平朔礦區太原組“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育，對采掘生產影響極大，研究認為該角礫巖是泥炭沼澤發育期間的泥石流的產物，角礫巖與煤層同時期形成，且為近距離快速堆積，并經歷了相同的熱演化過程，該角礫巖屬于泥石流角礫巖。確定了井田內角礫巖的發育分布范圍，為采掘生產提供了依據。

【關鍵詞】太原組；角礫巖；成因；分布

平朔礦區井工三礦井田內太原組煤系地層中發育一種與含煤地層極不相符的特殊巖石即角礫巖。這種巖石層位不穩定，無連續性，厚度變化大，可出現在煤層中或圍巖中，既破壞了煤層的連續性，又嚴重影響了對煤層的高效開采，因此，對角礫巖的成因和分布特征進行研究將可為煤炭合理開采提供依據。

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

據勘探及采掘實見資料，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較硬的角礫巖、凝灰質角礫巖、以及膠結較疏松的角礫巖。

以石英砂巖為主的膠結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，數厘米至2米以上。分選性、磨圓度差；填隙物為砂質與泥質，膠結多較好堅硬；含燧石、黃鐵礦結核和炭屑；巖芯較完整堅硬，有時見細砂巖層、泥巖層或者煤線，具水蝕現象，巖石質量（RQD）為30%-100%。

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

膠結較疏松的以角礫巖，膠結不強，較疏松，具塑形，強風化，極易風化為碎粒粉末狀；可含大量煤屑；砂質含量大于泥質含量，礫石以黃色泥質角礫為主，最大礫徑一般4cm，含黃鐵礦結核，RQD值一般為0%。

井田內共有61個鉆孔見到角礫巖，深度103.77米—327.77米，厚度0.3米—14.85米，分布于4號煤層頂板至11號煤層底板間。

1.2角礫巖的測井響應特征

角礫巖的測井曲線的分析結果，“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。這主要是因為“角礫巖”孔隙度大、水分含量較大的原因。

1.3“角礫巖”的礦物學特征

采用X射線衍射技術（XRD）測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、粘土礦物和鉀長石組成，次要礦物為黃鐵礦和赤鐵礦，個別還含有少量鐵鋁石榴子石。粘土礦物含量占絕對優勢，表明角礫巖具有泥石流成因的特點。

1.4角礫巖的巖石學特征

宏觀上這些角礫巖有的表現為疏松狀成巖作用弱，有的較為堅硬成巖作用較強；顆粒的磨圓度較差，表現為次園狀、次棱角狀或棱角狀，顯示近距離快速堆積的特點；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形成，經歷了相同的熱演化過程。

顯微鏡下觀察表明，這些角礫巖主要由粘土礦物、石英和鉀長石組成，巖屑和礦物顆粒為棱角狀或次棱角狀，砂質或泥質充填。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物；角礫巖中黃鐵礦含量較高表明其受海水的影響較強，這與9號煤層受海水影響硫含量較高是一致的，反映了“角礫巖”與煤層是同時形成的。角礫巖在顯微鏡下顯示出流動構造，暗示其可能是泥石流成因。

2、角礫巖的成因研究

通過對平朔井工三礦太原組角礫巖的分布特征、宏觀巖性特征、測井曲線響應特征、礦物組成特征、巖石學特征等的研究，表明該角礫巖是泥炭沼澤發育期間的泥石流的產物，屬于泥石流角礫巖。依據如下。

（1）就整個山西省石炭二疊紀煤系而言，目前只在北部的平朔礦區發現角礫巖，因石炭二疊紀沉積時期，山西省北部地形高，南部地形低，北部是物源區；平朔礦區位于山西省北部，距離物源區較近，具備發育泥石流的條件。

（2）就垂向層序而言，平朔礦區的角礫巖主要發育在太原組，這是因為隨著華北石炭二疊紀含煤盆地的演化，從太原組時期到山西組時期，地形逐漸夷平，南北地形高差進一步縮小，因此，泥石流發育的條件逐漸喪失，從而使得山西組角礫巖的發育較太原組減少。

（3）就平朔礦區而言，平朔礦區太原組角礫巖在井工三礦最為發育，而井工三礦位于平朔礦區的北部，距離物源區較近，處于當時的地形較高部位，該區太原組砂巖的厚度也較平朔礦區其他地區大。

（4）就角礫巖的巖石組成特征而言，角礫巖的泥質成分（粘土礦物）含量占絕對優勢，且具有流動構造，顯示泥石流的特征。

（5）就角礫巖與共生煤層的關系而言，平朔礦區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，暗示泥石流擾動下部泥炭的特征。

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

（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，暗示他們是同時代的產物。

綜上所述，平朔礦區太原組中的角礫巖屬于泥石流角礫巖，是與煤層同時代的產物。

3、井工三礦太原組角礫巖的分布

查明角礫巖的分布對煤礦的高效開采具有重要意義，就目前的資料來看，角礫巖主要分布在井工三礦。統計發現，在井工三礦及其附近的61個鉆孔中發現了“角礫巖”，這些角礫巖分布在太原組的不同層位，在采掘實際揭露中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號煤層以下層段，4號煤層以上分布較少。

4、結論

a.角礫巖主要分布在太原組4號煤層以下層段，4號煤層以上分布較少。

b.通過對平朔井工三礦太原組角礫巖的分布特征、測井曲線響應特征、礦物組成特征、巖石學特征等的研究，表明該角礫巖是泥炭沼澤發育期間的泥石流的產物，角礫巖與煤層同時形成，且為近距離快速堆積，并經歷了相同的熱演化過程，平朔礦區太原組的角礫巖屬于泥石流角礫巖。

作者簡介

1任德平（1965.07-），男，內蒙古呼倫貝爾市人，漢族，現職稱：高級工程師，學歷：大學，研究方向：煤礦地質。