甘肃省周寨南勘查区岩煤层对比*

田步令

(甘肃煤炭地质勘查院，甘肃 兰州 730000)

0 引言

平凉市是甘肃省重要的煤炭资源基地之一，区内分布有较多重要的煤矿区，周寨南勘查区北部紧邻大柳煤矿、新安煤矿及周寨煤矿，以上煤矿均已投入生产。本区可作为新安煤矿和周寨煤矿的后备区进行开发，一方面若按目前生产能力开采，本区可观的资源量可以延长煤矿的生产服务年限，另一方面可在原生产能力基础上提高产能，对煤矿的可持续发展十分有利。勘查区位于鄂尔多斯盆地西缘断褶带南端，因见煤层数较多，且赋存范围内煤层埋深均在800 m以内，煤层厚度大，资源量可观。但岩煤层对比标志层特征不明显，局部存在煤层分叉、厚度突变的现象，岩煤层对比十分困难[1-5]；已有研究大都针对该盆地的聚煤规律，未对该区岩煤层作出对比[6-10]。因此，研究勘查区煤层赋存规律及岩煤层对比很有必要。

1 地质概况

1.1 自然地理

勘查区地处六盘山区东侧与陇东黄土高原之间的过渡地带。区内丘陵起伏，地势高低不平，西北高，东南低。海拔标高在+1 320～+1 680 m之间，一般高差在50～360 m之间，根据地貌特点可分为低山丘陵区和带状冲积河谷区，低山丘陵区山势走向以西北为主。本区属大陆性季风气候。因受关山影响，冬季干燥寒冷，夏秋阴湿多雨。本区属泾河水系的黑河支流，区内常年性河流为响环沟河，发源于南部陕西省境内，自南向北横穿本勘查区，全长约4 km，流量一般为0.1 m3/s，其他冲沟水量较小。根据中国地震动参数区划图(GB 18306—2015)，本区抗震设防烈度为Ⅶ度，设计基本地震峰值加速度值为0.15 g。

1.2 构造

勘查区位于安口—新窑聚煤向斜的东南段之南翼，整个安口新窑煤田形态呈扫帚状，北部为简单的向斜构造，南部为复式向斜构造。本勘查区内西北部背斜、中部加深地段向南倾伏的向斜构造及东部F7与F6断层之间的背斜，但总体形态呈现为北部抬升，向东南倾伏的复式向斜构造特征。主要断层为F7、F6、DF5、DF4与DF3，其它仅为落差较小的次级断层，构造复杂程度为中等偏复杂。

1.3 地层

勘查区地表出露和钻孔揭露地层从老到新有：上三叠统延长群，中侏罗统延安组、直罗组、安定组，下白垩统志丹群，新近系甘肃群，第四系。中侏罗统延安组为含煤地层，是本勘查区的主要勘探对象。岩性主要为灰色、灰黑色砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、炭质泥岩、油页岩和煤层，次为灰白色含高岭土的中粗粒砂岩等，含丰富的植物化石。钻孔揭露地层最小厚度为49.44 m，最大厚度为243.07 m，平均厚度为137.65 m。地层厚度整体呈现出勘查区中部较薄向东西两侧逐渐增厚的趋势。延安组地球物理测井曲线特征为自然伽马(GR)曲线在煤层段呈明显低异常，岩层段为高异常；密度(DNL)曲线在煤层段呈明显低异常，岩层段为高异常；三侧向电阻率(LL3)曲线在煤层段为幅值变化较大的高异常，岩层段幅值较低。

1.4 煤层赋存特征

经过对含煤地层、见煤情况及所含煤层的岩性、岩相、沉积及其组合规律的综合分析得出，勘查区可追踪对比的煤层为5组，本次利用14个钻孔(含邻区9孔)，其中13孔见煤，1孔未及煤层。煤层总厚度3.48～34.97 m，平均18.30 m，勘查区延安组平均厚度137.65 m，含煤系数为13.29%；可采煤层总厚度1.13～25.01 m，平均13.09 m。全区分布煤层，但煤层总厚度变化大，东北部煤层较厚，西南部煤层较薄。

