楊德根， 李君成， 張震潤(rùn)

（河南省煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì)，河南 鄭州450009）

1 地層及煤層特征

根據(jù)礦區(qū)鉆孔揭露情況，區(qū)內(nèi)地層為奧陶系、石炭系、二疊系及新生界地層。 本區(qū)二2煤層大部可采，三2 煤層局部可采，其余煤層除個(gè)別點(diǎn)外均不可采。

1.1 二2 煤層

二2 煤層位于山西組中部，層位穩(wěn)定，下距K3灰?guī)r標(biāo)志層頂39.04 ～60.03 m，平均49.66 m；上距K4標(biāo)志層底38.92～71.46 m，平均55.99 m。

二2 煤層全區(qū)分布，個(gè)別點(diǎn)被巖漿巖吞噬及少量不可采點(diǎn)外，全區(qū)大部可采。 本次施工的68 個(gè)鉆孔，其中3 個(gè)鉆孔煤層被巖漿巖吞噬，全區(qū)鉆孔揭露見(jiàn)煤點(diǎn)以中厚煤層為主。 中部區(qū)域受巖漿巖影響造成煤層分叉、變薄、吞噬，煤類(lèi)為天然焦或煤焦混合，故二2 煤層結(jié)構(gòu)屬簡(jiǎn)單類(lèi)型，局部地段復(fù)雜。 局部地段受巖漿巖烘烤變質(zhì)為天然焦［1］。

煤層直接底板多為穩(wěn)定的厚層條帶狀細(xì)砂巖，部分地段相變?yōu)楸幽鄮r或砂質(zhì)泥巖，個(gè)別地段被侵入于煤層底板的閃長(zhǎng)玢巖代替，礦區(qū)東部的局部地段含有泥巖或砂質(zhì)泥巖偽底。

直接頂板巖性多為泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，為穩(wěn)定的頂板，部分地段有侵入于煤層頂板的巖漿巖，個(gè)別地段含有泥巖或砂質(zhì)泥巖偽頂。

依據(jù)煤層頂、底板巖性分析，影響煤層厚度變化的因素主要是沼澤基底的沉降速度、后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和巖漿巖的侵入。 沼澤基底沉降速度快，沉積物來(lái)源不充分時(shí)，煤層厚度變薄；沼澤基底沉降速度和泥炭的堆積速度平衡時(shí)，煤層即增厚。 后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起局部煤層厚度急劇變化，或造成煤層的斷缺，巖漿巖穿插于煤層時(shí)使煤層分叉、變薄或吞噬，并使煤有焦化現(xiàn)象。

1.2 三2 煤層

三2 煤層賦存于下石盒子組中下部，層位比較穩(wěn)定，下距K4標(biāo)志層底13.60 ～53.30 m，平均23.97 m；上距K5標(biāo)志層底23.63～73.96 m，平均43.56 m。

三2煤層分布形態(tài)與二2煤層整體基本一致，礦區(qū)的東北部及東南部區(qū)域形成了一定范圍的可采區(qū)，中部及西部為薄煤區(qū)零星可采或沉積缺失。 施工的68 個(gè)鉆孔有55 個(gè)鉆孔見(jiàn)到了該煤層，其余地段相變?yōu)樘抠|(zhì)泥巖或泥巖，其中25 個(gè)為可采點(diǎn)，30個(gè)不可采，屬局部可采煤層。 可采見(jiàn)煤點(diǎn)以薄煤層為主，在見(jiàn)三2煤的55 個(gè)鉆孔中，僅有7 個(gè)鉆孔見(jiàn)煤點(diǎn)含有1 ～2 層夾矸， 巖性為泥巖及炭質(zhì)泥巖。ZK0903 鉆孔夾矸增厚為1.37 m，使三2煤層分叉為煤層。 另有部分見(jiàn)煤點(diǎn)因后期巖漿巖侵入致使煤層分叉，煤類(lèi)變?yōu)樘烊唤?，故?煤層結(jié)構(gòu)一般簡(jiǎn)單，局部復(fù)雜。 三2煤層穩(wěn)定程度確定為不穩(wěn)定～較穩(wěn)定型。

煤層底板和頂板多為泥巖、砂質(zhì)泥巖，少數(shù)為粉砂巖和巖漿巖，極個(gè)別鉆孔含有泥巖或炭質(zhì)泥巖的偽頂和偽底。 影響煤層厚度變化的原因基本上與二2煤層相似。

綜上所述，二2煤層為全區(qū)大部可采、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單局部復(fù)雜、屬于較穩(wěn)定的中厚煤層，三2煤層為局部可采、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單局部復(fù)雜、不穩(wěn)定～較穩(wěn)定的薄煤層。

