甘肅省山丹縣羊虎溝北煤炭普查區(qū)煤層對(duì)比淺析

王玉合

（甘肅煤炭地質(zhì)勘查院，甘肅 蘭州 730000）

1 普查區(qū)交通位置與自然地理概況

普查區(qū)位于甘肅省山丹縣東南方向，直距約56 km，行政區(qū)劃屬甘肅省山丹縣老軍鄉(xiāng)管轄。普查區(qū)南依大黃山，北為繡花廟山，為一向北緩傾的沖積平原，海拔2520～2760 m 之間，相對(duì)高差240 m。區(qū)內(nèi)除羊虎溝有小溪流外，無(wú)其他地表徑流，南緣有少量井泉分布，可供飲用。本區(qū)地處高原高寒地帶，全境屬大陸性高原高寒半濕潤(rùn)氣候。

2 普查區(qū)地層及煤層

依據(jù)本區(qū)及周邊18 個(gè)已施工鉆孔資料，普查區(qū)地層由老至新分述如下：

（1）上石炭統(tǒng)羊虎溝組（C2y）：以灰色、灰白色細(xì)-粗砂巖、深灰色鈣質(zhì)泥巖為主，揭露厚度2.57～15.6 m，平均10.09 m。

（2）下二疊統(tǒng)太原組（P1t）：灰色-灰黑色泥質(zhì)粉-細(xì)砂巖、泥巖，灰-灰白色中-粗砂巖，為本區(qū)煤系地層，夾薄煤6～9 層，經(jīng)對(duì)比編號(hào)煤層有7 層，從上至下為煤1上、煤1下、夾連煤、煤2上、煤2下、煤3上、煤3下，厚度0.14～1.29 m，與下伏羊虎溝組地層整合接觸。

（3）中二疊統(tǒng)大黃溝組（P2d）：紫紅色細(xì)砂巖、淺灰綠色-灰色中粗粒砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖，并以富含白云母之礫狀粗砂巖為與太原組的邊界。厚度約19.78～801.75 m，平均262.89 m，與下伏太原組地層整合接觸。

（4）上二疊統(tǒng)窯溝組（P3yg）：暗紫色、灰綠色-灰白色中粗砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，厚度0 ～254.05 m，平均75.57 m，與下伏中二疊統(tǒng)大黃溝組整合接觸。

（5）第四系（Q）：上部多為松散粉土、粉質(zhì)粘土、風(fēng)積沙及沖洪積礫石層；厚度3.25～53.20 m，平均21.42 m。

本區(qū)7 層編號(hào)煤層中，4 層可采，分別是煤1下、煤2上、煤2下、煤3下，各煤層見(jiàn)煤情況分述如下：

煤1下層：18 個(gè)鉆孔中，14 個(gè)鉆孔見(jiàn)及，見(jiàn)煤點(diǎn)厚度0～1.29 m，平均厚0.38 m；3 孔可采，可采厚度0.81～1.29 m，平均可采厚度1.04 m，為薄煤層，傾角15°～18°。

煤2上層：18 個(gè)鉆孔全部見(jiàn)及，見(jiàn)煤點(diǎn)厚度0.39～1.84 m，平均厚0.75 m；12 孔可采，可采厚度0.60～1.84 m，平均0.88 m，為薄煤層，傾角16°～20°。

煤2下層：18 個(gè)鉆孔全部見(jiàn)及，見(jiàn)煤點(diǎn)厚度0.16～0.97 m，平均0.46 m；4 孔可采，可采厚度0.62～0.97 m，平均0.77 m，為薄煤層，傾角16°～21°。

煤3下層：18 個(gè)鉆孔全部見(jiàn)及，厚度0.17～0.70 m，3 孔可采，可采厚度0.95～1.56 m，平均1.28 m，為薄煤層，平均傾角20°。

3 煤層對(duì)比

本次對(duì)比方法在參考以往煤層對(duì)比方法的基礎(chǔ)上，主要采用了標(biāo)志層對(duì)比、測(cè)井曲線對(duì)比、巖性巖相旋回特征、煤層組合特征對(duì)比等方法，以煤2上層頂板為對(duì)比基線進(jìn)行煤層走向與傾向上的對(duì)比。