2 岩煤层对比

本次煤层对比工作借鉴了邻区已有的对比经验，首先根据旋回特征和煤层分布划分延安组地层单元(段)；然后采用标志层、煤层自身特征、测井曲线组合形态等方法，对煤层进行精细对比。

2.1 延安组地层划分对比

划分依据：本区的含煤地层-中侏罗统延安组，在以往的研究中皆被划分为3个含煤岩段[11]，细划为5个沉积旋回。因为第五旋回处于延安组沉积的晚期，之后又遭受直罗组砂体的冲刷及燕山运动早期地壳抬升后的大规模地剥蚀破坏等，造成本区地层只保存了4个沉积旋回。根据各钻孔揭露的地层情况，结合沉积环境分析，先将延安组地层划分为3个段5个旋回。

划分对比：①第1段即Ⅰ旋回沉积的晚期，该时期气候温暖湿润，水源充沛，极有利于泛滥平原上的植被大规模长期繁殖，加之地壳的缓慢沉降，植物不断死亡堆积进入浅覆水的还原环境，为泥炭层的沉积提供了最有利的外部及内部条件，沉积了较稳定的煤5层和煤4层，其顶界以煤4层顶板为界；②第2段包括Ⅱ、Ⅲ这2个旋回，第Ⅱ旋回为河流相-泛滥平原沉积环境，从煤4层顶板为较粗的砂岩开始，到煤3层逐渐变细至煤3层顶板的粗砂岩或砾岩为止，该旋回内主要沉积煤3层。第Ⅱ旋回从煤3层顶板的粗砂岩或砾岩开始，到煤2层顶板砂岩或砾岩为止，该旋回主要沉积了煤2层；③第3段前期的第Ⅳ旋回沉积期，河流规模再一次扩大，在巨厚层的河流砂体上部发育的泛滥平原沉积面积扩大，沉积了煤1层。第Ⅴ旋回处于延安组沉积的晚期，该旋回未沉积煤层，区内施工钻孔显示，该旋回遭受直罗组砂体的冲刷及燕山运动早期的地壳抬升后大面积被剥蚀破坏，只有极个别钻孔见及该套地层。以上岩性段的划分及煤层组的分布，与邻近勘查区的划分是一致的，可以进行对比。

2.2 标志层对比

煤5组底板-灰褐色砂质泥岩：区内大部分钻孔煤5组底板为灰褐色砂质泥岩，可见似鲕状结构，成分主要为菱铁质鲕粒，缺少层理。见煤钻孔大部分均见及该套地层，是煤5组的主要确定依据。

煤4层底板-油页岩：该层油页岩为第Ⅰ旋回沉积的晚期深水湖泊相沉积环境，沉积的层位稳定，基本全区分布，区内及周边大多数钻孔均见及该套地层(图1)，是煤4层和煤5组确定的重要依据。

图1 油页岩标志层

2.3 测井曲线对比

经对各钻孔测井曲线对比分析，煤层物性为中高电阻率、低密度、低放射性，曲线反映为NR中高、DNL低、GR低，即“一高两低”[12]。本勘查区煤层从上至下总共有5组可采煤层。

煤1层：只在902孔和1304孔赋存，侧向电阻率70～371 Ω·m，呈单峰状或多峰状组合形态特征；天然伽玛0.15～1.47 PA/kg，多呈低值多峰状或单峰状；密度1.10～1.55 g/cm3，呈低值箱状或低值单峰状。

煤2层：只在1304号孔赋存，煤层较薄。侧向电阻率40～89 Ω·m，呈中高值单峰状或多峰状；天然伽玛0.20～1.98 PA/kg，呈低异常单峰状或箱状；密度1.28～1.66 g/cm3，呈低异常单峰状或箱状。

