湖南省攸县黄兰矿区煤岩层综合对比研究

朱文卿

(湖南省煤炭地质勘查院，湖南 长沙 410014)

湖南省攸县黄兰矿区煤岩层综合对比研究

朱文卿

(湖南省煤炭地质勘查院，湖南 长沙410014)

攸县是湖南最大产煤县，黄兰矿区为该县唯一产煤区。黄兰矿区由黄丰桥、兰村两个子矿区组成。该区煤系地层厚、岩性相变大、煤层多、煤层形态复杂，一直受到悬而未决的煤、岩层对比问题掣肘，区内找煤始终难见成效。本次研究采用多种方法进行综合对比，成功攻克了黄兰矿区多年来多家技术单位未解决的煤、岩层对比历史性难题，全区探获煤炭资源量3.43亿t，实现建国以来湖南乃至南方各缺煤地区最大的找煤历史性突破。

龙潭组;黄兰矿区;煤岩层对比;标志层

湖南是一个缺煤少气能源匮乏的内陆省份，赋煤地质条件复杂，煤炭占一次性能源消费的70%，为解决攸县煤电一体化项目用煤及黄兰矿区煤矿急需接替资源问题，湖南省国土资源厅于2010年设立“湖南省攸县黄兰矿区煤炭整装勘查区”，由湖南省煤炭地质勘查院承担实施，完成单位竭力开展煤、岩层对比研究，首次建立该区系统实用的煤、岩层对比体系，统一了煤层编号，有效避免了以往零星勘查造成煤层对比“错、漏、不全面、不统一”等问题，大幅的提高了勘查精准度，为该区实现找煤突破奠定了坚实的基础，同时为今后其他地质条件复杂含煤区的煤、岩层精准对比方法研究提供一定的参考。

1 黄兰矿区地质特征

1.1 构造特征

黄兰矿区位于华南加里东褶皱带攸兰断坳的东北部，两子矿区分别位于区内黄丰桥、兰村赋煤复向斜内。黄丰桥复式向斜由3组次级褶皱紧闭排列组成，地层倾角大于60°，常见地层直立和倒转现象；兰村复式向2组次级褶皱组成，两翼倾角较陡，中部舒缓，偶见直立倒转；区内断层发育，以走向断层为主，次之为斜向断层，破坏了煤层的连续性及完整性(图1)。

图1 黄兰矿区构造简图

1.2 含煤岩系及煤层特征

龙潭组为该区含煤地层，为一套海陆交互相、多旋迥沉积含煤沉积[6]。含煤段厚289～619 m，含煤层18～23层，其中可采6～9层，煤厚0～6.17 m，平均0.6～1 m，煤层薄，厚度变化大，形态较复杂，井下常见分岔、合并现象。

2 黄兰矿区煤、岩层对比难点

1) 区内两个赋煤复向斜虽成煤时期相同，但含煤岩系厚度、可采煤层层数、编号均不一致，黄丰桥矿区含煤段平均厚450 m，含煤层数为23层，可采6层，而兰村矿区含煤段平均厚310 m，含煤层数为18层，可采9层(表1)。

2) 含煤段厚度为湖南之最，龙潭组上段(含煤段)厚度达289～619 m。而较湖南省内含煤地层同为龙潭组的耒阳市资家台矿区含煤地层平均厚为180 m，涟源市桥头河矿区仅为18 m(表1)。

3) 含煤层数为湖南之最，含煤层数多达23层，而耒阳市资家台矿区含煤7层，涟源市桥头河矿区仅含3层(表1)。

4) 可采煤层层数多，达6～9层，而耒阳市资家台矿区含可采煤层1～4层，涟源市桥头河矿区仅1层可采(表1)。

表1 黄兰矿区与湖南其他含煤地层同为龙潭组的矿区构造及含煤特征对比

5) 岩性变化较大，如黄丰桥矿区ZK1403、ZK1301、ZK1501三孔1煤层直接顶板均为粉砂岩，而位于这三个钻孔中部的ZK1401孔1煤层直接顶板却相变为细砂岩。

