?？h新鎮(zhèn)一帶煤系地層地質(zhì)構(gòu)造及其勘查方法研究?

張 琳 張慧利 杜婉怡 景喜林

(河南省航空物探遙感中心,河南省鄭州市,450053)

★煤炭科技·地質(zhì)與勘探★

?？h新鎮(zhèn)一帶煤系地層地質(zhì)構(gòu)造及其勘查方法研究?

張 琳 張慧利 杜婉怡 景喜林

(河南省航空物探遙感中心,河南省鄭州市,450053)

分析了新鎮(zhèn)一帶煤系地層地質(zhì)構(gòu)造特征,并對二維地震勘探及地質(zhì)鉆探相結(jié)合的勘查方法及效果進行研究,分析了二維地震的數(shù)據(jù)采集、處理、解釋及依據(jù)地震資料優(yōu)化鉆孔,從而說明這種勘查方法對該區(qū)找煤的適用性.通過該區(qū)成功找煤的實例,說明這一勘探方法在隱伏隆起區(qū)內(nèi)部找煤具有很好的借鑒意義.

煤系地層 地質(zhì)構(gòu)造 二維地震勘探 地質(zhì)鉆探 ?？h新鎮(zhèn)

1 概況

河南省浚縣新鎮(zhèn)一帶煤炭勘查區(qū)位于豫北平原東部,地勢低平開闊,西南高東北低,海拔高程60 m左右,區(qū)內(nèi)為新生界覆蓋且厚度較大,勘查總面積775 km2.本勘查區(qū)位于內(nèi)黃隆起的斷陷內(nèi),以往開展的多次煤田預(yù)測均未將本區(qū)列入含煤預(yù)測區(qū),2011年在實施內(nèi)黃隆起區(qū)地震概查時,通過資料綜合研究將兩條地震測線深入該區(qū),并施工鉆孔1個,從而確定了本區(qū)賦存煤層.此次工作的目的是繼續(xù)尋找煤炭資源,并對所發(fā)現(xiàn)的煤炭資源是否有進一步地質(zhì)工作價值做出評價.

2 地質(zhì)特征

2.1 區(qū)域地質(zhì)背景

該區(qū)位于東濮找煤區(qū)的成礦帶上.東濮找煤區(qū)位于華北板塊內(nèi),屬河南構(gòu)造分區(qū)之太行小區(qū),南與嵩箕小區(qū)毗鄰,東以戴韓斷層為界,其間夾有黃河斷層、聊蘭斷層等大型構(gòu)造,具有隆、坳相間之特征.隆起主要有太行和內(nèi)黃隆起,坳陷主要有湯淇、東明和開封坳陷.坳陷中保存了完整但賦存較深的石炭—二疊紀(jì)含煤地層,隆起區(qū)因后期斷層切割及風(fēng)化剝蝕等,使大部分含煤巖系缺失,僅隆起斜坡和隆起上的斷凹中保存有部分煤系.隆、坳分布格局決定了東濮區(qū)石炭—二疊紀(jì)含煤巖系南北成帶的總體面貌.區(qū)內(nèi)隆起區(qū)的凹陷部位、斜坡地帶和坳陷區(qū)的凸起部位是找煤的有利靶區(qū).

2.2 構(gòu)造特征

本區(qū)位于華北坳陷區(qū)南部之內(nèi)黃隆起上(屬于典型的隆中凹),西部有湯東大斷層與湯陰地塹相鄰,東部以斜坡形式逐步過渡到濮陽凹陷.隆起東部構(gòu)造形態(tài)為東傾單斜,煤系由東向西逐漸變淺;西部受斷層切割,局部地段保留了煤系.湯東斷層以西受其影響,形成深度較大的中新生代地塹.

區(qū)內(nèi)含煤地層均為單斜地層,地層傾角5°～21°,總體走向北東向,由于受斷層錯動影響,將含煤區(qū)分成了南北兩塊.整體來看,南塊為向北傾斜的單斜構(gòu)造,西部受湯東斷層影響,煤系埋藏較深,東部受隆起影響,煤系向東南尖滅;北塊為向南東傾斜的單斜構(gòu)造,西部受隆起影響,煤系向西北尖滅,東部受斷層及隆起影響,煤層缺失.

