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user: 4. 结果 4.1. 野外地质特征 野外地质调查表明，弱固结砂岩地表出露于大石河边太原组煤层顶板上部，呈灰白色，其下为太原组煤系地层。在弱固结砂岩中发育大量的裂缝，裂缝中充填了褐黑色赤铁矿脉，脉宽在0.1~0.5 cm之间，同时包含部分浅红色砂岩透镜体(图2(a))。灰白色弱固结砂岩顶部与浅红色砂岩相接触，界限处分布球状铁质结核和条带状褐黑色赤铁矿脉，铁质结核直径分布在0.05~0.15 cm之间。灰白色弱固结砂岩与浅红色砂岩产状一致，矿物组成存在差异，赤铁矿仅在灰白色弱固结砂岩中发育，这一结果暗示着灰白色弱固结砂岩的形成与太原组煤系地层存在成因联系。 4.2. 岩石学特征 4.2.1. 显微岩相学 偏光显微镜观察结果表明，弱固结砂岩为碎屑结构，粒度分布在0.02~0.3 mm之间，主要分布在0.12~0.25 mm之间，为中细粒碎屑结构(图3(a)和图3(b))。骨架碎屑的分选中等，磨圆呈次圆状，骨架碎屑以线接触为主，其次为点接触(图3(b)和图3(d))。骨架碎屑主要由石英、长石和岩屑组成，其次为云母和高岭石(表1)。石英以单晶石英为主，单偏光下无色，正交偏光下呈一级灰白干涉色，发育石英次生加大边(图3(a)-(c))，含少量的燧石，含量为60%~72%。长石以碱性长石为主，发育高岭石化和伊利石化蚀变(图3(a)；图3(e)；图3(f))，单偏光下无色，解理发育，含量为4%~7%。岩屑主要为泥质岩和粉砂岩岩屑(图3(a)和图3(b))，其次为少量的火山岩岩屑，含量为3%~6%。高岭石单偏光下呈土黄色，正交偏光呈一级灰–白干涉色(图3(a))，扫描电镜下呈板片状或书页状(图3(f))，含量为7%~15%。含少量的云母(图3(d))，单偏光下无色，正交偏光下二级蓝绿干涉色，近平行消光，含量为2%~5%。填隙物中胶结物主要为黏土和硅质，含量为4%~6%，孔隙式胶结，颗粒支撑。杂基含量为4%~5%。综上所述，弱固结砂岩主要的岩石类型为中细粒长石石英砂岩。 4.2.2. X-射线衍射分析 X-射线衍射分析表明，弱固结砂岩主要由石英和高岭石组成(表2)，石英含量在63%~81%之间，平均含量76%，2θ角特征峰位20.8˚、26.7˚、36.5˚和50.1˚ (图4)；高岭石含量在13%~37%之间，平均含量 图2. 弱固结砂岩野外典型照片。说明：(a) 灰白色弱固结砂岩中发育多条褐黑色赤铁矿脉，脉宽在0.1~0.5 cm之间；(b) 灰白色弱固结砂岩与浅红色砂岩接触，界限处分布球状铁质结核和条带状褐黑色赤铁矿脉 图3. 典型显微岩相学照片。说明：(a) 长石发育伊利石化和高岭石化，高岭石呈一级灰–白干涉色，伊利石呈二级黄干涉色，近平行消光，箭头所指，正交偏光，200×；(b) 发育石英次生加大边，伊利石无色，箭头所指，单偏光，200×；(c) 褐黑色赤铁矿充填裂缝，箭头所指，石英裂纹发育，单偏光，100×；(d) 碱性长石与石英呈线接触，同时被压断，形成裂缝，箭头所指，碱性长石沿解理发育伊利石化，正交偏光，200×；(e) 碱性长石被压断，形成裂缝，同时充填褐黑色赤铁矿，箭头所指，碱性长石沿解理发育伊利石化，单偏光，200×；(f) 粒间孔隙和长石粒内溶蚀孔隙中充填叶片状高岭石，箭头所指，扫描电镜，6000× 图4. X-射线衍射图1号样品。说明：Q——石英，K——高岭石，I——伊利石 Table 1 Statistical analysis of detrital composition of weakly consolidated sandston 编号 岩性 粒度/mm 石英/% 长石/% 岩屑/% 云母/% 高岭石/% 胶结物/% 杂基/% 1 中细粒长石石英砂岩 0.02~0.25 70 7 3 3 7 5 5 2 中细粒长石石英砂岩 0.02~0.30 72 5 4 2 7 6 4 3 中细粒岩屑石英砂岩 0.02~0.28 69 4 6 4 8 4 5 4 中细粒长石石英砂岩 0.03~0.30 66 7 5 4 8 5 5 5 中细粒长石石英砂岩 0.02~0.20 65 7 5 3 9 6 5 6 中细粒长石石英砂岩 0.02~0.18 67 7 5 5 8 4 4 7 中细粒长石石英砂岩 0.03~0.26 64 7 4 3 12 6 4 8 中细粒长石石英砂岩 0.03~0.20 60 6 5 4 15 5 5 表1. 