湖南省攸縣黃蘭礦區(qū)煤巖層綜合對比研究

朱文卿

(湖南省煤炭地質(zhì)勘查院，湖南 長沙 410014)

湖南省攸縣黃蘭礦區(qū)煤巖層綜合對比研究

朱文卿

(湖南省煤炭地質(zhì)勘查院，湖南 長沙410014)

攸縣是湖南最大產(chǎn)煤縣，黃蘭礦區(qū)為該縣唯一產(chǎn)煤區(qū)。黃蘭礦區(qū)由黃豐橋、蘭村兩個子礦區(qū)組成。該區(qū)煤系地層厚、巖性相變大、煤層多、煤層形態(tài)復雜，一直受到懸而未決的煤、巖層對比問題掣肘，區(qū)內(nèi)找煤始終難見成效。本次研究采用多種方法進行綜合對比，成功攻克了黃蘭礦區(qū)多年來多家技術單位未解決的煤、巖層對比歷史性難題，全區(qū)探獲煤炭資源量3.43億t，實現(xiàn)建國以來湖南乃至南方各缺煤地區(qū)最大的找煤歷史性突破。

龍?zhí)督M;黃蘭礦區(qū);煤巖層對比;標志層

湖南是一個缺煤少氣能源匱乏的內(nèi)陸省份，賦煤地質(zhì)條件復雜，煤炭占一次性能源消費的70%，為解決攸縣煤電一體化項目用煤及黃蘭礦區(qū)煤礦急需接替資源問題，湖南省國土資源廳于2010年設立“湖南省攸縣黃蘭礦區(qū)煤炭整裝勘查區(qū)”，由湖南省煤炭地質(zhì)勘查院承擔實施，完成單位竭力開展煤、巖層對比研究，首次建立該區(qū)系統(tǒng)實用的煤、巖層對比體系，統(tǒng)一了煤層編號，有效避免了以往零星勘查造成煤層對比“錯、漏、不全面、不統(tǒng)一”等問題，大幅的提高了勘查精準度，為該區(qū)實現(xiàn)找煤突破奠定了堅實的基礎，同時為今后其他地質(zhì)條件復雜含煤區(qū)的煤、巖層精準對比方法研究提供一定的參考。

1 黃蘭礦區(qū)地質(zhì)特征

1.1 構造特征

黃蘭礦區(qū)位于華南加里東褶皺帶攸蘭斷坳的東北部，兩子礦區(qū)分別位于區(qū)內(nèi)黃豐橋、蘭村賦煤復向斜內(nèi)。黃豐橋復式向斜由3組次級褶皺緊閉排列組成，地層傾角大于60°，常見地層直立和倒轉現(xiàn)象；蘭村復式向2組次級褶皺組成，兩翼傾角較陡，中部舒緩，偶見直立倒轉；區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育，以走向斷層為主，次之為斜向斷層，破壞了煤層的連續(xù)性及完整性(圖1)。

圖1 黃蘭礦區(qū)構造簡圖

1.2 含煤巖系及煤層特征

龍?zhí)督M為該區(qū)含煤地層，為一套海陸交互相、多旋迥沉積含煤沉積[6]。含煤段厚289～619 m，含煤層18～23層，其中可采6～9層，煤厚0～6.17 m，平均0.6～1 m，煤層薄，厚度變化大，形態(tài)較復雜，井下常見分岔、合并現(xiàn)象。

2 黃蘭礦區(qū)煤、巖層對比難點

1) 區(qū)內(nèi)兩個賦煤復向斜雖成煤時期相同，但含煤巖系厚度、可采煤層層數(shù)、編號均不一致，黃豐橋礦區(qū)含煤段平均厚450 m，含煤層數(shù)為23層，可采6層，而蘭村礦區(qū)含煤段平均厚310 m，含煤層數(shù)為18層，可采9層(表1)。

2) 含煤段厚度為湖南之最，龍?zhí)督M上段(含煤段)厚度達289～619 m。而較湖南省內(nèi)含煤地層同為龍?zhí)督M的耒陽市資家臺礦區(qū)含煤地層平均厚為180 m，漣源市橋頭河礦區(qū)僅為18 m(表1)。

