2.3　矿区概况及地质条件

2.3.1　矿区概况

霍州矿区位于山西省中南部，临汾盆地北端，地处吕梁山、霍山和太岳山两个隆起带间，地貌形态依次为高中山、中山、低山丘陵、河谷组成的地貌景观。山脉走向近南北，地势东西高，中部低，北高南低，东西两侧向汾河河谷倾斜，海拔标高500～1300m；区内河流均属黄河支流——汾河水系。霍州煤田煤炭资源丰富，是山西省六大煤田之一。霍州矿区地处霍西煤田中部，现有霍州和洪洞两个矿区，东起霍山断层，西至紫荆山断裂，南至洪洞县南，北与汾西矿区相邻，东西宽约50km，南北长约40km，矿区总面积约为840km2，煤炭地质储量77亿吨，拥有肥煤、1/3焦煤、主焦煤、瘦煤等煤种。矿区所属生产矿井及地面生产、非煤生产单位主要分布在汾河两岸，交通十分便利，北距省城太原市200km，南距临汾市60km，同蒲铁路、108国道、大运一级公路以及国家光缆干线纵贯矿区，生产矿井均有铁路专用线与国道相连接，南连侯月线、陇海线，北接石太线、京广线，矿区内水源充足、矿藏丰富，通信快捷方便，地理位置十分优越。矿区所处的具体地理位置和交通情况如图2-7所示。

本区属温带大陆性半干旱季风气候区，具有夏季温热潮湿，冬季寒冷干燥；降水集中，蒸发作用强，昼夜温差大及四季分明等特点。年平均气温8.6～10℃，最高气温在7～8月，月平均气温23.6℃；最低气温在1月，月平均气温-7.7℃。据临汾地区气象资料，多年平均降水量547.9mm（1953～1997年），多集中在7、8、9三个月，占全年降水量的54％～60％，1、2、3、12月四个月降水量较小。丰水年与枯水年的时间间隔大体3～5年/周期，特丰水年与特旱年的时间间隔大体10年/周期，自70年代以来，降水量普遍比多年平均降水量减少3％～10％，特别是近几年连年出现持续干旱，降水量明显减少。年平均水面蒸发量1703mm，其中6月份蒸发量最大，1月份蒸发量最小。

临汾地区多年降水量特征及年内多年平均降水量特征如图2-8所示。

2.3.2　矿区工程地质条件

（1）矿区地层　霍州矿区地处“祁、吕、贺”山字型构造前弧东翼外侧吕梁山隆起带，多期的构造运动形成的褶皱及一系列的断裂构造构成了区域构造主体。出露地层有太古界、上元古界、古生界及新生界。具体表现为，西部吕梁山区主要分布古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系，向东与汾河之间的丘陵地区，主要分布着新第三系、第四系松散岩，沟谷底部则主要发育有石炭系、二叠系碎屑岩。

①太古界。主要分布在东部的霍山地区，西北部的吕梁山南部亦有零星分布。为一套普遍遭受混合岩化的变质岩系，主要由石英岩、各类片麻岩及斜长角闪岩等组成。根据岩性特征将其划分为两个群，即中太古界霍山群和上太古界太岳山群。各群与其上覆地层呈角度不整合接触，总厚7640～8991m。

a.霍山群。主要分布在东部霍山地区及西北部的吕梁山南部，与上覆地层呈平行不整合接触，主要由片麻岩、石英岩、斜长角闪岩及片岩等组成。由于区域变质之后经受普遍的混合岩化作用，均显现出混合岩化特征，部分为层状的混合岩及少量层状的混合花岗岩类。下部多为石英岩混合岩化浅粒岩，中上部为混合岩化的片麻岩，夹多层斜长角闪岩、浅粒岩，顶部为绿泥片岩或斜长角闪岩。

b.太岳山群。主要分布在霍县东北部太岳山一带，震旦亚界长城系以平行不整合覆于霍山群之上。下部岩性主要由混合岩化长石石英岩、石英岩或浅粒岩为主，间夹黑云片岩、混合岩化黑云斜长片麻岩及薄层黑云母角闪片岩；中上部岩性以混合岩黑云角闪片麻岩为主，夹薄层斜长角闪岩、角闪变粒岩、浅粒岩等。

