突出岩石学特征研究

突出砂岩的岩石学特征研究
文世元 1,2 郭臣业 3 周东平 3 周俊杰 3
（1.重庆大学 资源及环境科学学院，重庆 400030；2.重庆市煤炭工业管理局，重庆，401121；
3.重庆市能源投资集团科技有限责任公司，重庆，400060） 摘要：为了认识重庆某矿 T3xj4 突出砂岩岩样岩石学特征，分析了砂岩的地质概况，并用 X 射线荧光光谱仪、蔡司偏光显微镜、AutoPore Ⅳ 9500 全自动压汞仪、VEGA II LMU 型可 变真空扫描电镜对突出砂岩进行了测试。结果表明：岩样为沉积石英砂岩，化学成分以 SiO2、 偏铝酸盐为主；岩样孔隙度和渗透率较低，孔喉尺寸大于甲烷分子直径，2.5~9.4μ m 之间的 孔喉对渗透率贡献值最大；岩样呈块状结构，断面不平整，微观裂隙和节理不发育、连通性 差，砂岩微观断面存在贝壳状、阶梯状断口，鲜有节理面。突出砂岩岩石学特征的研究能够 帮助我们甄别突出砂岩，为岩石和瓦斯突出的预测预报提供佐证。 关键字：岩石和瓦斯突出；砂岩；岩石学特征 中图分类号：TD713
Petrological characteristics of outburst sandstone and significance
WEN Shiyuan1,2 GUO Chenye3 ZHOU Dongping3 ZHOU Junjie3 （1. College of Resources and Environmental Sciences,Chongqing University,Chongqing 400044,China;2. Chongqing Administration of Coal Industry,Chongqing 401121,China;3. Science and Technology Co.,Ltd., Chongqing Energy Investment Group, Chongqing 400060, China） Abstract：In order to understand the petrological characteristics of T3xj4 outburst sandstone sample in Chongqing coal mine, analysed geology of sandstone,and tested outburst sandstone by XRF, CAISI polarizer microscope, AutoPore Ⅳ 9500 apparatus mercury intrusion, VEGA II LMU variable vacuum scanning electron microscope.Test results showed that: Rock sample is Sedimentary quartz sandstone and mainly composed of SiO2,partial aluminate; sample have low average porosity and permeability, pore throat size greater than the diameter of methane molecular，and pore throat between the 2.5~9.4μ m contribution to the permeability value of the largest; rock sample have massive structure and section of rock sample is not flat，micro-cracks and joints do not develop，the connectivity is poor，micro-section of sandstone have conchoidal fracture,ladder-shaped fracture and rarely joint surface. the research of petrological characteristics of outburst sandstone can help us to differentiate outburst sandstone and provides proof for forecast of rock and gas outburst. Key Words：rock and was outburst；sandstone；Petrologic Characteristics
