【精品論文】山西平朔礦區(qū)太原組“角礫巖”的成因研究.doc

精品論文山西平朔礦區(qū)太原組“角礫巖”的成因研究王娉娉，趙峰華，程晨，劉一鳴，李晉芳（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院，北京 100083）5摘要：平朔井工三礦在掘進(jìn)過程中，發(fā)現(xiàn)了一種成因不明的巖石，將其稱為“角礫巖”。對(duì)其 進(jìn)行了分布特性、測(cè)井曲線響應(yīng)特征、礦物組成特征、巖石學(xué)特征以及形成成因的探討和研 究，結(jié)果表明，平朔礦區(qū)太原組中的“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，是與煤層同時(shí)代的產(chǎn)物，而不是后生的。該礫巖層的存在對(duì)精煤洗選有嚴(yán)重的10影響，對(duì)此提出一些建議，來提高煤礦生產(chǎn)效益。關(guān)鍵詞：角礫巖；太原組；平朔礦區(qū)中圖分類號(hào)：p581study the cause of breccia in taiyuan formation in15pingshuo mining area of shanxiwang pingping, zhao fenghua, cheng chen, liu yiming, li jinfang(college of geoscience and surveying engineering, china university of mining and technology, beijing 100083)abstract: a rock which is called brecciahas been found by the no.3 underground mine of pingshuo20in the tunneling process, but no one knows how to form this rock. through exploring and studying its distribution characteristics, the logging curve response characteristics, mineral compositioncharacteristics, petrology characteristics as well as the causes of the formation, the research suggeststhat the brecciain taiyuan formation of pingshuo mine is the product of mudslides during peat swamp development and belongs to mudslides breccia. the breccia is the product of the same period25with the coal seam rather than epigenetic. the presence of the conglomerate layer has a serious impact on washing and cleaning the quality coal. therefore, it proposes some suggestions to improve theefficiency of coal production.key words: breccias；taiyuan formation；pingshuo mining area300引言山西晚古生代石炭二疊紀(jì)含煤地層的三角洲沉積以淺水三角洲為主，平原亞相（間灣湖 泊）最發(fā)育，前緣和前三角洲發(fā)育較差1。三角洲平原是有利聚煤場(chǎng)所，煤層較發(fā)育，橫向 分布上較連續(xù)。平朔礦區(qū)位于山西北部，經(jīng)過研究表明，平朔礦區(qū)太原組基本為三角洲平原 沉積，三角洲平原相包括分流河道相、天然堤相、決口扇相、泛濫盆地相、泥炭沼澤相2。35中煤平朔井工三礦在掘進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn) 9 號(hào)主采煤層頂板、中部和底板賦存有厚度不穩(wěn) 定，分布不均勻的砂質(zhì)礫巖層，成因不明，該礫巖層的存在對(duì)精煤洗選有嚴(yán)重的影響，影響 礦井開采經(jīng)濟(jì)效益。因此，本論文對(duì)該礫巖層的分布特征及成因進(jìn)行分析研究，為礦井分段 開采及分倉(cāng)洗選提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。1角礫巖特性401.1分布特征查明“角礫巖”中分布特征對(duì)于煤層的高效開采具有重要意義。