鞏 固， 付 浩

(1.山東省煤田地質(zhì)規(guī)劃勘察研究院， 山東 濟南 250104； 2.山東省煤田地質(zhì)局第五勘探隊分析測試中心， 山東 濟南 250104)

1 前言

煤炭是我國不可或缺基礎(chǔ)能源和重要原料，未來十年或幾十年，煤炭工業(yè)依舊是能直接牽動國家經(jīng)濟命脈和能源安全的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)[1-4]。煤系中的地層對比研究一直是煤地質(zhì)學(xué)研究的重點，礦井真正的實際建設(shè)生產(chǎn)過程中證明，煤層對比不正確導(dǎo)致的煤炭整體評估以及資源/儲量評估錯誤，進一步影響礦井設(shè)計的科學(xué)性及實際施工的非必要工程量，引發(fā)巨大經(jīng)濟損失[5-6]。因此，多煤層賦存地區(qū)的煤層對比分析是否科學(xué)成為關(guān)鍵問題。

龍井煤礦位于黔西縣北東部，行政區(qū)劃屬黔西縣花溪鄉(xiāng)管轄。礦區(qū)總體呈北窄南寬的長條形，東西向長約6.1km，南北向平均寬約8.8km，面積為19.64km2。通過開展系統(tǒng)的物探、鉆探、化驗測試和分析研究工作，對礦區(qū)煤層賦存特征及煤層對比進行分析研究。

2 礦區(qū)地質(zhì)背景

2.1 構(gòu)造背景

井田北西翼地層傾角25°～30°,南東翼地層傾向南東，傾角20°～35°,局部地層傾角較陡約45°～60°。區(qū)域斷裂構(gòu)造不發(fā)育。

礦區(qū)背斜西翼地層傾向北西，傾角一般為15°～25°，東翼地層傾向北東，傾角較陡，49°～82°。東部為一組向背斜，為格老壩向斜、赤河大坡背斜、秦家灣向斜等。

地層傾角18°～30°。

礦區(qū)內(nèi)斷裂主要為北區(qū)最北面的F1斷層組；北區(qū)中部的F7、F8斷層組；南區(qū)中部的F4、F5、F6、F11斷層組；南區(qū)東北部F2、F3斷層組。其中F1、F5、F6、F11規(guī)模相對較大，斷距較大。

2.2 地層背景

區(qū)域地層從老到新為寒武系下統(tǒng)清虛洞組地層，中統(tǒng)高臺組、中- 上婁山關(guān)群，石炭系下統(tǒng)大壙組地層，二疊系中統(tǒng)梁山組、棲霞組、茅口組地層。其中梁山組與婁山關(guān)群、龍?zhí)督M與茅口組之間為假整合接觸，其余各地層之間為整合接觸。

礦區(qū)內(nèi)地層自老至新有：二疊系中統(tǒng)茅口組(P2m)，區(qū)域地質(zhì)資料記載礦區(qū)茅口組地層層厚超過200m；二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P3l)，龍?zhí)督M厚度約130～230m；二疊系上統(tǒng)長興組(P3c)，一般長興組厚度為30～70m；三疊系下統(tǒng)夜郎組(T1y),層厚約460m；三疊系下統(tǒng)茅草鋪組(T1m)，層厚約300m；三疊系中統(tǒng)松子坎組(T2s)，礦區(qū)內(nèi)未完全揭露，層厚應(yīng)大于200m；第四系(Q)，層厚約0～15m。

3 煤層賦存特征

3.1 地層巖性組成

礦區(qū)含煤地層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P3l)，揭露厚度為136.45～227.45m，平均厚度171.78m。

龍?zhí)督M地層巖性以細(xì)粒砂巖、炭質(zhì)泥巖、泥巖為主及龍?zhí)督M底部穩(wěn)定巖層- 鋁土巖組成。

3.2 含煤性

從上到下煤層編號分別為M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M8下、M9、M10、M11、M12、M13、M14、M15、M15下。其中M8、M13、M14、M15可采， M14煤層為大部分可采，可采煤層平均總厚5.27m。煤系地層含煤系數(shù)7.22%。

M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M11、M12、M13、M14、M15等煤層層位沉積較穩(wěn)定易于對比。除4個可采煤層(M8、M13、M14、M15)外，M2煤層偶有可采厚度見煤點，其他煤層未揭露可采見煤點。

