山西阳泉五矿井田地质特征及可采煤层对比研究

张传凤　特格喜白尔

摘要：阳泉五矿井田位于沁水块坳的东北缘，属娘子关——坪头坳缘翘起带，总体表现为东翘西倾的单斜构造，岩层走向北北东。整个翘起带的构造较为简单，仅见一些小断层，但在北部的娘子关——平定县一带，发育有一个向西南方向散开、向北东方向收敛的帚状构造，帚状构造的中部被北北西向的巨型地堑所切割。区内总的构造线方向为北北东及北东向，主要发育一些短轴褶曲及小断层，主要可采煤层有8#、15#二层，局部可采煤层有3#上、8#、9#上、9#下、12#五层。本文详细研究了井田地质特征，并对煤质特征及可采煤层进行了对比研究，对以后的开发具有参考意义。

关键词：阳泉五矿；井田；地质特征；煤层；对比研究

1. 地层特征

井田内，地层由老至新为奥陶系上石炭统太原组，二叠系下统山西组，下石盒子组，二叠系上统上石盒子组。

奥陶系：揭露最大厚度185.8米，为灰岩、白云岩及泥质灰岩组成的浅海相碳酸盐沉积。其上统由于沉积间断而缺失。在本区只有中、下二个统。中统分三组、六段，本区缺失峰峰组第三段地层。

石炭系本溪组：揭露厚25.30m～49.20m，本组由灰色砂岩、灰黑色泥岩、砂质泥岩和一——二层石灰岩及灰色铝土泥岩组成，为泻湖相沉积。偶见一——二层煤线，下层石灰岩较稳定。含燧石结核，铝土泥岩厚4.10m～10.69m，平均9.16m，具鲕状结构。下部AI203含量较高，底部含较丰富的团块状黄铁矿，与下伏奥陶系地层呈假整合接触。

石炭系太原组：为主要含煤地层，厚度97.74m～136.60m，底部为灰白色中细粒石英砂岩（K2），为太原组与本溪组的分界标志，该砂岩者厚度及岩性均不甚稳定，时有尖灭和相变为砂质泥岩的情况。中、下部为灰黑色泥岩，砂质泥岩、灰色和灰白色中粗粒砂岩和三层石灰岩及煤层组成。上部为深灰、灰黑色泥岩、砂质泥岩及灰白色中粗粒砂岩和煤层组成，煤层从下往上编号为16#、15#、14#、13#、12#、11#、9#下、9#、9#上、8#下、8#，其中主要可采煤层为15#、8#。

二叠系下统山西组：岩性以灰色、灰黑色泥岩、砂质泥岩、灰色、灰白色中细粒砂岩和煤层组成，全组厚30m～80m，一般厚65米左右，共含煤6层（1#～6#煤）。

二叠系下统下石盒子组：依其岩层风化面的颜色和岩性分为绿色岩层段，黄色岩层段、砂岩带。厚度91m～207m，一般厚度150米左右。底部为一层灰色中粒砂岩（K8，骆驼脖砂岩），以上为灰色深灰色、灰绿色砂质泥岩，夹不稳定煤线一～二层，中段的底部为一层灰色中粒砂岩（K9），不稳定。以上为灰色、灰黄色砂质泥岩。局部夹一——二层中细粒砂岩，上部砂岩带为灰色中粗粒石英砂岩，间夹薄层砂质泥岩。顶部为一层含铁质的铝土质泥岩（桃花泥岩，K10），稳定，区域内有对比意义，是上、下石盒子组的分界标志，在尚怡村及对岸山坡出露良好。

上石盒子组：本组地层在区内广泛出露，分为下、中、上三段。中、下段红黄色岩层段，主要以红黄色砂质泥岩为主，中部有一层较稳定的石英砂岩（K11）称为中间砂岩，作为中、上段的分界标志。上段以紫褐色的砂质泥岩为主，夹数层黄灰色中粗粒石英砂岩。底部为一层灰白色厚层状中粗粒石英砂岩（K12，狮脑峰砂岩），是上下石盒子组的主要分界标志。本组在区内出露不全，据区域资料厚度390米左右。

