貴州金沙縣化覺背斜煤礦地質(zhì)特征及煤層對比研究

陳云明，李剛成 ，楊發(fā)素

(1.貴州省地礦局一〇二地質(zhì)大隊，貴州 遵義 563003 ；2.貴州匯都地礦集團有限公司，貴州，遵義，563000)

金沙縣是貴州省重要儲煤、產(chǎn)煤區(qū)，屬黔北煤田，勘查開發(fā)歷史悠久，金沙南部化覺一帶煤炭資源稟賦條件較好[1～5]。2005年以來，化覺背斜區(qū)域分別開展了化覺井田及其南、北段煤炭地質(zhì)勘探工作，已建成永晟、硫磺坡、大運等大中型礦井[3～5]。化覺背斜煤礦區(qū)范圍較廣，為相對獨立的構(gòu)造單元，以往因礦權(quán)設(shè)置等原因?qū)⒒X背斜區(qū)劃分為多個區(qū)塊進行勘查，開展過部分研究工作[3～7]，尚未對整個背斜區(qū)煤礦地質(zhì)特征及煤層對比開展過研究，本文以化覺背斜區(qū)為對象，總結(jié)該區(qū)煤礦地質(zhì)特征并進行煤層對比研究，為區(qū)域煤礦地質(zhì)勘查及開發(fā)利用提供技術(shù)支撐。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

化覺背斜地區(qū)大地構(gòu)造位置為上揚子陸塊，鄂湘渝前陸褶皺沖斷帶，黔北隆起區(qū)，畢節(jié)-桐梓北東向變形區(qū)，屬揚子成礦省，鄂湘渝前陸褶皺沖斷帶西段Pb-Zn-Cu-Ag-Fe-Mn-Hg-Sb-磷-鋁土礦-硫鐵礦-煤-煤層氣-頁巖氣成礦帶，黔北隆起Mn-Hg-鋁土礦-磷-煤-煤層氣-頁巖氣-Ni-Mo-Pb-Zn成礦帶，畢節(jié)-桐梓Mn-Ni-Mo-Pb-Zn-Hg-Cu-硫鐵礦-磷-鋁土礦-煤-煤層氣-頁巖氣成礦亞帶[6]。區(qū)內(nèi)各構(gòu)造輪廓定型于燕山期，構(gòu)造形跡表現(xiàn)主要為北北東向褶皺和斷裂帶。主要褶皺有安底背斜、花苗溝向斜、耳海背斜、高坪復(fù)式向斜、化覺背斜[1，3～5]?；X背斜發(fā)育于金沙長壩南部-高坪-化覺-鴨池河一線，呈北北東向展布，高坪一帶為寬緩向斜，向南分岔成寬緩復(fù)式向斜，傾角5°～15°，沿煤層露頭局部受斷層影響，傾角達80°。區(qū)內(nèi)出露二疊系中統(tǒng)茅口組(P2m)、上統(tǒng)龍?zhí)督M(P3l)、長興組(P3c)，三疊系下統(tǒng)夜郎組(T1y)、茅草鋪組(T1m)，中統(tǒng)松子坎組(T2s)、獅子山組(T2sh)、上統(tǒng)二橋組(T3e)，侏羅系中下統(tǒng)自流井群(J1～2zl)及第四系(Q)。其中，龍?zhí)督M(P3l)為區(qū)內(nèi)含煤巖系，厚123.88m～172.20m，平均厚147.75m，厚度總體穩(wěn)定。由淺灰、深灰、灰黑色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、細砂巖、粉砂巖、灰?guī)r及泥質(zhì)灰?guī)r、鋁土質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖及煤層(線)等組成，為一套海陸交互相沉積組合。產(chǎn)腕足類動物化石及櫛葉羊齒、櫛羊齒、大羽羊齒等植物化石，多以碎片形式存在，較完整者保存的化石甚少[3-5]。

2 煤 層

2.1 含煤性

區(qū)內(nèi)煤層及煤線多，可采煤層含煤率高。含煤層6～15層，一般8～12層，自上而下可對比煤層為M5、M6、M7、M8、M9、M10、M11、M12，其余煤線連續(xù)性差。煤層及煤線總厚4.86m～14.87m，平均9.48m，含煤率6.41%?？刹擅簩訛镸6、M8、M11、M12，鉆探工程一般見可采煤層2～7層，厚3.24m～13.15m，平均厚6.79m，含煤地層含可采煤率平均4.59%?？刹擅赫济簩蛹懊壕€總厚的71%[3～5]。表1。

