基于遙感技術(shù)的深部多層覆蓋區(qū)找煤技術(shù)研究?
——以海渤灣礦區(qū)周邊地區(qū)為例

吳查查 郭曉波

(神華地質(zhì)勘查有限責(zé)任公司,北京市昌平區(qū),102211)

★煤炭科技·地質(zhì)與勘探★

基于遙感技術(shù)的深部多層覆蓋區(qū)找煤技術(shù)研究?
——以海渤灣礦區(qū)周邊地區(qū)為例

吳查查 郭曉波

(神華地質(zhì)勘查有限責(zé)任公司,北京市昌平區(qū),102211)

基于遙感技術(shù),結(jié)合區(qū)域地質(zhì)、物探、鉆探及礦區(qū)勘探資料,應(yīng)用中分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行遙感地質(zhì)解譯,確定研究區(qū)空間地質(zhì)結(jié)構(gòu)和重點(diǎn)找煤地段。利用高分辨率遙感影像在重點(diǎn)找煤地段進(jìn)行大比例尺遙感地質(zhì)填圖,并采用少量工程控制,成功解決了老礦區(qū)外圍找煤問題,探索出一套老礦區(qū)外圍深部多層覆蓋區(qū)遙感找煤方法。

遙感技術(shù) 老礦區(qū)外圍 深部多層覆蓋 找煤 海勃灣礦區(qū)

鄂爾多斯盆地西緣是我國煤炭資源分布比較集中的地區(qū),目前該區(qū)出露和半出露的煤田已基本查清,急需尋找接續(xù)資源。多年來,運(yùn)用傳統(tǒng)方法尋找深部煤炭資源幾無進(jìn)展,急需探索深部找煤新技術(shù)。

本文以灣南煤田煤炭資源潛力區(qū)為例,通過空間遙感地質(zhì)信息提取,遙感與非遙感數(shù)據(jù)集成,遙感、物探、鉆探等成果的綜合研究,介紹礦區(qū)外圍的空間地質(zhì)結(jié)構(gòu)建立、含煤巖系保存區(qū)分析、深部找煤三要素測算等,旨在采用遙感技術(shù),探索老礦區(qū)外圍深部多層覆蓋區(qū)遙感找煤方法。

1 地質(zhì)概況

海渤灣礦區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏海市黃河?xùn)|岸,地處賀蘭山脈北段山間狹長走廊低地,東西兩側(cè)分別為南北走向的桌子山及崗德爾山。礦區(qū)內(nèi)多為殘丘、孤山及古礫石階地,地勢總趨勢東高西低、南高北低,海拔高程1160～1490 m。海渤灣礦區(qū)南側(cè)地區(qū)屬沖洪積平原,海拔高程1090～1290 m。

海渤灣礦區(qū)含煤巖系為石炭—二疊系太原組(C3t)和山西組(P1s)。含煤巖系上覆地層為二疊系石盒子組(Psh)、上二疊—下三疊統(tǒng)石千峰組(PTs)和第四系(Q);下伏地層為奧陶系(O)和中石炭統(tǒng)本溪組(C2b)。

在區(qū)域構(gòu)造區(qū)劃上,海渤灣礦區(qū)屬桌子山褶皺束桌子山褶皺,南與陶樂隆起相鄰;東西分別以黃河斷裂、桌子山東緣斷裂與銀川斷陷盆地和鄂爾多斯臺坳帶相接。桌子山褶皺總體為近南北走向、向南傾伏的復(fù)式背斜。構(gòu)造區(qū)內(nèi)自東向西有桌子山東麓大斷裂、桌子山背斜、崗德爾—西來峰大斷裂、崗德爾背斜等次級構(gòu)造。

2 遙感找煤研究方案

2.1 研究內(nèi)容

本研究以遙感技術(shù)為主要手段,遵循含煤建造—含煤巖系—煤層的找礦理念,通過空間遙感地質(zhì)信息提取,遙感與非遙感數(shù)據(jù)集成,遙感、物探、鉆探等成果的綜合研究,調(diào)查神華老礦區(qū)周邊煤炭資源潛力區(qū)。

