平顶山十矿下石盒子组戊₉_-煤层瓦斯地质图

地热CO₂-水-碳酸盐岩系统的CO₂来源分析~

目前，不同地热系统的CO2来源已经有了较多的研究（刘再华等，1997；Wang等，1996；上官志冠等，1993；上官志冠等，1997；Craig，1953；Faure，1977），主要的方法是碳稳定同位素方法。
已有研究（Craig，1953；Faure，1977）表明，土壤生物成因的CO2的δ13C=-25‰（变化范围-16‰～-28‰），大气CO2的δ13C=-7‰，地幔成因CO2的δ13C=-4‰～-11‰，石灰岩变质成因CO2的δ13C=±3‰。根据表12.1和表12.2中黄龙、康定和中甸下给三系统的CO2分压及其碳稳定同位素特征分析，并联系系统出露的地质构造条件可知，系统的CO2主要为地幔成因CO2与石灰岩变质成因CO2的混合物。
业已测得三地区灰岩的δ13C 平均为3.0‰，假定其高温分解完全，则形成的CO2的δ13C应为3.0‰左右（Faure，1977）。此外，云南腾冲火山地区没有灰岩的影响，因此，其产出的CO2可认为是深部纯岩浆起源的（刘再华等，1997），由表12.4 可知，此种CO2的δ13C岩浆=-9.78‰。又设各地区释放CO2中灰岩分解起源的CO2占x%，则岩浆起源的CO2占（100-x）%，由同位素质量守恒可得：
x·δ13C灰岩+（100-x）δ13C岩浆=100·δ13CCO2气
据此由黄龙、康定和中甸下给三系统CO2气体的碳同位素值（δ13C（CO2气），表12.2）可对各泉CO2气体的来源作出定量评价，结果如表12.5所示。
由表12.5可知，云南中甸下给地热系统和康定第一类地热系统的CO2主要来源于地层中石灰岩变质产生的CO2，而黄龙系统和康定第二类地热系统的CO2主要来源于地幔成因的CO2。

表12.5 黄龙、康定和中甸下给三系统CO2来源评价表

（一）概述
该套地层为甘肃省地质局第一区域地质测量队（简称甘肃区测一队，下同）1966年创名，创名地在甘肃省肃北蒙古族自治县罗雅楚山西段。依据七角井东南具韵律沉积的碎屑岩中采到早奥陶世的笔石动物群命名为罗雅楚山群。
1968年，甘肃区测二队将营毛沱、沙井一带与罗雅楚山群相同的一套含笔石碎屑岩命名为沙井群。1976年甘肃省地质局《1:50万地质矿产图说明书》中就已提及两群属同物异名。此后《西北地区区域地层表·甘肃省分册》（1980）、《甘肃省区域地质志》（1989）均沿用沙井群一名。《甘肃省岩石地层》（1997）依据优先命名原则，建议恢复罗雅楚山群，并降群为组，同时停止使用沙井群，并重新厘定了罗雅楚山组的定义，主要由长石石英砂岩、石英岩、硅质板岩相间互层构成，夹有少量灰岩、砂质灰岩及砂砾岩。自下而上粒级渐细，沉积韵律明显，多处见到粒序层，单韵律由数米至数十米。上部见有黄铁矿散晶，富含笔石及少量腕足类，与下伏西双鹰山组以大套碎屑岩的始现为底界，呈连续沉积，局部为平行不整合。本书沿用该定义。
调查区奥陶系罗雅楚山组分布面积较广，出露面积达350km2以上，主要分布于沙井子幅交瑞口子－考克交瑞以南、沙井子－营毛沱复式向斜核部和营毛沱幅南部大、小营毛沱一带。以轻度变质碎屑岩为主，夹有少量硅质岩及砂质灰岩。根据岩性组合可分为上、下两个岩性段，两个岩性段间为整合接触，空间上紧密伴生，但以上段为主。与下伏中－上寒武统西双鹰山组为渐变过渡关系或呈平行不整合接触。
（二）实测剖面
甘肃省肃北蒙古族自治县营毛沱地区营毛沱西一带奥陶系下统罗雅楚山组实测地质剖面（图1-1-10，图1-1-11），现列述于下：