圖1 金沙化覺背斜區(qū)地質(zhì)簡圖

表1 化覺井田含煤地層含煤性統(tǒng)計表

2.2 可采煤層

區(qū)內(nèi)穩(wěn)定可采煤層M8、M12，較穩(wěn)定大部可采煤層M6、M11，見表2。

表2 化覺背斜各煤層見煤情況表

(1)M6煤層：位于P3l上部，上距P3c底界15.50m～39.23m，下距M8煤頂界平均22.05m。揭露煤層127個鉆孔，117個見煤點，其中可采工程73個，點狀可采率57.48%，煤層厚0.09m～3.51m，平均1.14m。含泥巖夾矸0～2層，一般含夾矸1層，結(jié)構(gòu)簡單-復(fù)雜煤層。頂板以粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖。底板粘土巖，含炭質(zhì)泥巖，產(chǎn)植物碎片。

(2)M8煤層：主要可采煤層。位于P3l上部，下距M9頂界21.39m～41.66m，平均32.20m。區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定可采，揭露煤層124個鉆孔全部可采。厚0.86m～5.65m，平均2.63m，煤層沿走向、傾斜方向、深部、淺部厚度變化無明顯規(guī)律。煤層結(jié)構(gòu)簡單，僅個別鉆孔見1～2層炭質(zhì)泥巖夾矸。頂板泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖；底板泥巖、粘土巖，產(chǎn)植物碎片。

(3)M11煤層：位于P3l下部，上距B4底界0 m～8.62m，下距M12頂界18.67m～36.20m，平均27.22m。揭露煤層126個鉆孔，123個見煤點，可采工程97個，點狀可采率76.98%，煤層厚0.10m～2.81m，平均1.02m。為大部可采較穩(wěn)定的薄煤層。多數(shù)不含夾矸，部分含粘土巖或炭質(zhì)泥巖夾矸1層～2層，為結(jié)構(gòu)簡單煤層。頂板粉砂質(zhì)泥巖，含較多鈣質(zhì)結(jié)核，產(chǎn)個體完整的動物化石，底板泥巖、含炭質(zhì)、含粉砂質(zhì)粘土巖，個別點為炭質(zhì)泥巖。

(4)M12煤層：可采穩(wěn)定的中厚煤層。位于P3l底部，頂界與B5標(biāo)志層直接接觸，少數(shù)鉆孔與B5層間夾0.43m～3.36m厚泥巖；下距P3l與P2m分界1.42m～12.37m。揭露煤層127個鉆孔，126個見煤點，可采工程122個，點狀可采率96.06%，煤層厚0.55m～4.92m。含粘土巖或炭質(zhì)泥巖夾矸0層～4層，一般1層～2層，少數(shù)不含夾矸，屬結(jié)構(gòu)復(fù)雜煤層。頂板中厚層狀微-細晶生物灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，底板泥(粉砂)巖夾煤線或炭質(zhì)泥巖及含黃鐵礦粘土巖。

2.3 煤質(zhì)特征

(1)煤的物理性質(zhì)及煤巖特征：可采煤層以半亮型中-細條帶碎粒狀為主，少量塊狀及碎塊狀，夾絲煤透鏡體，薄膜狀方解石充填裂隙。煤巖組分由有機組分及無機組分構(gòu)成。有機組分為鏡質(zhì)組及惰質(zhì)組，鏡質(zhì)組多為基質(zhì)鏡質(zhì)體、均質(zhì)鏡質(zhì)體，少量結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體、碎屑鏡質(zhì)體，偶見團塊鏡質(zhì)體，惰質(zhì)組多見半絲質(zhì)體、氧化絲質(zhì)體，次為碎屑絲質(zhì)體，少量微粒體，并見分泌體，偶見粗粒體。無機組分主要以黃鐵礦為主，石英次之，部分方解石與粘土礦物。各煤層鏡煤反射率(R°max%)為2.51(40)～3.14(40)，顯微硬度(HvN/mm2)3.07(20)～3.36(20)，變質(zhì)程度為無煙煤Ⅱ1階段。

表3 化覺背斜區(qū)煤質(zhì)特征統(tǒng)計表

(2)煤的化學(xué)性質(zhì)：各煤層煤質(zhì)指標(biāo)總體穩(wěn)定?；曳值燃壱缘突覟橹鳎琈11煤為中灰煤。從單點看，各煤層全硫含量從低硫到高硫均有，從全硫含量主要范圍和平均值來看，M8煤為中硫煤、M6、M12為中高硫煤，M11煤為高硫煤。各煤層發(fā)熱量均較高，M11煤為中高發(fā)熱量煤，M6、M8、M12煤層為高發(fā)熱量煤。各煤層主要煤質(zhì)指標(biāo)見表3。