1 前言
随着煤矿开采深度的不断增加，采矿环境日趋恶化，工程灾害日趋增多。近年来，煤矿 矿井在深部掘进巷道时出现了岩石和瓦斯突出现象[1-4]，国外发生岩石和瓦斯突出比较严重 的国家有前苏联（1955-1975）、波兰（1975）、捷克（1973）、日本（1974）等国，我国的永 川煤矿（1994-1997，2008）、阜新矿区艾友矿（2007）和东梁二井（1983）、甘肃窑街矿区
基金项目：重庆市科委自然科学基金计划项目（cstcjjA00002）；重庆市科技攻关计划重点项目 （cstc2012gg-yyjsB90001）。 作者简介：文世元（1969-），男，重庆市煤炭工业管理局瓦斯防治处处长，高级工程师，主要从事煤矿瓦 斯防治技术管理和行政管理工作。
1

海石湾风井（1995）、吉林营城五井（1975）、北票矿区的冠山二井和台吉竖井（1970）等煤 矿掘进巷道先后出现过岩石和瓦斯突出。
岩石和瓦斯突出资料表明（表 1），突出岩石均来自沉积砂岩层，这说明沉积砂岩的岩 石学特征、孔隙特性等与突出存在着紧密的联系，因此研究突出砂岩的岩石学特征对认识岩 石和瓦斯突出具有重要意义。国内外对突出砂岩的岩石学特征研究较少，我国学者李晓昭、 华安增等研究了海石湾风井油气砂岩突出的砂岩特征，给出了突出砂岩填隙物的显微组分特 征、400 倍以下 SEM 图像和压汞参数[1,5]，受试验条件影响他们并没有分析油气突出砂岩的 元素特征；М.И.большинский 研究了彼得洛夫斯克-深矿突出砂岩，认为突出危险砂岩的孔 隙率为无突出危险砂岩的 0.5-1 倍[6]；Y B Zhang、冯涛等从岩爆发生机理的角度出发，研究 了发生岩爆岩石断口微观形态，认为岩石断口微观形态与所受力学状态有密切关系[7,8]。由 于研究目的不同，已有的对突出砂岩岩石学特征的研究并不全面，尚需进一步研究。
本文以取自重庆某煤矿发生过岩石和瓦斯突出的须家河四段（T3xj4）砂岩为研究对象， 分析其地质背景、元素及矿物组成和电镜扫描图像特征，并论述突出砂岩岩石学特征研究的 意义。
表 1 国内外部分岩石和瓦斯突出岩石种类统计表 Table1 The statistical table of rocks species in rocks and gas outburst domestic and foreign
发生地点
岩性
中国（艾友矿） 中国（永川 6 井） 中国（甘肃窑街矿） 捷克（斯塔瑞奇矿） 原苏联（顿巴斯矿） 原苏联（波钦科夫煤
矿） 英国（黑克莱顿矿）
西德
粉砂岩 中粒砂岩 中、粗粒砂岩
砂岩 中粒砂岩
砂岩
砂岩 砂岩
2 突出砂岩体地质概况
重庆某矿所属煤田由新华系四川沉降带川东“隔挡式”构造西缘的华蓥山帚状构造向西 南延伸的西山、螺观山、新店子和古佛山等背斜组成。区内向斜宽缓，背斜紧密，轴线呈北 东-南西展布，彼此间近似平行，并形成左列式雁行排列。西山、新店子和古佛山背斜在平 面山组成一组向南东凸起的弧形构造，新店子背斜正位于弧形构造的中段。重庆某矿正位于 弧形的顶端。矿区出露最老地层为三叠纪下统飞仙关组暗紫色钙质泥岩，其上依次为三叠纪 下统嘉陵江组石灰岩（厚约 400m）、三叠纪上统须家河组陆相砂泥岩含煤地层（厚约 640m）， 再上为侏罗纪紫红色泥岩、砂质泥岩夹砂岩及薄层石灰岩，矿区三叠纪须家河四、五段部分 综合柱状简图如图 1 所示。T3xj4 以厚层状灰白～浅灰色中粒砂岩为主，局部为细粒或粗～ 中粒砂岩，偶夹薄层泥质粉砂岩及粉砂质泥岩透镜体，具有大型板状交错层理和平行层理。 井田地区周边 T3xj4 地层等厚图和成岩相平面分布图见图 2。
蜀南 T3xj4 岩层沉积环境属于河流-三角洲沉积体系，为三角洲平原沉积相，该层位还是 川南油气田的主要存储层之一。重庆某矿 T3xj4 砂岩为中~粗粗碎屑沉积，具有以下特征： 砂岩颜色较浅，一般为灰白～浅灰色，粒度稍粗，多为中粒砂岩；砂岩填隙物中杂基以粘 土矿为主，含量一般小于 6%，胶结物以石英和方解石为主，另有少量绿泥石、高岭石等[9]。成 岩作用包括压实作用、压溶作用、胶结作用(绿泥石胶结)、交代作用、构造破坏作用、溶蚀 作用等。
2