2.3 地層特征

根據(jù)區(qū)內(nèi)鉆孔揭露,自下而上分布地層有太古界、寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、古近系、新近系及第四系.

區(qū)內(nèi)主要含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組(C2t)及二疊系下統(tǒng)山西組(P1s),煤系地層總厚度為126～400 m.區(qū)內(nèi)中北部含煤地層保存完整,沉積厚度大,西北部、東部、南部受隆起影響煤系剝蝕,西南部受湯東斷層影響煤系變深.

石炭系上統(tǒng)太原組(C2t)上至L9石灰?guī)r標(biāo)志層頂面.根據(jù)鉆孔揭露本組的煤層僅一7煤層、一5煤層局部可采,其它煤層均不可采.本組厚度為84.66～144.75 m,平均厚度為109.87 m,與下伏本溪組地層呈整合接觸.本組為海陸交互相,上部為灰?guī)r段,主要由灰及深灰色厚層細(xì)晶質(zhì)石灰?guī)r(L8)及薄層泥灰?guī)r(L9)構(gòu)成;中部為砂泥巖段,以深灰色泥巖,砂質(zhì)泥巖及細(xì)砂巖為主,夾深灰色薄層狀細(xì)晶灰?guī)r5層(L3至L7)及薄煤層;下部為灰?guī)r、砂泥巖段,灰?guī)r由灰白色、灰黑色、隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造灰?guī)r(L2)構(gòu)成,泥巖為黑色、深灰色塊狀構(gòu)造,砂質(zhì)泥巖為黑色、砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造,細(xì)粒砂巖為灰色、塊狀構(gòu)造.

二疊系下統(tǒng)山西組(P1s)為過渡相含煤構(gòu)造,底部以L9灰?guī)r頂界為標(biāo)志層分界,巖性主要為灰、深灰、灰黑色泥巖,砂質(zhì)泥巖,植物化石,灰、灰白色粉—中粒長石石英砂巖和煤層組成,含煤2層,是區(qū)內(nèi)的主要含煤層段.煤層頂板為深灰色粉砂巖(即大占砂巖).本組厚度為71.67～113.34 m,平均厚度為92.1 m,與下伏石炭系呈整合接觸.二疊系下統(tǒng)山西組二1煤層為主要可采煤層,局部地段二1煤層分成了二11煤層和二21煤層,煤層厚度為1.81～8.19 m,平均可采厚度5.85 m,該煤層層位較穩(wěn)定.

3 勘查方法應(yīng)用研究

本次勘查方法采用了二維地震勘查、鉆探、地球物理測井和采樣化驗等手段相結(jié)合的綜合勘查方法.以二維地震勘查控制全區(qū)構(gòu)造形態(tài)和二1煤層賦存范圍;以鉆探結(jié)合測井及化驗控制二1煤層埋深、厚度、結(jié)構(gòu)等.

3.1 二維地震勘查

3.1.1 地震地質(zhì)條件

本區(qū)地勢平坦,表層被第四系覆蓋,潛水位16～20 m,局部地段10 m左右出現(xiàn)鈣質(zhì)結(jié)核層和流砂層,地面障礙物較多.該區(qū)新生界厚度大,主要巖性為砂、粘土、鈣核等松散沉積物,與下伏地層有較大的波阻抗差異,對控制其厚度比較有利;本區(qū)二1煤層厚度較大,較穩(wěn)定,具有形成強反射波的條件,但是由于新生界較厚,對地震波能量特別是高頻波的吸收衰減嚴(yán)重,會給二1煤層反射波的品質(zhì)帶來不利影響.綜合分析本區(qū)地震地質(zhì)條件尚可.

3.1.2 測線布設(shè)

依據(jù)區(qū)內(nèi)已知資料分析,中部區(qū)布設(shè)測線網(wǎng)度2 km×2 km,南部和北部區(qū)測線網(wǎng)度4 km× 4 km.全區(qū)布置主測線23條,聯(lián)絡(luò)線8條,剖面總長446.1 km,生產(chǎn)物理點11300個.工程布置示意圖如圖1所示.

3.1.3 工作方法及參數(shù)選擇

依據(jù)區(qū)內(nèi)地震概查時的施工參數(shù),本次施工前又進行了試驗,選取試驗點5個,試驗線2條.通過分析試驗資料,確定的采集參數(shù)如下:

(1)儀器設(shè)備:408UL數(shù)字地震儀,全頻帶接收,記錄格式SEGD.

