甘肅省周寨南勘查區(qū)巖煤層對(duì)比*

田步令

(甘肅煤炭地質(zhì)勘查院，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

平?jīng)鍪惺歉拭C省重要的煤炭資源基地之一，區(qū)內(nèi)分布有較多重要的煤礦區(qū)，周寨南勘查區(qū)北部緊鄰大柳煤礦、新安煤礦及周寨煤礦，以上煤礦均已投入生產(chǎn)。本區(qū)可作為新安煤礦和周寨煤礦的后備區(qū)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，一方面若按目前生產(chǎn)能力開(kāi)采，本區(qū)可觀的資源量可以延長(zhǎng)煤礦的生產(chǎn)服務(wù)年限，另一方面可在原生產(chǎn)能力基礎(chǔ)上提高產(chǎn)能，對(duì)煤礦的可持續(xù)發(fā)展十分有利。勘查區(qū)位于鄂爾多斯盆地西緣斷褶帶南端，因見(jiàn)煤層數(shù)較多，且賦存范圍內(nèi)煤層埋深均在800 m以內(nèi)，煤層厚度大，資源量可觀。但巖煤層對(duì)比標(biāo)志層特征不明顯，局部存在煤層分叉、厚度突變的現(xiàn)象，巖煤層對(duì)比十分困難[1-5]；已有研究大都針對(duì)該盆地的聚煤規(guī)律，未對(duì)該區(qū)巖煤層作出對(duì)比[6-10]。因此，研究勘查區(qū)煤層賦存規(guī)律及巖煤層對(duì)比很有必要。

1 地質(zhì)概況

1.1 自然地理

勘查區(qū)地處六盤(pán)山區(qū)東側(cè)與隴東黃土高原之間的過(guò)渡地帶。區(qū)內(nèi)丘陵起伏，地勢(shì)高低不平，西北高，東南低。海拔標(biāo)高在+1 320～+1 680 m之間，一般高差在50～360 m之間，根據(jù)地貌特點(diǎn)可分為低山丘陵區(qū)和帶狀沖積河谷區(qū)，低山丘陵區(qū)山勢(shì)走向以西北為主。本區(qū)屬大陸性季風(fēng)氣候。因受關(guān)山影響，冬季干燥寒冷，夏秋陰濕多雨。本區(qū)屬?zèng)芎铀档暮诤又Я鳎瑓^(qū)內(nèi)常年性河流為響環(huán)溝河，發(fā)源于南部陜西省境內(nèi)，自南向北橫穿本勘查區(qū)，全長(zhǎng)約4 km，流量一般為0.1 m3/s，其他沖溝水量較小。根據(jù)中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖(GB 18306—2015)，本區(qū)抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，設(shè)計(jì)基本地震峰值加速度值為0.15 g。

1.2 構(gòu)造

勘查區(qū)位于安口—新窯聚煤向斜的東南段之南翼，整個(gè)安口新窯煤田形態(tài)呈掃帚狀，北部為簡(jiǎn)單的向斜構(gòu)造，南部為復(fù)式向斜構(gòu)造。本勘查區(qū)內(nèi)西北部背斜、中部加深地段向南傾伏的向斜構(gòu)造及東部F7與F6斷層之間的背斜，但總體形態(tài)呈現(xiàn)為北部抬升，向東南傾伏的復(fù)式向斜構(gòu)造特征。主要斷層為F7、F6、DF5、DF4與DF3，其它僅為落差較小的次級(jí)斷層，構(gòu)造復(fù)雜程度為中等偏復(fù)雜。

