山東省礦井資源開發(fā)及勘探趨勢分析

夾瑞峰

（中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院，山東 濟南 250013）

由于潔凈能源、礦產(chǎn)安全、環(huán)境保護等多重因素的影響，自20世紀70年代以來，礦產(chǎn)資源開采日益受到各個國家的重視。美國是世界上最早實現(xiàn)礦井開采的工業(yè)性開發(fā)的國家。之后，中國加拿大等先后三十多個國家進行了礦井開發(fā)試驗。中國是開發(fā)試驗工作較多，并取得一定進展的國家。隨著我國經(jīng)濟迅猛發(fā)展，迫切需要新的能源。

山東省礦產(chǎn)資源豐富，賦存了大量的金屬礦物元素。相比其他能源能源開采，礦井科學開采更加潔凈、環(huán)保。然后在開發(fā)過程中在礦井開采安全評價方面的認識相對不夠。本文主要通過對山東省地質(zhì)工程區(qū)域形成的地質(zhì)條件、礦產(chǎn)資源賦存狀態(tài)等方面闡述山東省礦井資源的開發(fā)現(xiàn)狀。以及結(jié)合當今能源的發(fā)展趨勢，對礦井資源的開發(fā)前景作了評述。多年以來，就山東省各礦產(chǎn)工程區(qū)域資源量賦存情況都已進行了詳細測算，然而對于山東省的礦井內(nèi)開采資源量測算等情況評價先對較少，盡管個別區(qū)塊先后進行過一定的研究分析和評價，但是，就山東省全省礦產(chǎn)資源研究與評價相對較少，尤其是著眼于礦井開發(fā)等方面。因此，對山東省進行礦產(chǎn)資源概況分析，其開發(fā)現(xiàn)狀以及其遠景進行討論分析就顯得尤為重要。

相信通過本文的撰寫會對我省礦井資源的安全開采與勘探提供更好的指示意義。從而更好的為我省的經(jīng)濟建設服務。

1 地質(zhì)背景

1.1 地層

山東省屬于華北地層大區(qū)的晉冀魯豫地層區(qū)的東南隅，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造以及巖石地層特征山東省又分為華北平原地層分區(qū)、魯西地層分區(qū)和魯東地層分區(qū)；魯西地層分區(qū)是本省地層發(fā)育最全的一個分區(qū)。山東地區(qū)石炭-二疊紀含礦系地層主要以粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖及中細砂巖為主，間夾數(shù)層礦層和海相灰?guī)r，屬典型華北型礦脈結(jié)構(gòu)。

華北石炭系、二疊系主要為一套濱海-河流相含碎屑礦建造。含礦地層主要為晚古生代，自下而上主要為本溪組、太原組、山西組以及石盒子組。尤其是太原組、山西組礦層沉積較穩(wěn)定，為礦層氣的形成提供了良好的物質(zhì)基礎。

其中晚古生代主要分布在安丘-莒縣斷裂以西地區(qū)。依據(jù)地層發(fā)育特征，主要分為魯西地區(qū)、魯中地區(qū)以及魯北地區(qū)。魯西地區(qū)含礦地層發(fā)育于上古生界，特別是太原組和山西組，是礦層資源巖礦層發(fā)育的主要地層區(qū)域。根據(jù)最新研究進展太原組中上部劃歸為二疊系下統(tǒng)，山西組歸為中二疊統(tǒng)。

1.2 構(gòu)造

山東省位于中國大陸的東部地區(qū)。大地構(gòu)造演化具有與中國大陸地區(qū)相似的階段性演化的特點，而華北板塊在晚古生代，曾發(fā)生過兩次大的構(gòu)造運動，一是加里東運動，二是海西運動，致使山東省在古生代為由海相到海陸交互相再到陸相的變遷階段。經(jīng)歷了海陸變遷演化歷史，特別是在早古生代，其突出特征是整個區(qū)域同步緩慢沉降，當然，在個別地區(qū)存在有小幅度差異升降，基本是全域海相沉積。晚古生代，板塊逐漸抬升，海水逐漸退出，轉(zhuǎn)化為陸相沉積。