(2)觀測系統(tǒng):接收點距20 m,激發(fā)點距40 m,144道接收,36次疊加,中間激發(fā).

(3)接收參數(shù):記錄長度5 s,采樣間隔1 ms,檢波器2串2并組合.

(4)激發(fā)參數(shù):井深18～24 m,藥量3～4 kg.

圖1 工程布置示意圖

3.1.4 資料處理

通過對本區(qū)原始單炮記錄頻譜分析,其有效波視頻率在40 Hz左右,主要干擾波有野值及高頻隨機干擾、面波干擾和工業(yè)干擾等.針對資料特點,主要從靜校正、噪聲衰減、反褶積、速度分析、疊加剩余靜校正處理、疊后時間偏移等方面進行處理方法研究,通過處理試驗確定了合理的處理流程和參數(shù),獲得了較好的處理效果.

3.1.5 資料解釋

資料解釋結(jié)合概查時區(qū)內(nèi)鉆孔揭露地層情況及深入?yún)^(qū)內(nèi)的地震測線,對本次地震時間剖面反射波組與地質(zhì)層位的對應(yīng)關(guān)系進行了綜合的解釋分析.

(1)地震反射波特征.勘查區(qū)面積較大,不同地段反射波特征也有一定差異,在有煤系存在的地段,時間剖面上從上至下可分為4個波組,分別為來自第四系和新近系(Q+N)底界的反射波組(T0波)、古近系內(nèi)部及底界的反射波組(TE波)、二疊系內(nèi)部煤層的反射波組(T2波)和奧陶系頂界面的反射波組(Tg波),在無煤層賦存區(qū)域主要有第四系和新近系(Q+N)反射波組.地震時間剖面反射波特征的顯示如圖2所示.

圖2 地震時間剖面反射波特征的顯示

(2)反射波地質(zhì)層位的確定方法.第一種是根據(jù)區(qū)內(nèi)以往資料,結(jié)合概查已知鉆孔揭露的地層情況進行分析定性;第二種是利用概查鉆孔測井資料所作的合成記錄,可以看出新生界底部及含煤層位都對應(yīng)有較明顯的反射波.

(3)波的對比.依據(jù)區(qū)內(nèi)已知鉆孔資料確定了T0波、T2波組,然后根據(jù)波的強度、相位、連續(xù)性等特征進行對比追蹤,在時間剖面上確定特征反射層的起伏和錯斷情況.

(4)構(gòu)造解釋.斷層的解釋首先在時間剖面上解釋斷點,然后依據(jù)地質(zhì)規(guī)律在平面圖上將斷點組合成斷層,時間剖面上斷點的顯示見圖3.褶皺形態(tài)則由等高線平面圖上標(biāo)志層的起伏變化來顯示.

圖3 時間剖面上斷點的顯示

3.2 地質(zhì)鉆探

在地震成果的基礎(chǔ)上布設(shè)地質(zhì)鉆孔,共布設(shè)鉆孔7個,總進尺9100 m,終孔層位為石炭系上統(tǒng)太原組上部灰?guī)r層或奧陶系灰?guī)r層,并進行了必要的采樣、測試和測井、簡易水文觀測工作.

由于勘查區(qū)面積較大,為了節(jié)省勘查時間,各設(shè)計鉆孔的施工順序根據(jù)地震勘探工作的階段進展情況分批進行優(yōu)化施工,在完成DZ37線以北的地震工作后,對該區(qū)內(nèi)的3個鉆孔進行優(yōu)化,待地震勘探工作全部結(jié)束后,再根據(jù)后續(xù)的地震勘探成果對其余4個鉆孔進行優(yōu)化施工.實際工作中充分發(fā)揮了地震勘探的先導(dǎo)作用,更好地體現(xiàn)了由淺入深、由稀到密、由已知到未知、由簡單到復(fù)雜的施工原則,并在地震成果的基礎(chǔ)上對鉆孔進行了優(yōu)化.優(yōu)化ZK4301鉆孔的地震地質(zhì)剖面結(jié)果見圖4.

圖4 優(yōu)化ZK4301鉆孔的地震地質(zhì)剖面

4 勘查效果分析

4.1 地震解釋精度

地質(zhì)鉆孔的地震解釋精度情況見表1.

