綜合物探方法在羌塘盆地煤炭勘探中的應(yīng)用

梁紅藝，謝小國.2，古志文，羅 兵

（1.四川省煤田地質(zhì)局物探公司，成都 610072；2.成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院，成都 610059）

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綜合物探方法在羌塘盆地煤炭勘探中的應(yīng)用

梁紅藝1，謝小國1.2，古志文1，羅 兵1

（1.四川省煤田地質(zhì)局物探公司，成都 610072；2.成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院，成都 610059）

摘要：為查明羌塘盆地構(gòu)造體系，了解煤系地層縱向關(guān)系，利用可控源音頻大地電磁測深法推斷出該地區(qū)主要地層包括第四系、沱沱河組、甲丕拉組和扎蘇組，F(xiàn)IX、FXV斷層和巖漿巖引起的基底隆起對含煤地層扎蘇組起到了破壞作用；利用測井資料對扎蘇組各巖性的測井響應(yīng)特征進(jìn)行了歸納總結(jié)，并對勘查區(qū)主要煤層的物性特征進(jìn)行了詳細(xì)分析；利用測溫資料，查明了該區(qū)地溫梯度為18.1℃/km，屬低地溫梯度場。因此綜合物探方法應(yīng)用結(jié)果表明，有效地利用多的物探手段有利于提高地質(zhì)勘探的可靠性和實用性。

關(guān)鍵詞：煤炭勘查；物探；測井；羌塘盆地

羌塘盆地位于昆侖山、唐古拉山和岡底斯山脈之間，盆地南北以班公湖—怒江縫合帶、可可西里—金沙江縫合帶為界；東西以侏羅系地層明顯減少或缺失為界，是一個在前寒武系結(jié)晶基底之上發(fā)育起來的以古生界—中生界海相沉積為主的疊合盆地[1]。羌塘盆地區(qū)域性基礎(chǔ)地面工作涉及范圍大，但重點工作區(qū)少，基本未進(jìn)行過相應(yīng)的深部勘查工作，開心嶺地區(qū)位于羌塘盆地北部，唐古拉山北麓和長江源頭沱沱河一帶[2]，海拔在4 600m以上。通過在開心嶺地區(qū)開展綜合地球物理勘探，有助于了解工區(qū)內(nèi)的構(gòu)造體系，查明煤系地層的縱向關(guān)系和預(yù)測隱伏煤層的空間展布。

可控源音頻大地電磁測深法（CSAMT）是一種頻率域電磁測深方法，它利用地面偶極子或水平線圈作為人工信號源產(chǎn)生可控的電磁波信號，通過接收不同頻率的電磁波信號以達(dá)到測深的目的[3]，因此CSAMT在深部資源勘探中有非常明顯的優(yōu)越性[4]。地球物理測井是沿井身測量鉆井地質(zhì)剖面上地層的各種物理參數(shù)，研究地下巖石物理滲流特性，尋找和評價有用礦藏資源的一門應(yīng)用技術(shù)，測井方法在縱向識別地層地質(zhì)信息方面具有非常高的分辨率和精度[5]。在煤炭勘探中，單一物探方法對煤層展布、縱向劃分方面存在著各自的不足。因此在羌塘盆地開心嶺煤炭資源勘探中，綜合利用CSAMT和測井方法可以取得良好的效果。

1　方法原理

1.1可控源音頻大地電磁測深法原理

可控源音頻大地電磁法是基于電磁波傳播理論和麥克斯韋方程組導(dǎo)出的卡尼亞視電阻率方程[6-8]，電場（Ex）、磁場（Hy）與視電阻率（rs）的關(guān)系式如下：

式中f為頻率。由（1）式可知，只要在地面上觀測到兩個正交的水平電磁場（Ex、Hy）就可以獲得卡尼亞電阻率。根據(jù)電磁波的趨膚效應(yīng)，趨膚深度公式如下：

式中D為探測深度，m；r為地表電阻率，Ω?m；f為頻率，Hz。

1.2 測井方法原理

測井方法是以地球物理學(xué)和地質(zhì)學(xué)的基本理論為指導(dǎo)，綜合分析地下巖層的電化學(xué)特性、導(dǎo)電特性、聲學(xué)特性、放射性等地球物理特征，解決地層巖性、構(gòu)造、沉積以及儲層性質(zhì)的一種方法。

羌塘盆地開心嶺地區(qū)實施的測井參數(shù)包括自然伽馬、視電阻率、自然電位、三側(cè)向電阻率、補償密度、井徑、井斜、井溫、井液電阻率等。不同的巖性具有不同的測井響應(yīng)特征，因此綜合各項測井信息，可以分析井內(nèi)剖面的地質(zhì)信息。