魯西地區(qū)總體以單斜構(gòu)造為主，地層走向自西向東由NE、近EW向逐步轉(zhuǎn)為NW向，傾向相應由NW、N向轉(zhuǎn)為NE向。

2 傳統(tǒng)地質(zhì)勘查技術及問題

2.1 傳統(tǒng)地質(zhì)勘查技術

傳統(tǒng)地質(zhì)勘探技術主要目的是全面掌握礦區(qū)水文地質(zhì)條件，開發(fā)利用礦產(chǎn)資源，此過程中應用不同勘探方法，加以對應的水文地質(zhì)工作。但其基于水文地質(zhì)基礎勘查，雖盡力將勘查范圍減小，然而由于勘探技術與相關設備不夠先進，即使這些方法應用較為便利，卻無法保障作業(yè)數(shù)據(jù)的準確度，對后續(xù)各項工作的開展十分不利，甚至會造成不必要的人力、財力、物力等資源的浪費。

2.2 傳統(tǒng)技術問題

因為開采時間與環(huán)境的原因，很多傳統(tǒng)勘探技術僅可開展較為單一的水元素勘查，對于一般的地下水勘查工作，其開發(fā)利用技術非常淺顯。對比來講，地下水勘查應保證1個水文年，同時應進行試驗及具體探究圈。然而因為礦產(chǎn)資源是社會能源供應體系中極為重要的組成，其能直接影響社會發(fā)展進程，傳統(tǒng)的地面鉆探、測井、抽水、注水等方式僅能明確部分水文地質(zhì)狀況，針對全礦區(qū)進行開采難度較大。且利用傳統(tǒng)勘查技術操作較為復雜，需進行的步驟較多，如果沒有足夠的耐性和耐心，勘探操作及數(shù)據(jù)處理不夠認真，則難以保證對資源的高效開發(fā)和合理利用。

3 礦井資源開發(fā)意義

眾所周知，礦井內(nèi)資源是一種由于礦產(chǎn)資源本身自生自儲的非常規(guī)貯藏資源，礦產(chǎn)資源是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展應用的重要資源與礦脈伴生、以吸附狀態(tài)儲存于地質(zhì)結(jié)構(gòu)層內(nèi)的自然資源。

近年來人們逐漸認識到礦產(chǎn)資源在能源結(jié)構(gòu)中的意義，對礦井資源的開發(fā)與利用不僅遞補可能源的缺口，而且對于充分利用礦產(chǎn)資源以及從一定程度上改善礦井開采的生產(chǎn)安全條件與環(huán)境具有重要的意義。同時礦產(chǎn)資源開采過程當中的溫室效應約為CO2的21倍，對生態(tài)環(huán)境破壞性極強，在進行礦井開采之前如，果先開采地質(zhì)層，由井下有害氣體造成的礦井爆炸事故將降低70%～80%。

隨著社會的進步和發(fā)展，進入21世紀，人們對于可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略更加重視，為此國家將大力推進開發(fā)和使用礦產(chǎn)資源等新的能源。從戰(zhàn)略角度講，隨著我國經(jīng)濟社會發(fā)展，對資源的需求越來越高，必須減少對常規(guī)資源的依賴。為此，開拓非常規(guī)礦產(chǎn)資源這樣的新能源等的開發(fā)具有重要的戰(zhàn)略意義。因此礦井資源開采在未來我國的資源構(gòu)成中將具有重要的地位，其發(fā)展空間與潛力也將越來越大。另外，礦井資源的開發(fā)不僅提供了新的環(huán)保能源，而且在一定程度上對于降低礦產(chǎn)資源能源開采的生產(chǎn)安全條件具有良好的作用。因此礦井資源的開發(fā)無論對于生產(chǎn)，還是國家戰(zhàn)略方面都具有潛在的，良好的的開發(fā)意義。

