貴州興仁縣水井灣煤礦煤層特征及對比研究

劉學武

（貴州省地質礦產勘查開發(fā)局105地質大隊，貴州貴陽 550018）

1 區(qū)域地質概況

區(qū)域大地構造位置位于揚子準地臺黔北臺地六盤水斷陷蒲安扭扭構造變形帶的中部。區(qū)內主要構造線呈近東西向展布。區(qū)域褶皺主要為包谷地向斜、包谷地背斜及大丫口背斜［1］。礦區(qū)鉆遇和地表出露地層為中二疊統(tǒng)茅口組（P2m），上二疊統(tǒng)大廠層（P3dc）、龍?zhí)督M（P3l）、長興-大隆組（P3c+d），三疊系下統(tǒng)夜郎組（T1y），第四系（Q），含煤地層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）。

2 煤層特征

2.1 含煤地層特征

礦區(qū)含煤地層為二疊統(tǒng)上龍?zhí)督M（P3l），巖性為灰色、深灰色薄-中-厚粉砂巖、粉質泥巖、泥巖，夾層為細砂巖、鈣質泥巖及灰?guī)r、泥質灰?guī)r，含煤18～23層，富含腕足類、雙殼類、腹足類及植物等化石，厚321.49～420.44 m，平均厚度358.27 m，煤層總厚度約18.03 m，含煤系數(shù)0.049%～0.051%。其中單層厚大于0.8 m 的全區(qū)可采或大部可采煤層6 層（編號C3、C4、C12、C15、C17、C20），另外礦區(qū)內C11、C14、C23 煤層見零星可采點［2］。根據(jù)巖性特征分為兩段。

第一段（P3l1）：厚117.37 m。以海相沉積為主，少量濱海相、沼澤相沉積。中下部灰、深灰色薄至中層粉砂巖、黏土巖、炭質黏土巖夾煤層（線），含煤5～8層，其中可采煤層1 層，含煤系數(shù)0.032～0.034。頂部為厚1.17～18.40 m的灰、深灰色中厚層狀弱硅化泥晶生屑灰?guī)r(俗稱硅質巖)，具有晶體洞穴結構，是較為明顯的地層劃分標志。本段上部含全區(qū)可采煤一層（C20）。

第二段（P3l2）：厚度204.12～303.07 m，平均厚度240.90 m，巖性為灰黑色黏土巖、粉砂質黏土巖、泥質粉砂巖、粉砂巖、炭質黏土巖夾煤層，大至成韻律層。粉砂質黏土巖及泥質粉砂巖中具條紋狀或條帶狀構造。其下以龍?zhí)督M第一段（P3l1）頂部強硅化灰?guī)r結束為分層標志，與下伏P3l1連續(xù)沉積，為礦區(qū)主要含煤層位，大部分可采煤層均含于此層位中。含煤15～18層，全區(qū)可采煤層5層（C3、C4、C12、C15、C17）。大部可采煤層1 層，即C12，含煤系數(shù)0.036～0.067，可采煤層平均總厚度8.86 m，可采含煤系數(shù)0.029～0.058。

2.2 含煤地層的巖相及沉積特征

龍?zhí)督M地層主要由瀉湖相、泥炭沼澤相、分流河道相、潮坪相、潮道相、前三角洲相、三角洲前緣相、砂洲砂壩相及沼澤相組成［3］。

2.3 含煤地層劃分

龍?zhí)督M頂、底界：以長興-大隆組灰、深灰色中～厚層狀生物屑灰?guī)r或燧石灰?guī)r結束，灰、深灰色中層砂巖、粉砂巖、黏土巖出現(xiàn)為其頂界，頂部一般含一層炭質泥巖夾煤線；以粉砂巖、黏土巖結束，玄武質凝灰?guī)r或角礫狀蝕變黏土巖出現(xiàn)為其底界。龍?zhí)督M內為連續(xù)沉積。

