平朔矿区太原组“角砾岩”成因及分布的研究

【摘要】平朔公司井工三矿角砾岩发育，对采掘生产影响极大，研究认为该角砾岩是泥炭沼泽发育期间的泥石流的产物，角砾岩与煤层同时期形成，且为近距离快速堆积，并经历了相同的热演化过程，该角砾岩属于泥石流角砾岩。确定了井田内角砾岩的发育分布范围，为采掘生产提供了依据。

【关键词】太原组；角砾岩；成因；分布

平朔矿区井工三矿井田内太原组煤系地层中发育一种与含煤地层极不相符的特殊岩石即角砾岩。这种岩石层位不稳定，无连续性，厚度变化大，可出现在煤层中或围岩中，既破坏了煤层的连续性，又严重影响了对煤层的高效开采，因此，对角砾岩的成因和分布特征进行研究将可为煤炭合理开采提供依据。

1、井工三礦太原组角砾岩物性特征

1.1角砾岩宏观岩性特征

据勘探及采掘实见资料，上述的角砾岩分布于太原组含煤地层中，可分为3种类型：以石英砂岩为主的胶结较硬的角砾岩、凝灰质角砾岩、以及胶结较疏松的角砾岩。

以石英砂岩为主的胶结较硬的角砾岩分布最多，其组成以石英砂岩为主，粒径大小不一，数厘米至2米以上。分选性、磨圆度差；填隙物为砂质与泥质，胶结多较好坚硬；含燧石、黄铁矿结核和炭屑；岩芯较完整坚硬，有时见细砂岩层、泥岩层或者煤线，具水蚀现象，岩石质量（RQD）为30%-100%。

凝灰质角砾岩，成分以火山角砾或砾石为主，砾石粒径2mm—8cm，凝灰质胶结或硅质胶结，填隙物为砂泥质；分选差，次圆、呈棱角状或次棱角状；岩石质量（RQD）为30%-100%。

胶结较疏松的以角砾岩，胶结不强，较疏松，具塑形，强风化，极易风化为碎粒粉末状；可含大量煤屑；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4cm，含黄铁矿结核，RQD值一般为0%。

井田内共有61个钻孔见到角砾岩，深度103.77米—327.77米，厚度0.3米—14.85米，分布于4号煤层顶板至11号煤层底板间。

1.2角砾岩的测井响应特征

角砾岩的测井曲线的分析结果，“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。这主要是因为“角砾岩”孔隙度大、水分含量较大的原因。

1.3“角砾岩”的矿物学特征

采用X射线衍射技术（XRD）测试角砾岩样品的矿物组成可知，平朔井工三矿太原组角砾岩主要由石英、粘土矿物和钾长石组成，次要矿物为黄铁矿和赤铁矿，个别还含有少量铁铝石榴子石。粘土矿物含量占绝对优势，表明角砾岩具有泥石流成因的特点。

1.4角砾岩的岩石学特征

宏观上这些角砾岩有的表现为疏松状成岩作用弱，有的较为坚硬成岩作用较强；颗粒的磨圆度较差，表现为次园状、次棱角状或棱角状，显示近距离快速堆积的特点；砾径大小不一。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。

显微镜下观察表明，这些角砾岩主要由粘土矿物、石英和钾长石组成，岩屑和矿物颗粒为棱角状或次棱角状，砂质或泥质充填。角砾岩样品普遍含有较多黄铁矿具有较好的晶形，可见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，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，暗示其可能是泥石流成因。

2、角砾岩的成因研究

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，表明该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。依据如下。

（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，因石炭二叠纪沉积时期，山西省北部地形高，南部地形低，北部是物源区；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。

（2）就垂向层序而言，平朔矿区的角砾岩主要发育在太原组，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。

（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而言，角砾岩中煤颗粒与共生煤层具有相同的变质程度，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。

（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，其共生煤层也含有较高的硫含量，他们都受到同期海水的影响，暗示他们是同时代的产物。

综上所述，平朔矿区太原组中的角砾岩属于泥石流角砾岩，是与煤层同时代的产物。

3、井工三矿太原组角砾岩的分布

查明角砾岩的分布对煤矿的高效开采具有重要意义，就目前的资料来看，角砾岩主要分布在井工三矿。统计发现，在井工三矿及其附近的61个钻孔中发现了“角砾岩”，这些角砾岩分布在太原组的不同层位，在采掘实际揭露中4煤层、9煤层极其围岩中均揭露角砾岩。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。

4、结论

a.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。

b.通过对平朔井工三矿太原组角砾岩的分布特征、测井曲线响应特征、矿物组成特征、岩石学特征等的研究，表明该角砾岩是泥炭沼泽发育期间的泥石流的产物，角砾岩与煤层同时形成，且为近距离快速堆积，并经历了相同的热演化过程，平朔矿区太原组的角砾岩属于泥石流角砾岩。

作者简介

1任德平（1965.07-），男，内蒙古呼伦贝尔市人，汉族，现职称：高级工程师，学历：大学，研究方向：煤矿地质。