海域煤矿煤层对比研究*——以黄县煤田梁家煤矿为例

曹艳玲， 李金山， 田振环， 王兆忠， 王 琳

(1.山东省第一地质矿产勘查院，山东 济南 250014； 2.中国海洋大学海洋地球科学学院，山东 青岛 266100；3.海底科学与探测技术教育部重点实验室，山东 青岛 266100)

海域煤矿煤层对比研究*
——以黄县煤田梁家煤矿为例

曹艳玲1， 李金山2,3**， 田振环1， 王兆忠1， 王 琳1

(1.山东省第一地质矿产勘查院，山东 济南 250014； 2.中国海洋大学海洋地球科学学院，山东 青岛 266100；3.海底科学与探测技术教育部重点实验室，山东 青岛 266100)

以黄县煤田梁家煤矿为例，综合应用标志层特征及间距，测井曲线形态，煤层的厚度与结构特征，以及地震时间剖面和沉积环境等分析手段进行海域煤田的煤层对比研究，各种方法的对比结果较为一致，均显示出该区域煤层沉积韵律及旋回结构清晰，标志层多而明显，煤层层位比较清楚和稳定，层间距变化相对较小，使煤1、煤2主要可采煤层达到对比可靠的程度。由此表明，对于钻孔较少的海域煤田，通过综合利用各种煤层对比方法可以更为准确地掌握煤层的变化规律，这为海域煤田的煤层对比工作提供了重要的借鉴和指导。

煤层对比；标志层；测井曲线；地震时间剖面；沉积环境

煤层对比是煤炭勘查中起关键作用的基础地质工作，它贯穿于煤炭勘查的不同阶段，以及生产开采的全过程。煤层对比主要目的在于调查煤层的顺序以及煤层厚度和其发展变化的规律，同时通过煤层对比还可以了解煤系、煤层的原生变化和后生变化以及煤质的变化，帮助研究人员对煤层进行准确的评价，判断煤层的构造，估算煤田的储量，指导煤矿开采工作的顺利进行[1]。

煤层对比，首先要确定横向上稳定，并和煤层有比较固定联系的对比标志。实践中总结出来的对比方法很多，大致可以归为两大类：(1)根据含煤岩系的特点进行对比，如利用标志层，顶底板特征、古生物、岩性、岩相、旋回结构、重矿物电测曲线等特点；(2)根据煤层本身特点进行对比，如利用煤层厚度、夹矸、煤层结构、煤质、煤层间距离的煤岩特征等。在实践中，通常要根据研究区域具体情况，选择并综合最优对比方法，以达到较高的煤层对比程度[2]。

煤层对比的正确与否关系到煤层层数和层位的确定，直接影响正确地判断构造，精确地计算储量和煤矿的合理开发。煤层对比直接影响到煤田地质勘探与生产的方方面面，分析煤层对比方法将对煤层对比精度的提高和勘探生产方面具有指导和应用意义。煤层对比研究需要综合分析影响其精度的主客观因素，多角度考虑，全面减小误差，特别需要多个证据的相互印证，有效综合多种方法来提高煤层对比的可靠程度[3]。

当前，煤炭地质工作者在生产和勘查过程中已总结出不少行之有效的方法，但由于不同的方法在不同煤田、不同勘查区适用性差异较大，这就要求理论联系实际选择若干种方法进行综合对比，以求准确[4-6]。相比而言，海域煤层的勘探和开发较陆地更加复杂，并且由于海域煤田的钻孔施工成本明显高于陆地煤田，从而导致海域煤田的钻孔数量远远小于陆地煤田，因此对于海域煤田来讲，煤层对比工作就显得更加困难且更为重要。本文以黄县煤田梁家煤矿为例，以周边已有资料为基础，在充分研究区内煤层发育特征，尝试各种对比手段的基础上，选择从地层宏观结构特征到煤层组合特征，再到煤层本身特征，并引用多种对比手段进行煤层对比，并通过煤层对比工作深入分析了海域煤田煤层特征，总结了海域煤田煤层对比工作的特点，以期为海域煤田的勘探开发提供指导和借鉴意义。

1 勘查区煤层发育特征

山东省黄县煤田梁家煤矿海域扩大区位于龙口湾内，为梁家煤矿向海域的自然延伸，且处于黄县盆地边缘，煤层埋藏较浅，与陆地煤层相比其厚度、结构存在较大变化(见图1中XH5钻孔为海域钻孔)。黄县煤田为典型的“三软”海域煤层，其勘探和开发难度远大于一般陆地煤田。

图1 黄县煤田煤层对比图

勘查区位于黄县煤田的西北部，详查揭露地层由老到新为古近系五图群李家崖组(EwL)、小楼组(EwX)，第四系全新统(Q4)。区内含煤地层为李家崖组(EwL)。据岩性、岩相组合特征自下而上分为两个含煤段：下部含煤段和上部含煤段。