3) 含煤層數(shù)為湖南之最，含煤層數(shù)多達23層，而耒陽市資家臺礦區(qū)含煤7層，漣源市橋頭河礦區(qū)僅含3層(表1)。

4) 可采煤層層數(shù)多，達6～9層，而耒陽市資家臺礦區(qū)含可采煤層1～4層，漣源市橋頭河礦區(qū)僅1層可采(表1)。

表1 黃蘭礦區(qū)與湖南其他含煤地層同為龍?zhí)督M的礦區(qū)構造及含煤特征對比

5) 巖性變化較大，如黃豐橋礦區(qū)ZK1403、ZK1301、ZK1501三孔1煤層直接頂板均為粉砂巖，而位于這三個鉆孔中部的ZK1401孔1煤層直接頂板卻相變?yōu)榧毶皫r。

6) 該區(qū)構造較其他礦區(qū)復雜，常見地層直立、倒轉，如黃豐橋礦區(qū)ZK1305孔揭露18煤層間接頂板砂巖三次。

7) 以往勘查單位僅建立了小范圍的對比方案，但因對比手段單一，范圍局限，人為的造成煤層不連續(xù)，導致區(qū)內(nèi)煤巖層對比混亂，加大了本次對比的難度。

3 煤、巖層綜合對比

本次研究以勘查資料及煤礦生產(chǎn)資料為基礎，在黃豐橋、蘭村兩子礦區(qū)各選取孔內(nèi)無構造、煤層出露齊全，標志層特征明顯的兩孔(黃豐橋：ZK1203、ZK1403，蘭村：ZK002、ZK1301)作為標準孔，采用宏觀(巖性宏觀特征)與微觀(巖性鏡下特征)、巖性(巖石學特征與其他)與物性(地球物理特征在曲線上反映形態(tài))及煤質(zhì)、沉積特征(層理與結核)與古生物、地表(露頭)與地下(鉆孔揭露)等四個方面相結合及互相佐證的綜合對比手段，大大提高了對比精度，找到了兩子礦區(qū)各煤、巖層相互的對應關系，建立了該區(qū)實用可靠的煤、巖層對比標志。

3.1 宏觀標志層法

根據(jù)巖芯沉積特征，在黃豐橋、蘭村兩子礦區(qū)絕大部分可采煤層頂、底板發(fā)現(xiàn)了具有共同特征的標志層，可進行全區(qū)對比。

1) 黃豐橋礦區(qū)、蘭村礦區(qū)龍?zhí)督M頂界均為一層生物碎屑灰?guī)r，呈灰白色，水平層理，巖石致密、堅硬，比重大，產(chǎn)豐富的菊石化石，全區(qū)發(fā)育。

2) 黃豐橋礦區(qū)1煤層直接頂板與蘭村礦區(qū)1煤層直接頂板具相同特征，均為砂質(zhì)泥巖，呈灰-深灰色，水平層理，局部相變?yōu)榧毶皫r，含大量梅花狀、斑狀黃鐵礦結核(圖2(a)、圖2(b))，全區(qū)大部發(fā)育。

3) 黃豐橋礦區(qū)的3煤層直接頂板與蘭村礦區(qū)的2煤層頂板具相同特征，均為粉砂巖或細砂巖，呈灰-深灰色，具典型的波狀層理，或以細砂巖為主形成的脈狀層理。

圖2 宏觀標志特征圖

4) 黃豐橋礦區(qū)5煤層直接頂板與蘭村礦區(qū)3煤層頂板具相同特征，均為具緩波狀層理的細砂巖(圖2(c)、圖2(d))，全區(qū)發(fā)育。

5) 黃豐橋礦區(qū)12煤層直接頂板與蘭村礦區(qū)5煤層直接頂板具相同特征，均為砂質(zhì)泥巖或粉砂巖，呈灰-深灰色，水平層理，含大量指狀、塊狀菱鐵質(zhì)結核，該層俗稱“結合泥巖”，全區(qū)發(fā)育。

6) 黃豐橋礦區(qū)15煤層間接頂板與蘭村礦區(qū)6煤層間接頂板具相同特征，均為細砂巖，細砂巖中常見溶蝕晶洞，地表風化成灰白色，全區(qū)大部發(fā)育。

7) 黃豐橋礦區(qū)17煤層間接頂板與蘭村礦區(qū)7煤層間接頂板具相同特征，均為淺灰色具楔形交錯層理及溶蝕晶洞的中(細)粒長石石英砂巖(圖2(e)、圖2(f))，全區(qū)大部分發(fā)育。