圖1　開心嶺勘查區(qū)ZKX鉆井巖性厚度統(tǒng)計圖

2　綜合應(yīng)用

開心嶺勘查區(qū)可控源音頻大地電磁法工作中的WX測線經(jīng)過鉆ZKX鉆井，因此資料解釋以WX線和ZKX井為主。

2.1地層解釋

WX測線推斷地層包括第四系（Q）、沱沱河組（E1-2t）、甲丕拉組（T3jp）、扎蘇組（P2z）。第四系地層視電阻率介于20～100Ω.m之間，厚度從10～100m不等，主要為現(xiàn)代河床、河漫灘、沖積砂、礫石、風(fēng)成砂、湖沼沉積。沱沱河組地層呈低阻條帶狀反映，視電阻率值主要介于5～35Ω m之間，主要巖性為砂巖、泥巖等。甲丕拉組視電阻率介于40～200Ω m之間，主要巖性為灰?guī)r、粗粒、中粒砂巖以及礫巖等。扎蘇組地層與甲丕拉組地層呈不整合接觸關(guān)系，呈低視電阻率反映，視電阻率值主要介于5～75Ω m之間。含煤地層扎蘇組含煤碎屑巖組在咚日日糾一帶灰?guī)r夾層增多，聚煤盆地的傾伏方向總體指向東北，沉積環(huán)境為海陸交互相沉積。

ZKX井井深470m，主要層位為扎蘇組，上部未見頂，下部未見底，巖性以深灰色石灰?guī)r、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖、煤層和炭質(zhì)泥巖為主。測井資料解釋43層巖性，其中煤、碳質(zhì)泥巖厚度8.36m，粉砂巖、細(xì)粒砂巖厚度114.66m，石灰?guī)r厚度79.8m，泥巖、砂質(zhì)泥巖厚度257.53m。扎蘇組的煤、泥巖、砂巖、石灰?guī)r厚度比為0.03：1.00：0.45：0.31，圖1。石灰?guī)r電阻率為750Ω.m，自然伽馬為32API，密度為2.69g/cm3；砂巖電阻率為230Ω.m，自然伽馬為72API，密度為2.61 g/cm3；泥巖電阻率為106Ω.m，自然伽馬為93API，密度為2.56 g/cm3；煤層的電阻率為127Ω.m，自然伽馬為79API，密度為1.54g/cm3。因此從測井曲線響應(yīng)特征上可以看出，各巖層的差異明顯，易于識別。

2.2煤層物性特征

根據(jù)ZKX井揭露的煤層測井情況，區(qū)內(nèi)煤的密度最小，平均僅為1.56g/cm3；視電阻率為中高值，127 Ω.m；自然伽馬為79API。炭質(zhì)泥巖在各測井曲線上的異常形態(tài)與煤層相似，但電阻率值相對較高，密度較大，自然伽馬較高。其曲線幅值在煤與泥巖之間變化。各煤層的主要物性特征如下：

1）煤2層位于359.00m位置，厚度為3.57m，煤層為半亮型煤，以鏡煤為主，黑色，條痕色為黑色，玻璃光澤，層狀構(gòu)造，條帶結(jié)構(gòu)，參差狀斷口。頂板巖性為泥巖、炭質(zhì)泥巖，底板巖性為泥巖、砂質(zhì)泥巖。測井響應(yīng)特征明顯，電阻率相對圍巖為高值，121～129Ω.m；密度為低值，1.50～1.55g/cm3；自然伽馬低值，為75～82API；煤層底部存在擴徑現(xiàn)象；自然電位為正異常。利用體積模型法，求得煤2層原煤水分為8.2%，灰分為14.9%。煤2層測井響應(yīng)特征（圖2）。

2）煤3層位于405.05m，厚度為1.55m，煤層為半暗型煤，暗煤為主夾鏡煤，層狀構(gòu)造，弱光澤，參差狀斷口。煤層頂板為砂質(zhì)泥巖，底板為砂質(zhì)泥巖和粉砂巖，距煤2層底板44.50m。自然伽馬相對圍巖為低值，79API；密度為1.64g/cm3。原煤水分為12.0%，灰分為40.2%，煤質(zhì)較差。

3）煤4層位于450.02m，厚度為0.37m，煤層以暗煤為主，弱光澤，層狀構(gòu)造，條帶狀結(jié)構(gòu)。煤層頂板為泥巖、細(xì)粒砂巖，底板為粉砂巖。自然伽馬值較高，125API；電阻率為中高值，60Ω.m；密度為低值，為1.53g/cm3；煤層底部有略微擴徑，自然電位為正異常。原煤灰分為11.6%，灰分為22.5%。

2.3基底推斷

可控源音頻大地電磁法探測深度范圍深，因此可以用來推斷基地。WX線基底形態(tài)明顯，其對應(yīng)地表點號為30～72號點，標(biāo)高范圍大致為4 000～3 500m（圖3）。該基底有向上延伸的趨勢，在30～46號點附近一直延伸至地表，值得注意的是，該處基底隆起規(guī)模大（深部隆起長度達(dá)5km），并向上延伸到了地表，根據(jù)已知地質(zhì)資料，推測該隆起基底以及斷層對含煤地層扎蘇組起到了破壞作用。結(jié)合已知地質(zhì)資料推斷，基底隆起主要是由于巖漿巖上升引起。

