浚县新镇一带煤系地层地质构造及其勘查方法研究∗

张 琳 张慧利 杜婉怡 景喜林

(河南省航空物探遥感中心,河南省郑州市,450053)

★煤炭科技·地质与勘探★

浚县新镇一带煤系地层地质构造及其勘查方法研究∗

张 琳 张慧利 杜婉怡 景喜林

(河南省航空物探遥感中心,河南省郑州市,450053)

分析了新镇一带煤系地层地质构造特征,并对二维地震勘探及地质钻探相结合的勘查方法及效果进行研究,分析了二维地震的数据采集、处理、解释及依据地震资料优化钻孔,从而说明这种勘查方法对该区找煤的适用性.通过该区成功找煤的实例,说明这一勘探方法在隐伏隆起区内部找煤具有很好的借鉴意义.

煤系地层 地质构造 二维地震勘探 地质钻探 浚县新镇

1 概况

河南省浚县新镇一带煤炭勘查区位于豫北平原东部,地势低平开阔,西南高东北低,海拔高程60 m左右,区内为新生界覆盖且厚度较大,勘查总面积775 km2.本勘查区位于内黄隆起的断陷内,以往开展的多次煤田预测均未将本区列入含煤预测区,2011年在实施内黄隆起区地震概查时,通过资料综合研究将两条地震测线深入该区,并施工钻孔1个,从而确定了本区赋存煤层.此次工作的目的是继续寻找煤炭资源,并对所发现的煤炭资源是否有进一步地质工作价值做出评价.

2 地质特征

2.1 区域地质背景

该区位于东濮找煤区的成矿带上.东濮找煤区位于华北板块内,属河南构造分区之太行小区,南与嵩箕小区毗邻,东以戴韩断层为界,其间夹有黄河断层、聊兰断层等大型构造,具有隆、坳相间之特征.隆起主要有太行和内黄隆起,坳陷主要有汤淇、东明和开封坳陷.坳陷中保存了完整但赋存较深的石炭—二叠纪含煤地层,隆起区因后期断层切割及风化剥蚀等,使大部分含煤岩系缺失,仅隆起斜坡和隆起上的断凹中保存有部分煤系.隆、坳分布格局决定了东濮区石炭—二叠纪含煤岩系南北成带的总体面貌.区内隆起区的凹陷部位、斜坡地带和坳陷区的凸起部位是找煤的有利靶区.

2.2 构造特征

本区位于华北坳陷区南部之内黄隆起上(属于典型的隆中凹),西部有汤东大断层与汤阴地堑相邻,东部以斜坡形式逐步过渡到濮阳凹陷.隆起东部构造形态为东倾单斜,煤系由东向西逐渐变浅;西部受断层切割,局部地段保留了煤系.汤东断层以西受其影响,形成深度较大的中新生代地堑.

区内含煤地层均为单斜地层,地层倾角5°～21°,总体走向北东向,由于受断层错动影响,将含煤区分成了南北两块.整体来看,南块为向北倾斜的单斜构造,西部受汤东断层影响,煤系埋藏较深,东部受隆起影响,煤系向东南尖灭;北块为向南东倾斜的单斜构造,西部受隆起影响,煤系向西北尖灭,东部受断层及隆起影响,煤层缺失.

2.3 地层特征

根据区内钻孔揭露,自下而上分布地层有太古界、寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、古近系、新近系及第四系.

区内主要含煤地层为石炭系上统太原组(C2t)及二叠系下统山西组(P1s),煤系地层总厚度为126～400 m.区内中北部含煤地层保存完整,沉积厚度大,西北部、东部、南部受隆起影响煤系剥蚀,西南部受汤东断层影响煤系变深.

石炭系上统太原组(C2t)上至L9石灰岩标志层顶面.根据钻孔揭露本组的煤层仅一7煤层、一5煤层局部可采,其它煤层均不可采.本组厚度为84.66～144.75 m,平均厚度为109.87 m,与下伏本溪组地层呈整合接触.本组为海陆交互相,上部为灰岩段,主要由灰及深灰色厚层细晶质石灰岩(L8)及薄层泥灰岩(L9)构成;中部为砂泥岩段,以深灰色泥岩,砂质泥岩及细砂岩为主,夹深灰色薄层状细晶灰岩5层(L3至L7)及薄煤层;下部为灰岩、砂泥岩段,灰岩由灰白色、灰黑色、隐晶质结构、块状构造灰岩(L2)构成,泥岩为黑色、深灰色块状构造,砂质泥岩为黑色、砂泥质结构、块状构造,细粒砂岩为灰色、块状构造.