3.3 沉積環(huán)境

屬海陸過渡相前三角洲黔北三角洲沉積環(huán)境，為一海陸交互相、多旋回沉積組成[7-9]。黔北三角洲屬曲流河—朵狀三角洲沉積，規(guī)模較小，水體較淺，呈朵狀或不規(guī)則指狀。礦區(qū)煤系地層沉積環(huán)境海底坡度極緩，波浪作用較弱，潮汐起主導(dǎo)作用。沉積物顆粒較細(xì)，以粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥巖為主，砂巖磨圓性、分選性較好，發(fā)育潮汐層理、砂泥互層層理，偶見透鏡狀層理，含星散狀或結(jié)核狀黃鐵礦。含動物化石，生物擾動構(gòu)造發(fā)育。

4 煤層對比

本區(qū)含煤地層龍?zhí)督M為典型的海陸交互相沉積，根據(jù)礦區(qū)特征，利用標(biāo)志層、層間距法、巖性、測井曲線、煤層特征綜合進行煤層對比。標(biāo)志層主要采用較穩(wěn)定薄層石灰?guī)r(泥灰?guī)r)、薄層鋁土巖；巖性方面根據(jù)巖性組合及粒度變化選擇標(biāo)志層；測井曲線方面, 主要根據(jù)測井曲線的形態(tài)特征、組合特征等對比煤層。在煤層特征方面, 根據(jù)煤層厚度、結(jié)構(gòu)、煤質(zhì)及煤層組合關(guān)系確定煤層層位。

4.1 標(biāo)志層和間距對比

龍?zhí)督M有10層較穩(wěn)定薄層石灰?guī)r(泥灰?guī)r)，其中L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L8下、L9灰?guī)r全區(qū)層位穩(wěn)定、特征明顯可作為煤層對比的標(biāo)志層。各灰?guī)r標(biāo)志層間距見表1。

表1 煤系內(nèi)各標(biāo)志層間距統(tǒng)計表

L1、L2、L3、L4：L1灰?guī)r0.6～1.4m，平均1.03m；L2灰?guī)r0.35～1.45m，平均0.68m；L3灰?guī)r0.35～1.30m，平均0.74m；L4灰?guī)r1.00～2.90m，平均1.48m。雖巖厚度不大，但全區(qū)穩(wěn)定，尤其L4灰?guī)r，特征明顯，極易對比，是本組頂部良好的標(biāo)志層。

L5：厚度0.35～1.25m，平均0.71m。全區(qū)穩(wěn)定，與L4的間距穩(wěn)定，部分區(qū)域是M2的直接或者間接頂板，與L6之間含有M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9等煤層，是對比以上煤層的主要標(biāo)志層。

L6：厚度2.00～14.30m，平均3.99m。全區(qū)穩(wěn)定，是龍?zhí)督M一、二段的分界灰?guī)r，厚度穩(wěn)定，特征明顯，極易對比，是對比M8、M9、M11、M13等的主要標(biāo)志層。

L7：厚度0.70～10.53m，平均2.81m。全區(qū)穩(wěn)定，是M11的間接頂板，厚度穩(wěn)定，特征明顯，容易對比。與L8之間含有M11、M13，是對比M13的主要標(biāo)志層。

L8：厚度1.80～8.55m，平均4.52m。其下5m左右還有一層L8下灰?guī)r，是M14的直接頂板，其厚度在0.50m左右。這個灰?guī)r組全區(qū)穩(wěn)定，特征明顯，容易對比。與L9之間含有M14，是對比M14的主要標(biāo)志層。

L9：厚度0.90～7.02m，平均2.14m。是M15的頂板，沉積穩(wěn)定，特征明顯，容易對比，尤其作為M15的標(biāo)志層，是確定M15的特征層，也是龍?zhí)督M底部的最后一組沉積灰?guī)r，是鑒定龍?zhí)督M底部的主要標(biāo)志層之一。

鋁土巖：厚度0.53～7.45m，平均4.32m。龍?zhí)督M底部的薄層鋁土巖，為典型的沉積間斷標(biāo)志，是良好的對比標(biāo)志層。

4.2 測井曲線對比

煤層的測井曲線是煤層的物質(zhì)組成在垂向上的變化特征的反映，采用物性特征明顯的自然伽瑪、電阻率、密度和中子孔隙度曲線作為對比標(biāo)志曲線。

M8煤：煤層具有低密度、中高電阻率、較高中子孔隙度、低的自然伽瑪?shù)奈镄蕴卣鳎瑴y井曲線如圖1所示。其下部有時發(fā)育M8下和M9煤層，同時常有一層較高放射性異常的泥巖。下部發(fā)育有全區(qū)穩(wěn)定的L6灰?guī)r，無論是從地層層序，還是物性特征都是確定M8煤層的有效標(biāo)志層。

