甘肅省周寨南勘查區巖煤層對比*

田步令

(甘肅煤炭地質勘查院，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

平涼市是甘肅省重要的煤炭資源基地之一，區內分布有較多重要的煤礦區，周寨南勘查區北部緊鄰大柳煤礦、新安煤礦及周寨煤礦，以上煤礦均已投入生產。本區可作為新安煤礦和周寨煤礦的后備區進行開發，一方面若按目前生產能力開采，本區可觀的資源量可以延長煤礦的生產服務年限，另一方面可在原生產能力基礎上提高產能，對煤礦的可持續發展十分有利?？辈閰^位于鄂爾多斯盆地西緣斷褶帶南端，因見煤層數較多，且賦存范圍內煤層埋深均在800 m以內，煤層厚度大，資源量可觀。但巖煤層對比標志層特征不明顯，局部存在煤層分叉、厚度突變的現象，巖煤層對比十分困難[1-5]；已有研究大都針對該盆地的聚煤規律，未對該區巖煤層作出對比[6-10]。因此，研究勘查區煤層賦存規律及巖煤層對比很有必要。

1 地質概況

1.1 自然地理

勘查區地處六盤山區東側與隴東黃土高原之間的過渡地帶。區內丘陵起伏，地勢高低不平，西北高，東南低。海拔標高在+1 320～+1 680 m之間，一般高差在50～360 m之間，根據地貌特點可分為低山丘陵區和帶狀沖積河谷區，低山丘陵區山勢走向以西北為主。本區屬大陸性季風氣候。因受關山影響，冬季干燥寒冷，夏秋陰濕多雨。本區屬涇河水系的黑河支流，區內常年性河流為響環溝河，發源于南部陜西省境內，自南向北橫穿本勘查區，全長約4 km，流量一般為0.1 m3/s，其他沖溝水量較小。根據中國地震動參數區劃圖(GB 18306—2015)，本區抗震設防烈度為Ⅶ度，設計基本地震峰值加速度值為0.15 g。

1.2 構造

勘查區位于安口—新窯聚煤向斜的東南段之南翼，整個安口新窯煤田形態呈掃帚狀，北部為簡單的向斜構造，南部為復式向斜構造。本勘查區內西北部背斜、中部加深地段向南傾伏的向斜構造及東部F7與F6斷層之間的背斜，但總體形態呈現為北部抬升，向東南傾伏的復式向斜構造特征。主要斷層為F7、F6、DF5、DF4與DF3，其它僅為落差較小的次級斷層，構造復雜程度為中等偏復雜。

1.3 地層

勘查區地表出露和鉆孔揭露地層從老到新有：上三疊統延長群，中侏羅統延安組、直羅組、安定組，下白堊統志丹群，新近系甘肅群，第四系。中侏羅統延安組為含煤地層，是本勘查區的主要勘探對象。巖性主要為灰色、灰黑色砂巖、粉砂巖、砂質泥巖、炭質泥巖、油頁巖和煤層，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。地層厚度整體呈現出勘查區中部較薄向東西兩側逐漸增厚的趨勢。延安組地球物理測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

經過對含煤地層、見煤情況及所含煤層的巖性、巖相、沉積及其組合規律的綜合分析得出，勘查區可追蹤對比的煤層為5組，本次利用14個鉆孔(含鄰區9孔)，其中13孔見煤，1孔未及煤層。煤層總厚度3.48～34.97 m，平均18.30 m，勘查區延安組平均厚度137.65 m，含煤系數為13.29%；可采煤層總厚度1.13～25.01 m，平均13.09 m。全區分布煤層，但煤層總厚度變化大，東北部煤層較厚，西南部煤層較薄。

2 巖煤層對比

本次煤層對比工作借鑒了鄰區已有的對比經驗，首先根據旋回特征和煤層分布劃分延安組地層單元(段)；然后采用標志層、煤層自身特征、測井曲線組合形態等方法，對煤層進行精細對比。

2.1 延安組地層劃分對比

劃分依據：本區的含煤地層-中侏羅統延安組，在以往的研究中皆被劃分為3個含煤巖段[11]，細劃為5個沉積旋回。因為第五旋回處于延安組沉積的晚期，之后又遭受直羅組砂體的沖刷及燕山運動早期地殼抬升后的大規模地剝蝕破壞等，造成本區地層只保存了4個沉積旋回。根據各鉆孔揭露的地層情況，結合沉積環境分析，先將延安組地層劃分為3個段5個旋回。