二叠系下统山西组(P1s)为过渡相含煤构造,底部以L9灰岩顶界为标志层分界,岩性主要为灰、深灰、灰黑色泥岩,砂质泥岩,植物化石,灰、灰白色粉—中粒长石石英砂岩和煤层组成,含煤2层,是区内的主要含煤层段.煤层顶板为深灰色粉砂岩(即大占砂岩).本组厚度为71.67～113.34 m,平均厚度为92.1 m,与下伏石炭系呈整合接触.二叠系下统山西组二1煤层为主要可采煤层,局部地段二1煤层分成了二11煤层和二21煤层,煤层厚度为1.81～8.19 m,平均可采厚度5.85 m,该煤层层位较稳定.

3 勘查方法应用研究

本次勘查方法采用了二维地震勘查、钻探、地球物理测井和采样化验等手段相结合的综合勘查方法.以二维地震勘查控制全区构造形态和二1煤层赋存范围;以钻探结合测井及化验控制二1煤层埋深、厚度、结构等.

3.1 二维地震勘查

3.1.1 地震地质条件

本区地势平坦,表层被第四系覆盖,潜水位16～20 m,局部地段10 m左右出现钙质结核层和流砂层,地面障碍物较多.该区新生界厚度大,主要岩性为砂、粘土、钙核等松散沉积物,与下伏地层有较大的波阻抗差异,对控制其厚度比较有利;本区二1煤层厚度较大,较稳定,具有形成强反射波的条件,但是由于新生界较厚,对地震波能量特别是高频波的吸收衰减严重,会给二1煤层反射波的品质带来不利影响.综合分析本区地震地质条件尚可.

3.1.2 测线布设

依据区内已知资料分析,中部区布设测线网度2 km×2 km,南部和北部区测线网度4 km× 4 km.全区布置主测线23条,联络线8条,剖面总长446.1 km,生产物理点11300个.工程布置示意图如图1所示.

3.1.3 工作方法及参数选择

依据区内地震概查时的施工参数,本次施工前又进行了试验,选取试验点5个,试验线2条.通过分析试验资料,确定的采集参数如下:

(1)仪器设备:408UL数字地震仪,全频带接收,记录格式SEGD.

(2)观测系统:接收点距20 m,激发点距40 m,144道接收,36次叠加,中间激发.

(3)接收参数:记录长度5 s,采样间隔1 ms,检波器2串2并组合.

(4)激发参数:井深18～24 m,药量3～4 kg.

图1 工程布置示意图

3.1.4 资料处理

通过对本区原始单炮记录频谱分析,其有效波视频率在40 Hz左右,主要干扰波有野值及高频随机干扰、面波干扰和工业干扰等.针对资料特点,主要从静校正、噪声衰减、反褶积、速度分析、叠加剩余静校正处理、叠后时间偏移等方面进行处理方法研究,通过处理试验确定了合理的处理流程和参数,获得了较好的处理效果.

3.1.5 资料解释

资料解释结合概查时区内钻孔揭露地层情况及深入区内的地震测线,对本次地震时间剖面反射波组与地质层位的对应关系进行了综合的解释分析.

(1)地震反射波特征.勘查区面积较大,不同地段反射波特征也有一定差异,在有煤系存在的地段,时间剖面上从上至下可分为4个波组,分别为来自第四系和新近系(Q+N)底界的反射波组(T0波)、古近系内部及底界的反射波组(TE波)、二叠系内部煤层的反射波组(T2波)和奥陶系顶界面的反射波组(Tg波),在无煤层赋存区域主要有第四系和新近系(Q+N)反射波组.地震时间剖面反射波特征的显示如图2所示.

图2 地震时间剖面反射波特征的显示

(2)反射波地质层位的确定方法.第一种是根据区内以往资料,结合概查已知钻孔揭露的地层情况进行分析定性;第二种是利用概查钻孔测井资料所作的合成记录,可以看出新生界底部及含煤层位都对应有较明显的反射波.

