山東省礦井資源開發及勘探趨勢分析

夾瑞峰

（中化地質礦山總局山東地質勘查院，山東 濟南 250013）

由于潔凈能源、礦產安全、環境保護等多重因素的影響，自20世紀70年代以來，礦產資源開采日益受到各個國家的重視。美國是世界上最早實現礦井開采的工業性開發的國家。之后，中國加拿大等先后三十多個國家進行了礦井開發試驗。中國是開發試驗工作較多，并取得一定進展的國家。隨著我國經濟迅猛發展，迫切需要新的能源。

山東省礦產資源豐富，賦存了大量的金屬礦物元素。相比其他能源能源開采，礦井科學開采更加潔凈、環保。然后在開發過程中在礦井開采安全評價方面的認識相對不夠。本文主要通過對山東省地質工程區域形成的地質條件、礦產資源賦存狀態等方面闡述山東省礦井資源的開發現狀。以及結合當今能源的發展趨勢，對礦井資源的開發前景作了評述。多年以來，就山東省各礦產工程區域資源量賦存情況都已進行了詳細測算，然而對于山東省的礦井內開采資源量測算等情況評價先對較少，盡管個別區塊先后進行過一定的研究分析和評價，但是，就山東省全省礦產資源研究與評價相對較少，尤其是著眼于礦井開發等方面。因此，對山東省進行礦產資源概況分析，其開發現狀以及其遠景進行討論分析就顯得尤為重要。

相信通過本文的撰寫會對我省礦井資源的安全開采與勘探提供更好的指示意義。從而更好的為我省的經濟建設服務。

1 地質背景

1.1 地層

山東省屬于華北地層大區的晉冀魯豫地層區的東南隅，根據區域地質構造以及巖石地層特征山東省又分為華北平原地層分區、魯西地層分區和魯東地層分區；魯西地層分區是本省地層發育最全的一個分區。山東地區石炭-二疊紀含礦系地層主要以粉砂巖、粉砂質泥巖、泥巖及中細砂巖為主，間夾數層礦層和海相灰巖，屬典型華北型礦脈結構。

華北石炭系、二疊系主要為一套濱海-河流相含碎屑礦建造。含礦地層主要為晚古生代，自下而上主要為本溪組、太原組、山西組以及石盒子組。尤其是太原組、山西組礦層沉積較穩定，為礦層氣的形成提供了良好的物質基礎。

其中晚古生代主要分布在安丘-莒縣斷裂以西地區。依據地層發育特征，主要分為魯西地區、魯中地區以及魯北地區。魯西地區含礦地層發育于上古生界，特別是太原組和山西組，是礦層資源巖礦層發育的主要地層區域。根據最新研究進展太原組中上部劃歸為二疊系下統，山西組歸為中二疊統。

1.2 構造

山東省位于中國大陸的東部地區。大地構造演化具有與中國大陸地區相似的階段性演化的特點，而華北板塊在晚古生代，曾發生過兩次大的構造運動，一是加里東運動，二是海西運動，致使山東省在古生代為由海相到海陸交互相再到陸相的變遷階段。經歷了海陸變遷演化歷史，特別是在早古生代，其突出特征是整個區域同步緩慢沉降，當然，在個別地區存在有小幅度差異升降，基本是全域海相沉積。晚古生代，板塊逐漸抬升，海水逐漸退出，轉化為陸相沉積。

魯西地區總體以單斜構造為主，地層走向自西向東由NE、近EW向逐步轉為NW向，傾向相應由NW、N向轉為NE向。

2 傳統地質勘查技術及問題

2.1 傳統地質勘查技術

傳統地質勘探技術主要目的是全面掌握礦區水文地質條件，開發利用礦產資源，此過程中應用不同勘探方法，加以對應的水文地質工作。但其基于水文地質基礎勘查，雖盡力將勘查范圍減小，然而由于勘探技術與相關設備不夠先進，即使這些方法應用較為便利，卻無法保障作業數據的準確度，對后續各項工作的開展十分不利，甚至會造成不必要的人力、財力、物力等資源的浪費。