煤3组：此层煤在勘查区见煤钻孔赋存，煤层较厚且分布稳定，是勘查区主要可采煤层。侧向电阻率50～708 Ω·m，呈中高值单峰状或多峰状；天然伽玛0.45～1.66 PA/kg，呈低异常单峰状；密度1.25～1.66 g/cm3，呈低异常单峰状或低异常多峰状。

煤4层：此层煤煤层较稳定。侧向电阻率33～375 Ω·m，呈中高值箱状或多峰状；天然伽玛0.64～1.28 PA/kg，呈低异常箱状或多峰状；密度1.27～1.73 g/cm3，呈低异常矩形或单峰状。

煤5组：侧向电阻率26～369 Ω·m，呈中高值单峰状或多峰状；天然伽玛0.55～1.19 PA/kg，呈低异常单峰状或箱状；密度1.3～1.71 g/cm3，呈低异常矩形。

2.4 地震时间剖面对比

反射波划分：经过认真分析研究，本次获得的地震时间剖面，由浅至深，全区主要发育3组反射波。第1组为新生界底界面形成的反射波(Tn波)，全区大部分地段可连续追踪，可追踪对比；第2组为白垩系底界面形成的反射波(Tk波)，全区能量强、连续性好，全区大部分地段可连续追踪；第3组为主要可采煤层煤3组、煤4组、煤5组与围岩之间存在的波阻抗界面产生的T3、T4、T5波，如图2所示；全区大部分地段可连续追踪。以上3组反射波在宏观上具有能量强(或较强)、同相轴连续性好(或较好)的特征，通常，地震反射波地质属性的标定采用人工合成地震记录的方法。

图2 1303孔人工合成地震记录反射波时间剖面

T3波组：煤3组与围岩形成的反射波，位于630～650 ms左右，表现为能量强，连续性较好，分布范围广，波形稳定突出，可以在全区连续对比追踪。

T4波组：煤4组与围岩形成的反射波，位于630～700 ms左右，表现为能量强，连续性较好，分布范围广，波形稳定突出，仅在局部存在能量弱的现象，可以在区内大范围连续对比追踪。

T5波组：煤5组与围岩形成的反射波，位于T4波之下，紧贴T4波，在时间剖面上表现为能量强(或较强)，波组稳定，连续性较好，但在大部分地段存在能量偏弱甚至突然消失的现象，有时可见到与T4波合并的现象，可在全区大范围内进行连续对比追踪。

综上，地震波的剖面、平面构造形态较好地反映了3组煤层的空间形态，为煤层空间对比提供了较好的证据。

2.5 其它对比措施

主导钻孔选择：选择向斜部位的少数较深钻孔作为地层划分和煤层对比的主导钻孔，其一般地层和煤层较全，对比由主导钻孔往煤层走向(垂直勘查线)和倾向(沿勘查线)的方向逐步推开。

煤分层合并：煤分层合并后一般归于相对较稳定或含煤性较好的煤分层。

岩心彩照和测井曲线分析：当遇到对比困难的钻孔时，除了查阅岩心鉴定表外，更要研究岩心彩照和测井曲线。随时查找和确定局部标志层，如油页岩、似鲕状结构，注意圈定砂体，有条件时予以编号。

对比基线确定：本次编制岩煤层对比图时采用煤5组顶板作为对比基线，原因是煤5组稳定性较好，底部有杂色泥岩作为标志层，且分布范围较大。

3 结论

(1)根据各钻孔揭露的地层情况，结合沉积环境分析，先将延安组地层划分为3个段5个旋回，解决了煤层发育部位和对比框架。

(2)通过2个标志层，区分主要可采煤层为煤3组和煤5组。

(3)总体上勘查区煤层层数虽多，但经过仔细深入地研究其沉积、分布规律，并用了多种对比手段，勘查区内的可采煤层的对比结果可靠；主要可采煤层煤3组、煤5组煤层特征明显，地震反射波明显，标志层明显，为较稳定的可采煤层，其余煤层通过沉积旋回及测井曲线辅助对比厘定煤层空间位置，取得了较好的地质勘查成果。