魚卡礦區(qū)三井田煤層對比研究

李志興

（寧夏回族自治區(qū)煤炭地質(zhì)局，寧夏銀川 750000）

青海省魚卡礦區(qū)三井田位于魚卡煤田東部，介于南側(cè)的綠梁山與北側(cè)的達(dá)肯大坂隆起之間，屬柴北緣殘山斷褶帶的一部分。20世紀(jì)80年代開始，煤炭、石油、地礦等不同行業(yè)的地質(zhì)學(xué)者對該區(qū)地層進(jìn)行研究[1-4]，井田晚奧陶世有活動(dòng)型沉積出現(xiàn)構(gòu)成基底，中生代地層發(fā)育，間有新生代沉積，是一個(gè)典型的多旋回復(fù)合型造山帶地層分布區(qū)。井田大煤溝組一段以發(fā)育沖積扇—河流相沉積為特征，大煤溝組二段、石門溝組一段以三角洲沉積相為特征，石門溝組二段以深—半深湖沉積相為特征[5]，巖相和古地理環(huán)境復(fù)雜。區(qū)內(nèi)煤層層數(shù)多、厚度變化巨大且無明顯規(guī)律，夾矸層數(shù)多，煤層穩(wěn)定性差，煤層對比依據(jù)缺乏、存在多解等難點(diǎn)，直接影響煤層正確評價(jià)及資源/儲(chǔ)量估算結(jié)果的可靠性。采用多種方法進(jìn)行煤層（組）對比[6-10]，提高煤層對比的可靠程度，這對于勘探生產(chǎn)保障和煤礦資源合理開發(fā)具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 地質(zhì)概況

井田地層由老至新發(fā)育有：奧陶系灘間山群（O3Tj）；侏羅系中統(tǒng)大煤溝組（J2d）、石門溝組（J2s）、侏羅系上統(tǒng)采石嶺組（J3c）、紅水溝組（J3h）；古近系古—始新統(tǒng)路樂河組（E1-2l）及第四系（Q）。

井田總體構(gòu)造形態(tài)為一走向近東西、向西傾伏的背斜構(gòu)造即北山背斜，靠近軸部地層傾角大，向南北兩側(cè)地層傾角逐漸變??；并伴生有一組走向近東西向的逆推斷層和一組近南北向的逆斷層，并且斷裂構(gòu)造破壞了褶曲構(gòu)造的完整性，屬中等偏復(fù)雜構(gòu)造。

井田含煤地層為侏羅系石門溝組含煤段（J2s1）和大煤溝組含煤段（J2d2），地層平均厚度550.41m，含編號(hào)煤層7層（組），有編號(hào)煤層共21層，自上而下依次為M1、M2、M3、M4、M5-1、M5-2、M6-1、M6-2、M6-3、M6-4、M6-5、M6-6、M7-1、M7-2、M7-3、M7-4、M7-5、M7-6、M7-7、M7-8、M7-9，煤層平均總厚度為39.84m，總含煤系數(shù)為7.24%。其中：M1、M2、M3、M4 為不可采煤層，M5、M6、M7為可分層對比的復(fù)煤層組，經(jīng)巖煤層對比，M5 煤層（組）分為2 個(gè)煤分層，自上而下依次為M5-1、M5-2；M6 煤層（組）分為6 個(gè)煤分層，自上而下依次為M6-1、M6-2、M6-3、M6-4、M6-5、M6-6；M7 煤層（組）分為9個(gè)煤分層，自上而下依次為M7-1、M7-2、M7-3、M7-4、M7-5、M7-6、M7-7、M7-8、M7-9。其中可采煤層6層，不可采煤層15層（見表1）。