3 可采煤層對比研究

煤層對比的方法較為成熟，一般根據(jù)含煤巖系的沉積序列、沉積環(huán)境及巖性組合特征，各煤層的賦存狀態(tài)及煤自身的特點，采用標(biāo)志層、煤層層位及層間距、測井曲線特征、煤層自身特征等方法對比[7-10]。

3.1 標(biāo)志層法

借助煤系地層中有一定層位并沿走向、傾向分布穩(wěn)定的特殊巖性層(標(biāo)志層)，用以確定煤層的層序及空間關(guān)系進行對比的方法，井田自上而下建立了6個標(biāo)志層，見圖2。

圖2 金沙化覺背斜區(qū)煤層對比圖

(1)B1標(biāo)志層：位于P3l上部，上距P3c底界3.08m～24.71m，平均12.49m；主要為深灰色中厚層狀微-細晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，局部偶夾泥巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，地表風(fēng)化后呈褐黃灰色，產(chǎn)生物化石。下距M5煤層頂界平均3.80m。B1厚0.52m～10.92m，平均厚3.80m。地表及深部容易判別，全區(qū)穩(wěn)定。為判斷進入煤系的標(biāo)志和M5煤層的見煤標(biāo)志。

(2)B2標(biāo)志層：位于P3l中上部，上距M8煤層底界5.42m～23.44m，平均14.14m；下距B3頂界平均10.33m。B2厚2.56m～6.78m，平均4.31m。由一套深灰色中厚層狀細晶灰?guī)r及少量泥質(zhì)灰?guī)r組成，個別點偶夾粉砂質(zhì)泥巖。為判斷M9的參考標(biāo)志層。

(3)B3標(biāo)志層：位于P3l中部，上距B2底界10.33m。下距M9頂界0～3.86m，是M9煤層的直接頂板。B3厚0.25m～8.31m，平均3.31m。由一套深灰色中厚層狀細晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r組成，局部含硅質(zhì)結(jié)核及條帶，地表風(fēng)化后形成陡坎，產(chǎn)生物化石碎片。是區(qū)別M8煤與M9煤的重要可靠標(biāo)志。

(4)B4標(biāo)志層：位于P3l下部，上距B3底界7.41m～33.26m，平均20.42m。下距M11煤0～8.62m，平均2.46m。B4厚0.64m～9.06m，平均4.28m。由灰-深灰色薄-中層狀細晶灰?guī)r，偶夾泥巖，產(chǎn)生物化石。地表風(fēng)化后形成小陡坎，地表及深部容易判別，全區(qū)穩(wěn)定。B4標(biāo)志層是M11煤的準(zhǔn)確可靠標(biāo)志。

(5)B5標(biāo)志層：位于P3l下部，上距B4底界14.24m～37.01m，平均27.30m，多數(shù)工程底界與M12煤直接接觸。為深灰色中厚層狀細晶生物碎屑灰?guī)r，上部偶夾泥巖，含較多黃鐵礦結(jié)核。B5厚0.37m ～8.15m，平均厚3.33m。為M12煤直接頂板，是M12煤的可靠標(biāo)志。

(6)B6標(biāo)志層：位于P3l底部，為淺灰色含黃鐵礦粘土巖，局部富集形成粘土質(zhì)硫鐵礦。上部顏色較深，含炭質(zhì)，局部具鮞粒結(jié)構(gòu)，厚0.20m～8.07m，平均厚2.81m，全區(qū)穩(wěn)定，為M12煤層底板，同時又是確定煤系地層結(jié)束的標(biāo)志層，其下為煤系地層底界，是確定M12煤層及煤系地層結(jié)束的可靠標(biāo)志層。

3.2 層間距法

沉積盆地一定范圍內(nèi)同一時間段(兩成煤時期之間)形成的沉積物厚度大致相同，即兩煤層之間的層間距大體相同。區(qū)域內(nèi)煤層之間，煤層與含煤巖系頂?shù)捉缰g的層間距相對穩(wěn)定，可以確定含煤地層中各煤層的層位和相對關(guān)系。見表4。

表4 煤層層間距統(tǒng)計表

3.3 煤層的測井曲線特征對比法

煤層的測井曲線是煤層物質(zhì)組成在垂向上變化特征的反映，同一層煤物質(zhì)組成及其變化應(yīng)是相同或相似的，因此其測井曲線特征應(yīng)具相同或相似。據(jù)此原理，以測井曲線及其變化特征區(qū)別不同煤層及識別同一煤層，是一種較可靠的煤層對比依據(jù)。區(qū)內(nèi)各巖性測井曲線特征為：一般煤層具有高電阻率、極高伽瑪伽瑪、低自然伽瑪特征，井田M11有別于其它煤層具有特殊性；石灰?guī)r具有極高電阻率、極低自然伽瑪特征；砂巖、粉砂巖電阻率相對泥巖稍高、自然伽瑪相對泥巖稍低；泥巖電阻率相對砂巖稍低，自然伽瑪相對砂巖稍高；炭質(zhì)泥巖電阻率相對砂巖稍低，自然伽瑪相對砂巖稍高。