1.3 地層

勘查區(qū)地表出露和鉆孔揭露地層從老到新有：上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)群，中侏羅統(tǒng)延安組、直羅組、安定組，下白堊統(tǒng)志丹群，新近系甘肅群，第四系。中侏羅統(tǒng)延安組為含煤地層，是本勘查區(qū)的主要勘探對(duì)象。巖性主要為灰色、灰黑色砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖、油頁(yè)巖和煤層，次為灰白色含高嶺土的中粗粒砂巖等，含豐富的植物化石。鉆孔揭露地層最小厚度為49.44 m，最大厚度為243.07 m，平均厚度為137.65 m。地層厚度整體呈現(xiàn)出勘查區(qū)中部較薄向東西兩側(cè)逐漸增厚的趨勢(shì)。延安組地球物理測(cè)井曲線特征為自然伽馬(GR)曲線在煤層段呈明顯低異常，巖層段為高異常；密度(DNL)曲線在煤層段呈明顯低異常，巖層段為高異常；三側(cè)向電阻率(LL3)曲線在煤層段為幅值變化較大的高異常，巖層段幅值較低。

1.4 煤層賦存特征

經(jīng)過(guò)對(duì)含煤地層、見(jiàn)煤情況及所含煤層的巖性、巖相、沉積及其組合規(guī)律的綜合分析得出，勘查區(qū)可追蹤對(duì)比的煤層為5組，本次利用14個(gè)鉆孔(含鄰區(qū)9孔)，其中13孔見(jiàn)煤，1孔未及煤層。煤層總厚度3.48～34.97 m，平均18.30 m，勘查區(qū)延安組平均厚度137.65 m，含煤系數(shù)為13.29%；可采煤層總厚度1.13～25.01 m，平均13.09 m。全區(qū)分布煤層，但煤層總厚度變化大，東北部煤層較厚，西南部煤層較薄。

2 巖煤層對(duì)比

本次煤層對(duì)比工作借鑒了鄰區(qū)已有的對(duì)比經(jīng)驗(yàn)，首先根據(jù)旋回特征和煤層分布劃分延安組地層單元(段)；然后采用標(biāo)志層、煤層自身特征、測(cè)井曲線組合形態(tài)等方法，對(duì)煤層進(jìn)行精細(xì)對(duì)比。

2.1 延安組地層劃分對(duì)比

劃分依據(jù)：本區(qū)的含煤地層-中侏羅統(tǒng)延安組，在以往的研究中皆被劃分為3個(gè)含煤巖段[11]，細(xì)劃為5個(gè)沉積旋回。因?yàn)榈谖逍靥幱谘影步M沉積的晚期，之后又遭受直羅組砂體的沖刷及燕山運(yùn)動(dòng)早期地殼抬升后的大規(guī)模地剝蝕破壞等，造成本區(qū)地層只保存了4個(gè)沉積旋回。根據(jù)各鉆孔揭露的地層情況，結(jié)合沉積環(huán)境分析，先將延安組地層劃分為3個(gè)段5個(gè)旋回。

劃分對(duì)比：①第1段即Ⅰ旋回沉積的晚期，該時(shí)期氣候溫暖濕潤(rùn)，水源充沛，極有利于泛濫平原上的植被大規(guī)模長(zhǎng)期繁殖，加之地殼的緩慢沉降，植物不斷死亡堆積進(jìn)入淺覆水的還原環(huán)境，為泥炭層的沉積提供了最有利的外部及內(nèi)部條件，沉積了較穩(wěn)定的煤5層和煤4層，其頂界以煤4層頂板為界；②第2段包括Ⅱ、Ⅲ這2個(gè)旋回，第Ⅱ旋回為河流相-泛濫平原沉積環(huán)境，從煤4層頂板為較粗的砂巖開(kāi)始，到煤3層逐漸變細(xì)至煤3層頂板的粗砂巖或礫巖為止，該旋回內(nèi)主要沉積煤3層。第Ⅱ旋回從煤3層頂板的粗砂巖或礫巖開(kāi)始，到煤2層頂板砂巖或礫巖為止，該旋回主要沉積了煤2層；③第3段前期的第Ⅳ旋回沉積期，河流規(guī)模再一次擴(kuò)大，在巨厚層的河流砂體上部發(fā)育的泛濫平原沉積面積擴(kuò)大，沉積了煤1層。第Ⅴ旋回處于延安組沉積的晚期，該旋回未沉積煤層，區(qū)內(nèi)施工鉆孔顯示，該旋回遭受直羅組砂體的沖刷及燕山運(yùn)動(dòng)早期的地殼抬升后大面積被剝蝕破壞，只有極個(gè)別鉆孔見(jiàn)及該套地層。以上巖性段的劃分及煤層組的分布，與鄰近勘查區(qū)的劃分是一致的，可以進(jìn)行對(duì)比。