3 煤層對比

礦區(qū)是煤層數(shù)量多、分布廣、層位相對穩(wěn)定的復雜地區(qū)。根據(jù)含煤巖系的沉積序列、巖性組合的特點，煤層的賦存狀態(tài)及煤層本身的特點，頂?shù)装逄卣鞯?，采用以?種方法進行煤層對比。

3.1 標志層法

利用煤系地層中具有一定層位且沿走向、傾斜穩(wěn)定分布的特殊巖性層（標志層），確定煤層的層序和空間關系進行對比，從上到下建立了4個標志層［4］。

（1）B1：產于長興-大隆組（P3c+d）的底部，為一層穩(wěn)定的灰?guī)r、泥灰?guī)r，局部含生物碎屑，厚2.87～8.47 m，平均厚4.39 m，厚度變化相對較小，延伸穩(wěn)定，在地表常形成小陡坎，物性特征為高電阻率、低自然伽馬、高伽馬反應。該灰?guī)r層作為煤系地層（P3l）與上覆長興-大隆組（P3c+d）的劃分標志，同時作為C3 煤層對比標志。

（2）B2：為龍?zhí)督M第二段（P3l2）可采煤層（C4）的直接頂板。為灰?guī)r，厚0.26～4.28 m，平均厚1.80 m，厚度變化小，延伸穩(wěn)定，在礦區(qū)內施工的鉆孔中均見該層灰?guī)r。物性特征為高電阻率、低自然伽馬、高伽馬反映，區(qū)域上苞谷地背斜施工的鉆孔中均發(fā)現(xiàn)對應的C4可采煤層直接頂板為灰?guī)r，該灰?guī)r層作為C4煤層標志。

（3）B3：產于龍?zhí)督M第二段（P3l2）中部C12煤層之上的一套灰白色灰?guī)r，厚0.81～8.30 m，平均厚4.30 m。礦區(qū)內施工的鉆孔均見此灰?guī)r層，物性特征為高電阻率、低自然伽馬、高伽馬反應，此灰?guī)r層定為B3，作為C12煤層分隔對比標志。

（4）B4：為龍?zhí)督M第一段（P3l1）頂部的灰、深灰色厚層強硅化灰?guī)r（俗稱硅質巖），厚1.42～19.41 m，平均厚10.31 m，該硅質巖層在區(qū)域上局部硅化較弱，厚度變化小，延伸穩(wěn)定，宏觀特征明顯，常形成陡坎地形，物性特征為側向電阻率曲線呈兩端高幅值、中部低幅值的馬鞍狀異常。水井灣煤礦C3-C17可采煤層均含于該硅質巖之上，C17 與該層硅質巖層間距穩(wěn)定，變化小，作為C17、C20煤層分隔對比標志。

3.2 層間距法

利用煤層層間間距關系、煤層與含煤巖系頂、底邊界進行分析比較，確定煤層相對位置，各煤層層間距統(tǒng)計如表1所示。

由表1 可以看出，礦區(qū)煤層與含煤巖系頂、底邊界的層間間距相對穩(wěn)定。用層間間距比較煤層是可靠的。

表1 各可采煤層層間距統(tǒng)計

3.3 測井曲線特征對比

煤層對比主要從煤、巖物理特征、曲線異常、異常形態(tài)和特殊形態(tài)組合等方面進行對比，井田內主要煤層對比可靠［5］。

C3 號煤層：煤層的各方法曲線整體反映為單峰狀，側向電阻率和自然伽馬幅值呈低值異常。距煤層頂部14.11～47.38 m 有一層側向電阻率和自然伽馬曲線呈雙峰狀的B1 灰?guī)r，其電阻率值較煤層頂板巖層大。

C4 號煤層：煤層的各方法曲線反映為從明顯的單峰狀漸變到呈較明顯的雙峰狀。煤層上覆巖層為一層側向電阻率曲線表現(xiàn)為單峰狀的灰?guī)r，其值較煤層的大，自然伽馬曲線值較煤層的小。從C4 號煤層起，自然伽馬曲線出現(xiàn)高幅值異常。