②上元古界。长城系下统霍山组主要分布在东部霍山地区太古界地层周围，其次在吕梁山南段也有分布。与其上覆地层呈不整合接触，与下伏太古界呈角度不整合接触。岩性以灰红色、淡紫色、白色石英状砂岩为主，夹薄层含砾砂岩或砂砾岩，厚45～86m。

③古生界。

a.寒武系（∈）。主要分布在西部及北部吕梁山区，东部霍山一带有零星出露，与下伏地层平行不整合接触，与上覆地层呈整合接触。下统缺失，分中、上两统。

b.奥陶系（O）。广泛出露于吕梁山区及各主要沟谷中，出露面积较广。与下伏寒武系呈整合接触，与上覆石炭系呈不整合接触。分下、中两统，发育有O1、O2、缺失O3。

c.石炭系（C）。地表零星出露，并广泛分布于矿区。与下伏奥陶系地层呈平行不整合接触。可分为中、上两统，缺失C1，发育有中统本溪组C2（底部为山西式铁矿、铝土岩及铝土页岩；中上部为黑色页岩夹薄层碎屑灰岩夹煤线，厚10～30m）；上统太原组C3t（底部为石英砂岩，上为灰色砂质页岩夹煤层；中部为燧石条带灰岩夹煤层及砂质、炭质页岩；上部为长石石英砂岩、灰色砂质页岩、黑灰色炭质页岩夹煤层，厚71～100m）。

d.二叠系（P）。广布井田区，广泛出露于西部矿区及东部丘陵沟谷底部。为一套湖沼相继石炭纪之后连续沉积的陆相地层。与石炭系呈整合接触。可分为上、下两统，发育有P1、P2。

（a）二叠系下统（P1）。山西组P1s（黄绿、灰白色硬砂质长石砂岩，灰色、黄绿色砂质页岩，炭质页岩夹菱铁矿结核，煤层、煤线交互组成，厚30～40m）；下石盒子组P1x（黄绿色硬砂岩、硬砂质石英砂岩、黄绿色砂质页岩、灰色页岩、紫红色页岩，厚54～118m）。

（b）二叠系上统（P2）。上石盒子组P2s（黄绿色与杏黄色硬砂岩、长石硬质石英砂岩及黄绿色、紫红色砂质页岩，厚412～512m）；石千峰组P2sh（灰绿、黄绿色厚层状中细粒长石石英砂岩及紫红色砂质泥岩，厚97～175m）。

④新生界。主要分布在与西部吕梁山区和东部霍山山区之间丘陵地带及山区沟谷和低山顶部，发育有第三系、第四系。

a.第三系（N）。区内普遍发育上新统，缺失下第三系及中新统沉积。主要出露在深切沟谷，面积较小，且分布零星，为一套半胶结堆积物。与上覆及下伏地层呈角度不整合接触。划分为两组：南坛组（底部为钙质胶结砂砾岩，下部为淡黄色、灰白色、灰绿色淡水灰岩，夹砂砾石及黏土层；中部为橘黄色钙质砂质黏土夹砂砾石透镜体，厚20～80m）；静乐组（主要为深红、紫红色黏土，富含散状钙质结核，靠山前底部常夹砂石或砂砾石透镜体，顶部夹棕黄色黏土，厚5～20m）。

b.第四系（Q）。区内广泛分布，从更新世早期到全新世各时代的堆积均有分布。成因类型繁多、岩性复杂，其中冲积、湖积物沿汾河两岸呈带状展布，而洪积、洪坡积、风积物则多分布在低山及丘陵区，构成黄土丘陵及塬区，基岩区亦有零星分布，与其下伏地层呈不整合接触。