(1)以中低分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)為依據(jù),進(jìn)行遙感地質(zhì)解譯;結(jié)合區(qū)域地質(zhì)、物探、鉆探、礦區(qū)勘探資料及野外實(shí)測地質(zhì)資料,編制區(qū)域遙感地質(zhì)圖;建立已知礦區(qū)外圍的空間地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

(2)根據(jù)區(qū)域巖相古地理、地質(zhì)發(fā)育史資料,分析含煤地層的沉積范圍,確定含煤巖系保存區(qū)。

(3)以高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)為依據(jù),進(jìn)行含煤巖系保存區(qū)遙感地質(zhì)調(diào)查,根據(jù)地層深度標(biāo)識確定賦煤空間,尋找埋深1500 m以內(nèi)的含煤巖系。

2.2 技術(shù)關(guān)鍵

深部找煤的技術(shù)關(guān)鍵是確定三個(gè)要素,即含煤巖系下伏基底的頂板深度DH、上覆地層的底板深度SH和含煤巖系主要煤層到煤系地層底板的間距M,三個(gè)技術(shù)要素的關(guān)系見圖1。三者之間的關(guān)系是:

(1)含煤巖系的下伏基底出露,DH＝0,無煤,如圖1(a)所示;

(2)含煤巖系的下伏基底頂板深度等于上覆蓋層的底板深度,DH＝SH,無煤,如圖1(b)所示;

(3)含煤巖系下伏基底的頂板深度與上覆地層的底板深度之間的間距小于含煤巖系中主要煤層到煤系底板的厚度,DH－SH＜M,找不到主要可采煤層,如圖1(c)所示;

(4)含煤巖系下伏基底的頂板與上覆地層的底板之間的間距大于含煤巖系中主要煤層到煤系底板的厚度,DH－SH＞M,才能找到煤炭資源,如圖1(d)所示;

(5)含煤巖系的主要煤層埋深超過1500 m,達(dá)不到找煤的目標(biāo),如圖1(e)所示;

(6)含煤巖系的主要煤層賦存垂深小于1500 m,可以找到有效煤炭資源,如圖1(f)所示。

圖1 三個(gè)技術(shù)要素關(guān)系圖

2.3 遙感調(diào)查

(1)首先采用中分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)對全區(qū)約50000 km2的區(qū)域進(jìn)行1∶20萬比例尺的遙感地質(zhì)調(diào)查,編制區(qū)域遙感地質(zhì)圖,建立區(qū)域空間地質(zhì)結(jié)構(gòu)。采用的主要數(shù)據(jù)為中巴資源衛(wèi)星CBERS－02B星、環(huán)境一號衛(wèi)星和美國ETM衛(wèi)星數(shù)據(jù)。中巴資源衛(wèi)星CBERS－02B星CCD數(shù)據(jù)分辨率為20 m,共使用10景,數(shù)據(jù)時(shí)相為2005－2008年6－9月;環(huán)境一號衛(wèi)星A星CCD數(shù)據(jù)分辨率為30 m,共使用2景,數(shù)據(jù)時(shí)相為2010年7－8月;美國ETM數(shù)據(jù),分辨率為15 m,共使用4景,數(shù)據(jù)時(shí)相為2000年6－8月。

(2)然后采用高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)對2000 km2的重點(diǎn)找煤地段進(jìn)行1∶5萬比例尺的遙感地質(zhì)調(diào)查,對核心三要素進(jìn)行測算,進(jìn)而確定煤炭資源潛力區(qū)。采用的主要數(shù)據(jù)為中巴資源衛(wèi)星CBERS－02B星2.36 m全色和20 m多光譜融合數(shù)據(jù),天繪一號衛(wèi)星2 m全色和10 m多光譜融合數(shù)據(jù)。中巴資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)共使用4景,數(shù)據(jù)時(shí)相為2008年的3月和9月;天繪一號衛(wèi)星數(shù)據(jù)使用1景,數(shù)據(jù)時(shí)相為2011年6月。

3 海渤灣礦區(qū)南部深部找煤示范

海渤灣礦區(qū)南部深部找煤示范區(qū)(以下簡稱灣南示范區(qū))位于寧夏平羅陶樂鎮(zhèn)以北,內(nèi)蒙古鄂托克旗棋盤井鎮(zhèn)以南,東以拿個(gè)、托里廟、銼吉一帶為界,西以黃河為界,面積約1200 km2。