6) 该区构造较其他矿区复杂，常见地层直立、倒转，如黄丰桥矿区ZK1305孔揭露18煤层间接顶板砂岩三次。

7) 以往勘查单位仅建立了小范围的对比方案，但因对比手段单一，范围局限，人为的造成煤层不连续，导致区内煤岩层对比混乱，加大了本次对比的难度。

3 煤、岩层综合对比

本次研究以勘查资料及煤矿生产资料为基础，在黄丰桥、兰村两子矿区各选取孔内无构造、煤层出露齐全，标志层特征明显的两孔(黄丰桥：ZK1203、ZK1403，兰村：ZK002、ZK1301)作为标准孔，采用宏观(岩性宏观特征)与微观(岩性镜下特征)、岩性(岩石学特征与其他)与物性(地球物理特征在曲线上反映形态)及煤质、沉积特征(层理与结核)与古生物、地表(露头)与地下(钻孔揭露)等四个方面相结合及互相佐证的综合对比手段，大大提高了对比精度，找到了两子矿区各煤、岩层相互的对应关系，建立了该区实用可靠的煤、岩层对比标志。

3.1 宏观标志层法

根据岩芯沉积特征，在黄丰桥、兰村两子矿区绝大部分可采煤层顶、底板发现了具有共同特征的标志层，可进行全区对比。

1) 黄丰桥矿区、兰村矿区龙潭组顶界均为一层生物碎屑灰岩，呈灰白色，水平层理，岩石致密、坚硬，比重大，产丰富的菊石化石，全区发育。

2) 黄丰桥矿区1煤层直接顶板与兰村矿区1煤层直接顶板具相同特征，均为砂质泥岩，呈灰-深灰色，水平层理，局部相变为细砂岩，含大量梅花状、斑状黄铁矿结核(图2(a)、图2(b))，全区大部发育。

3) 黄丰桥矿区的3煤层直接顶板与兰村矿区的2煤层顶板具相同特征，均为粉砂岩或细砂岩，呈灰-深灰色，具典型的波状层理，或以细砂岩为主形成的脉状层理。

图2 宏观标志特征图

4) 黄丰桥矿区5煤层直接顶板与兰村矿区3煤层顶板具相同特征，均为具缓波状层理的细砂岩(图2(c)、图2(d))，全区发育。

5) 黄丰桥矿区12煤层直接顶板与兰村矿区5煤层直接顶板具相同特征，均为砂质泥岩或粉砂岩，呈灰-深灰色，水平层理，含大量指状、块状菱铁质结核，该层俗称“结合泥岩”，全区发育。

6) 黄丰桥矿区15煤层间接顶板与兰村矿区6煤层间接顶板具相同特征，均为细砂岩，细砂岩中常见溶蚀晶洞，地表风化成灰白色，全区大部发育。

7) 黄丰桥矿区17煤层间接顶板与兰村矿区7煤层间接顶板具相同特征，均为浅灰色具楔形交错层理及溶蚀晶洞的中(细)粒长石石英砂岩(图2(e)、图2(f))，全区大部分发育。

8) 黄丰桥矿区18煤层直接顶板与兰村矿区8煤层直接顶板具相同特征，均为细砂岩，含眼球状菱铁质结核，结核中可见星点状黄铁矿为特征与其他煤层相区别[5]，全区大部发育。

9) 黄丰桥矿区19煤层直接顶板与兰村矿区9煤层直接顶板具相同特征，均为砂质泥岩，含指状或条带状菱铁质结核，全区发育。

3.2 测井曲线特征对比

1) 黄丰桥矿区1煤层与兰村矿区1煤层物性特征相同，在电阻率曲线(LL3)呈特征明显的“笋状”中高阻异常显示，自然伽玛(GR)上呈“漏斗”状低异常显示，人工伽玛(GGL)曲线上呈“凹”形显示，总体上属中高阻，中-高密度，低放射性岩体(见图3(a)、图3(b))，层位较稳定。