(1)地質(zhì)界線對比：不同巖性地層視電阻率區(qū)別較大，區(qū)內(nèi)石灰?guī)r視電阻率明顯高于碎屑巖，利用石灰?guī)r視電阻率高的參數(shù)特征可以清晰劃分P3c/P3l、P3l/T1m地質(zhì)界線。

(2)標(biāo)志層(WB)對比：結(jié)合地質(zhì)特征，選擇WB1-WB4等4層標(biāo)志層，各層視電阻率、天然放射性明顯，易于區(qū)分對比。WB1是M9煤層之上的石灰?guī)r，與M9煤層相隔一層薄層泥巖，WB2為M10-M11煤層之間的灰?guī)r，WB1、WB2視電阻率、天然放射性曲線特征明顯；WB3為M11煤層，除了與其它煤層共同的物性特征外，天然放射性為正峰反映，其峰值全區(qū)最高，曲線形態(tài)呈單峰異常，特征明顯；WB4為M12煤層底部含黃鐵礦粘土巖，天然放射性較高，組合特征明顯，曲線形態(tài)呈多峰異常，大體呈三個相對高峰、兩個相對低峰。

(3)煤層物性對比：M8煤層全區(qū)穩(wěn)定可采，煤層結(jié)構(gòu)單一，天然放射性、視電阻率、人工放射性、聲波時差四種參數(shù)反映明顯，頂?shù)捉缑娑钢?圖3)；M9煤層局部含一層炭質(zhì)泥巖夾矸，結(jié)構(gòu)簡單，視電阻率曲線多呈一大一小的母子峰，一高兩二低的山字峰，天然放射性曲線在夾矸處正峰明顯；M10煤層和M11煤層，多數(shù)不含夾矸，結(jié)構(gòu)簡單，天然放射性、電阻率、人工放射性、聲波時差四種參數(shù)反映明顯；M12煤層含炭質(zhì)泥巖0～3層，結(jié)構(gòu)較簡單，天然放射性反映較高、天然放射性、電阻率人工放射性、聲波時差四種參數(shù)反映明顯。

圖3 金沙化覺背斜區(qū)M8物性特征曲線

3.4 煤層自身特征對比法

各煤層具有較為獨特的自身特征。從煤層含硫特征來看，區(qū)內(nèi)可采煤層中，M8為低硫煤層，M6、M12為中高硫煤層，M11為高硫煤層，根據(jù)硫分含量很容易區(qū)分M8和M11煤層。從煤層結(jié)構(gòu)看，M6煤層局部含一層炭質(zhì)泥巖夾矸，M8煤層不含夾矸，M11局部含一層炭質(zhì)泥巖夾矸，M12煤層多數(shù)含零至一層炭質(zhì)泥巖夾矸，根據(jù)煤層結(jié)構(gòu)，能明顯區(qū)分M8和M12煤層。從煤層頂?shù)装鍘r性組合特征來看，M6、M8煤層頂?shù)装宥酁樗樾紟r，B4、B5灰?guī)r標(biāo)志層是M11、M12的直接頂板，M12底板是B6標(biāo)志層，其特征非常明顯，利用各煤層頂?shù)装鍘r性能較準(zhǔn)確對比各煤層。

3.5 煤層對比的可靠性

本區(qū)內(nèi)標(biāo)志層6層，可對比煤層8層。標(biāo)志層和煤層在煤系中分布較為均勻，特征十分明顯，煤層與標(biāo)志層間距及煤層之間的間距較穩(wěn)定，可采煤層特征顯著，測井曲線特征明顯。對比結(jié)果可作為區(qū)域煤礦勘查與開發(fā)利用的地質(zhì)依據(jù)。

4 結(jié) 論

金沙化覺背斜區(qū)域內(nèi)，地質(zhì)構(gòu)造簡單，晚二疊世含煤地層(p3l)分布廣泛，厚度穩(wěn)定，區(qū)內(nèi)具有較好的成煤聚煤環(huán)境，含煤地層含煤性穩(wěn)定，各煤層易于對比，各煤層煤質(zhì)較好。區(qū)內(nèi)已探明煤炭資源量3億噸以上，建議下一步統(tǒng)籌規(guī)范煤炭資源開發(fā)，將資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)為經(jīng)濟優(yōu)勢。