劃分對比：①第1段即Ⅰ旋回沉積的晚期，該時期氣候溫暖濕潤，水源充沛，極有利于泛濫平原上的植被大規模長期繁殖，加之地殼的緩慢沉降，植物不斷死亡堆積進入淺覆水的還原環境，為泥炭層的沉積提供了最有利的外部及內部條件，沉積了較穩定的煤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個旋回，第Ⅱ旋回為河流相-泛濫平原沉積環境，從煤4層頂板為較粗的砂巖開始，到煤3層逐漸變細至煤3層頂板的粗砂巖或礫巖為止，該旋回內主要沉積煤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，河流規模再一次擴大，在巨厚層的河流砂體上部發育的泛濫平原沉積面積擴大，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，區內施工鉆孔顯示，該旋回遭受直羅組砂體的沖刷及燕山運動早期的地殼抬升后大面積被剝蝕破壞，只有極個別鉆孔見及該套地層。以上巖性段的劃分及煤層組的分布，與鄰近勘查區的劃分是一致的，可以進行對比。

2.2 標志層對比

煤5組底板-灰褐色砂質泥巖：區內大部分鉆孔煤5組底板為灰褐色砂質泥巖，可見似鮞狀結構，成分主要為菱鐵質鮞粒，缺少層理。見煤鉆孔大部分均見及該套地層，是煤5組的主要確定依據。

煤4層底板-油頁巖：該層油頁巖為第Ⅰ旋回沉積的晚期深水湖泊相沉積環境，沉積的層位穩定，基本全區分布，區內及周邊大多數鉆孔均見及該套地層(圖1)，是煤4層和煤5組確定的重要依據。

圖1 油頁巖標志層

2.3 測井曲線對比

經對各鉆孔測井曲線對比分析，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，側向電阻率70～371 Ω·m，呈單峰狀或多峰狀組合形態特征；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號孔賦存，煤層較薄。側向電阻率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：此層煤在勘查區見煤鉆孔賦存，煤層較厚且分布穩定，是勘查區主要可采煤層。側向電阻率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：此層煤煤層較穩定。側向電阻率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 地震時間剖面對比

反射波劃分：經過認真分析研究，本次獲得的地震時間剖面，由淺至深，全區主要發育3組反射波。第1組為新生界底界面形成的反射波(Tn波)，全區大部分地段可連續追蹤，可追蹤對比；第2組為白堊系底界面形成的反射波(Tk波)，全區能量強、連續性好，全區大部分地段可連續追蹤；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生的T3、T4、T5波，如圖2所示；全區大部分地段可連續追蹤。以上3組反射波在宏觀上具有能量強(或較強)、同相軸連續性好(或較好)的特征，通常，地震反射波地質屬性的標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，表現為能量強，連續性較好，分布范圍廣，波形穩定突出，可以在全區連續對比追蹤。

T4波組：煤4組與圍巖形成的反射波，位于630～700 ms左右，表現為能量強，連續性較好，分布范圍廣，波形穩定突出，僅在局部存在能量弱的現象，可以在區內大范圍連續對比追蹤。

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，在時間剖面上表現為能量強(或較強)，波組穩定，連續性較好，但在大部分地段存在能量偏弱甚至突然消失的現象，有時可見到與T4波合并的現象，可在全區大范圍內進行連續對比追蹤。

綜上，地震波的剖面、平面構造形態較好地反映了3組煤層的空間形態，為煤層空間對比提供了較好的證據。

2.5 其它對比措施

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

煤分層合并：煤分層合并后一般歸于相對較穩定或含煤性較好的煤分層。

巖心彩照和測井曲線分析：當遇到對比困難的鉆孔時，除了查閱巖心鑒定表外，更要研究巖心彩照和測井曲線。隨時查找和確定局部標志層，如油頁巖、似鮞狀結構，注意圈定砂體，有條件時予以編號。

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

3 結論

(1)根據各鉆孔揭露的地層情況，結合沉積環境分析，先將延安組地層劃分為3個段5個旋回，解決了煤層發育部位和對比框架。

(2)通過2個標志層，區分主要可采煤層為煤3組和煤5組。

(3)總體上勘查區煤層層數雖多，但經過仔細深入地研究其沉積、分布規律，并用了多種對比手段，勘查區內的可采煤層的對比結果可靠；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，標志層明顯，為較穩定的可采煤層，其余煤層通過沉積旋回及測井曲線輔助對比厘定煤層空間位置，取得了較好的地質勘查成果。