灣南示范區(qū)地處桌子山褶皺南段,陶樂—靈武斷裂隆起帶北端,北以正義關(guān)東西向平移大斷裂與桌子山煤田為界,東以桌子山東麓大斷裂為界,西以黃河大斷裂與石嘴山煤田相鄰,南至馬石頭山古隆起。

3.1 示范區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析

3.1.1 地層厚度

海渤灣礦區(qū)及周邊地區(qū)地層屬晉冀魯豫地層區(qū)鄂爾多斯地層分區(qū)賀蘭山—桌子山地層。通過參照礦區(qū)地質(zhì)資料及地質(zhì)調(diào)查各時(shí)期地層厚度統(tǒng)計(jì)如下:

奧陶系(O):出露于海渤灣礦區(qū)南端,厚度不詳。

中石炭統(tǒng)本溪組(C2b):出露于海渤灣礦區(qū)東部,厚度17～54 m。平行不整合于奧陶系石灰?guī)r之上,在馬石頭山古隆起一帶消失。

上石炭統(tǒng)太原組(C3t):厚度41.9～215 m。海渤灣礦區(qū)全區(qū)分布,與下伏本溪組整合接觸。太原組是礦區(qū)主要含煤地層,含煤7～16層。

下二疊統(tǒng)山西組(P1s):厚度71.6～100 m。海渤灣礦區(qū)全區(qū)分布,與下伏太原組整合接觸。山西組是礦區(qū)主要含煤地層,含煤10層。

二疊系石盒子組(Psh):厚度107～368.9 m。

上二疊—下三疊統(tǒng)石千峰組(PTs):厚度324 m。

下白堊統(tǒng)伊金霍洛組(K1y):厚度大于700 m。分布于灣南示范區(qū),不整合于下伏地層之上。

漸新統(tǒng)(E3):厚度大于200～300 m,海渤灣礦區(qū)內(nèi)廣泛出露,不整合于下伏地層之上。

第四系(Q):主要為沖積層,風(fēng)成細(xì)砂,厚度0～80 m。

3.1.2 主要構(gòu)造

根據(jù)遙感解譯結(jié)合物探資料,確定區(qū)域構(gòu)造為桌子山復(fù)背斜、桌子山東麓大斷裂、黃河大斷裂、正義關(guān)東西向平移大斷裂;確定下列斷層為煤田內(nèi)主要斷層:

F1逆斷層,走向NE,傾向NW,傾角60°,斷距1700 m;

F4逆斷層,走向NE,傾向SE,斷距＞300 m;

F6逆斷層,走向NE,傾向SE,斷距＞540 m;

F8逆斷層,走向NE,傾向SE;

F9正斷層,走向NW,傾向SW;

F10逆斷層,走向NE,傾向SE。

3.1.3 灣南示范區(qū)構(gòu)造形態(tài)分析

北部地區(qū):根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料分析,灣南示范區(qū)北部地區(qū)含煤巖系為一走向NE,傾向SE的單斜構(gòu)造,傾角5°～10°,構(gòu)造相對簡單,如圖2所示。

南部地區(qū):根據(jù)煤炭普查資料分析,灣南示范區(qū)南部含煤巖系被兩組NE向逆斷層切割,斷距大,構(gòu)造復(fù)雜,如圖3。

中部地區(qū):根據(jù)已知區(qū)煤炭勘探資料、遙感解譯及實(shí)地調(diào)查,灣南示范區(qū)存在由斷層切割造成的北東方向?qū)?～5 km,長數(shù)十千米的含煤巖系帶,構(gòu)造復(fù)雜程度中等,如圖4所示。