下部含煤段：由油4底界至煤3(或相变为炭质泥岩)顶板的砂质泥岩厚102.96～168.98 m，平均136.00 m。上部含煤3油3，下部沉积煤4层，为区内较稳定的标志层。煤4为局部可采煤层，其余均不可采。由于位于盆地边缘，充填早期河流发育，侧侵及下切作用较强，常见河流冲刷导致煤层分叉变薄缺失等现象。油页岩及含油泥岩中含五图真星介及腹足类等化石。

上部含煤段：厚度59.10～70.18 m，平均66.53 m。含较稳定的主要可采煤层(煤1和煤2)，并含全区稳定的油页岩(油2)，为本区主要含煤地层。本段地层厚度及岩性及其变化不明显，为区内沉积最稳定的层段。

2 煤层对比分析

在充分研究勘查区已有勘查成果的基础上，在梁家煤矿海域扩大区煤层对比中，首先建立主体对比框架，以全区最稳定发育的煤2煤层作为对比基线，然后采用标志层特征及间距对比、测井曲线形态对比、煤层本身厚度结构特征对比、地震时间剖面对比和沉积环境分析对比五种方法进行煤层对比，分析煤层间距和厚度的变化规律。

2.1 基于标志层特征及间距的煤层对比

标志层方法的优势在于，标志层一旦确定，煤层对比顺利，精确程度也高。利用煤层间距进行煤层对比必须建立在研究区地质构造简单，主要煤层比较稳定，层间距变化不大的基础上[3]。在海陆交替相含煤岩系中，由于成煤环境比较稳定，因而各主要煤层的层间距在一定范围内往往是比较稳定的[7]。因此，勘查区利用标志层特征及间距对比法是行之有效的。

本区的煤1、煤2和煤4都比较稳定，层间距变化不大，可作为本区的标识层。而黄县煤田泥灰岩全区分布，且均位于含煤地层之上，与煤系地层距离稳定，分布范围广，厚度较大且稳定(见图1)，由于海域是陆地的自然延伸，因此，海域范围内也可将泥灰岩作为标志层。此外，已勘探钻孔及开采区内均显示油2为煤1直接底板，与煤1分布范围相同且全区分布，而实际开采过程中油2都是和煤1同时开采，因此，本文也将油2作为海域范围内的标志层。

基于以上分析，本区对比的主要标志层有煤系上部的泥灰岩，中部的油2及下部的油4及煤层。其特征为：油2富含化石，比重小，水平层理发育为特征，各煤层的层位稳定，间距变化不大，顶底板岩性特征明显，规律一致。

勘查区同一煤层横向上较广泛发育，在剖面上可连续追踪；每个主要煤层都是每一次水进充填末期的产物，相邻煤层之间保持一个相对固定的煤层间距或渐变过程，见图2及表1。

图2 勘查区煤层间距对比图

表1 煤层与标志层厚度间距变化表Table 1 Change of thickness and spacing of coal layer and guiding bed

从图2可以看出，泥灰岩在海域至煤层露头处逐渐尖灭，直至消失。依此进行煤层初步对比，再使用其它方法进行验证，能够达到很好的对比效果。

2.2 基于测井曲线形态的煤层对比

测井曲线的异常特征，是钻孔内煤、岩层物性特征及沉积规律的客观反映[8]。通过测井曲线对比分析，不但能分析出断层的影响因素，还能提供煤系沉积信息[9-11]。古近纪煤层因沉积环境稳定，标志层多，煤岩层的沉积层序规律性强，易于对比。在测井曲线上，煤层特征为中、高阻，视电阻率曲线呈中高峰反映；低密度；自然伽马曲线呈低幅值反映。

煤1在视电阻率曲线上，表现为中间高，两边低横写的“山”字形，上峰为煤1主峰，下峰为煤2；煤1和煤2在密度和自然伽马曲线上均显示为低值，由于煤2为多层组成，其视电阻率曲线呈“方波”状(见图3a)。煤4在视电阻率曲线上呈正“脉冲”形态，而在密度和自然伽马曲线上为负“脉冲”状(见图3b)。这些特征可以作为确定煤层的的重要标志。

(a为XH1钻孔煤1、煤2，b为XH4钻孔煤4。a is the first and second layer of drill XH1, b is the fourth layer of drill XH4.)

2.3 基于煤层本身的厚度、结构特征的煤层对比

煤2在古近纪煤层中厚度最大，其顶板一般为含油泥岩，底板一般为泥岩及炭质泥岩，物性特征突出，容易将其明确定位。煤1顶板为含油泥岩，底板为油页岩，局部发育油1。顶、底板水平层理发育，油2中富含白色的腹足类化石、介形虫等，易于识别、对比。煤4顶板一般为泥岩或炭质泥岩，局部砂岩，底板一般为泥岩。含夹石层数多，厚度大结构复杂，可明显区别于其它煤层(见图4)。