在本井田内主要标志层为K1～K13，其中K1作为本溪组与太原组的分界，但其不稳定。在确定该两组地层分界线时，可以本溪组顶部灰岩作为辅助标志。K2、K3、K4是全井田稳定的灰岩标志层。K7砂岩有时变化较大，全区共有22个点相变为砂质泥岩，相变点集中于井田的中部。当砂岩相变不易确定时，可以8#煤顶板稳定的海相泥岩顶作为太原组与山西组的分界标志。K8砂岩为山西组与下石盒子组分界砂岩，有时也相变为砂质泥岩，分布在本井田中部。K10、K12在区内稳定，分布范围广，是区内划分地层的可靠标志。

2. 地质特征

本区处于该是扶构造的散开部位。南部为沾尚——武乡——阳城北北东向褶带，该褶带是沁水块坳的主体，主要出露二叠系、三叠系地层。由一系列不同级别褶皱组成的复式向斜。在昔阳县之西，沾尚以南、以老庙山为核心是一个弧形褶曲组成的小型莲花状构造。

本区地层总的走向为北西——北北西向，倾向南西，倾角5°～10°，受区域构造控制，区内总的构造线方向为北北东及北东向。主要发育一些短轴褶曲及稀疏小断层。由于地层比较宽缓。两个短轴褶曲之间往往形成一个鞍部。区内断层规模小，落差较大的多为逆断层，以下将区内主要构造分述如下：

2.1 断层：区内共有较大断层14条：F1为区内较大的逆断层，位于首采区内北部及南部控制程度高，北部贵-20号孔落差为47米，南部落差变小，79-15、79-16、79-17号孔依次落差为32m、29m、25.5m，巷道中见该断层落差为23～32米，往南逐渐消失，在79-13号孔见断层并伴随有陷落柱。钻孔中见断层部位在大原组石灰岩之中。断层中部落差大，但控制程度低。地面未见该断层出露。F2断层控制程度高，钻孔控制层位在大原组底部，南部5-34号孔见断层并伴有陷落柱。F8为区内又一较大的逆断层，控制程度高，附近地面见有陷落柱。其余断层基本控制可靠，或地面可见，因落差较小，或未涉及煤层，因此对煤层影响不大。

2.2 褶曲：区内共有大小褶曲29条，绝大多数走向为NE-NNE向，延伸长度最大7.5公里。

2.3 陷落柱：区内陷落柱十分发育，除西北部地面少见以外。全区共见较大陷落柱169个，最大直径150米，倾角一般75°～80°。地面陷落柱特征明显：地层层序混乱，局部出现新地层。产状与周围岩层明显不同。有陷落柱的钻孔，岩芯破碎，测井曲线反映不正常，有次生胶结角砾岩等特征。

3. 含煤性及可采煤层

区内主要的含煤地层为二叠系下统山西组及石炭系上统太原组。山西组一般厚度65米。含局部可采煤层2层，含不可采煤层1层，含煤系数5%。太原组一般厚度114米。含可采集局部可采煤层5层。总厚9.96米，含煤系数9.4%。主要可采煤层有8#、15#二层，局部可采煤层有3#上、8#、9#上、9#下、12#五层。各煤层特征列表如下（表1）：

4. 煤质特征

本区各煤层的颜色呈钢灰色、金属光泽，条痕呈黑——灰黑色，条带状结构，层状构造，具内外生裂隙，裂隙中均有矿物质充填，贝壳状、眼球状及阶梯状断口，各煤层平均视密度在1.3～1.45之间。据阳泉矿务局生产矿井资料。各煤层的显微硬度（Hr）多在50kg/mm2以上.可磨性好，抗碎强度高，热稳定性好。从生产大样资料中得知，粒煤以上各级占50%左右，粉煤约占37%，其余为矸石及黄铁矿。本区各煤层多以光亮型、半亮型煤为主，少数为半暗型煤。太原组煤富含黄铁矿结核。各煤层均为无烟煤。其镜煤平均最大反射率（R°max）在2.938%～3.202%之间。

5. 可采煤层对比研究

本区煤层特征较明显，大多数煤层对比困难不大，特别是太原组中下部煤层有稳定的石灰岩层标志，无论从间距、厚度等方面都可确定，因此，本次对比的重点为K4灰岩以上煤层。煤层对比的方法及依据主要有标志层、层间距、测井曲线特征、煤质特征、沉积旋徊特征、砂体变化以及煤层本身厚度，顶底板特征等，各主要可采煤层综合对比。