2.2 傳統技術問題

因為開采時間與環境的原因，很多傳統勘探技術僅可開展較為單一的水元素勘查，對于一般的地下水勘查工作，其開發利用技術非常淺顯。對比來講，地下水勘查應保證1個水文年，同時應進行試驗及具體探究圈。然而因為礦產資源是社會能源供應體系中極為重要的組成，其能直接影響社會發展進程，傳統的地面鉆探、測井、抽水、注水等方式僅能明確部分水文地質狀況，針對全礦區進行開采難度較大。且利用傳統勘查技術操作較為復雜，需進行的步驟較多，如果沒有足夠的耐性和耐心，勘探操作及數據處理不夠認真，則難以保證對資源的高效開發和合理利用。

3 礦井資源開發意義

眾所周知，礦井內資源是一種由于礦產資源本身自生自儲的非常規貯藏資源，礦產資源是現代工業發展應用的重要資源與礦脈伴生、以吸附狀態儲存于地質結構層內的自然資源。

近年來人們逐漸認識到礦產資源在能源結構中的意義，對礦井資源的開發與利用不僅遞補可能源的缺口，而且對于充分利用礦產資源以及從一定程度上改善礦井開采的生產安全條件與環境具有重要的意義。同時礦產資源開采過程當中的溫室效應約為CO2的21倍，對生態環境破壞性極強，在進行礦井開采之前如，果先開采地質層，由井下有害氣體造成的礦井爆炸事故將降低70%～80%。

隨著社會的進步和發展，進入21世紀，人們對于可持續發展戰略更加重視，為此國家將大力推進開發和使用礦產資源等新的能源。從戰略角度講，隨著我國經濟社會發展，對資源的需求越來越高，必須減少對常規資源的依賴。為此，開拓非常規礦產資源這樣的新能源等的開發具有重要的戰略意義。因此礦井資源開采在未來我國的資源構成中將具有重要的地位，其發展空間與潛力也將越來越大。另外，礦井資源的開發不僅提供了新的環保能源，而且在一定程度上對于降低礦產資源能源開采的生產安全條件具有良好的作用。因此礦井資源的開發無論對于生產，還是國家戰略方面都具有潛在的，良好的的開發意義。

山東作為礦產資源大省，有著豐富的礦產資源。主要是晚古生代石炭-二疊系含礦地質層。然后由于一些礦產工程區域得到貯藏，張性斷層發育，變質程度較低，造成礦產資源的含量較低。因而有些學者認為魯西礦區由于受斷裂破壞和影響，礦產資源己大部分逸散掉，形不成大的資源礦產區域。這些認識對于一些礦產埋藏淺、構造破壞嚴重的礦產來說，可能是正確的，但對于整個山東地區礦產資源的評價來說，顯然缺乏科學性。由開采資料證實，隨著開采深度的增加，礦井內有害氣體涌出量逐漸增大，已構成了對礦井安全的威脅，說明在礦體機構埋藏深部區，礦井內的有害氣體含量并不低。山東地區內有些礦區的地質礦產資源構造容易產生變形、破壞程度低、滲透性好，開發條件優越。

4 礦井礦產資源開發現狀

中國在20世紀80年代末完成了第一次全國礦井開采資源評價，90年代初開始應用現代礦井開采技術進行礦采資源勘探開發試驗。華北石油地質局在河東地區礦產區域內進行施工，在7口礦井進行施工，單井最高日產量為7050m3/d（柳礦5井）。1999年初由中聯公司在潘莊地區施工的TL-007井日產量達16303m3，是我國第一口日產突破15000m3的高產礦產資源井（孫世清等1999）。

鑒于此，90年代以來，礦產資源、石油、地礦三大部門、有關省市及外國公司廣泛開展了礦井資源的勘探實驗工作。據統計，中國礦產資源量為32.68×1012m3之間，其分布在不同沉積環境的含礦地區，成礦時代等。

華北地區晚古生代為主要成礦時代。山東地層隸屬于華北地層分區，石炭-二疊系礦層發育較好、沉積穩定、厚度較大，分布較廣，含氣量高，是勘探開發礦層結構發育的重要領域。尤其以太原組礦層相對較穩定，結構相對簡單。山西組礦層沉積穩定，結構簡單，厚度也大。這些因素為我省礦層氣的形成奠定了一定的物質基礎。

