【精品论文】山西平朔矿区太原组“角砾岩”的成因研究.doc

精品论文山西平朔矿区太原组“角砾岩”的成因研究王娉娉，赵峰华，程晨，刘一鸣，李晋芳（中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京 100083）5摘要：平朔井工三矿在掘进过程中，发现了一种成因不明的岩石，将其称为“角砾岩”。对其 进行了分布特性、测井曲线响应特征、矿物组成特征、岩石学特征以及形成成因的探讨和研 究，结果表明，平朔矿区太原组中的“角砾岩”是泥炭沼泽发育期间的泥石流的产物，属于泥 石流角砾岩，是与煤层同时代的产物，而不是后生的。该砾岩层的存在对精煤洗选有严重的10影响，对此提出一些建议，来提高煤矿生产效益。关键词：角砾岩；太原组；平朔矿区中图分类号：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 "breccia"has 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 "breccia"in 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叠纪含煤地层的三角洲沉积以浅水三角洲为主，平原亚相（间湾湖 泊）最发育，前缘和前三角洲发育较差1。三角洲平原是有利聚煤场所，煤层较发育，横向 分布上较连续。平朔矿区位于山西北部，经过研究表明，平朔矿区太原组基本为三角洲平原 沉积，三角洲平原相包括分流河道相、天然堤相、决口扇相、泛滥盆地相、泥炭沼泽相2。35中煤平朔井工三矿在掘进过程中发现 9 号主采煤层顶板、中部和底板赋存有厚度不稳 定，分布不均匀的砂质砾岩层，成因不明，该砾岩层的存在对精煤洗选有严重的影响，影响 矿井开采经济效益。因此，本论文对该砾岩层的分布特征及成因进行分析研究，为矿井分段 开采及分仓洗选提供可靠的地质依据。1角砾岩特性401.1分布特征查明“角砾岩”中分布特征对于煤层的高效开采具有重要意义。对井工三矿太原组的“角作者简介：王娉娉(1986-)，女，在读硕士研究生，主要研究方向煤田地质通信联系人：赵峰华（1969-），男，教授，博士生导师，当前主要从事"煤地质地球化学"、"石油地质学"、"水环境地球化学与水文地质学"教学和科研工作. E-mail: zfh1- 5 -砾岩”统计发现，在井工三矿及其附近的 56 钻孔中发现了“角砾岩”，这些“角砾岩”分布在太原组的不同层位，11 层煤层底板有 10 个，4 号和 9 号煤层有 11 个，4 号煤层顶板有 2 个， 由此可知，“角砾岩”主要分布在太原组 4 号煤层以下层段，4 号煤层以上分布较少。所以在45进行煤层开采时注意避开砾岩层，进行分段高效开采。1.2宏观岩性特征 据勘探资料，总结区分了平朔井工三矿太原组“角砾岩”的 3 种类型3： 型角砾岩：其组成以石英砂岩为主，砂质成分含量往往大于泥质成分；填隙物为砂质与泥质，胶结较好或者疏松；含燧石、黄铁矿结核和炭屑；分选性、磨圆度差；砾径503cm-7cm；岩芯较完整或破碎，有时见垂直裂隙或者斜交裂隙发育，有时见细砂岩层、泥岩 层或者煤线；岩块较坚硬，块度 2cm-23cm；具水蚀现象，含水锈；岩石质量（RQD）为30%-100%。型角砾岩：以火山角砾或砾石为主，砾石粒径 2mm8cm，凝灰质胶结或硅质胶结， 填隙物为沙泥质；分选差，次圆、次棱角或棱角状；岩石质量（RQD）为 30%-100%。55型角砾岩：胶结不强，较疏松，具塑形，强风化，极易风化为碎粒粉末状；砂质含 量大于泥质含量，砾石以黄色泥质角砾为主，最大砾径一般为 4cm，含黄铁矿结核，RQD 值一般为 0%。1.3测井曲线影响特征“角砾岩”的视电阻率、侧向电阻率、伽马伽马、自然伽马、自然电位等测井曲线4 (如60图 1)所示,从图 1 可知，“角砾岩”具有低电阻、低伽马伽马、中高自然伽马和较低自然电位 的特征 5。