煤層對(duì)比困難不大，特別是太原組中下部煤層有穩(wěn)定的石灰?guī)r層標(biāo)志，無論從間距、厚度等方面都可確定，因此，本次對(duì)比的重點(diǎn)為K4灰?guī)r以上煤層。煤層對(duì)比的方法及依據(jù)主要有標(biāo)志層、層間距、測(cè)井曲線特征、煤質(zhì)特征、沉積旋徊特征、砂體變化以及煤層本身厚度，頂?shù)装逄卣鞯?，各主要可采煤層綜合對(duì)比。

K4灰?guī)r以下煤層按照前述對(duì)比特征易于對(duì)比，如：15#煤位于太原組底部，第一旋徊之中，K2灰?guī)r以下20米左右，屬厚煤層，夾矸層較多，曲線異常幅值高，厚度大，硫分含量較高，對(duì)比可靠。12#煤位于太原組中部，K3與K4之間，第二旋徊之中，位于K4灰?guī)r下5米左右，一般有一層穩(wěn)定的夾矸，硫分含量偏高。12#煤雖然層位穩(wěn)定，但可采范圍不大，仍屬局都可采的薄煤層。K4為高電阻率低伽馬，其下為11#煤，僅為一煤線，具有高伽馬異常，曲線組合特征明顯且穩(wěn)定，可作為12#煤的物性標(biāo)志。

K4灰?guī)r之上煤層，對(duì)比較困難。但K4以上的8#煤，為區(qū)內(nèi)僅次于15#煤的主要可采煤層，9#煤組及6#煤局部可采，有必要在對(duì)比方面多找一些依據(jù)。

9#煤組，分9#下、9#、9#上煤，均位于K4至S2砂巖的旋徊之中，9#下煤距K4灰?guī)r頂5米左右，底板為泥巖，頂板為砂巖（S1），在本區(qū)的中部發(fā)育，視電阻率異常中等，伽馬高異常突出，煤層頂?shù)装宄Ｓ匈ゑR高異常。厚度不均勻，局部厚度可達(dá)2.70米（46號(hào)孔）?？刹蓞^(qū)平均厚度0.88米，厚度較大的部位集中在9、10、11線的中段，一般不含夾矸，或局部一層夾矸。9#煤位于S1砂體的枝杈部位，9#上與9#下中間，多不發(fā)育，僅見薄煤層、煤線或炭泥巖，層位也不太穩(wěn)定。9#上煤距下部K4灰?guī)r21米左右，距頂部K7砂巖22米左右，S1砂體之上，S2砂體之下，在本區(qū)北部發(fā)育，向南尖滅、缺失。最大厚度1.68米，可采區(qū)平均厚度0.31米，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，或有一層夾矸。底板多為泥巖，頂板或間接頂板為砂巖（S2），所以底板電阻率低而伽馬值高，而頂板電阻率高而伽馬值低，見電測(cè)井曲線示意圖（圖1）。

8#煤組發(fā)育在S2砂巖及K7砂巖之間，8#下煤沉積于S2砂巖之上，一般不可采，也不穩(wěn)定，常變薄尖滅，頂板以砂質(zhì)泥巖為主，底板砂巖或砂質(zhì)泥巖，上距K7砂巖12米左右，下距K4灰?guī)r30米左右。8#煤全區(qū)大都穩(wěn)定可采。最明顯的標(biāo)志是頂板的海相泥巖，視電阻率幅度不高，伽馬伽馬曲線幅值很低，自然伽馬曲線煤層頂面較高，有時(shí)為明顯高異常，而向上幅值漸低，成明顯的倒松塔形。有1～3層夾矸，最大厚度可達(dá)3.18米.平均厚度1.28米，上距K7砂巖8米左右。由于S2砂體變薄尖滅，在本區(qū)西北部有一8#、9#煤合并區(qū)，向西北延伸入二礦擴(kuò)區(qū)。

山西組煤層發(fā)育情況，遠(yuǎn)不如太原組，僅6#煤在全區(qū)可采范圍較大。6#煤發(fā)育在K7砂巖之上，山西組第一旋迥之中。底板為K7砂巖，頂板為砂巖。因此，由于頂板的沖刷作用往往使6#煤缺失，物性特征與8#煤截然不同，視電阻率高而自然伽馬值低。一般一層夾矸，煤層最大厚度可達(dá)l.95米，可采區(qū)平均厚度0.90米，以中灰，中——富硫煤為主，但6#煤無機(jī)硫含量高，脫硫率最高。同一旋迥中有不穩(wěn)定的5#煤，零星分布，無對(duì)比意義。

4#煤位于6#煤之上14米左右，發(fā)育在山西組第二旋迥之中，4#煤局部地區(qū)發(fā)育，且煤層較厚，但面積不大，大部分地區(qū)不可采。該煤層間接頂板多為砂巖，煤層多位于高阻砂巖之下，底板多為泥巖、砂泥巖，視電阻率及伽馬幅值較低，而自然伽馬較高。與4#煤處于同一旋迥之中的3#煤層，分上、下兩層，兩層煤間距最大15.07米，有時(shí)合并，3#下煤僅零星可采。3#上煤僅北部可采，最大厚度可達(dá)1.38米，可采區(qū)平均厚度0.75米。3#煤在山西組上部煤層中，伽馬異常幅度最高，3#煤頂?shù)装逡话銥檩^厚層砂巖，在視電阻率曲線上位于很寬的高異常中間的凹中，伽馬伽馬異常突出，易于辨認(rèn)。煤質(zhì)特征明顯。屬中灰、低硫煤。2#煤及1#煤處于第二旋徊之中，2#煤常分為二層薄煤層，層位穩(wěn)定，但無可采點(diǎn)，1#煤是山西組最上一層煤，距K8砂巖3米左右。

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