通過對山東主要賦存礦產資源的黃河北礦產產出區域，章丘礦區等研究揭示，黃河北礦區（已勘探區）礦產資源較為豐富（見表1）（范士彥和李獻水，2002）。

表1 黃河北礦區（已勘探區）主要礦井開采礦產資源量計算表

黃河北礦區（范士彥等，2001），面積約2200km2，地跨東阿、齊河、高唐等7縣區，礦產資源含量呈現由淺向深逐漸增高的趨勢，具有很大的資源前景。另外根據相關資料分析，該區礦產資源結構深部受巖漿巖影響，礦產的變質程度相對較高，礦產資源含量要高于其他地區。有利于進一步勘探開發利用。

淄博礦區，該區位于淄博市，東跨青州市，西以禹王山斷層與章丘礦區分界，東為西營～高柳斷層為界，南部為礦層露頭，北部到齊廣斷裂，面積1500km2，經估算礦產資源量為204.94×108m3。淄博礦區深部以貧礦，含氣量會更高，因此淄博礦區深部是礦井資源重要開發區域。章丘礦區，地跨歷城章丘等4縣區，經估算礦井開采資源量為171.52×108m3。通過分析揭示山東省各礦區內有害氣體含量（表2）（范士彥等1999）。

表2 山東省各礦區有害氣體含量

5 礦井資源勘探開發遠景

國家對礦井資源的開發利用工作十分重視。在1999年由國土資源部、國家計委等5部、委聯合下發的《礦產資源儲量評審認定辦法》文件中，將礦產資源與石油、天然氣和放射性礦產列為國家統一管理的礦種。自20世紀80年代以來，國家在礦產資源管理、產業政策、資源綜合利用、價格政策以及對外合作勘探開發等方面先后制定并實施了一系列措施和優惠政策，從而對礦產資源產業的發展起到了良好的促進作用。

礦產資源的開發利用意義重大，其不僅可以提高井下氣體事故防范水平，有效控制節能減排，產生良好的環境保護效應，而且可以作為一種高效、潔凈能源。隨著山東經濟的迅猛發展，對能源的需求也越來越重要。這就加速了對新能源的勘探開發利用程度。

通過對華北地區石炭—二疊系礦產資源量的基本地質條件及影響因素綜合分析認為，該區礦層沉積較穩定，厚度較大，礦產資源類型較好，其直接頂板蓋層好，演化變質程度相對較高，上覆有效地層厚度較大的含礦區，更加有利于礦產資源的生成和保存，礦產資源量高。山東石炭-二疊系的太原組、山西組礦層分別主要形成了濱海沼澤和三角洲平原沼澤環境，沉積環境相對穩定，厚度大，有利于生成礦層氣的物質基礎（王偉等1999）。

由于山東各個礦區礦井的有害氣體相對涌出量多數小于4m3/t，淄博，新汶等礦區是開采多年的老礦區，結合地質情況，這些區域礦層氣含量相對較少。黃河北礦區僅趙官井田和長清井田礦層儲備量563.6Mm，從該礦區礦層資源量的初步估算可知，礦產總資源量為1608.4836億m3，礦井內礦產資源潛力很大。通過將該區預測資源區與推測資源區結合實際地質情況，結合在山東地區黃河北煤田、章丘、淄博等礦區的礦產資源賦存情況來看，在這些礦區的深部可作為今后勘探開發礦產資源的的重要區域。

在今后礦產資源勘探開發過程中，要注意礦產資源的勘探與開發工作，在魯西地區的一些礦區，比如汶上-寧陽等預測區，主要是考慮山東晚古生代石炭-二疊系含煤地層之上石盒子組的保存情況，若以上賦存地層較為完整，尤其是侏羅、第三系等地層均有沉積的地方，也可有利于礦產資源的開采與賦存。

6 結論

（1）山東地區礦區地質構造情況復雜，礦體結構的形成了經歷了多期構造特點，導致礦產資源的富集狀態呈現區域性變化較大。山東省礦產資源主要賦存時代為晚古生代，由海相到海陸交互相再到陸相轉化過程的石炭二疊系中，區域上主要在沂沭斷裂帶以西地區。

（2）山東省地區礦產資源結構主要為晚古生代石炭-二疊系太原組、山西組含煤地層。經分析黃河北礦區礦層絕大部分以吸附狀態存在于礦層微孔隙之中。該區內礦產資源含量由東南向西北逐漸增高。

（3）山東省大多數礦區礦產資源含量小于4m3/t，通過對山東地區晚古生代石炭二疊及含礦層地質情況特征進行分析，揭示山東礦產資源主要集中在黃河北礦區深部區域。