2.4 基于地震时间剖面的煤层对比

利用地震时间剖面，可以简洁明了、清晰直观地反映出煤层赋存的深度、结构和煤层与上、下标志层的间距，以及煤层的分岔、合并等状态。

地震勘查为煤1、煤2和煤4的对比提供了大量的第一手资料。本区T1波、T2波和T4波是煤1、煤2和煤4的反射波，煤1、煤2和煤4厚度、结构的变化，直接影响到T1波、T2波和T4波的相位、频率和振幅的变化。具体表现在煤2是一个强相位、煤1是一个强相位一个弱相位，标定在强相位。煤4在全区表现为较强的反射，其中反射最强的为T2波，上边是T1波，距T1波上90～115 ms为泥灰岩，T2波下80～120 ms为T4波(见图5)。

图4 勘查区煤层厚度、结构特征对比图

2.5 基于沉积环境分析的煤层对比

研究沉积环境是为了更好地研究煤层。所以，在进行煤层对比时，不但要从岩性特征、物性特征以及其它特征进行分析研究，还要研究其沉积环境，这样才能在煤层对比时更加准确，为今后的进一步勘探和煤矿开采提供可靠的资料[12]。

通过对已知6个钻孔煤1—煤2(李家崖组三段含煤上亚段)的单井相分析(见图6、7)，得出从煤2形成前至煤1形成后，自下而上各钻孔揭示的沉积相为：

XA2-1：洪积扇相—煤2—浅湖亚相—煤1—浅湖亚相；XH1：洪积扇相—煤2—浅湖亚相—煤1—浅湖亚相；XH2：滨湖亚相—煤2—浅湖亚相—煤1—半深湖亚相；XH3：滨湖亚相—煤2—滨湖亚相—煤1—半深湖亚相；XH4：漫湖亚相—煤2—滨湖亚相—煤1—浅湖亚相；XH5：洪积扇相—煤2—滨湖亚相—煤1—浅湖亚相。

图5 勘查区内5组标准反射波

图6 盆地边缘联井剖面

图7 盆地边缘及内部联井剖面

通过区内钻孔的沉积相分析可知，勘查区含煤地层李家崖组由下到上为以湖相向浅湖—沼泽相发展的过渡相地层，岩煤层厚度有一定变化，但规律性明显，标志层及煤层层位清楚、稳定。

3 结语

本文共采用五种方法对黄县煤田梁家煤矿进行了煤层对比：标志层特征及间距，测井曲线形态，煤层本身的厚度、结构特征，地震时间剖面和沉积环境分析。从五种不同的分析结果可以看出，各种方法的对比结果比较一致，都显示出该海域煤层沉积韵律及旋回结构清晰，标志层多并且明显，煤层层位比较清楚和稳定，层间距变化相对较小，所有这些使煤1、煤2主要可采煤层达到对比可靠的程度。由此表明，对于钻孔较少的海域煤田，通过综合利用各种煤层对比方法可较为准确地掌握煤层的变化规律，节省了工程的投入，也为海域煤田的煤层对比工作提供了重要的借鉴和指导。

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Abstract: In this paper we adopt five methods to correlate marine coal seams in Liangjia west waters, Huangxian coalfield: coal seams correlation of guiding bed and interlayer distance, coal seams correlation of well logging curve shape, coal seams correlation of coal seam thickness and structure characteristics, coal seams correlation of seismic time section correlation and coal seams correlation of sedimentary environment analysis. The results of methods mentioned above are consistent, revealing clear sedimentary rhythm and cycle structure, a lot of apparent mark layers, fairly distinct and stable positions, and relatively small changes of interlayer distance. All of these prove the reliability of the major minable seams (1 and 2 seams). Therefore, we can also master change laws of marine coal seams correctly in less drilling areas by comprehensive utilization of various coal seams correlations. This strategy provides important reference and guidance for coal seams correlation in other marine coalfields.

Key words: coal seams correlation; guiding bed; well logging curve; seismic time section; sedimentary environment

责任编辑 徐 环

Research of Marine Coal Seams Correlation：A Case Study of Liangjia Coal Mine, Huangxian Coalfield

CAO Yan-Ling1, LI Jin-Shan2,3, TIAN Zhen-Huan1, WANG Zhao-Zhong1, WANG Lin1

(1.Shandong Provincial No.1 Institute of Geo-mineral Exploration, Jinan 250014, China; 2.College of Marine Geo-Science, Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 3.Key Lab of Submarine Geosciences and Prospecting Techniques Ministry of Education, Qingdao 266100, China)

P313

A

1672-5174(2017)11-079-07

10.16441/j.cnki.hdxb.20160220

曹艳玲， 李金山， 田振环， 等. 海域煤矿煤层对比研究——以黄县煤田梁家煤矿为例[J]. 中国海洋大学学报(自然科学版), 2017, 47(11)： 79-85.

CAO Yan-Ling, LI Jin-Shan, TIAN Zhen-Huan, et al. Research of marine coal seams correlation: A case study of Liangjia coal mine, Huangxian coalfield[J]. Periodical of Ocean University of China, 2017, 47(11)： 79-85.

国家自然科学基金项目(41574105)资助 Supported by National Natural Science Foundation of China(NSFC)(41574105)

2016-06-13；

2016-07-16

曹艳玲(1979-)，女，高级工程师，主要从事地质矿产勘查研究。E-mail：23419032@qq.com

** 通讯作者：E-mail：ljs@ouc.edu.cn