3.1 標(biāo)志層對(duì)比

蜓蝌灰?guī)r是本區(qū)煤層的標(biāo)志層[1]?；?、灰黑色泥巖及中厚層狀石灰?guī)r；富含蜓蝌化石，位于太原組中段，一般為煤2 組頂板。厚度穩(wěn)定，本區(qū)及周邊18 個(gè)孔中有16 孔見(jiàn)及，厚度0.81～4.52 m，代表了海陸交互相沉積，是劃分石炭系和二疊系的標(biāo)準(zhǔn)化石，全區(qū)普遍存在。該標(biāo)志層下部為煤2上層，以上為夾連煤及煤1 組，將區(qū)內(nèi)的主要可采煤層煤2上層與夾連煤及以上分開(kāi)，可作為劃分對(duì)比下二疊統(tǒng)太原組中上巖組以及區(qū)分煤2 組與夾連煤的明顯標(biāo)志（圖1）。

圖1 標(biāo)志層——蜓蝌灰?guī)r

3.2 測(cè)井曲線對(duì)比

區(qū)內(nèi)煤層與圍巖物性差異大，各煤層（組）物性組合特征較為明顯，在各測(cè)井方法曲線上皆表現(xiàn)為高電阻、低密度、低伽瑪和自然電位負(fù)異常，即在測(cè)井曲線上顯現(xiàn)為三側(cè)向電阻率高、自然伽瑪?shù)?、人工伽瑪高、高聲速，即“三高一低”的物性特征反映明顯，在測(cè)井曲線上極易辨認(rèn)，界面反映清晰。同時(shí)，太原組內(nèi)不同的煤層，在三側(cè)向電阻率、自然伽瑪、密度、聲波曲線上的異常表現(xiàn)形態(tài)也不盡相同，如圖2～圖4，現(xiàn)分述如下：

（1）煤1 組

本煤層位于煤系地層上部，屬可采的不穩(wěn)定型煤層。煤1 組在三側(cè)向電阻率曲線上多呈“山字形”高異常反映；在密度曲線上多呈“箱狀或筆架峰”狀低異常反映；在自然伽瑪曲線上多呈低異常的“單峰或多峰”狀顯示，組合特征比較明顯，如圖2。

圖2 煤1 組測(cè)井曲線特征圖

（2）煤2 組

本煤層位于煤系地層中部，沉積較穩(wěn)定，大部可采，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。在三側(cè)向電阻率曲線上多呈“單峰狀” 高異常；在密度曲線上呈“寶劍峰狀”低異常；在自然伽瑪曲線上多表現(xiàn)為低異常的“尖刀狀”，聲波曲線呈“筍狀”高異常。各物性曲線形態(tài)特征較為明顯，如圖3。

圖3 煤2 組測(cè)井曲線特征圖

（3）煤3 組

煤3 組位于煤系地層下部，沉積不穩(wěn)定，大部分不可采，結(jié)構(gòu)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜變化較大。在三側(cè)向電阻率曲線上呈鋸齒形變化的“尖刀狀”高異常；在密度、自然伽瑪曲線上表現(xiàn)為“單峰狀或多峰狀”低異常；聲波曲線呈“箱狀”高異常。煤層物性特征十分明顯，反映界面清晰，如圖4。

3.3 巖性巖相旋回對(duì)比

本區(qū)煤系地層屬湖海陸交互沉積環(huán)境下的瀉湖-潮坪相的沉積，整個(gè)煤系以粘土物質(zhì)、碳酸鹽及有機(jī)巖類沉積為主。根據(jù)粒度變化、沉積相的交替及海平面的變遷等，把太原組劃分三個(gè)沉積旋回，如圖5。

圖5 太原組沉積旋回劃分示意圖

第一旋回位于太原組下部，厚12.44～19.81 m，以太原組底部的中粗石英砂巖或者含礫砂巖為起點(diǎn)，向上巖性為厚層泥巖、碳質(zhì)泥巖夾煤層；部分鉆孔如601、603、801 在中粗砂巖上沉積1 層細(xì)砂巖或粉砂巖，再過(guò)渡至泥巖、碳質(zhì)泥巖夾煤層。本旋回向上至粉砂巖或細(xì)砂巖的層底結(jié)束，巖性由粗到細(xì)，旋回內(nèi)發(fā)育的煤層為煤3 組（煤3下及煤3上），僅有1 層煤時(shí)，則定為為煤3下層，煤3上層沉積缺失。