这主要是因为“角砾岩”孔隙度大、水分含量较大的原因。图 1 三号井工矿钻孔 296-119 与钻孔 C-10 测井曲线图Fig.1 The logging curve of drilling 296-119 and drilling C-10 of No.3 underground mine651.4矿物学特征本次研究选择了平朔三号井工矿 9 号煤层中 6 个具有代表性“角砾岩”样品，采用 X 射 线衍射技术6-7（XRD）测试了 6 个“角砾岩”样品的矿物组成，试验结果见表 1，从表 1 可知，平朔井工三矿太原组“角砾岩”主要由石英、粘土矿物（高岭石、伊利石）和钾长石组成（如图 2、图 3）所示，次要矿物为黄铁矿和赤铁矿，同时还含有少量的铁铝石榴子石。主70要矿物和次要矿物均为沉积岩中常见的矿物，含有大量的粘土矿物。表 1 样品 XRD 分析结果Tab.1 Samples by XRD analysis results样品编号主要矿物组成1石英、伊利石、高岭石、钾长石、黄铁矿2石英、高岭石、伊利石、钾长石、黄铁矿、赤铁矿3石英、高岭石、钾长石4石英、高岭石、钾长石、铁铝石榴子石5石英、高岭石、伊利石、钾长石、黄铁矿、赤铁矿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(°图 2 样品 1 的 XRD 图谱75（样品 1 的主要矿物成分：石英、伊利石、高岭石、钾长石、黄铁矿）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、高岭石、钾长石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(°图 3 样品 2 的 XRD 图谱80（样品 2 的主要矿物成分：石英、高岭石、伊利石、钾长石、黄铁矿、赤铁矿）Fig.3 XRD analysis of Samples 2( Main mineral composition of Samples 2: Quartz, kaolinite, illite, potassium feldspar, pyrite, hematite)1.5岩石学特征本次研究对 9 号煤层中的 10 个“角砾岩”样品进行了宏观描述和照相，制作了薄片，并859095100105110进行了显微镜下观察。宏观上，这些“角砾岩”有的表现为疏松状（图 4），成岩作用弱，有的较为坚硬（图 5），成岩作用较强；颗粒的磨圆度较差，颗粒为次圆状、次棱角状或棱角 状，显示近距离快速堆积的特点；“角砾岩”都不同程度地含有煤颗粒，这些煤颗粒与煤层 具有相同的热演化程度，表明“角砾岩”与煤层同时形成，经历了相同的热演化过程，即“角 砾岩”是与泥炭沼泽同时代的产物，不是后生成因的。显微镜下观察（如图 6、图 7、图 8）表明，这些“角砾岩”主要由泥岩岩屑（粘土矿物）、 石英和钾长石组成，岩屑和矿物颗粒为棱角状或次棱角状，磨圆度较差，颗粒之间被砂质 或泥质填隙物所充填。“角砾岩”样品普遍含有较多黄铁矿，有些样品的黄铁矿含量还较高， 这些黄铁矿具有较好的晶形，是早期成岩主要的产物；“角砾岩”中黄铁矿含量较高表明其 受海水的影响较强，这与 9 号煤层受海水影响硫含量较高是一致的，这从另一个侧面也反 映了“角砾岩”与煤层是同时形成的。“角砾岩”在显微镜下显示出流动构造，暗示其泥石流成因的可能。图 4 疏松状“角砾岩”图 5 坚硬的“角砾岩”Fig.4 loosen “breccia”Fig.5 solid “breccia”图 6 （透射光，40×）图 7 （透射光，20×）图 8 （正交光，20×）Fig.6 (transmission light, 40×) Fig.7 (transmission light, 20×) Fig.8 (Orthogonal light, 20×)2角砾岩的成因分析通过对平朔井工三矿太原组“角砾岩”的分布特征、宏观岩性特征、测井曲线响应特征、 矿物组成特征、岩石学特征等的研究，初步认为该“角砾岩”是泥炭沼泽发育期间的泥石流 的产物，平朔矿区太原组的“角砾岩”属于泥石流角砾岩，因为泥石流往往发源于距离物源 区较近的地形高点，平朔矿区“角砾岩”的分布特征也具有这样的特点。