表1 含煤性系數(shù)表

2 煤層對比

2.1 標(biāo)志層對比法

（1）M7煤層下伏古老變質(zhì)巖地層。區(qū)域上侏羅系沉積基底為上奧陶統(tǒng)灘間山群，它與侏羅系含煤地層之間普遍有一個(gè)古風(fēng)化殼，巖石組成主要以絹云母化、綠泥石化、高嶺土化、赤鐵礦化的砂泥巖為主，色調(diào)上以淺色的灰白、淺灰綠及灰褐色為特征，M7 煤層是其上沉積的第一層煤層組。井田內(nèi)東部有ZK48-1 鉆孔見到了含煤地層老底，其上近500m 厚細(xì)、中礫巖之上才為M7 煤層，其它地段鉆孔以控制M7 煤層以下也有200m 以上的粗粒砂巖等粗碎屑巖沉積。M7 煤層之下地層厚度巨大，表明在M7 煤層沉積之前，三井田處于地形相對低洼處，沉積速度較大，M7 煤層及其中侏羅統(tǒng)下含煤段沉積是在凹凸不平的古風(fēng)化殼上的一個(gè)填平補(bǔ)齊作用，造成可采煤層結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。

（2）大煤溝組含煤巖段上部砂（泥）巖段。本段以一套較穩(wěn)定的灰—灰白色中厚層狀粗粒長石石英砂巖夾有細(xì)碎屑巖及煤層組（M6）為特征，層位穩(wěn)定、厚度大、含有小型斜層理、波紋層理及植物莖桿化石為判層依據(jù)，其下有M7煤組，上覆有M5煤組，其中含M6煤組。

（3）石門溝組上部砂頁巖段。該段以棕褐、深灰色頁巖為主，下部以薄層狀灰色泥巖粉砂質(zhì)泥巖為主，水平層理發(fā)育，風(fēng)化后呈薄片狀，含有一層瓣鰓類化石層位。其下出現(xiàn)的M1煤層，對比性較強(qiáng)。

2.2 沉積旋回及巖性與煤層組合關(guān)系法

建立高分辨率層序地層與旋回地層相結(jié)合的地層劃分方法，上侏羅統(tǒng)均劃分出6 個(gè)長期旋回（LSC1-LSC6）和12個(gè)中期旋回（MSC1-MSC12）（表2）。

表2 魚卡礦區(qū)三井田侏羅紀(jì)層序地層劃分表

井田含煤地層自下而上共識(shí)別出5個(gè)層序界面，可劃分出4 個(gè)長期基準(zhǔn)面旋回LSC1-LSC4 層序，即大煤溝組砂礫巖段（J2d1）、大煤溝組含煤段（J2d2）、石門溝組含煤段（J2s1）、石門溝組砂頁巖段（J2s2）。

井田內(nèi)中侏羅統(tǒng)主要在MSC3、MSC4、MSC5 中期基準(zhǔn)面旋回中聚煤。

MSC3：為大煤溝組下部，層序頂?shù)捉缑婢鶠闆_刷侵蝕面。上升半旋回由辮狀河洼地和泥炭沼澤微相，由灰色、深灰色的泥巖和煤組成，泥炭沼澤發(fā)育了M7煤層組，下降半旋回為天然堤和泥炭沼澤的灰色、深灰色粉砂巖和煤。

MSC4：為大煤溝組中上部，層序頂?shù)捉缑婢鶠闆_刷侵蝕面。上升半旋回主要發(fā)育心灘、天然堤、泛濫平原以及泥炭沼澤微相，由灰色、深灰色中厚層狀粗粒砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、灰色、深灰色泥巖以及煤組成，泥炭沼澤發(fā)育了M6煤層組。下降半旋回由心灘、天然堤以及泛濫平原微相組成。