图1-1-10 营毛沱西一带奥陶系下统罗雅楚山组下段实测地质剖面图

（据酒泉地质调查队1997年资料修测）
上覆地层：奥陶系下统罗雅楚山组上段中厚层石英砂岩
罗雅楚山组下段（01l1）：　 　 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　总厚＞406.00m
8层：灰色中厚层状细粒钙质石英砂岩夹少量深灰色变质长石石英粉砂岩 　 　 　 　　　　52.00m
7层：深灰色薄层状变质长石粉砂岩与灰色中厚层状细粒变质含泥硅质长石石英杂砂岩呈不等厚韵律沉积层45.00m
6层：灰色中厚层状变质石英细砂岩，单层厚30～80cm 　 　 　 　　　　　　　　　　79.00m
5层：深灰色变质长石粉砂岩夹中厚层状石英细砂岩 　 　 　 　　　　　　　　　　　 22.00m
4层：灰色中薄层状变质石英细砂岩 　 　 　 　　　　　　　　　　　　　　　　 30.00m
3层：深灰色中薄层状变质石英细砂岩夹中薄层状变质泥质粉砂岩。在变质石英细砂岩底部发育粒序层理，单层厚度：细砂岩为5～15cm，粉砂岩为2～6cm 　 　 　 　　　　　　　　　　　 30.00m
2层：灰色中层变质石英细砂岩 　 　 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 99.00m
1层：灰色中薄层状变质石英细砂岩（单层厚5～15cm）和中薄层状黑云长英绢云千枚岩　　　　 45.00m

图1-1-ll 营毛沱西一带奥陶系下统罗雅楚山组上段实测地质剖面图

（据酒泉地质调查队1997年资科修测）
整合
下伏地层：寒武系西双鹰山组 深灰色炭硅质板岩
罗雅楚山组上段：
10层：深灰色极薄层和薄层硅质岩夹浅灰色（风化面呈黄褐色）薄层状细砂岩和砂屑灰岩透镜体。单层厚度：前者为0.2～0.5cm，后者为3～5em。细砂岩中单个纹层厚2mm 左右　　　　　　　　　44.00m
9层：黄褐－浅灰绿色薄层状中细粒砂岩夹深灰色薄层状硅质岩，二者呈渐变过渡 　 　 　 23.00m
8层：深灰色薄层状硅质岩　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　24.00m
7层：深灰色细砂岩　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 96.00m
6层：深灰色中厚层状硅质岩夹中厚层状细砂岩 　 　 　 　　　　　　　　　　　　　41.00m
5层：深灰色薄层状英安质凝灰岩 　 　 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 13.00m
4层：黄绿色块状辉石安山岩 　 　 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　28.00m
3层：浅灰色中厚层状硅质岩　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　54.00m
2层：浅灰色中厚层状细粒含石英大理岩 　 　 　 　　　　　　　　　　　　　　　 ＞7.00m
1层：浅灰色中厚层状硅质岩夹灰色细粒砂屑灰岩　　　 　 　 　 　　　　　　　 ＞268 00m
（三）岩石组合特征
1.罗雅楚山组下段（O1l1）
岩性主要为灰－灰绿色中薄层状岩屑杂砂岩、含砾粗砂岩、钙质砂岩、粉砂质页岩夹薄层硅质岩、砂质灰岩、炭质页岩等，具陆源碎屑浊积岩特征。在营毛沱泉南侧可见到下粗上细的粒度韵律，韵律的下部主要为岩屑杂砂岩及含砾粗砂岩，无水平层理，粒序层发育，相当于鲍马序列的A段，为粒级递变段；其上的B段主要为含泥质微细粒岩屑砂岩，具有水平纹层理，由更细粒级的粒度梯级显现出来；鲍马序列的C段——波痕纹层在白石滩金矿点及红山铁矿五矿区北亦可见及。属深水陆隆浊流沉积环境。
2.罗雅楚山组上段（O1l2）
岩性主要为灰绿色中厚层状中细粒石英砂岩、粉砂岩夹灰白色长石石英砂岩、薄层状硅质岩、砂质灰岩夹硅质岩透镜体等。岩层中发育水平层理、包卷层理、交错层理等沉积构造，属浅海陆架相沉积。
（四）地层时代讨论
1968年，甘肃区测二队在沙井子西北部罗雅楚山组上段的灰黑色薄层、条带状硅质岩中采到笔石化石，种属有Didymograptus sp.（对笔石，未定种）、Trigonograptus sp.（三角笔石，未定种）和Phyllograptus sp.（叶笔石，未定种）。其中，叶笔石是早奥陶世标准分子。1965年，新疆综合研究队在西双鹰山地区罗雅楚山组的灰绿色、黄绿色泥质粉砂岩和粉砂质页岩、石英细砂岩中采到笔石化石，种属有Pseudoclimacograptus sp.（假棚笔石）、GlyPtograptus sp(？，雕笔石）、Amplexograptus sp.（围笔石）、Climacograptus sp.（栅笔石）、Loganograptus loganivar,sinisa Mu.（芳氏笔石中国变种）和Phyllgraptus anna Hall(？，叶笔石安娜种）。据此，可以将罗雅楚山组地层时代厘定为早－中奥陶世，与其相应的年代地层单位为奥陶系中－下统。
（五）地层含矿性
岩石地球化学测量显示，罗雅楚山组下段中Au,Ag,Sn,W,Mo,As,Sb,Hg,Cu,Zn,Ni元素相对富集，上段中Ag,Mo,Cu,Pb,Zn,Co,Ni,Sb,Hg元素相对富集，具有形成变质碎屑岩型（微细浸染型）金矿较丰富的成矿物质基础。调查区目前已发现有白石滩锑金矿点和大交瑞北东金矿化蚀变带等矿化线索。