從表1可以看出,地震資料解釋可靠,本次勘查見二1煤層底板埋深解釋誤差最大為5.78%,最小為1.03%,新生界厚度解釋誤差最大為7.04%,最小為1.50%.

通過鉆探驗證,本次地震資料解釋精度較高,鉆孔的地震解釋精度均優(yōu)于規(guī)范中對普查精度的要求(9%).

表1 地震解釋精度一覽表

4.2 地質(zhì)解釋成果

通過地震和鉆探相結(jié)合的勘查方法,初步了解了勘查區(qū)內(nèi)含煤地層的分布范圍、煤層層數(shù)、煤層的一般厚度和埋藏深度.勘查區(qū)內(nèi)含二1煤層總面積136.5 km2,其中埋深1200 m以淺的面積有30.4 km2,埋深1200～1500 m的面積有52 km2,埋深1500～2000 m的面積有48.7km2,埋深大于2000 m的面積有5.4 km2.區(qū)內(nèi)主要煤層為山西組二1煤層,較穩(wěn)定,全區(qū)可采,煤層厚度南厚北薄,大部分區(qū)域煤層為一層,僅北部的局部地段煤層分叉為二11煤層和二21煤層.

5 結(jié)論

(1)該區(qū)位于隱伏隆起區(qū)的斷陷內(nèi)(即隆中凹),以往開展的多次煤田預(yù)測均未列入預(yù)測區(qū),本次選用二維地震先期勘查,然后結(jié)合鉆探驗證,從而圈定了煤層賦存區(qū),選用勘查方法恰當(dāng).

(2)二維地震勘查對于煤炭地質(zhì)勘查工作具有很好的指導(dǎo)作用,通過地震地質(zhì)成果優(yōu)化鉆探施工參數(shù),地震勘查與地質(zhì)鉆探緊密結(jié)合,驗證了地震勘查解釋的精度,取得了良好的找礦效果.

(3)通過地震勘查與地質(zhì)鉆探相結(jié)合的方法,初步了解了本區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造及煤系地層的賦存形態(tài),為進一步的勘查工作提供了可靠的地質(zhì)依據(jù).

[1] 李剛,張琳,周永波等.隱伏隆起區(qū)內(nèi)部預(yù)測煤田的技術(shù)方法研究[J].中國礦業(yè),2014(9)

[2] 張雷,張卓,李剛等.河南省路河地區(qū)煤系地層地質(zhì)構(gòu)造及二維地震特征分析[J].煤炭技術(shù),2014(9)

[3] 河南省地質(zhì)礦產(chǎn)局.河南省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京:地質(zhì)出版社,1989

[4] 張琳,景喜林,張慧利等.地震概查在快速找煤中的應(yīng)用效果[J].工程地球物理學(xué)報,2013(6)

[5] 葉紅星.三維地震資料精細(xì)處理解釋技術(shù)在濟寧煤田的應(yīng)用研究[J].中國煤炭,2014(2)

[6] 張琳,張慧利,景喜林等.二維地震勘探在找煤中的應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報,2013(5)

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[8] 劉俊杰,王彥春.煤田數(shù)字高密度地震勘探的應(yīng)用效果探析[J].中國煤炭,2013(1)

Study on geologic structure of coal measure strata in Xinzhen of Xun Xian and its exploration methods

Zhang Lin,Zhang Huili,Du Wanyi,Jing Xilin
(Henan Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center,Zhengzhou,Henan 450053,China)

Geological structure characteristics of coal measure strata in Xinzhen were analyzed,effects of exploration methods combining 2D seismic exploration and geological drilling were studied,the data collection,processing and interpretation of 2D seismic exploration were analyzed as well as drilling optimization based on seismic data,which explained that the exploring method was suitable for coal prospecting in the area.The successful case of coal prospecting provided reference for coal prospecting in hidden upwarping region.

coal measure strata,geological structure,2D seismic exploration,geological drilling,Xinzhen of Xunxian

P618.11 P63

A

張琳(1977-),女,河南省商丘市夏邑縣人,高級工程師,碩士,從事煤炭地質(zhì)勘查及物探測量研究。

(責(zé)任編輯 郭東芝)

河南省地質(zhì)勘查基金項目(201475-8)