2 構(gòu)造特征

本區(qū)在大地構(gòu)造位置上位于中朝淮地臺(tái)魯西臺(tái)隆西緣的次級(jí)構(gòu)造單元永城斷陷褶皺帶內(nèi)，礦區(qū)位于永城隱伏復(fù)式背斜的西翼，構(gòu)造形態(tài)與區(qū)域構(gòu)造一致。 礦區(qū)內(nèi)煤層構(gòu)造比較發(fā)育，主要表現(xiàn)為斷層密度大，褶曲及小的波狀起伏也較多。 斷層展布方向以NNE 和近SN 向?yàn)橹?，其次為EW，少數(shù)為NW向。 區(qū)內(nèi)有5 個(gè)形態(tài)比較寬緩的褶曲［2］。 斷層均為正斷層，落差變化較大，大者近70 m，小者僅2 m 左右，落差以5 ～10 m 為主，也存在不僅錯(cuò)斷二2、三2煤層，而且也錯(cuò)斷灰?guī)r及新生界地層的斷層。 本區(qū)共解釋斷層274 條（ 其中單獨(dú)錯(cuò)斷三2 煤的有69條），斷層密度平均為22.7 條／ 平方公里。 按斷層性質(zhì)分正斷層273 條，逆斷層1 條。

3 巖漿巖及天然焦的分布范圍

3.1 巖漿巖與天然焦的關(guān)系

通過(guò)研究本區(qū)鉆探資料發(fā)現(xiàn)，在巖漿巖體侵入的部位及其周?chē)簩泳煌涛g或烤變?yōu)樘烊唤?、半天然焦，因此，天然焦的分布范圍與巖漿巖體的分布范圍關(guān)系密切。 煤的焦化程度與巖漿巖的厚度也密切相關(guān)，巖漿侵入的煤層，有的全層焦化，有的半煤半焦，有的巖體居中、上下為天然焦。 根據(jù)對(duì)比分析，巖體及其上、下天然焦均為煤層位置，可以認(rèn)為巖體吞蝕了煤的一部分，使殘留的頂、底煤或巖體間的夾煤變?yōu)樘烊唤埂?例如ZK0606 孔二2煤焦變?yōu)?.62 m 的天然焦，頂部6.26 m 的輝綠巖（代替了原來(lái)的煤層）。 由此說(shuō)明，由于巖漿熱接觸變質(zhì)作用使貼近巖體處的煤被吞蝕或變質(zhì)為天然焦，略遠(yuǎn)處則影響較小，巖漿體的范圍與天然焦的范圍大體相當(dāng)。 根據(jù)鉆孔資料，礦區(qū)內(nèi)所見(jiàn)巖漿巖為輝綠巖、閃長(zhǎng)巖或煌斑巖。

3.2 巖漿侵入通道及形成時(shí)代

據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，本礦井巖漿侵入時(shí)期為華力西期和燕山早、晚期。 從鉆孔揭露斷層情況看，斷層上下盤(pán)巖漿巖分布不一致，有的斷層一盤(pán)有巖漿巖，另一盤(pán)則無(wú)巖漿巖，可視為巖漿順斷層一盤(pán)侵入煤系地層，即巖漿侵入時(shí)期比構(gòu)造形成時(shí)期晚。 斷層破碎帶及軟弱層為巖漿通道。 巖漿的侵入與斷裂構(gòu)造及煤層有著密切關(guān)系，斷層是深部巖漿上侵的通道，它控制著附近區(qū)域巖漿侵入的速度和規(guī)模，最終在斷層帶形成巖墻；煤層是巖漿通過(guò)斷層后的次級(jí)通道，由于其相對(duì)松軟，比較容易發(fā)生塑性流變，為巖漿的侵入提供了便利條件，巖漿沿?cái)鄬由嫌亢蟪氏癄钋秩胪涛g煤層或部分侵入煤層或使煤層發(fā)生焦變［3］。 巖漿巖成分的復(fù)雜性說(shuō)明巖漿入侵存在著多期性的可能。

3.3 本次對(duì)區(qū)內(nèi)巖漿巖及天然焦分布范圍的解釋

利用地震資料對(duì)巖漿巖分布范圍進(jìn)行解釋?zhuān)瑖?guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)這方面的研究取得了一定成果。 本次在利用這些研究成果的基礎(chǔ)上制定了如下流程：

3.3.1 常規(guī)解釋

隨著地球物理勘查技術(shù)的進(jìn)步以及解譯理論的不斷優(yōu)化，初步建立了在時(shí)間剖面上識(shí)別侵入巖的解譯標(biāo)志：

（1）在巖漿巖侵入體的主體部位，沒(méi)有連續(xù)性好的反射波同相軸，多為一些雜亂無(wú)序的波，或者形成有一定面積的、不規(guī)則形態(tài)的、相對(duì)能量較弱的空白區(qū)，同相軸變?nèi)趸蛘咄噍S消失，在平面上表現(xiàn)為條帶狀分布；