C12號煤層：煤層的伽馬曲線和側向電阻率曲線表現(xiàn)為明顯的雙峰狀，自然伽馬曲線從上低下高的雙峰狀漸變到呈較明顯的單峰狀。距煤層頂部4.02～21.78 m有一層側向電阻率和自然伽馬曲線呈不規(guī)則雙峰狀的B3灰?guī)r，其電阻率值較煤層頂板巖層大。

C15、C17、C20號煤層：C15號、C17號煤層的側向電阻率曲線和伽馬曲線呈無規(guī)則的雙峰狀或單峰狀異常，自然伽馬曲線呈高幅值異常；C20 號煤層的伽馬伽馬曲線表現(xiàn)為明顯的單峰狀漸變至上低下高的雙峰狀，自然伽馬和測向電阻率從單峰狀漸變至不規(guī)則的雙峰狀。

C17 號煤層與C20 號煤層之間的巖層側向電阻率曲線呈兩端高幅值、中部低幅值的馬鞍狀異常反應。

3.4 對比的可靠程度

根據(jù)標志層、煤層間距、測井物性特征及煤層自身特征（厚度、構造、煤質、煤頂?shù)装逄卣鞯龋?、煤層間距進行煤層對比。

C3煤層：位于龍?zhí)督M頂部第一煤層，B1標志層以上14.11～47.33 m，平均34.88 m，含夾矸0～1 層，結構相對簡單。煤層的各方法曲線均表現(xiàn)為單峰。中位區(qū)橫向電阻率和自然伽馬振幅異常，對比標志明顯，對比可靠。

C4 煤層：B2 標志層為直頂，偶有假頂。B3 標志層以下92.41～134.83 m，平均厚度109.33 m。結構相對簡單。煤層的方法曲線反映出明顯的單峰梯度，表現(xiàn)出更明顯的雙峰形態(tài)。煤層上覆巖層為單峰側電阻率曲線的灰?guī)r層，其值大于煤層的值。自然伽馬曲線值小于煤層伽馬曲線值。對比標志明顯，對比可靠。

C12 煤層：上距B3 煤層4.02～21.78 m，平均厚度13.04 m，較低的距離C15煤層14.41～50.56 m，平均厚度37.08 m，結構相對簡單。伽馬曲線和煤層的側向電阻率曲線表現(xiàn)為明顯的雙峰形狀，自然伽馬曲線逐漸從一個雙峰形狀變化為具有高和低更明顯的單峰形狀。對比標志明顯，對比較可靠。

C15 煤層：上距 C12 煤層 14.41～50.56 m，平均厚度為37.08 m，下距C17 煤層3.02～16.98 m，平均厚度為8.55 m，結構相對簡單。煤層橫向電阻率曲線和伽馬曲線均未出現(xiàn)規(guī)則的雙峰或單峰異常，自然伽馬曲線異常，振幅高。對比標志明顯，對比可靠。

C17 煤層：上距C15 煤層3.02～16.98 m，平均厚度8.55 m，較低的距離B4標志層1.56～39.11 m，平均厚度16.97 m，包含0 到2 層的煤矸石，結構相對簡單。煤層的側向電阻率曲線和伽馬曲線是不規(guī)則的雙峰或單峰異常，自然伽馬曲線與高振幅異常。對比體征明顯，對比可靠。

C20煤層：上距B4標志層1.90～11.48-26.89 m，平均厚9.40 m，含0～1層夾矸，結構簡單～復雜。煤層的伽馬曲線表現(xiàn)為明顯的單峰狀漸變至上低下高的雙峰狀。自然伽馬和側向電阻率從單峰狀漸變至不規(guī)則的雙峰狀。對比標志明顯，對比可靠。

4 煤層穩(wěn)定性評價

綜上所述，各煤層對比標志明顯，對比可靠。礦區(qū)內 C3、C4、C12、C15、C17、C20 煤層厚度有一定變化，煤層結構較為簡單，煤質變化中等，是全區(qū)較為穩(wěn)定的可采煤層。