弱固结砂岩骨架碎屑成分统计表 Table 2 X-ray diffraction weakly consolidated sandstone mineral relative content dat 编号 石英/% 赤铁矿/% 伊利石/% 高岭石/% 1 77 5 18 2 78 5 17 3 77 4 6 13 4 81 6 13 5 77 7 16 6 81 6 13 7 63 37 8 72 28 表2. 弱固结砂岩X-射线衍射矿物相对含量数据表 19%，2θ角特征峰位12.4˚；其次为伊利石，含量在5%~7%之间，平均含量6%，2θ角特征峰位24.9˚。偏光显微镜观察下，含碱性长石，同时部分发育伊利石和高岭石化蚀变，在X-射线衍射分析中未分析出，原因可能为粉末样品长石含量未达到检测限或发育蚀变后测试结果显示为伊利石和高岭石。 4.3. 元素地球化学 扫描电镜能谱分析表明，主要矿物为石英、高岭石和钾长石(表3)。石英由Si和O元素组成，Si元素重量百分比为46.74%，O元素重量百分比为53.26%，Si和O原子比为1：2。高岭石由Al、Si和O元素组成，重量百分比Al元素分布在5.5%~24.73%之间，Si元素分布在24.9%~41.89%之间，O元素 Table 3 Weakly consolidated sandstone mineral spectrum scanning electron microscopy (SEM) analysis dat 编号 重量百分比/% 原子百分比/% 矿物 Al Si O K Al Si O K 4-1 46.74 53.26 33.33 66.67 石英 4-2 46.74 53.26 33.33 66.67 石英 4-3 46.74 53.26 33.33 66.67 石英 4-9 22.73 26.67 50.6 17 19.17 63.83 高岭石 4-10 23.53 25.96 50.51 17.61 18.66 63.73 高岭石 4-14 46.74 53.26 33.33 66.67 石英 4-16 22.73 26.67 50.6 17 19.16 63.83 高岭石 4-17 24.73 24.9 50.37 18.51 17.91 63.58 高岭石 4-18 21.5 27.76 50.74 16.07 19.94 63.99 高岭石 4-22 46.74 53.26 33.33 66.67 石英 4-23 46.74 53.26 33.33 66.67 石英 4-29 22.84 26.57 50.59 17.09 19.09 63.82 高岭石 4-30 23.64 25.87 50.49 17.69 18.59 63.72 高岭石 8-4 46.74 53.26 33.33 66.67 石英 8-5 46.74 53.26 33.33 66.67 石英 8-6 14.9 33.58 51.51 11.12 24.07 64.81 高岭石 8-7 14.79 33.68 51.53 11.04 24.14 64.83 高岭石 8-9 18.49 26.18 47.81 7.52 14.29 19.43 62.28 4.01 钾长石 8-11 18.73 26.13 47.91 7.24 14.45 19.37 62.33 3.85 钾长石 8-12 18.28 21.84 43.93 4.24 15.51 17.8 62.84 2.48 钾长石 8-15 46.74 53.26 33.33 66.67 石英 8-16 46.74 53.26 33.33 66.67 石英 8-17 20.15 26.38 48.91 4.56 15.37 19.33 62.91 2.4 钾长石 8-20 20.14 25.08 47.89 6.89 15.52 18.57 62.25 3.66 钾长石 8-21 46.74 53.26 33.33 66.67 石英 8-31 5.5 41.89 52.61 4.09 29.93 65.99 高岭石 表3. 弱固结砂岩扫描电镜分析矿物能谱数据表 分布在50.37%~52.61%之间。钾长石由Al、Si、O和K元素组成，重量百分比Al元素分布在18.28%~20.15%之间，Si元素分布在21.84%~26.38%之间，O元素分布在43.93%~48.91%之间，K元素分布在4.24%~7.52%之间。钾长石与高岭石元素成分差别在于是否含K元素，结合岩相学观察结果，钾长石溶蚀溶解作用后部分转变为自生片状或书页状高岭石。