2.2 標(biāo)志層對(duì)比

煤5組底板-灰褐色砂質(zhì)泥巖：區(qū)內(nèi)大部分鉆孔煤5組底板為灰褐色砂質(zhì)泥巖，可見(jiàn)似鮞狀結(jié)構(gòu)，成分主要為菱鐵質(zhì)鮞粒，缺少層理。見(jiàn)煤鉆孔大部分均見(jiàn)及該套地層，是煤5組的主要確定依據(jù)。

煤4層底板-油頁(yè)巖：該層油頁(yè)巖為第Ⅰ旋回沉積的晚期深水湖泊相沉積環(huán)境，沉積的層位穩(wěn)定，基本全區(qū)分布，區(qū)內(nèi)及周邊大多數(shù)鉆孔均見(jiàn)及該套地層(圖1)，是煤4層和煤5組確定的重要依據(jù)。

圖1 油頁(yè)巖標(biāo)志層

2.3 測(cè)井曲線對(duì)比

經(jīng)對(duì)各鉆孔測(cè)井曲線對(duì)比分析，煤層物性為中高電阻率、低密度、低放射性，曲線反映為NR中高、DNL低、GR低，即“一高兩低”[12]。本勘查區(qū)煤層從上至下總共有5組可采煤層。

煤1層：只在902孔和1304孔賦存，側(cè)向電阻率70～371 Ω·m，呈單峰狀或多峰狀組合形態(tài)特征；天然伽瑪0.15～1.47 PA/kg，多呈低值多峰狀或單峰狀；密度1.10～1.55 g/cm3，呈低值箱狀或低值單峰狀。

煤2層：只在1304號(hào)孔賦存，煤層較薄。側(cè)向電阻率40～89 Ω·m，呈中高值單峰狀或多峰狀；天然伽瑪0.20～1.98 PA/kg，呈低異常單峰狀或箱狀；密度1.28～1.66 g/cm3，呈低異常單峰狀或箱狀。

煤3組：此層煤在勘查區(qū)見(jiàn)煤鉆孔賦存，煤層較厚且分布穩(wěn)定，是勘查區(qū)主要可采煤層。側(cè)向電阻率50～708 Ω·m，呈中高值單峰狀或多峰狀；天然伽瑪0.45～1.66 PA/kg，呈低異常單峰狀；密度1.25～1.66 g/cm3，呈低異常單峰狀或低異常多峰狀。

煤4層：此層煤煤層較穩(wěn)定。側(cè)向電阻率33～375 Ω·m，呈中高值箱狀或多峰狀；天然伽瑪0.64～1.28 PA/kg，呈低異常箱狀或多峰狀；密度1.27～1.73 g/cm3，呈低異常矩形或單峰狀。

煤5組：側(cè)向電阻率26～369 Ω·m，呈中高值單峰狀或多峰狀；天然伽瑪0.55～1.19 PA/kg，呈低異常單峰狀或箱狀；密度1.3～1.71 g/cm3，呈低異常矩形。

2.4 地震時(shí)間剖面對(duì)比

反射波劃分：經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析研究，本次獲得的地震時(shí)間剖面，由淺至深，全區(qū)主要發(fā)育3組反射波。第1組為新生界底界面形成的反射波(Tn波)，全區(qū)大部分地段可連續(xù)追蹤，可追蹤對(duì)比；第2組為白堊系底界面形成的反射波(Tk波)，全區(qū)能量強(qiáng)、連續(xù)性好，全區(qū)大部分地段可連續(xù)追蹤；第3組為主要可采煤層煤3組、煤4組、煤5組與圍巖之間存在的波阻抗界面產(chǎn)生的T3、T4、T5波，如圖2所示；全區(qū)大部分地段可連續(xù)追蹤。以上3組反射波在宏觀上具有能量強(qiáng)(或較強(qiáng))、同相軸連續(xù)性好(或較好)的特征，通常，地震反射波地質(zhì)屬性的標(biāo)定采用人工合成地震記錄的方法。