(3)波的对比.依据区内已知钻孔资料确定了T0波、T2波组,然后根据波的强度、相位、连续性等特征进行对比追踪,在时间剖面上确定特征反射层的起伏和错断情况.

(4)构造解释.断层的解释首先在时间剖面上解释断点,然后依据地质规律在平面图上将断点组合成断层,时间剖面上断点的显示见图3.褶皱形态则由等高线平面图上标志层的起伏变化来显示.

图3 时间剖面上断点的显示

3.2 地质钻探

在地震成果的基础上布设地质钻孔,共布设钻孔7个,总进尺9100 m,终孔层位为石炭系上统太原组上部灰岩层或奥陶系灰岩层,并进行了必要的采样、测试和测井、简易水文观测工作.

由于勘查区面积较大,为了节省勘查时间,各设计钻孔的施工顺序根据地震勘探工作的阶段进展情况分批进行优化施工,在完成DZ37线以北的地震工作后,对该区内的3个钻孔进行优化,待地震勘探工作全部结束后,再根据后续的地震勘探成果对其余4个钻孔进行优化施工.实际工作中充分发挥了地震勘探的先导作用,更好地体现了由浅入深、由稀到密、由已知到未知、由简单到复杂的施工原则,并在地震成果的基础上对钻孔进行了优化.优化ZK4301钻孔的地震地质剖面结果见图4.

图4 优化ZK4301钻孔的地震地质剖面

4 勘查效果分析

4.1 地震解释精度

地质钻孔的地震解释精度情况见表1.

从表1可以看出,地震资料解释可靠,本次勘查见二1煤层底板埋深解释误差最大为5.78%,最小为1.03%,新生界厚度解释误差最大为7.04%,最小为1.50%.

通过钻探验证,本次地震资料解释精度较高,钻孔的地震解释精度均优于规范中对普查精度的要求(9%).

表1 地震解释精度一览表

4.2 地质解释成果

通过地震和钻探相结合的勘查方法,初步了解了勘查区内含煤地层的分布范围、煤层层数、煤层的一般厚度和埋藏深度.勘查区内含二1煤层总面积136.5 km2,其中埋深1200 m以浅的面积有30.4 km2,埋深1200～1500 m的面积有52 km2,埋深1500～2000 m的面积有48.7km2,埋深大于2000 m的面积有5.4 km2.区内主要煤层为山西组二1煤层,较稳定,全区可采,煤层厚度南厚北薄,大部分区域煤层为一层,仅北部的局部地段煤层分叉为二11煤层和二21煤层.

5 结论

(1)该区位于隐伏隆起区的断陷内(即隆中凹),以往开展的多次煤田预测均未列入预测区,本次选用二维地震先期勘查,然后结合钻探验证,从而圈定了煤层赋存区,选用勘查方法恰当.

(2)二维地震勘查对于煤炭地质勘查工作具有很好的指导作用,通过地震地质成果优化钻探施工参数,地震勘查与地质钻探紧密结合,验证了地震勘查解释的精度,取得了良好的找矿效果.

(3)通过地震勘查与地质钻探相结合的方法,初步了解了本区的地质构造及煤系地层的赋存形态,为进一步的勘查工作提供了可靠的地质依据.

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Study on geologic structure of coal measure strata in Xinzhen of Xun Xian and its exploration methods

Zhang Lin,Zhang Huili,Du Wanyi,Jing Xilin
(Henan Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center,Zhengzhou,Henan 450053,China)

Geological structure characteristics of coal measure strata in Xinzhen were analyzed,effects of exploration methods combining 2D seismic exploration and geological drilling were studied,the data collection,processing and interpretation of 2D seismic exploration were analyzed as well as drilling optimization based on seismic data,which explained that the exploring method was suitable for coal prospecting in the area.The successful case of coal prospecting provided reference for coal prospecting in hidden upwarping region.

coal measure strata,geological structure,2D seismic exploration,geological drilling,Xinzhen of Xunxian

P618.11 P63

A

张琳(1977-),女,河南省商丘市夏邑县人,高级工程师,硕士,从事煤炭地质勘查及物探测量研究。

(责任编辑 郭东芝)

河南省地质勘查基金项目(201475-8)