（2）矿区地质构造特征　在漫长的地质时期内，多次构造运动形成了本区一系列极复杂的褶皱、断裂构造及多种构造体系。矿区正处于祁吕贺“山字型”构造东翼外带及新华夏系构造复合部位，以断裂构造为主，伴有较开阔的褶皱。横跨三个构造带，即吕梁褶皱带（西部），汾河向斜（中部），霍山背斜构造带（东部），总体上为一复式背斜及向斜构造，伴有主体走向NNE和近EW向或NW向的断裂、褶皱。断层主要有霍山、什林、赤峪、十里铺、罗云山、上团柏、下团柏、张瑞及万安断层等（图2-9和表2-4）；褶皱主要有霍山背斜、汾河背斜、赵城向斜等。

区内新构造运动较为剧烈，自第三纪上新世以来，隆起山区长期差异性上升，遭受侵蚀、剥蚀，盆地区相对下降，接受堆积。古老褶皱及其断块山地在长期上升过程中，其间曾有几度相对稳定阶段。区内新构造运动的基本特征如下。

①新构造运动的强烈活动期发生在晚第三纪末和第四纪初期。汾河两侧隆起山区剧烈上升，而南部临汾断陷盆地和北部晋中盆地则相对下降。新生界厚度达3000m左右，可见，第三纪末至中更新世时期盆地很可能处于湖水淹没之下，故沉积了巨厚的新生界堆积层，此后上升至今。

②本区在长期上升过程中，其间又有间歇性相对稳定阶段。如汾河河谷因河流侵蚀下切，形成了区内最低水准面，并发育有河床、漫滩和四级阶地，说明第四纪上更新世至全新世期间在长期缓慢上升过程中，曾有几度相对稳定阶段，从而形成了河流阶地，并堆积了全新统和上更新统松散层。

③从洪洞堤村到霍县及其以北的沿汾河两岸的山地及丘陵前缘一带，随处可见有各期松散层构成的地貌水准面，分别高出汾河水面30～100m不等，局部可见第三系半胶结砂砾层，说明第三纪后至第四纪初本区曾一度下降，因此堆积了中、下更新统次生黄土和砂砾，有些地段还超复于老地层之上，分析当时下降速度较快，但延续时间不长，后又上升至今。

④在西部隆起山区，中奥陶统各组段地层普遍发育有分布高程不同的古岩溶（溶洞），一般1～2层，多则3～4层，分别高出现代河床数米、数十米不等。这些溶洞的成因皆系地下水或地表水的溶蚀作用而成。说明隆起山区在长期上升过程中，曾有几度稳定阶段，后又上升，形成了不同地质时期和分布高程各异的古岩溶。

⑤汾河两侧山区奥灰岩出露高程及地貌形态各异，并发育有一系列断裂与褶皱，说明本区新构造运动可能引起老构造复活，即在老构造的基础上发生了差异性升降运动、断块错动以及岩层的褶皱弯曲。

⑥隆起山区在长期上升过程中，主要表现为断裂活动和与其相伴生的差异升降运动。山区沟谷侵蚀下切作用极为明显，多呈“V”形，纵刻面上形成一系列陡坎，其切割深度一般为100～400m。各不同地段地貌形态及成因类型也不同，表现在上升过程中伴随有差异性的升降运动。

⑦区内主要表现为长期的区域性上升运动，山区上升幅度大，盆地上升幅度小，与其相伴随的盆地区沉降运动也非常强烈。临汾地区为地震活动多发区，历史上曾发生过多次强烈地震，同样表明本区为现代不稳定的地质体。

矿区内含煤地层有石炭系中统本溪组及上统太原组、二叠系下统山西组，共15层，总厚度14.5m，含煤系数10.9，太原组和山西组为主要含煤地层，其中主要可采煤层7层。区内煤层赋存较浅，煤层倾角5°～15°。全区可采煤层厚度稳定，局部可采煤层厚度一般小于1.0m，极不稳定，零星可采。除李雅庄矿井为高瓦斯井外，其他矿井多为低瓦斯，煤尘具有爆炸性，煤层不易自燃。煤层顶底板多为砂岩、砂质泥岩及泥岩，9#煤层顶板为石灰岩，5#、6#煤层底板易底鼓。区内岩溶陷落柱十分发育，每平方千米多达70个，平均为10个左右。9#、10#、11#煤层位于奥陶系灰岩及太原组K2灰岩含水层之间，水文地质条件复杂，受水威胁较为严重。