3.2 含煤巖系保存區(qū)分析

3.2.1 含煤地層的沉積范圍

根據(jù)區(qū)域巖相古地理資料,晚石炭世太原組沉積時(shí)期,海渤灣礦區(qū)及周邊地區(qū)大部為近海沖積平原沉積,南部部分為河流及三角洲前緣沉積,沉積厚度大于180 m,如圖5所示。早二疊世山西組沉積時(shí)期,海渤灣礦區(qū)及周邊地區(qū)沉積范圍進(jìn)一步擴(kuò)張,大部繼續(xù)保持近海沖積平原沉積,南部部分除大部繼續(xù)保持河流及三角洲前緣沉積外,少許轉(zhuǎn)為淡化瀉湖沉積,沉積厚度一般為70 m左右,如圖6所示。

圖2 示范區(qū)北部剖面圖

圖3 示范區(qū)南部剖面圖

圖4 示范區(qū)中部剖面圖

區(qū)域巖相古地理資料分析結(jié)果表明,晚石炭世至早二疊世期間,整個(gè)鄂爾多斯盆地范圍內(nèi),沉積厚度變化不大,灣南示范區(qū)存在太原組、山西組含煤地層,如圖7所示。

3.2.2 含煤巖系保存區(qū)

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)發(fā)展史資料,印支運(yùn)動以后,海渤灣礦區(qū)及周邊地區(qū)持續(xù)保持著平緩的升降運(yùn)動。其中,海渤灣礦區(qū)平緩隆起,石炭—二疊紀(jì)含煤地區(qū)遭受風(fēng)化剝蝕;周邊地區(qū)持續(xù)沉降,經(jīng)歷了三疊紀(jì)的巨厚沉積,之后又經(jīng)歷了白堊紀(jì)的沉積。燕山晚期,海渤灣礦區(qū)及周邊地區(qū)在強(qiáng)烈造山運(yùn)動作用下,形成桌子山褶皺并鑄成現(xiàn)今地貌。

古近紀(jì)—新近紀(jì)時(shí)期,隆起區(qū)的山前或山間形成了紅色沉積;在新近紀(jì)喜瑪拉雅運(yùn)動時(shí)期,古近紀(jì)—新近紀(jì)所形成的紅色沉積平緩抬起。第四紀(jì)以來,在新構(gòu)造運(yùn)動中海渤灣礦區(qū)及周邊形成了新的盆地。

如上所述,石炭—二疊系含煤建造在后期改造中,其上覆蓋層有4種狀態(tài):第四系地層覆蓋;第四系、古近系及新近系地層覆蓋;第四系、古近系、新近系、及上白堊系地層覆蓋;下白堊系和三疊系地層覆蓋。

經(jīng)綜合研究,海渤灣礦區(qū)南部,即桌子山東麓大斷裂以西、黃河大斷裂以東、正義關(guān)東西向平移大斷裂以南地區(qū)含煤巖系保存較完整,是海渤灣老礦區(qū)外圍找煤地段,如圖8所示。

3.3 找煤三要素測算

根據(jù)鉆孔資料顯示的地層深度標(biāo)識,灣南示范區(qū)石炭—二疊系含煤建造上覆的蓋層屬下白堊系和三疊系地層。

(1)含煤巖系基底頂面(D):衛(wèi)星影像顯示,奧陶系灰?guī)r在示范區(qū)北端出露地表,則該區(qū)為DH＝0的區(qū)域。巖層近南北走向,沿走向平緩起伏,坡度3°～5°左右;傾向東,傾角5°～12°,即東南部有含煤可能性。

圖6 示范區(qū)(虛線框內(nèi))二疊紀(jì)沉積古地理

(2)含煤巖系主要煤層到煤系地層底板的間距(M):根據(jù)前面示范區(qū)地質(zhì)構(gòu)造分析,該區(qū)M值一般在500 m左右。

(3)含煤巖系上覆蓋層底面(S):根據(jù)衛(wèi)星影像解譯及以往地質(zhì)資料,示范區(qū)內(nèi)第四系、古近系、白堊系等含煤巖系上覆蓋層厚度即SH為400～1000 m,且具有北薄南厚、西薄東厚的特點(diǎn)。