河南省煤矿瓦斯地质图图集

平顶山十矿瓦斯地质简介

一、矿井概况

平顶山十矿位于平顶山煤田东部，距市中心约7km。西以26号勘探线与一、二矿接壤，东以21号勘探线分别与十二矿、八矿相邻，南以各煤层露头为界，北以李口向斜轴部及－1000m 各煤层底板等高线为界，东西走向长4km，南北倾斜宽5.13km，井田面积20.52km²。

矿井于1958年8月开工兴建，1964年2月正式投产。原设计生产能力为年产120×10⁴t，经两次改扩建和技术改造后，年生产能力稳定在240×10⁴t左右，2004年产量达到300×10⁴t。矿井采用竖井分水平开拓，采区上、下山单双翼布置，走向长壁冒落法回采。井田分两个水平开采，第一水平标高－140m，第二水平标高－320m。

该矿井开采石炭—二叠系含煤地层，自下而上含有8层主要可采煤层，目前主要开采丁₆、戊_9-10、己₁₅、己_16-17煤层。该矿井是一个高瓦斯突出矿井，自从1988年4月22日戊_9-10煤层发生首次煤与瓦斯突出以来，先后在戊_9-10、丁_5-6、己₁₅煤层发生了40次煤与瓦斯突出，最大突出强度326t/次。

二、井田地质构造及控制特征

平顶山十矿位于李口向斜西南翼，整个井田被牛庄向斜、郭庄背斜、十矿向斜、牛庄逆断层和原十一矿逆断层等一系列NW、NWW向压扭性构造带所贯穿。这些控制性构造使十矿井田在构造控制特征上表现为“二个断褶带、三个构造区”，即原十一矿逆断层、赵庄逆断层、郭庄背斜断褶带和牛庄逆断层、F₂逆断层和十矿向斜断褶带；十矿向斜区、由牛庄逆断层和原十一矿逆断层的上盘共同作用控制的地垒区和郭庄背斜北翼区。

十矿小型断裂褶皱构造也很发育，主要有NWW、NNE、NEE及NW向四组，NW向最为发育。NWW向是与NWW向的大构造线一致的以压扭作用为主的次级断裂（曾经发生过张扭作用）；NNE向是与NNE向的大构造线方向一致的以张扭作用为主的次级断裂（曾经发生过压扭作用）；NW向和NEE向分别是来自SW 向NE推挤的主应力作用产生的共轭断裂，是以剪切作用为主的。

三、矿井瓦斯地质规律

平顶山十矿是一个高瓦斯严重突出的矿井，丁组、戊组、己组煤层均发生了煤与瓦斯突出，这与其所处的构造位置有着密切关系。几乎所有的煤与瓦斯突出都与高构造应力带的强挤压、剪切作用有关。

（1）十矿向斜区。十矿向斜是一个宽缓的向斜，煤层倾角5°～10°，又是位于靠近煤层露头方向的井田浅部。对于丁组煤和戊组煤大部分都处在始突深度以上，戊_9-10煤层始突深度420m，丁。煤层始突深度580m。己组煤层在位于向斜倾伏端靠近向斜轴部的煤层就具有煤与瓦斯突出危险性。

（2）地垒区。由于牛庄逆断层靠近十矿向斜北翼、原十一矿逆断层靠近郭庄背斜的南翼，这两者实际上是一个共用翼，地垒区是由两个逆断层的上盘共同作用控制的隆起区，这本来是一个构造作用强烈的复杂区，如在戊五采区构造煤厚一般都在2m 以上。由于戊组煤和丁组煤大部分都处在始突深度以上，所以目前还没有发生过煤与瓦斯突出。己组煤层埋藏深，在靠近两个逆断层附近的深部煤层就具有煤与瓦斯突出危险性。

