甘肅省山丹縣羊虎溝北煤炭普查區煤層對比淺析

王玉合

（甘肅煤炭地質勘查院，甘肅 蘭州 730000）

1 普查區交通位置與自然地理概況

普查區位于甘肅省山丹縣東南方向，直距約56 km，行政區劃屬甘肅省山丹縣老軍鄉管轄。普查區南依大黃山，北為繡花廟山，為一向北緩傾的沖積平原，海拔2520～2760 m 之間，相對高差240 m。區內除羊虎溝有小溪流外，無其他地表徑流，南緣有少量井泉分布，可供飲用。本區地處高原高寒地帶，全境屬大陸性高原高寒半濕潤氣候。

2 普查區地層及煤層

依據本區及周邊18 個已施工鉆孔資料，普查區地層由老至新分述如下：

（1）上石炭統羊虎溝組（C2y）：以灰色、灰白色細-粗砂巖、深灰色鈣質泥巖為主，揭露厚度2.57～15.6 m，平均10.09 m。

（2）下二疊統太原組（P1t）：灰色-灰黑色泥質粉-細砂巖、泥巖，灰-灰白色中-粗砂巖，為本區煤系地層，夾薄煤6～9 層，經對比編號煤層有7 層，從上至下為煤1上、煤1下、夾連煤、煤2上、煤2下、煤3上、煤3下，厚度0.14～1.29 m，與下伏羊虎溝組地層整合接觸。

（3）中二疊統大黃溝組（P2d）：紫紅色細砂巖、淺灰綠色-灰色中粗粒砂巖、細砂巖、粉砂巖，并以富含白云母之礫狀粗砂巖為與太原組的邊界。厚度約19.78～801.75 m，平均262.89 m，與下伏太原組地層整合接觸。

（4）上二疊統窯溝組（P3yg）：暗紫色、灰綠色-灰白色中粗砂巖、泥質粉砂巖，厚度0 ～254.05 m，平均75.57 m，與下伏中二疊統大黃溝組整合接觸。

（5）第四系（Q）：上部多為松散粉土、粉質粘土、風積沙及沖洪積礫石層；厚度3.25～53.20 m，平均21.42 m。

本區7 層編號煤層中，4 層可采，分別是煤1下、煤2上、煤2下、煤3下，各煤層見煤情況分述如下：

煤1下層：18 個鉆孔中，14 個鉆孔見及，見煤點厚度0～1.29 m，平均厚0.38 m；3 孔可采，可采厚度0.81～1.29 m，平均可采厚度1.04 m，為薄煤層，傾角15°～18°。

煤2上層：18 個鉆孔全部見及，見煤點厚度0.39～1.84 m，平均厚0.75 m；12 孔可采，可采厚度0.60～1.84 m，平均0.88 m，為薄煤層，傾角16°～20°。

煤2下層：18 個鉆孔全部見及，見煤點厚度0.16～0.97 m，平均0.46 m；4 孔可采，可采厚度0.62～0.97 m，平均0.77 m，為薄煤層，傾角16°～21°。

煤3下層：18 個鉆孔全部見及，厚度0.17～0.70 m，3 孔可采，可采厚度0.95～1.56 m，平均1.28 m，為薄煤層，平均傾角20°。

3 煤層對比

本次對比方法在參考以往煤層對比方法的基礎上，主要采用了標志層對比、測井曲線對比、巖性巖相旋回特征、煤層組合特征對比等方法，以煤2上層頂板為對比基線進行煤層走向與傾向上的對比。

3.1 標志層對比

蜓蝌灰巖是本區煤層的標志層[1]。灰、灰黑色泥巖及中厚層狀石灰巖；富含蜓蝌化石，位于太原組中段，一般為煤2 組頂板。厚度穩定，本區及周邊18 個孔中有16 孔見及，厚度0.81～4.52 m，代表了海陸交互相沉積，是劃分石炭系和二疊系的標準化石，全區普遍存在。該標志層下部為煤2上層，以上為夾連煤及煤1 組，將區內的主要可采煤層煤2上層與夾連煤及以上分開，可作為劃分對比下二疊統太原組中上巖組以及區分煤2 組與夾連煤的明顯標志（圖1）。

圖1 標志層——蜓蝌灰巖

3.2 測井曲線對比

區內煤層與圍巖物性差異大，各煤層（組）物性組合特征較為明顯，在各測井方法曲線上皆表現為高電阻、低密度、低伽瑪和自然電位負異常，即在測井曲線上顯現為三側向電阻率高、自然伽瑪低、人工伽瑪高、高聲速，即“三高一低”的物性特征反映明顯，在測井曲線上極易辨認，界面反映清晰。同時，太原組內不同的煤層，在三側向電阻率、自然伽瑪、密度、聲波曲線上的異常表現形態也不盡相同，如圖2～圖4，現分述如下：

（1）煤1 組

本煤層位于煤系地層上部，屬可采的不穩定型煤層。煤1 組在三側向電阻率曲線上多呈“山字形”高異常反映；在密度曲線上多呈“箱狀或筆架峰”狀低異常反映；在自然伽瑪曲線上多呈低異常的“單峰或多峰”狀顯示，組合特征比較明顯，如圖2。