山東作為礦產(chǎn)資源大省，有著豐富的礦產(chǎn)資源。主要是晚古生代石炭-二疊系含礦地質(zhì)層。然后由于一些礦產(chǎn)工程區(qū)域得到貯藏，張性斷層發(fā)育，變質(zhì)程度較低，造成礦產(chǎn)資源的含量較低。因而有些學者認為魯西礦區(qū)由于受斷裂破壞和影響，礦產(chǎn)資源己大部分逸散掉，形不成大的資源礦產(chǎn)區(qū)域。這些認識對于一些礦產(chǎn)埋藏淺、構(gòu)造破壞嚴重的礦產(chǎn)來說，可能是正確的，但對于整個山東地區(qū)礦產(chǎn)資源的評價來說，顯然缺乏科學性。由開采資料證實，隨著開采深度的增加，礦井內(nèi)有害氣體涌出量逐漸增大，已構(gòu)成了對礦井安全的威脅，說明在礦體機構(gòu)埋藏深部區(qū)，礦井內(nèi)的有害氣體含量并不低。山東地區(qū)內(nèi)有些礦區(qū)的地質(zhì)礦產(chǎn)資源構(gòu)造容易產(chǎn)生變形、破壞程度低、滲透性好，開發(fā)條件優(yōu)越。

4 礦井礦產(chǎn)資源開發(fā)現(xiàn)狀

中國在20世紀80年代末完成了第一次全國礦井開采資源評價，90年代初開始應用現(xiàn)代礦井開采技術進行礦采資源勘探開發(fā)試驗。華北石油地質(zhì)局在河東地區(qū)礦產(chǎn)區(qū)域內(nèi)進行施工，在7口礦井進行施工，單井最高日產(chǎn)量為7050m3/d（柳礦5井）。1999年初由中聯(lián)公司在潘莊地區(qū)施工的TL-007井日產(chǎn)量達16303m3，是我國第一口日產(chǎn)突破15000m3的高產(chǎn)礦產(chǎn)資源井（孫世清等1999）。

鑒于此，90年代以來，礦產(chǎn)資源、石油、地礦三大部門、有關省市及外國公司廣泛開展了礦井資源的勘探實驗工作。據(jù)統(tǒng)計，中國礦產(chǎn)資源量為32.68×1012m3之間，其分布在不同沉積環(huán)境的含礦地區(qū)，成礦時代等。

華北地區(qū)晚古生代為主要成礦時代。山東地層隸屬于華北地層分區(qū)，石炭-二疊系礦層發(fā)育較好、沉積穩(wěn)定、厚度較大，分布較廣，含氣量高，是勘探開發(fā)礦層結(jié)構(gòu)發(fā)育的重要領域。尤其以太原組礦層相對較穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)相對簡單。山西組礦層沉積穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，厚度也大。這些因素為我省礦層氣的形成奠定了一定的物質(zhì)基礎。

通過對山東主要賦存礦產(chǎn)資源的黃河北礦產(chǎn)產(chǎn)出區(qū)域，章丘礦區(qū)等研究揭示，黃河北礦區(qū)（已勘探區(qū)）礦產(chǎn)資源較為豐富（見表1）（范士彥和李獻水，2002）。

表1 黃河北礦區(qū)（已勘探區(qū)）主要礦井開采礦產(chǎn)資源量計算表

黃河北礦區(qū)（范士彥等，2001），面積約2200km2，地跨東阿、齊河、高唐等7縣區(qū)，礦產(chǎn)資源含量呈現(xiàn)由淺向深逐漸增高的趨勢，具有很大的資源前景。另外根據(jù)相關資料分析，該區(qū)礦產(chǎn)資源結(jié)構(gòu)深部受巖漿巖影響，礦產(chǎn)的變質(zhì)程度相對較高，礦產(chǎn)資源含量要高于其他地區(qū)。有利于進一步勘探開發(fā)利用。

淄博礦區(qū)，該區(qū)位于淄博市，東跨青州市，西以禹王山斷層與章丘礦區(qū)分界，東為西營～高柳斷層為界，南部為礦層露頭，北部到齊廣斷裂，面積1500km2，經(jīng)估算礦產(chǎn)資源量為204.94×108m3。淄博礦區(qū)深部以貧礦，含氣量會更高，因此淄博礦區(qū)深部是礦井資源重要開發(fā)區(qū)域。章丘礦區(qū)，地跨歷城章丘等4縣區(qū)，經(jīng)估算礦井開采資源量為171.52×108m3。通過分析揭示山東省各礦區(qū)內(nèi)有害氣體含量（表2）（范士彥等1999）。