圖7 老礦區(qū)外圍遙感影像及沉積范圍示意圖

圖8 海渤灣老礦區(qū)構(gòu)造影像及示意圖

圖9 海渤海老礦區(qū)外圍地段劃分圖

結(jié)合推斷出的示范區(qū)剖面圖(圖2、3、4),經(jīng)反復(fù)分析,將示范區(qū)分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4個(gè)地段,如圖9所示。I區(qū)為DH＝0的區(qū)域;Ⅱ區(qū)為DH－SH＜M的區(qū)域;Ⅲ區(qū)為DH－SH＞M且含煤地段垂深小于1500 m;Ⅳ區(qū)為含煤地段垂深大于1500 m的地段。經(jīng)后期推算,Ⅲ區(qū)即為煤炭資源潛力區(qū),總面積為1200 km2,預(yù)測煤炭資源量為76.16億t。

4 結(jié)論

針對神華老礦區(qū)急需尋找接續(xù)資源、急需探索深部找煤新技術(shù)的現(xiàn)狀,以遙感技術(shù)為主要手段,遵循含煤建造—含煤巖系—煤層的找礦理念,通過空間遙感地質(zhì)信息提取,遙感與非遙感數(shù)據(jù)集成,遙感、物探、鉆探等成果的綜合研究,調(diào)查神華老礦區(qū)周邊煤炭資源潛力區(qū),研發(fā)集成了以深部找煤“三要素”為核心的老礦區(qū)外圍深部多層覆蓋區(qū)遙感找煤技術(shù)。在海渤灣老礦區(qū)周邊提出灣南煤田煤炭資源潛力區(qū),預(yù)測煤炭資源量為76.16億t。

[1] 侯世寧,程建遠(yuǎn),朱英麗.深部煤炭資源地質(zhì)勘查中的幾個(gè)問題的思考[J].中國煤炭地質(zhì),2010(2)

[2] 程建遠(yuǎn),李恒堂.深部含煤預(yù)測區(qū)找煤的綜合勘查模式與技術(shù)方[A].煤礦深部開采地質(zhì)保障技術(shù)研究與應(yīng)用[C].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2008

[3] 管海晏.遙感技術(shù)在煤田地質(zhì)工作中的應(yīng)用研究[J].地質(zhì)學(xué)報(bào),1989(1)

[4] 內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局.內(nèi)蒙古自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)志[M].北京:地質(zhì)出版社,1991

[5] 寧夏回族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局.寧夏回族自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)志[M].北京:地質(zhì)出版社,1990

[6] 張抗.鄂爾多斯斷塊構(gòu)造與資源[M].西安:陜西科學(xué)技術(shù)出版社,1989

[7] 趙重遠(yuǎn).沉積盆地成因與地球均衡機(jī)制[J].石油與天然氣地質(zhì),1981(1)

[8] 張泓等.鄂爾多斯盆地構(gòu)造演化與成煤作用[M].北京:地質(zhì)出版社,2005

[9] 王雙明.鄂爾多斯盆地聚煤規(guī)律及煤炭資源評價(jià)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1996

[10] 郭曉波,管海晏,吳查查.中巴衛(wèi)星遙感找煤技術(shù)研究[J],中國煤炭,2012(4)

Research on coal exploration technology base upon remote sensing technology in deep area with multilayer coverage——Taking the surrounding area of Haibowan mine area for example

Wu Chacha,Guo Xiaobo
(Shenhua Geological Exploration Co.,Ltd.,Changping,Beijing 102211,China)

Based on remote sensing technology and according to the data of areal geology,geophysical prospecting,drilling and exploration,the author interpreted the remote sensing geology using moderate resolution satellite data and confirmed the spatial geological structures and the key section of coal exploration.High resolution remote sensing images were utilized for large scale remote sensing geological mapping in the key section of coal exploration,and a little engineering control was adopted,so that the author solved the problem of coal exploration in the old mining area periphery,and explored a set of remote sensing coal exploration method system in deep area with multilayer coverage in the old mining area periphery.

remote sensing technology,old mining area periphery,deep area with multilayer coverage,coal exploration,Haibowan mining area

P627

A

吳查查(1981－),女,河北深州市人,工程師,碩士學(xué)歷,主要從事煤田地質(zhì)工作。

(責(zé)任編輯 郭東芝)

國家發(fā)改委國產(chǎn)衛(wèi)星應(yīng)用專項(xiàng)(2010－117),神華集團(tuán)科技創(chuàng)新項(xiàng)目(SHJT－11－16)