圖3　開心嶺勘查區(qū)WX線基底隆起位置分布圖

2.4斷層解釋

2.4.1 FIX斷層

視電阻率曲線從6號點附近向大號點方向出現(xiàn)了明顯的差異，水平方向不連續(xù)，曲線形態(tài)陡且密，結(jié)合地質(zhì)資料，推斷此處發(fā)育FIX斷層（圖4）。在斷面內(nèi)向東傾斜，斷層附近因地層的錯動，其上下盤巖體均變得破碎，導(dǎo)致巖層充水而導(dǎo)致斷層中央部位在電性上反映為低視電阻率。

圖4　開心嶺勘查區(qū)FIX斷層

2.4.2 FXV斷層

視電阻率曲線在88號點附近出現(xiàn)了明顯的水平不連續(xù)性，整體形態(tài)向下掉且呈低視電阻率反映，推斷此處發(fā)育FXV斷層，在斷面內(nèi)向南傾斜（圖5）。

圖5　開心嶺勘查區(qū)FXV斷層

2.5地溫梯度分析

以開心嶺勘查區(qū)ZKX井井溫數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，研究羌塘盆地開心嶺勘查區(qū)地溫場。由圖2可知，井溫與深度之間呈良好的線性關(guān)系，它們能反映地層的溫度。首先確定恒溫帶的深度和溫度，在本項目中，恒溫帶的深度Z0為39.50m，溫度T0為0.7℃，則地溫梯度計算公式為[9]：

式中，G為地溫梯度；T、Z分別為測溫點溫度和深度。

數(shù)據(jù)處理時，根據(jù)不同嘗試的測溫數(shù)據(jù)計算恒溫層到該深度的地溫梯度，再將該井不同深度溫度值計算出的地溫增強度加以算術(shù)平均，即為該井的平均地溫梯度[10]。以10m的采樣間距求取各深度點的地溫梯度，再用算術(shù)平均方法求得ZKX井的地溫梯度為18.1℃/km。與我國其它大、中型沉積盆地相比地溫梯度偏低，是個低溫場。

3　結(jié)論

1）可控源音頻大地電磁法（CSAMT）具有探測深度深、對電性差異大的地層反映敏感等特征。CSAMT方法推斷羌塘盆地開心嶺勘查區(qū)地層包括第四系、沱沱河組、甲丕拉組、扎蘇組。地表點號在30～72號點間基底隆起規(guī)模大，并向上延伸到了地表；從6號點附近向大號點方向發(fā)育FIX斷層；在88號點附近發(fā)育FXV斷層。隆起基底以及斷層對含煤地層扎蘇組起到了破壞作用。

2）測井方法具有分辨率高，綜合反映地質(zhì)信息全面等特征。利用測井資料對開心嶺勘查區(qū)扎蘇組地層進(jìn)行綜合分析可知，扎蘇組巖性以石灰?guī)r、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖、煤層和炭質(zhì)泥巖為主，各巖性測井響應(yīng)特征明顯。利用測溫資料分析可知開心嶺勘查區(qū)地溫梯度為18.1℃/km，屬低溫場。

3）不同物探方法具有不同的工作原理和方法，其解決的地質(zhì)問題也不同，綜合有效地利用多的物探手段有利于提高勘探的準(zhǔn)確性和實用性。

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The Application of Comprehensive Geophysical Prospecting Method to Coal Exploration in the Qiangtang Basin

LIANG Hong-yi1XIE Xiao-guo1,2GU Zhi-wen1LUO Bing1
(Geophysical Exploration Company,Sichuan Bureau of Coal Geology,Chengdu 610072; 2-Geophysical College,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059)

Abstract:This paper deals with the application of comprehensive geophysical prospecting method to coal exploration in the Qiangtang basin.CSAMT is applied to stratigraphy,influence of FIX and FXV faults basement uplift caused by magmatite on the Zhasu Formation as coal-bearing formation.Logging data are used for interpreting physical characteristics of the main coal in exploration area.Temperature measurement data are used for finding out the geothermal gradient of 18.1℃/km in this region.

Keywords:Qingtang basin; CSAMT; logging; coal exploration.

作者簡介：梁紅藝（1965-），男，四川成都人，高級工程師，主要從事地球物理勘查與遙感工作

基金項目：青海省國土資源廳2013年度地質(zhì)勘查基金項目（第一批）（青國土資[2013]64號）

收稿日期：2015-03-16

DOI：10.3969/j.issn.1006-0995.2016.01.032

中圖分類號：P631.2、3；P518.11

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-0995（2016）01-0144-04