圖2 煤1 組測井曲線特征圖

（2）煤2 組

本煤層位于煤系地層中部，沉積較穩定，大部可采，結構較為簡單。在三側向電阻率曲線上多呈“單峰狀” 高異常；在密度曲線上呈“寶劍峰狀”低異常；在自然伽瑪曲線上多表現為低異常的“尖刀狀”，聲波曲線呈“筍狀”高異常。各物性曲線形態特征較為明顯，如圖3。

圖3 煤2 組測井曲線特征圖

（3）煤3 組

煤3 組位于煤系地層下部，沉積不穩定，大部分不可采，結構由簡單到復雜變化較大。在三側向電阻率曲線上呈鋸齒形變化的“尖刀狀”高異常；在密度、自然伽瑪曲線上表現為“單峰狀或多峰狀”低異常；聲波曲線呈“箱狀”高異常。煤層物性特征十分明顯，反映界面清晰，如圖4。

3.3 巖性巖相旋回對比

本區煤系地層屬湖海陸交互沉積環境下的瀉湖-潮坪相的沉積，整個煤系以粘土物質、碳酸鹽及有機巖類沉積為主。根據粒度變化、沉積相的交替及海平面的變遷等，把太原組劃分三個沉積旋回，如圖5。

圖5 太原組沉積旋回劃分示意圖

第一旋回位于太原組下部，厚12.44～19.81 m，以太原組底部的中粗石英砂巖或者含礫砂巖為起點，向上巖性為厚層泥巖、碳質泥巖夾煤層；部分鉆孔如601、603、801 在中粗砂巖上沉積1 層細砂巖或粉砂巖，再過渡至泥巖、碳質泥巖夾煤層。本旋回向上至粉砂巖或細砂巖的層底結束，巖性由粗到細，旋回內發育的煤層為煤3 組（煤3下及煤3上），僅有1 層煤時，則定為為煤3下層，煤3上層沉積缺失。

第二旋回位于太原組中下部，厚7.18～13.31 m，以煤2 組底部的細砂巖或粉砂巖為起點，向上延伸至K2 標志層蜓蝌灰巖上部的砂巖（主要為細砂巖）層底結束。該旋回內主要巖性為泥巖、粉砂質泥巖、煤層及灰巖，從下到上，巖性由粗到細，旋回內發育的煤層為煤2 組（煤2下及煤2上）。煤層對比時，由于煤2上層用K2 標志層確定，剩下的1 層煤相應定為煤2下層。

第三旋回位于太原組中上部，厚29.91～53.15 m，以K2 標志層蜓蝌灰巖上部的砂巖層為起點，向上延伸大黃溝組底界，沉積的地層主要為細砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖、泥巖、煤層，夾少量中粗砂巖。旋回內發育煤層為煤1 組（煤1下及煤1上）、夾連煤，煤層層數在3 層及以上時，則認為各煤層沉積連續，無缺失；煤層層數少于3層時，則結合層位及層間距，確定為夾連煤或者煤1上層缺失。

通過旋回對比，確定了煤組編號，再與標志層、煤層組合特征結合確定具體的煤層編號。

3.4 煤層組合特征對比

煤層組合特征包括煤層間距和厚度。煤2 組的層位確定后，煤1 組、煤3 組、夾連煤的層位通過與煤2 組之間的間距確定：煤1 組距離夾連煤平均17.56 m，距離最大；夾連煤距離煤2 組平均15.11 m；煤3 組距離煤2 組上平均5.71 m，距離最小。同一煤組內的煤分層間距較小，煤2下層距離煤2上層平均1.47 m，煤3下層距離煤3上層平均3.74 m，煤1下層距離煤1上層平均2.83 m。因此，煤層間距也是確定煤層編號的重要依據。

從各煤層見煤情況來看，18 個鉆孔中，煤1上0.14～0.34 m，僅3 孔見及，大部分鉆孔內沉積缺失；夾連煤厚度0.14～0.81 m，煤3上0.09～0.61 m，大多數鉆孔厚度0.60 m 以下，不可采。因此，煤1上、夾連煤、煤3上的鉆孔見煤厚度與可采情況也為確定煤層編號提供了一定參考。

4 煤層對比的意義

（1）通過煤層對比確定見煤鉆孔中各煤層編號，進而圈定出各可采煤層資源的平面分布范圍、可采范圍及無煤區，掌握垂向上的煤層埋深、頂底板巖性變化情況，為下一步勘查階段工程量的合理布置、開采階段巷道布置以及井下支護工程提供直接依據。

（2）本區煤層厚度較小，不超過1 m，呈碎末狀，在鉆探過程中極易造成采取率偏低甚至打丟。對煤層標志層、煤層間距等特征進行研究，可以提前預判煤層層位及見煤深度，從而準確控制鉆探參數，如鉆壓、泥漿稠度、回次進尺，保證煤芯采取質量，提高煤層深度、厚度等原始資料的準確可靠程度，為資源量估算提供真實依據。

（3）煤層對比可以發現宏觀范圍內煤層的變化趨勢，如本區煤層埋深總體呈北西向傾斜的單斜，即西北深，東南淺。煤層的沉積與分布具有區域性和連續性，標志層也隨之穩定連續。因此，相鄰礦區的煤層變化趨勢及標志層也往往相同或類似。本區的煤層對比對相鄰礦區的勘查工作也具有一定的借鑒作用。