MSC5：為石門溝組含煤段，層序底界面為巖性、巖相轉(zhuǎn)換面，頂界面為整合面。上升半旋回由天然堤、泛濫平原、泥炭沼澤微相組成，下降半旋回主要由天然堤和泛濫平原微相組成。由于所處層序格架不一樣，M5煤層組無論是厚度、還是平面分布穩(wěn)定性均較M7煤層組差。從大煤溝組一段至石門溝組二段為湖平面逐漸上升的過程，MSC5 中期旋回較MSC3 中期旋回沉積期水體深，造成該時(shí)期成煤時(shí)間短，同時(shí)，高水位對成煤物質(zhì)的抑制作用，使得成煤物質(zhì)減少，因而聚煤作用較M7成煤期差。

2.3 煤層層間距及底板標(biāo)高逐點(diǎn)追索法

井田內(nèi)大部分見煤鉆孔地層層序正常，各可采煤層的間距因沉積環(huán)境的差異而不同，呈現(xiàn)出漸變關(guān)系，有規(guī)律可尋。通過煤層特征可以看出，主采煤層間距變化不大，煤層間距或主要煤層的間距橫向上均具對比性。M7和M6之間、M6和M5的間距比較大，其次為M2和M3的間距，M3和M4距離較小。

2.4 地球物理特征對比法

以ZK36-12 的典型物性剖面作為基準(zhǔn)剖面，由下到上劃分：M7 煤組含煤段、B2-M7 上部粗粒砂巖體標(biāo)志層、M6含煤段、M6上部砂（泥）巖段、M5含煤段、B1-M5上部粗砂巖標(biāo)志層，井田測井曲線煤（巖）層對比沿走向、傾向逐孔、逐層對比全過程均以此為基本模型，典型物性剖面特征分述如下：

（1）M7 煤層含煤段：本層煤結(jié)構(gòu)屬復(fù)雜—極復(fù)雜型，自然伽馬群峰值包絡(luò)體呈塊型，為互層組合型，反映了沉積環(huán)境頻繁變化而形成泥巖、炭質(zhì)泥巖、煤互層。這個(gè)過程持續(xù)時(shí)間比較長，這種特征類型全區(qū)普遍發(fā)育，但它在層段內(nèi)成煤的層數(shù)與后代變化時(shí)較大的，有的甚至沒有煤層沉積而層段特征還是明顯多變的，如41勘查線以東的鉆孔。

（2）B2：本段為灰色厚層狀粗粒長石砂巖、長石石英巖、含礫粗砂巖組成的單一巖體。總體形態(tài)呈頂?shù)捉缑鎶A石漸變光滑堰型，底部漸變反映了砂層堆積速度越來越快，頂部漸變則為沉積物源逐漸減少直至中斷，曲線高幅值平滑說明組成砂巖體巖屑比較均勻、礦物成分單一，自然電位明顯負(fù)異常、低視電阻率顯示巖體孔隙度大并有高礦化度地層水充填。

（3）M6煤層段：本含煤段沉積持續(xù)時(shí)間長，井田范圍內(nèi)38勘查線以東結(jié)構(gòu)比較簡單，沉積厚度比較薄，一般在20～30m 范圍內(nèi)，以西結(jié)構(gòu)極復(fù)雜，夾石層數(shù)高度18層，沉積厚度一般在50m，曲線形態(tài)分為兩類。一類是結(jié)構(gòu)簡單的，自然伽馬低異常、自然電位相對負(fù)異常均為較規(guī)則的塊型，與其頂、底部巖段物性有較大差異；二類是結(jié)構(gòu)復(fù)雜型，整個(gè)巖段各種物性參數(shù)顯示其沉積剖面主要由煤層、炭質(zhì)泥巖、粉砂巖、泥巖及薄層砂巖組合。本巖段的下部是沼澤及泥炭沼澤穩(wěn)定發(fā)育的段。M6煤層段的主要厚煤層沉積此段部位（在其以上由于沉積相變化頻繁），為炭質(zhì)泥巖（泥巖）、薄煤層交互層。曲線形態(tài)自然電位為大臺(tái)階型，即下部厚煤層部位負(fù)異常幅值大，上部煤與炭質(zhì)泥巖薄互層相負(fù)異常幅值低，視電阻率群脈中鋒包絡(luò)線形態(tài)。