圖2 1303孔人工合成地震記錄反射波時(shí)間剖面

T3波組：煤3組與圍巖形成的反射波，位于630～650 ms左右，表現(xiàn)為能量強(qiáng)，連續(xù)性較好，分布范圍廣，波形穩(wěn)定突出，可以在全區(qū)連續(xù)對(duì)比追蹤。

T4波組：煤4組與圍巖形成的反射波，位于630～700 ms左右，表現(xiàn)為能量強(qiáng)，連續(xù)性較好，分布范圍廣，波形穩(wěn)定突出，僅在局部存在能量弱的現(xiàn)象，可以在區(qū)內(nèi)大范圍連續(xù)對(duì)比追蹤。

T5波組：煤5組與圍巖形成的反射波，位于T4波之下，緊貼T4波，在時(shí)間剖面上表現(xiàn)為能量強(qiáng)(或較強(qiáng))，波組穩(wěn)定，連續(xù)性較好，但在大部分地段存在能量偏弱甚至突然消失的現(xiàn)象，有時(shí)可見(jiàn)到與T4波合并的現(xiàn)象，可在全區(qū)大范圍內(nèi)進(jìn)行連續(xù)對(duì)比追蹤。

綜上，地震波的剖面、平面構(gòu)造形態(tài)較好地反映了3組煤層的空間形態(tài)，為煤層空間對(duì)比提供了較好的證據(jù)。

2.5 其它對(duì)比措施

主導(dǎo)鉆孔選擇：選擇向斜部位的少數(shù)較深鉆孔作為地層劃分和煤層對(duì)比的主導(dǎo)鉆孔，其一般地層和煤層較全，對(duì)比由主導(dǎo)鉆孔往煤層走向(垂直勘查線)和傾向(沿勘查線)的方向逐步推開(kāi)。

煤分層合并：煤分層合并后一般歸于相對(duì)較穩(wěn)定或含煤性較好的煤分層。

巖心彩照和測(cè)井曲線分析：當(dāng)遇到對(duì)比困難的鉆孔時(shí)，除了查閱巖心鑒定表外，更要研究巖心彩照和測(cè)井曲線。隨時(shí)查找和確定局部標(biāo)志層，如油頁(yè)巖、似鮞狀結(jié)構(gòu)，注意圈定砂體，有條件時(shí)予以編號(hào)。

對(duì)比基線確定：本次編制巖煤層對(duì)比圖時(shí)采用煤5組頂板作為對(duì)比基線，原因是煤5組穩(wěn)定性較好，底部有雜色泥巖作為標(biāo)志層，且分布范圍較大。

3 結(jié)論

(1)根據(jù)各鉆孔揭露的地層情況，結(jié)合沉積環(huán)境分析，先將延安組地層劃分為3個(gè)段5個(gè)旋回，解決了煤層發(fā)育部位和對(duì)比框架。

(2)通過(guò)2個(gè)標(biāo)志層，區(qū)分主要可采煤層為煤3組和煤5組。

(3)總體上勘查區(qū)煤層層數(shù)雖多，但經(jīng)過(guò)仔細(xì)深入地研究其沉積、分布規(guī)律，并用了多種對(duì)比手段，勘查區(qū)內(nèi)的可采煤層的對(duì)比結(jié)果可靠；主要可采煤層煤3組、煤5組煤層特征明顯，地震反射波明顯，標(biāo)志層明顯，為較穩(wěn)定的可采煤層，其余煤層通過(guò)沉積旋回及測(cè)井曲線輔助對(duì)比厘定煤層空間位置，取得了較好的地質(zhì)勘查成果。