（2）在巖漿巖侵入體邊界附近反射波組明顯中斷，疊加剖面上常常見(jiàn)到繞射波現(xiàn)象；

（3）在巖漿巖侵入體部位能量較弱，可以見(jiàn)到不連續(xù)的反射波同相軸段，在侵入體邊界部位波組層呈弓形；

（4）當(dāng)巖漿巖侵入煤系地層時(shí)，會(huì)出現(xiàn)楔形或串珠狀，使沉積巖中的反射波組結(jié)構(gòu)上下產(chǎn)生不協(xié)調(diào)現(xiàn)象；

（5）當(dāng)巖漿巖侵入體規(guī)模較大時(shí)，在巖體頂部或底部有時(shí)可見(jiàn)到較強(qiáng)的反射波同相軸段；

（6） 當(dāng)巖漿巖侵入體沿沉積地層界面順層侵入，形成較穩(wěn)定層狀，其厚度不大，并與沉積地層呈互層狀態(tài)時(shí)，反射波呈多個(gè)平行相位出現(xiàn)，與單純的沉積巖互層時(shí)出現(xiàn)的反射波類(lèi)似。

3.3.2 利用地震物理屬性技術(shù)

巖漿巖的侵入會(huì)對(duì)反射波的振幅、頻率等有關(guān)屬性造成一定的影響，因此可提取有關(guān)屬性進(jìn)行解釋。 同時(shí)，為了提高解譯的準(zhǔn)確性，可結(jié)合鉆孔揭露情況綜合分析，即包括單一屬性解譯和多種屬性綜合解譯兩種方法。

3.3.3 進(jìn)行波阻抗反演

因?yàn)閹r漿巖的侵入會(huì)使巖層的波阻抗發(fā)生變化，有巖漿巖侵入的煤層與無(wú)漿巖侵入的煤層必定有較大的波阻抗差異。

綜合利用上述方法結(jié)合鉆孔資料，圈定了礦區(qū)內(nèi)巖漿巖及天然焦分布范圍。 礦區(qū)西北部二2 煤層有一區(qū)域被巖漿侵入變?yōu)樘烊唤梗娣e約2.11 km2，見(jiàn)圖1，而礦區(qū)內(nèi)三2 煤層焦變區(qū)域有兩塊，累計(jì)面積約有1.7 km2，見(jiàn)圖2。

4 對(duì)煤層厚度變化趨勢(shì)的解釋

圖2 三2 煤層天然焦的分布范圍

本次勘探也對(duì)二2、三2 煤層厚度變化趨勢(shì)進(jìn)行了解釋?zhuān)褂玫姆椒ㄊ遣ㄐ握穹ā?波形振幅方法是利用地震反射波的波形特征和振幅信息與煤厚的相關(guān)性來(lái)進(jìn)行煤層厚度橫向預(yù)測(cè)。 煤層反射波振幅與煤層厚度存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)統(tǒng)計(jì)可以得到二者的關(guān)系曲線(xiàn)，利用該關(guān)系可進(jìn)行煤層厚度解釋。雖然在理論上地震反射波振幅與煤層厚度呈準(zhǔn)線(xiàn)性關(guān)系，但因受激發(fā)因素、傳播路徑差異、接收因素及數(shù)據(jù)處理等因素的影響，導(dǎo)致在時(shí)間剖面上反射波振幅或能量變化狀況不能準(zhǔn)確地反映出煤層厚度的變化規(guī)律。 本次利用地震反射波的振幅進(jìn)行正演模擬和反演解釋?zhuān)硗?，煤層厚度的變化不但?huì)對(duì)反射波的振幅有影響，而且對(duì)頻率等有關(guān)屬性也造成一定的影響，因此可提取有關(guān)屬性進(jìn)行解釋。 本次采用多種屬性綜合解釋?zhuān)⒔Y(jié)合鉆孔揭露的情況對(duì)煤層厚度進(jìn)行解釋。

5 結(jié)論

綜上所述，在對(duì)二2、三2 煤層厚度變化規(guī)律分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)二2、三2煤層厚度變化趨勢(shì)可以得出，二2 煤層厚度變化較大；根據(jù)煤層厚度變化復(fù)雜程度認(rèn)為二2 煤層較穩(wěn)定。 二2 煤層厚度介于0～6.5 m 之間，一般超過(guò)2 m。 三2 煤層厚度介于0 ～2.5 m 之間，一般小于1 m，大部分區(qū)域?yàn)椴豢刹傻谋o(wú)煤帶，且有火成巖侵入的焦變區(qū)，因此礦區(qū)內(nèi)三2 煤層沒(méi)有開(kāi)采價(jià)值。