（4）M6上部砂（泥）巖段：本段由厚度不等的粗、中粒砂巖中間夾有薄層泥巖、粉砂巖和煤線，由自然電位和自然伽馬合成組合形態(tài)特征是比較典型的河流相沉積曲線特征，它是有四個(gè)粗—中—細(xì)—粉砂巖正反相序旋回組成的，每個(gè)旋回底部正對粗砂巖自然伽馬曲線幅值最低，往上巖性由粗到中至細(xì)過渡，自然伽馬曲線幅值逐漸增大，直到下一個(gè)相序的開始，這種垂直層序在本巖段重復(fù)出現(xiàn)形成多階結(jié)構(gòu)。

（5）M5含煤段：本段是井田含煤系第Ⅲ旋回上部，B1 粗砂巖體下部由湖泊、沼澤、泥炭沼澤環(huán)境由粉砂巖、泥巖、煤層組成。井田內(nèi)主要可采煤層賦存在此層段內(nèi)，其厚煤層群峰包絡(luò)體為塊體特征，其中參差不齊的齒狀曲線是間歇性相間沉積特征。段內(nèi)下部的薄煤層（薄互層煤）自然伽馬都是不規(guī)則群峰與上、下部為砂巖體和多層砂巖疊加體物性有較大區(qū)分。

（6）B1：本段沉積環(huán)境與B2 上部粗砂巖體相似即視電阻率與密度兩種參數(shù)對應(yīng)此段為近平行的兩條直線。

3 煤層（組）對比結(jié)果

M5 煤層組位于石門溝組含煤段底部，分為2 個(gè)煤分層，M5-2 是該含煤段最下面的一層可采煤層，對比結(jié)果為比較可靠煤層（見圖1）。

圖1 M5煤層分層對比格架圖

M6煤層、M7煤層組厚度大，夾矸層數(shù)多且夾矸厚度和巖性變化大，煤分層多，無法對各個(gè)自然煤分層逐一進(jìn)行對比，選取分層標(biāo)志較明顯的鉆孔建立M6 煤層、M7 煤層組分層對比格架，然后以這些鉆孔見煤點(diǎn)的煤分層結(jié)構(gòu)特征及煤層間距為基準(zhǔn)，對相鄰鉆孔進(jìn)行分層對比，依次類推，完成全區(qū)M6 煤層、M7 煤層分層對比。

M6 煤層組分為6 個(gè)煤分層，除M6-6 為可采煤層外，其它煤分層均為不穩(wěn)定煤層，底板發(fā)育粗粒碎屑巖，為M6組聚煤期結(jié)束的標(biāo)志。對比結(jié)果為對比較可靠煤層（見圖2）。

圖2 M6煤層分層對比格架圖

M7 煤中M7-6、M7-7、M7-8 分層上部其它煤分層均為不穩(wěn)定煤層，局部存在煤層厚度、結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化或尖滅的情況，煤層對比相對比較困難，不排除個(gè)別見煤點(diǎn)煤層串層，對比結(jié)果為對比較可靠煤層；M7-9分層底板與M7 煤層組底板一致，為對比可靠煤層（見圖3）。

圖3 M7煤層分層對比格架圖

4 結(jié)論

本文通過采用標(biāo)志層、地球物理特征、層間距及煤層結(jié)構(gòu)特征、輔以巖相旋回多種對比方法對三井田進(jìn)行煤層（組）對比，確定了石門溝組（M1、M2、M3、M4、M5-1、M5-2）和大煤溝組（M6-1、M6-2、M6-3、M6-4、M6-5、M6-6、M7-1、M7-2、M7-3、M7-4、M7-5、M7-6、M7-7、M7-8、M7-9）含煤地層及煤層，對比結(jié)果基本可靠。