8) 黃豐橋礦區(qū)18煤層直接頂板與蘭村礦區(qū)8煤層直接頂板具相同特征，均為細砂巖，含眼球狀菱鐵質(zhì)結核，結核中可見星點狀黃鐵礦為特征與其他煤層相區(qū)別[5]，全區(qū)大部發(fā)育。

9) 黃豐橋礦區(qū)19煤層直接頂板與蘭村礦區(qū)9煤層直接頂板具相同特征，均為砂質(zhì)泥巖，含指狀或條帶狀菱鐵質(zhì)結核，全區(qū)發(fā)育。

3.2 測井曲線特征對比

1) 黃豐橋礦區(qū)1煤層與蘭村礦區(qū)1煤層物性特征相同，在電阻率曲線(LL3)呈特征明顯的“筍狀”中高阻異常顯示，自然伽瑪(GR)上呈“漏斗”狀低異常顯示，人工伽瑪(GGL)曲線上呈“凹”形顯示，總體上屬中高阻，中-高密度，低放射性巖體(見圖3(a)、圖3(b))，層位較穩(wěn)定。

圖3 1煤層及頂?shù)装逦镄蕴卣鲌D

2) 黃豐橋礦區(qū)12煤層與蘭村礦區(qū)5煤層物性特征相同，直接頂板為粉砂巖，直接底板為砂質(zhì)泥巖。煤層及其附近視電阻率曲線值較低，曲線平緩，在含泥質(zhì)成分少的頂、底板粉砂巖處偶有起伏；人工伽瑪(GGL)在煤層位置顯示為“尖峰”狀高異常，在頂、底板處一般較平直；自然伽馬(GR)在頂、底板粉砂巖或砂質(zhì)泥巖處一般無大的變化，在煤層處出現(xiàn)低異常顯示，與人工伽瑪曲線呈對稱狀，曲線特征明顯。

3) 黃豐橋礦區(qū)17煤層與蘭村礦區(qū)7煤層物性特征相同，煤層間接頂板為厚層狀長石石英砂巖，此中粒砂巖電阻率呈“長箱形”狀高異常幅值，自然伽瑪呈“巨型凹槽”狀低異常幅值。該層全區(qū)發(fā)育，層位穩(wěn)定，且異常區(qū)間持續(xù)較大，物性特征明顯。

4) 黃豐橋礦區(qū)19煤層與蘭村礦區(qū)9煤層物性特征相同，間接底板多為石英雜砂巖，電阻率較穩(wěn)定，呈“筆架山”狀。

3.3 巖石顯微特征對比

1) 黃豐橋礦區(qū)17煤層與蘭村礦區(qū)7煤層間接頂板長石石英砂巖具相同特征，碎屑物含量為60%～75%，石英約占70%，長石次之。分選性較好，磨圓度中等。膠結物約為13%，為孔隙式-基底式膠結。

2) 黃豐橋礦區(qū)18煤層與蘭村礦區(qū)8煤層間接頂板巖石英細砂巖，碎屑物含量為67%～90%。石英約占77%，巖屑約占7%；膠結物約15%～20%，為孔隙式-基底式膠結。

3) 黃豐橋礦區(qū)19煤層與蘭村礦區(qū)9煤層間接底板石英雜砂巖，碎屑含量為60%～90%，以石英為主，少量長石及白云母，分選性、磨圓度為一般-較差，巖屑含量3%～25%，為硅質(zhì)巖屑及絹云母屑為主，雜基含量高達15%～30%(圖4(a)、圖4(b))。

圖4 巖石顯微特征圖

3.4 煤質(zhì)特征對比

同一層煤因其成煤環(huán)境相同，其煤質(zhì)特征也大致相同。黃豐橋礦區(qū)、蘭村礦區(qū)1煤層原煤全硫含量為分別為1.71%、2.08%，為中硫煤，其他煤層均為低硫煤；兩子礦區(qū)1煤層原煤砷含量均為全區(qū)含量最低，黃豐橋礦區(qū)1煤層砷含量為6.4 μg/g，蘭村礦區(qū)為6.84 μg/g，而黃豐橋礦區(qū)19煤層與蘭村9煤層砷含量最高，分別為14.23 μg/g、16.17 μg/g。因此可利用煤質(zhì)指標的差異性作為煤、巖層對比的輔助手段，以提高對比可靠程度。