表2 山東省各礦區(qū)有害氣體含量

5 礦井資源勘探開發(fā)遠景

國家對礦井資源的開發(fā)利用工作十分重視。在1999年由國土資源部、國家計委等5部、委聯(lián)合下發(fā)的《礦產(chǎn)資源儲量評審認定辦法》文件中，將礦產(chǎn)資源與石油、天然氣和放射性礦產(chǎn)列為國家統(tǒng)一管理的礦種。自20世紀80年代以來，國家在礦產(chǎn)資源管理、產(chǎn)業(yè)政策、資源綜合利用、價格政策以及對外合作勘探開發(fā)等方面先后制定并實施了一系列措施和優(yōu)惠政策，從而對礦產(chǎn)資源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了良好的促進作用。

礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用意義重大，其不僅可以提高井下氣體事故防范水平，有效控制節(jié)能減排，產(chǎn)生良好的環(huán)境保護效應，而且可以作為一種高效、潔凈能源。隨著山東經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，對能源的需求也越來越重要。這就加速了對新能源的勘探開發(fā)利用程度。

通過對華北地區(qū)石炭—二疊系礦產(chǎn)資源量的基本地質(zhì)條件及影響因素綜合分析認為，該區(qū)礦層沉積較穩(wěn)定，厚度較大，礦產(chǎn)資源類型較好，其直接頂板蓋層好，演化變質(zhì)程度相對較高，上覆有效地層厚度較大的含礦區(qū)，更加有利于礦產(chǎn)資源的生成和保存，礦產(chǎn)資源量高。山東石炭-二疊系的太原組、山西組礦層分別主要形成了濱海沼澤和三角洲平原沼澤環(huán)境，沉積環(huán)境相對穩(wěn)定，厚度大，有利于生成礦層氣的物質(zhì)基礎（王偉等1999）。

由于山東各個礦區(qū)礦井的有害氣體相對涌出量多數(shù)小于4m3/t，淄博，新汶等礦區(qū)是開采多年的老礦區(qū)，結(jié)合地質(zhì)情況，這些區(qū)域礦層氣含量相對較少。黃河北礦區(qū)僅趙官井田和長清井田礦層儲備量563.6Mm，從該礦區(qū)礦層資源量的初步估算可知，礦產(chǎn)總資源量為1608.4836億m3，礦井內(nèi)礦產(chǎn)資源潛力很大。通過將該區(qū)預測資源區(qū)與推測資源區(qū)結(jié)合實際地質(zhì)情況，結(jié)合在山東地區(qū)黃河北煤田、章丘、淄博等礦區(qū)的礦產(chǎn)資源賦存情況來看，在這些礦區(qū)的深部可作為今后勘探開發(fā)礦產(chǎn)資源的的重要區(qū)域。

在今后礦產(chǎn)資源勘探開發(fā)過程中，要注意礦產(chǎn)資源的勘探與開發(fā)工作，在魯西地區(qū)的一些礦區(qū)，比如汶上-寧陽等預測區(qū)，主要是考慮山東晚古生代石炭-二疊系含煤地層之上石盒子組的保存情況，若以上賦存地層較為完整，尤其是侏羅、第三系等地層均有沉積的地方，也可有利于礦產(chǎn)資源的開采與賦存。

6 結(jié)論

（1）山東地區(qū)礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造情況復雜，礦體結(jié)構(gòu)的形成了經(jīng)歷了多期構(gòu)造特點，導致礦產(chǎn)資源的富集狀態(tài)呈現(xiàn)區(qū)域性變化較大。山東省礦產(chǎn)資源主要賦存時代為晚古生代，由海相到海陸交互相再到陸相轉(zhuǎn)化過程的石炭二疊系中，區(qū)域上主要在沂沭斷裂帶以西地區(qū)。

（2）山東省地區(qū)礦產(chǎn)資源結(jié)構(gòu)主要為晚古生代石炭-二疊系太原組、山西組含煤地層。經(jīng)分析黃河北礦區(qū)礦層絕大部分以吸附狀態(tài)存在于礦層微孔隙之中。該區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源含量由東南向西北逐漸增高。

（3）山東省大多數(shù)礦區(qū)礦產(chǎn)資源含量小于4m3/t，通過對山東地區(qū)晚古生代石炭二疊及含礦層地質(zhì)情況特征進行分析，揭示山東礦產(chǎn)資源主要集中在黃河北礦區(qū)深部區(qū)域。