圖1 M8煤層測井曲線

M13煤：煤層具有低密度、中高電阻率、較高中子孔隙度、較低的自然伽瑪?shù)奈镄蕴卣?，與其他巖性存在較大差別，測井曲線如圖2所示。在M13煤層的頂板發(fā)育有一層炭質(zhì)泥巖或泥巖，存在放射性異常，它是判定M13煤層層位的物性標(biāo)志，在其下部發(fā)育有全區(qū)穩(wěn)定的L8灰?guī)r，也為判定M13煤層層位提供了依據(jù)。M13煤層在各參數(shù)曲線上反映明顯，定性定厚可靠，由于標(biāo)志層發(fā)育較穩(wěn)定，煤層層位確定可靠。

圖2 M13煤層測井曲線

M14煤：煤層具有較高電阻率、較低自然伽瑪、較高中子孔隙度、低密度的物性特征。L8下灰?guī)r為它的直接或間接頂板，也為判定M14煤層層位提供了依據(jù)。

M15煤：煤層具有低密度、中低電阻率、較高中子孔隙度、低自然伽瑪?shù)奈镄蕴卣?，一般?層夾矸，測井曲線如圖3所示。L9灰?guī)r為其直接或間接頂板，煤層的底部常發(fā)育一層高自然伽瑪異常的鋁土巖，物性特征明顯，是確定M15煤層的有效標(biāo)志，也是龍?zhí)督M和茅口組的分界標(biāo)志。

圖3 M15煤層測井曲線

4.3 煤層特征對比

M8煤：層位穩(wěn)定，厚度0.71～2.58m，平均厚度1.23m，屬于較穩(wěn)定的全區(qū)可采煤層，也是礦區(qū)的主要可采煤層。煤層結(jié)構(gòu)簡單，一般含0到1層0.4m夾矸。煤層頂板巖性以砂質(zhì)泥巖與泥巖為主；底板以砂質(zhì)泥巖與泥巖為主。煤層灰分、硫分較全區(qū)其余可采煤層屬最低。

M13：層位穩(wěn)定，厚度0.55～2.27m，平均厚度1.44m，僅在鉆孔J1505處存在變薄點，其他區(qū)域全部可采，煤層結(jié)構(gòu)較簡單，煤層較穩(wěn)定，一般不含或者含一層厚度0.4m以下夾矸，個別點含2層夾矸，為礦區(qū)主要的可采煤層。煤層頂板一般為泥巖、砂質(zhì)泥巖，個別點見薄層炭質(zhì)泥巖偽頂；底板一般為砂質(zhì)泥巖、泥巖。

M14：層位穩(wěn)定，厚度0.25～1.40m，平均厚度0.82m。存在部分不可采點和個別沉缺點，為大部可采煤層。煤層結(jié)構(gòu)較簡單，一般不含夾矸，見個別點含1～2層夾矸，夾矸一般為0.4m以下炭質(zhì)泥巖。頂板巖性一般為L8下灰?guī)r，個別為泥巖偽頂；底板一般為泥巖、砂質(zhì)泥巖。以薄煤層為主，屬較穩(wěn)定的大部可采煤層。M14煤層灰分最高，M14煤層最高，

M15：層位穩(wěn)定，厚度0.88～4.96m，平均厚度1.82m，為全區(qū)可采煤層。煤層結(jié)構(gòu)較簡單，一般含一層炭質(zhì)泥巖夾石，偶見泥巖夾矸。一般L9灰?guī)r為煤層直接頂板，局部有薄層炭質(zhì)泥巖、粉砂巖、泥巖的偽頂；底板一般為泥巖，下距離龍?zhí)督M沉積標(biāo)志的鋁土巖在1～5m。煤層厚度變化小，以中厚煤層為主，屬于較穩(wěn)定全區(qū)可采煤層。

5 結(jié)論

(1)礦區(qū)含煤地層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M，平均厚度為171.78m。含煤16層，所含煤層平均總厚度12.40m。含可采煤層四層，分別為M8、M13、M15主要可采煤層及M14煤層局部可采煤層，可采煤層平均總厚5.27m。

(2)針對主要煤層的賦存規(guī)律開展了一系列的研究工作，揭示了龍?zhí)督M主要煤層的基本規(guī)律及局部沉缺、變薄、斷缺等現(xiàn)象。

(3)龍?zhí)督M有10層較穩(wěn)定薄層石灰?guī)r(泥灰?guī)r)，全區(qū)層位穩(wěn)定、特征明顯可作為煤層對比的標(biāo)志層。

(4)主要可采煤層的物性特征及龍?zhí)督M地層測井曲線組合特征為煤層對比提供了有效的依據(jù)。在部分煤層頂?shù)装寮懊簩訆A矸中都發(fā)育具有較高放射性的泥巖或炭質(zhì)泥巖；無論是從地層層序上還是物性特征上都是確定各煤層的有效標(biāo)志層。

(5)煤層厚度、夾矸、煤質(zhì)等煤層自身特征可以作為煤層對比的良好標(biāo)志。