第二旋回位于太原組中下部，厚7.18～13.31 m，以煤2 組底部的細(xì)砂巖或粉砂巖為起點(diǎn)，向上延伸至K2 標(biāo)志層蜓蝌灰?guī)r上部的砂巖（主要為細(xì)砂巖）層底結(jié)束。該旋回內(nèi)主要巖性為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、煤層及灰?guī)r，從下到上，巖性由粗到細(xì)，旋回內(nèi)發(fā)育的煤層為煤2 組（煤2下及煤2上）。煤層對(duì)比時(shí)，由于煤2上層用K2 標(biāo)志層確定，剩下的1 層煤相應(yīng)定為煤2下層。

第三旋回位于太原組中上部，厚29.91～53.15 m，以K2 標(biāo)志層蜓蝌灰?guī)r上部的砂巖層為起點(diǎn)，向上延伸大黃溝組底界，沉積的地層主要為細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖、煤層，夾少量中粗砂巖。旋回內(nèi)發(fā)育煤層為煤1 組（煤1下及煤1上）、夾連煤，煤層層數(shù)在3 層及以上時(shí)，則認(rèn)為各煤層沉積連續(xù)，無(wú)缺失；煤層層數(shù)少于3層時(shí)，則結(jié)合層位及層間距，確定為夾連煤或者煤1上層缺失。

通過(guò)旋回對(duì)比，確定了煤組編號(hào)，再與標(biāo)志層、煤層組合特征結(jié)合確定具體的煤層編號(hào)。

3.4 煤層組合特征對(duì)比

煤層組合特征包括煤層間距和厚度。煤2 組的層位確定后，煤1 組、煤3 組、夾連煤的層位通過(guò)與煤2 組之間的間距確定：煤1 組距離夾連煤平均17.56 m，距離最大；夾連煤距離煤2 組平均15.11 m；煤3 組距離煤2 組上平均5.71 m，距離最小。同一煤組內(nèi)的煤分層間距較小，煤2下層距離煤2上層平均1.47 m，煤3下層距離煤3上層平均3.74 m，煤1下層距離煤1上層平均2.83 m。因此，煤層間距也是確定煤層編號(hào)的重要依據(jù)。

從各煤層見(jiàn)煤情況來(lái)看，18 個(gè)鉆孔中，煤1上0.14～0.34 m，僅3 孔見(jiàn)及，大部分鉆孔內(nèi)沉積缺失；夾連煤厚度0.14～0.81 m，煤3上0.09～0.61 m，大多數(shù)鉆孔厚度0.60 m 以下，不可采。因此，煤1上、夾連煤、煤3上的鉆孔見(jiàn)煤厚度與可采情況也為確定煤層編號(hào)提供了一定參考。

4 煤層對(duì)比的意義

（1）通過(guò)煤層對(duì)比確定見(jiàn)煤鉆孔中各煤層編號(hào)，進(jìn)而圈定出各可采煤層資源的平面分布范圍、可采范圍及無(wú)煤區(qū)，掌握垂向上的煤層埋深、頂?shù)装鍘r性變化情況，為下一步勘查階段工程量的合理布置、開(kāi)采階段巷道布置以及井下支護(hù)工程提供直接依據(jù)。

（2）本區(qū)煤層厚度較小，不超過(guò)1 m，呈碎末狀，在鉆探過(guò)程中極易造成采取率偏低甚至打丟。對(duì)煤層標(biāo)志層、煤層間距等特征進(jìn)行研究，可以提前預(yù)判煤層層位及見(jiàn)煤深度，從而準(zhǔn)確控制鉆探參數(shù)，如鉆壓、泥漿稠度、回次進(jìn)尺，保證煤芯采取質(zhì)量，提高煤層深度、厚度等原始資料的準(zhǔn)確可靠程度，為資源量估算提供真實(shí)依據(jù)。

（3）煤層對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)宏觀范圍內(nèi)煤層的變化趨勢(shì)，如本區(qū)煤層埋深總體呈北西向傾斜的單斜，即西北深，東南淺。煤層的沉積與分布具有區(qū)域性和連續(xù)性，標(biāo)志層也隨之穩(wěn)定連續(xù)。因此，相鄰礦區(qū)的煤層變化趨勢(shì)及標(biāo)志層也往往相同或類似。本區(qū)的煤層對(duì)比對(duì)相鄰礦區(qū)的勘查工作也具有一定的借鑒作用。