（3）郭庄背斜北翼区。郭庄背斜是一个在井田中部强烈突起的褶皱构造，它在南东端仰起、北西端倾伏，由东到西贯穿整个井田。由背斜轴部向北翼，煤层倾角由5°增大至27°。这说明它是一个构造作用强烈的紧闭褶皱构造。煤层倾角的急剧变化是构造挤压变形作用的结果，戊组煤、丁组煤、己组煤已发生的40余次煤与瓦斯突出均位于煤层倾角急剧变化的该区。

（4）小型断裂构造。实践证明，煤与瓦斯突出往往发生在小断层附近，尤其是压扭性小构造。十矿统计了1553条断层，落差小于2m的断层占总数的85%。

四、瓦斯含量分布

整个井田戊_9-10煤层瓦斯含量随着深度增加而增加，在郭庄背斜以北瓦斯含量随着深度增加的梯度更大；整个井田以24勘探线为界划分为东区和西区，并建立了瓦斯含量W 与垂深H的回归分析相关关系：井田西区瓦斯含量随着垂深增加的相关关系。

河南省煤矿瓦斯地质图图集

井田东区瓦斯含量随垂深增加的相关关系。

河南省煤矿瓦斯地质图图集

十矿己_15-17煤层瓦斯含量随着垂深增加而增加，并建立了瓦斯含量W 与垂深H的回归分析相关关系：

河南省煤矿瓦斯地质图图集

五、瓦斯涌出特征

由历年的瓦斯涌出数据分析，己₁₅煤层、戊_9-10煤层回采工作面瓦斯涌出量具有随埋深增加而增大的整体趋势，不同煤层、不同瓦斯地质单元的瓦斯涌出特征具有差异性。

（1）戊_9-10煤层瓦斯涌出特征。戊七采区南翼位于十矿向斜轴附近，瓦斯涌出量普遍较高，并且越靠近向斜轴，瓦斯涌出量明显增大，由于向斜构造的影响，瓦斯涌出与埋深的关系不明显，并呈负相关；戊七采区北翼工作面位于郭庄背斜附近，瓦斯涌出量普遍较低，并且随着远离背斜轴瓦斯涌出量明显增加，瓦斯涌出量随着煤层埋深增加而增加，瓦斯涌出量梯度为0.043m³/(min·m）；郭庄背斜北翼中西部位于23号勘探线与26号勘探线之间，向深部呈一单斜构造，瓦斯涌出量受顶板岩性的影响，泥岩比例高的地带瓦斯涌出量明显增加，由23号勘探线向26号勘探线砂岩含量增加，瓦斯涌出量明显降低，瓦斯涌出量梯度为0.048m³/(min·m）；郭庄背斜北翼东部位于22号勘探线与20号勘探线之间，向深部为单斜构造，在上部受郭庄背斜仰起端控制，构造挤压作用强烈，煤层顶板泥岩比例高，瓦斯涌出量比较高，增加的梯度大，瓦斯涌出量梯度为0.084m³/(min·m）。

（2）己₁₅煤层瓦斯涌出特征。己二采区西翼为己₁₅煤层与己_15-16煤层的分叉区，位于十矿向斜南翼西侧，上部到煤层露头，下部靠近十矿向斜轴部，总体为一单斜构造。在上部瓦斯涌出量不大，至下部随着距离向斜轴部靠近，瓦斯涌出量增加较快，以高瓦斯涌出为主，瓦斯涌出量梯度为0.063m³/(min·m）；己二采区东翼为己_15-16煤层的合并区，位于十矿向斜南翼东侧，上部到煤层露头，下部靠近十矿向斜轴，总体为一单斜构造。在上部瓦斯涌出量不大，至下部随着距离向斜轴靠近，瓦斯涌出量增加较快，为高瓦斯涌出，回采工作面绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量最高为15.15m³/min和16.87m³/t，瓦斯涌出量梯度为0.089m³/(min·m）；郭庄背斜北翼东部位于24号勘探线与22号勘探线之间，为一单斜构造，但由于受郭庄背斜影响，煤层倾角在20°以上，在整个井田内，瓦斯涌出量大，回采工作面绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量最高值为21.01m³/min和18.59m³/t，瓦斯涌出量梯度为0.084m³/(min·m）。

六、煤与瓦斯区域突出危险性划分

依据实测结果，结合平顶山十矿煤与瓦斯突出危险性参数、瓦斯地质规律和平顶山矿区发生煤与瓦斯突出的实际资料和实践经验，将己₁₅煤层回采工作面绝对瓦斯涌出量大于5m³/min的区域、戊_9-10煤层回采工作面绝对瓦斯涌出量大于10m³/min的区域划为煤与瓦斯突出危险区。位于煤与瓦斯突出危险区的十矿向斜、牛庄逆断层、原十一矿逆断层、郭庄背斜等压扭性构造带附近要严防煤与瓦斯突出灾害。

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