對(duì)井工三礦太原組的“角作者簡(jiǎn)介：王娉娉(1986-)，女，在讀碩士研究生，主要研究方向煤田地質(zhì)通信聯(lián)系人：趙峰華（1969-），男，教授，博士生導(dǎo)師，當(dāng)前主要從事煤地質(zhì)地球化學(xué)、石油地質(zhì)學(xué)、水環(huán)境地球化學(xué)與水文地質(zhì)學(xué)教學(xué)和科研工作. e-mail: - 5 -礫巖”統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在井工三礦及其附近的 56 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，11 層煤層底板有 10 個(gè)，4 號(hào)和 9 號(hào)煤層有 11 個(gè)，4 號(hào)煤層頂板有 2 個(gè)， 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。所以在45進(jìn)行煤層開采時(shí)注意避開礫巖層，進(jìn)行分段高效開采。1.2宏觀巖性特征 據(jù)勘探資料，總結(jié)區(qū)分了平朔井工三礦太原組“角礫巖”的 3 種類型3： 型角礫巖：其組成以石英砂巖為主，砂質(zhì)成分含量往往大于泥質(zhì)成分；填隙物為砂質(zhì)與泥質(zhì)，膠結(jié)較好或者疏松；含燧石、黃鐵礦結(jié)核和炭屑；分選性、磨圓度差；礫徑503cm-7cm；巖芯較完整或破碎，有時(shí)見垂直裂隙或者斜交裂隙發(fā)育，有時(shí)見細(xì)砂巖層、泥巖 層或者煤線；巖塊較堅(jiān)硬，塊度 2cm-23cm；具水蝕現(xiàn)象，含水銹；巖石質(zhì)量（rqd）為30%-100%。型角礫巖：以火山角礫或礫石為主，礫石粒徑 2mm8cm，凝灰質(zhì)膠結(jié)或硅質(zhì)膠結(jié)， 填隙物為沙泥質(zhì)；分選差，次圓、次棱角或棱角狀；巖石質(zhì)量（rqd）為 30%-100%。55型角礫巖：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；砂質(zhì)含 量大于泥質(zhì)含量，礫石以黃色泥質(zhì)角礫為主，最大礫徑一般為 4cm，含黃鐵礦結(jié)核，rqd 值一般為 0%。1.3測(cè)井曲線影響特征“角礫巖”的視電阻率、側(cè)向電阻率、伽馬伽馬、自然伽馬、自然電位等測(cè)井曲線4 (如60圖 1)所示,從圖 1 可知，“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 5。這主要是因?yàn)椤敖堑[巖”孔隙度大、水分含量較大的原因。圖 1 三號(hào)井工礦鉆孔 296-119 與鉆孔 c-10 測(cè)井曲線圖fig.1 the logging curve of drilling 296-119 and drilling c-10 of no.3 underground mine651.4礦物學(xué)特征本次研究選擇了平朔三號(hào)井工礦 9 號(hào)煤層中 6 個(gè)具有代表性“角礫巖”樣品，采用 x 射 線衍射技術(shù)6-7（xrd）測(cè)試了 6 個(gè)“角礫巖”樣品的礦物組成，試驗(yàn)結(jié)果見表 1，從表 1 可知，平朔井工三礦太原組“角礫巖”主要由石英、粘土礦物（高嶺石、伊利石）和鉀長(zhǎng)石組成（如圖 2、圖 3）所示，次要礦物為黃鐵礦和赤鐵礦，同時(shí)還含有少量的鐵鋁石榴子石。主70要礦物和次要礦物均為沉積巖中常見的礦物，含有大量的粘土礦物。表 1 樣品 xrd 分析結(jié)果tab.1 samples by xrd analysis results樣品編號(hào)主要礦物組成1石英、伊利石、高嶺石、鉀長(zhǎng)石、黃鐵礦2石英、高嶺石、伊利石、鉀長(zhǎng)石、黃鐵礦、赤鐵礦3石英、高嶺石、鉀長(zhǎng)石4石英、高嶺石、鉀長(zhǎng)石、鐵鋁石榴子石5石英、高嶺石、伊利石、鉀長(zhǎng)石、黃鐵礦、赤鐵礦10.08.06.0i n t e n s it y ( c o u n t s )4.02.0x 10346-1045 quart z - sio226-0911 i llit e-2m1 nr - (k, h 3o)al2si3alo10(oh)214-0164 kaolinit e-1a - al2si2o5(oh)431-0966 ort hoc las e - kalsi3o842-1340 py rit e - fes21020304050602-thet a(圖 2 樣品 1 的 xrd 圖譜75（樣品 1 的主要礦物成分：石英、伊利石、高嶺石、鉀長(zhǎng)石、黃鐵礦）fig.2 xrd analysis of samples 115.0i n t e n s it y ( c o u n t s )10.05.0x 10365-0466 quart z low - sio2( main mineral composition of samples 1: quartz, illite, kaolinite, potassium feldspar, pyrite)6石英、高嶺石、鉀長(zhǎng)石14-0164 kaolinit e-1a - al2si2o5(oh)431-0966 ort hoc las e - kalsi3o833-0664 hemat it e - fe2o342-1340 py rit e - fes226-0911 i llit e-2m1 nr - (k, h 3o)al2si3alo10(oh)21020304050602-thet a(圖 3 樣品 2 的 xrd 圖譜80（樣品 2 的主要礦物成分：石英、高嶺石、伊利石、鉀長(zhǎng)石、黃鐵礦、赤鐵礦）fig.3 xrd analysis of samples 2( main mineral composition of samples 2: quartz, kaolinite, illite, potassium feldspar, pyrite, hematite)1.5巖石學(xué)特征本次研究對(duì) 9 號(hào)煤層中的 10 個(gè)“角礫巖”樣品進(jìn)行了宏觀描述和照相，制作了薄片，并859095100105110進(jìn)行了顯微鏡下觀察。宏觀上，這些“角礫巖”有的表現(xiàn)為疏松狀（圖 4），成巖作用弱，有的較為堅(jiān)硬（圖 5），成巖作用較強(qiáng)；顆粒的磨圓度較差，顆粒為次圓狀、次棱角狀或棱角 狀，顯示近距離快速堆積的特點(diǎn)；“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程，即“角 礫巖”是與泥炭沼澤同時(shí)代的產(chǎn)物，不是后生成因的。顯微鏡下觀察（如圖 6、圖 7、圖 8）表明，這些“角礫巖”主要由泥巖巖屑（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，磨圓度較差，顆粒之間被砂質(zhì) 或泥質(zhì)填隙物所充填?！敖堑[巖”樣品普遍含有較多黃鐵礦，有些樣品的黃鐵礦含量還較高， 這些黃鐵礦具有較好的晶形，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，這從另一個(gè)側(cè)面也反 映了“角礫巖”與煤層是同時(shí)形成的?！敖堑[巖”在顯微鏡下顯示出流動(dòng)構(gòu)造，暗示其泥石流成因的可能。圖 4 疏松狀“角礫巖”圖 5 堅(jiān)硬的“角礫巖”fig.4 loosen “breccia”fig.5 solid “breccia”圖 6 （透射光，40）圖 7 （透射光，20）圖 8 （正交光，20）fig.6 (transmission light, 40) fig.7 (transmission light, 20) fig.8 (orthogonal light, 20)2角礫巖的成因分析通過對(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，初步認(rèn)為該“角礫巖”是泥炭沼澤發(fā)育期間的泥石流 的產(chǎn)物，平朔礦區(qū)太原組的“角礫巖”屬于泥石流角礫巖，因?yàn)槟嗍魍l(fā)源于距離物源 區(qū)較近的地形高點(diǎn)，平朔礦區(qū)“角礫巖”的分布特征也具有這樣的特點(diǎn)。（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”，在 平朔礦區(qū)以南的地區(qū)還沒有發(fā)現(xiàn)。石炭二疊紀(jì)沉積時(shí)期，山西省北部地形高，南部地形地， 北部是物源區(qū)8；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。115120125130135140145150（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，山西組較少。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。潘家窯礦也在太原組發(fā)現(xiàn)了“角礫巖”，該礦太原組地層的砂巖 厚度也較大。根據(jù)平朔礦區(qū)太原組砂巖厚度的分布特征，可以預(yù)測(cè)平朔礦區(qū)西部以及東部 東露天礦太原組也可能發(fā)育“角礫巖”。（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（成熟度）而言，“角礫巖”中煤顆粒（炭屑）與共生煤層具有相同的變質(zhì)程度，因此，他們是同時(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，是煤層的同生沖蝕沉積9。（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，共生 煤層（9 號(hào)和 11 號(hào)煤層）也含有較高的硫含量10，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。3建議（1）進(jìn)一步查明“角礫巖”的分布范圍和特征，為保證礦井高效分段開采提供可靠依據(jù)， 提高煤礦生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。（2）由于該礫巖層對(duì)采掘生產(chǎn)有很大的影響，