K4灰岩以下煤层按照前述对比特征易于对比，如：15#煤位于太原组底部，第一旋徊之中，K2灰岩以下20米左右，属厚煤层，夹矸层较多，曲线异常幅值高，厚度大，硫分含量较高，对比可靠。12#煤位于太原组中部，K3与K4之间，第二旋徊之中，位于K4灰岩下5米左右，一般有一层稳定的夹矸，硫分含量偏高。12#煤虽然层位稳定，但可采范围不大，仍属局都可采的薄煤层。K4为高电阻率低伽马，其下为11#煤，仅为一煤线，具有高伽马异常，曲线组合特征明显且稳定，可作为12#煤的物性标志。

K4灰岩之上煤层，对比较困难。但K4以上的8#煤，为区内仅次于15#煤的主要可采煤层，9#煤组及6#煤局部可采，有必要在对比方面多找一些依据。

9#煤组，分9#下、9#、9#上煤，均位于K4至S2砂岩的旋徊之中，9#下煤距K4灰岩顶5米左右，底板为泥岩，顶板为砂岩（S1），在本区的中部发育，视电阻率异常中等，伽马高异常突出，煤层顶底板常有伽马高异常。厚度不均匀，局部厚度可达2.70米（46号孔）。可采区平均厚度0.88米，厚度较大的部位集中在9、10、11线的中段，一般不含夹矸，或局部一层夹矸。9#煤位于S1砂体的枝杈部位，9#上与9#下中间，多不发育，仅见薄煤层、煤线或炭泥岩，层位也不太稳定。9#上煤距下部K4灰岩21米左右，距顶部K7砂岩22米左右，S1砂体之上，S2砂体之下，在本区北部发育，向南尖灭、缺失。最大厚度1.68米，可采区平均厚度0.31米，结构较简单，或有一层夹矸。底板多为泥岩，顶板或间接顶板为砂岩（S2），所以底板电阻率低而伽马值高，而顶板电阻率高而伽马值低，见电测井曲线示意图（图1）。

8#煤组发育在S2砂岩及K7砂岩之间，8#下煤沉积于S2砂岩之上，一般不可采，也不稳定，常变薄尖灭，顶板以砂质泥岩为主，底板砂岩或砂质泥岩，上距K7砂岩12米左右，下距K4灰岩30米左右。8#煤全区大都稳定可采。最明显的标志是顶板的海相泥岩，视电阻率幅度不高，伽马伽马曲线幅值很低，自然伽马曲线煤层顶面较高，有时为明显高异常，而向上幅值渐低，成明显的倒松塔形。有1～3层夹矸，最大厚度可达3.18米.平均厚度1.28米，上距K7砂岩8米左右。由于S2砂体变薄尖灭，在本区西北部有一8#、9#煤合并区，向西北延伸入二矿扩区。

山西组煤层发育情况，远不如太原组，仅6#煤在全区可采范围较大。6#煤发育在K7砂岩之上，山西组第一旋迥之中。底板为K7砂岩，顶板为砂岩。因此，由于顶板的冲刷作用往往使6#煤缺失，物性特征与8#煤截然不同，视电阻率高而自然伽马值低。一般一层夹矸，煤层最大厚度可达l.95米，可采区平均厚度0.90米，以中灰，中——富硫煤为主，但6#煤无机硫含量高，脱硫率最高。同一旋迥中有不稳定的5#煤，零星分布，无对比意义。

4#煤位于6#煤之上14米左右，发育在山西组第二旋迥之中，4#煤局部地区发育，且煤层较厚，但面积不大，大部分地区不可采。该煤层间接顶板多为砂岩，煤层多位于高阻砂岩之下，底板多为泥岩、砂泥岩，视电阻率及伽马幅值较低，而自然伽马较高。与4#煤处于同一旋迥之中的3#煤层，分上、下两层，两层煤间距最大15.07米，有时合并，3#下煤仅零星可采。3#上煤仅北部可采，最大厚度可达1.38米，可采区平均厚度0.75米。3#煤在山西组上部煤层中，伽马异常幅度最高，3#煤顶底板一般为较厚层砂岩，在视电阻率曲线上位于很宽的高异常中间的凹中，伽马伽马异常突出，易于辨认。煤质特征明显。属中灰、低硫煤。2#煤及1#煤处于第二旋徊之中，2#煤常分为二层薄煤层，层位稳定，但无可采点，1#煤是山西组最上一层煤，距K8砂岩3米左右。

参考文献：

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