3.5 化石特征對比

兩礦區(qū)1煤層頂板生物碎屑灰?guī)r中均含大量菊石化石，1-3煤層砂質(zhì)泥巖中產(chǎn)瓣鰓類、腕足類動物化石及單網(wǎng)羊齒、脈羊齒等植物化石，黃豐橋礦區(qū)的17煤層、18煤層、19煤層與蘭村礦區(qū)的7煤層、8煤層、9煤層頂板多見大羽羊齒、單網(wǎng)羊齒等植物化石，該特征可作為煤巖層對比輔助標志。

3.6 沉積旋回劃分法

根據(jù)兩子礦區(qū)含煤段巖性組合特征，由上到下可劃分出3個一級旋回，每個一級旋回可細分為三個二級旋回。在劃分旋回的基礎上，先進行旋回特征進行初步對比，再根據(jù)巖芯宏觀特征、顯微特征、測井曲線特征、煤層間距及煤層本身的特征進行旋回內(nèi)各煤層對比[5]，進一步提高各主采煤層的對比可靠程度(圖5)。

圖5 黃蘭礦區(qū)煤、巖層綜合對比圖

4 結 論

黃蘭礦區(qū)煤系地層厚、煤層多、巖相變化大，以往勘查資料認為標志層欠穩(wěn)定，是業(yè)內(nèi)公認的煤、巖層對比困難區(qū)，本次研究采用多種方法進行綜合對比，首次建立了黃蘭礦區(qū)系統(tǒng)可靠及實用的煤、巖層對比體系，統(tǒng)一了區(qū)內(nèi)煤層編號(表2)，為實現(xiàn)區(qū)內(nèi)找礦突破奠定了基礎。

[1] 鄭振華,張良平,莫佳峰,等.湖南省攸縣蘭村礦區(qū)深部煤炭詳查報告[R].株洲:湖南省煤炭地質(zhì)勘查院,2013.

[2] 龍新良,王小清，趙訓林,等.湖南省攸縣蘭村礦區(qū)深部煤炭詳查報告[R].株洲:湖南省煤炭地質(zhì)勘查院,2014.

[3] 朱文卿,馬文華,胡希穎,等.湖南省攸縣黃豐橋礦區(qū)邊深部(±0m以下)煤炭詳查報告[R].株洲:湖南省煤炭地質(zhì)勘查院,2014.

[4] 何紅生，肖金成，朱文卿.湖南省攸縣黃蘭礦區(qū)煤炭整裝勘查區(qū)的實踐與體會[J].中國礦業(yè),2016(4):164-167.

[5] 朱文卿.湖南省攸縣黃豐橋礦區(qū)含煤巖系綜合對比分析[C]∥第九屆全國煤炭工業(yè)生產(chǎn)一線青年技術創(chuàng)新文集.2014:607-617.

[6] 鄭振華，何紅生，肖金成.湖南省攸縣蘭村礦區(qū)深部煤巖層對比方法研究[J].中國煤炭地質(zhì)，2016(3):12-16.

[7] 朱文卿.黃蘭礦區(qū)大地構造體系及其含煤建造控制作用研究[J].西部探礦工程,2014(8):141-144.

IntegratedcorrelationforcoalseamsandrockstratainHuanglanminingarea,Hunanprovince

ZHU Wenqing

(Hunan Coal Geological Prospecting Institute，Changsha 410014，China)

Youxian is the largest coal producing county in Hunan province,and Huanglan mining area is the only coal producing area in the county.Huanglan mining area is composed of HuangfengqIao sub-mining area and Lancun sub-mining area,The formation of longtan formation in this area has a large sedimentary thickness and a large change of rocks and a number of coal seams,The coal prospecting in the area is restricted by the difficult problems of coal and rock formation.This study uses a variety of contrast methods to make a comprehensive comparison.A systematic and practical system of coal and rock correlation has been established for the first time，The comparison of coal and rock formations has been solved.The estimated coal resources is 343 million tons.It has realized the biggest coal finding achievements in Hunan and even in the South of China since the founding of the People’s Republic of China.

Longtan formation;Huanglan mining area;coal and rock strata correlation;marker bed

P618.11

A

1004-4051(2017)10-0151-05

2017-05-07責任編輯宋菲

湖南省攸縣黃蘭礦區(qū)煤炭整裝勘查項目資助(編號：湘國土資辦發(fā)2010〔229〕號)

朱文卿(1986-)，男，湖南汝城人，工程師，畢業(yè)于中南大學地質(zhì)工程專業(yè)，長期從事礦產(chǎn)勘查工作。