（1）就整个山西省石炭二叠纪煤系而言，目前只在北部的平朔矿区发现“角砾岩”，在 平朔矿区以南的地区还没有发现。石炭二叠纪沉积时期，山西省北部地形高，南部地形地， 北部是物源区8；平朔矿区位于山西省北部，距离物源区较近，具备发育泥石流的条件。115120125130135140145150（2）就垂向层序而言，平朔矿区的“角砾岩”主要发育在太原组，山西组较少。这是因为随着华北石炭二叠纪含煤盆地的演化，从太原组时期到山西组时期，地形逐渐夷平，南 北地形高差进一步缩小，因此，泥石流发育的条件逐渐丧失，从而使得山西组“角砾岩”的 发育较太原组减少。（3）就平朔矿区而言，平朔矿区太原组“角砾岩”在井工三矿最为发育，而井工三矿位 于平朔矿区的北部，距离物源区较近，处于当时的地形较高部位，该区太原组砂岩的厚度 也较平朔矿区其他地区大。潘家窑矿也在太原组发现了“角砾岩”，该矿太原组地层的砂岩 厚度也较大。根据平朔矿区太原组砂岩厚度的分布特征，可以预测平朔矿区西部以及东部 东露天矿太原组也可能发育“角砾岩”。（4）就“角砾岩”的岩石组成特征而言，“角砾岩”的泥质成分（粘土矿物）含量占绝对 优势，且具有流动构造，显示泥石流的特征。（5）就“角砾岩”与共生煤层的关系而言，平朔矿区“角砾岩”都不同程度含有煤颗粒（炭屑），而且在与煤层接触带上的“角砾岩”含有较多的煤颗粒，向上逐渐减少，暗示泥石流 扰动下部泥炭的特征。（6）就“角砾岩”中煤颗粒与共生煤层的变质程度（成熟度）而言，“角砾岩”中煤颗粒（炭屑）与共生煤层具有相同的变质程度，因此，他们是同时代的产物，即形成“角砾岩”的泥石流发生于泥炭沼泽发育期间，是煤层的同生冲蚀沉积9。（7）就“角砾岩”中的黄铁矿与共生煤层的硫含量而言，“角砾岩”含有较多的黄铁矿，共生 煤层（9 号和 11 号煤层）也含有较高的硫含量10，他们都受到同期海水的影响，暗示他们 是同时代的产物。3建议（1）进一步查明“角砾岩”的分布范围和特征，为保证矿井高效分段开采提供可靠依据， 提高煤矿生产经济效益。（2）由于该砾岩层对采掘生产有很大的影响，所以建议制定相应的安全管理方法，保 证生产安全进行。（3）根据该砾岩层的岩石矿物种类，建议在开采的时候对“角砾岩”中的矿物进行合理 有效的经济回收，并加以利用，避免有用矿物无形损失11。参考文献1 董明.山西晚古生代沉积环境与聚煤规律M.山西：山西科学技术出版社，1992.2 董明.山西朔南矿区含煤岩系特征及其沉积环境J.中国煤炭地质，2009，21（S2）：21-23. 3 喻国东.云南东川因民角砾岩成因及分类探讨J.矿产勘查，2012，3（1）：9-15.4 郭崇光.低能伽马测井法在煤田勘探中的研究应用J.中国煤田地质，2004，16(2):49-51. 5 于兴河.碎屑岩系油气储层沉积学M.北京：石油工业出版社，2008.6 汤志勇，邱海鸥，郑洪涛.岩石矿物分析J.分析实验室，2012，31（12）：108-124. 7 潘兆橹，赵爱醒，潘铁虹.结晶学及矿物学M.北京：地质出版社，1993.8 杨玉卿，崔维平，田洪.碎屑岩成像测井沉积学研究及其在海上油田的应用J.海相油气地质，2012，17(3) ：40-46.9 曹代勇，陈江峰，杜振川.煤炭地质勘查与评价M.北京：中国矿业大学出版社，2010.10 李春辉，刘显凡，赵普峰，等.云南马关火山角砾岩及其包裹体岩石岩相学和元素地球化学特征及其地 质意义J.地质科技情报，2011，30（3）：48-56.11 .别克特巴耶夫.开采中有用矿物损失的经济后果J.国外采矿技术快报，1986，2(21)：3-5.