图3 1煤层及顶底板物性特征图

2) 黄丰桥矿区12煤层与兰村矿区5煤层物性特征相同，直接顶板为粉砂岩，直接底板为砂质泥岩。煤层及其附近视电阻率曲线值较低，曲线平缓，在含泥质成分少的顶、底板粉砂岩处偶有起伏；人工伽玛(GGL)在煤层位置显示为“尖峰”状高异常，在顶、底板处一般较平直；自然伽马(GR)在顶、底板粉砂岩或砂质泥岩处一般无大的变化，在煤层处出现低异常显示，与人工伽玛曲线呈对称状，曲线特征明显。

3) 黄丰桥矿区17煤层与兰村矿区7煤层物性特征相同，煤层间接顶板为厚层状长石石英砂岩，此中粒砂岩电阻率呈“长箱形”状高异常幅值，自然伽玛呈“巨型凹槽”状低异常幅值。该层全区发育，层位稳定，且异常区间持续较大，物性特征明显。

4) 黄丰桥矿区19煤层与兰村矿区9煤层物性特征相同，间接底板多为石英杂砂岩，电阻率较稳定，呈“笔架山”状。

3.3 岩石显微特征对比

1) 黄丰桥矿区17煤层与兰村矿区7煤层间接顶板长石石英砂岩具相同特征，碎屑物含量为60%～75%，石英约占70%，长石次之。分选性较好，磨圆度中等。胶结物约为13%，为孔隙式-基底式胶结。

2) 黄丰桥矿区18煤层与兰村矿区8煤层间接顶板岩石英细砂岩，碎屑物含量为67%～90%。石英约占77%，岩屑约占7%；胶结物约15%～20%，为孔隙式-基底式胶结。

3) 黄丰桥矿区19煤层与兰村矿区9煤层间接底板石英杂砂岩，碎屑含量为60%～90%，以石英为主，少量长石及白云母，分选性、磨圆度为一般-较差，岩屑含量3%～25%，为硅质岩屑及绢云母屑为主，杂基含量高达15%～30%(图4(a)、图4(b))。

图4 岩石显微特征图

3.4 煤质特征对比

同一层煤因其成煤环境相同，其煤质特征也大致相同。黄丰桥矿区、兰村矿区1煤层原煤全硫含量为分别为1.71%、2.08%，为中硫煤，其他煤层均为低硫煤；两子矿区1煤层原煤砷含量均为全区含量最低，黄丰桥矿区1煤层砷含量为6.4 μg/g，兰村矿区为6.84 μg/g，而黄丰桥矿区19煤层与兰村9煤层砷含量最高，分别为14.23 μg/g、16.17 μg/g。因此可利用煤质指标的差异性作为煤、岩层对比的辅助手段，以提高对比可靠程度。

3.5 化石特征对比

两矿区1煤层顶板生物碎屑灰岩中均含大量菊石化石，1-3煤层砂质泥岩中产瓣鳃类、腕足类动物化石及单网羊齿、脉羊齿等植物化石，黄丰桥矿区的17煤层、18煤层、19煤层与兰村矿区的7煤层、8煤层、9煤层顶板多见大羽羊齿、单网羊齿等植物化石，该特征可作为煤岩层对比辅助标志。

3.6 沉积旋回划分法

根据两子矿区含煤段岩性组合特征，由上到下可划分出3个一级旋回，每个一级旋回可细分为三个二级旋回。在划分旋回的基础上，先进行旋回特征进行初步对比，再根据岩芯宏观特征、显微特征、测井曲线特征、煤层间距及煤层本身的特征进行旋回内各煤层对比[5]，进一步提高各主采煤层的对比可靠程度(图5)。

图5 黄兰矿区煤、岩层综合对比图

4 结 论

黄兰矿区煤系地层厚、煤层多、岩相变化大，以往勘查资料认为标志层欠稳定，是业内公认的煤、岩层对比困难区，本次研究采用多种方法进行综合对比，首次建立了黄兰矿区系统可靠及实用的煤、岩层对比体系，统一了区内煤层编号(表2)，为实现区内找矿突破奠定了基础。

[1] 郑振华,张良平,莫佳峰,等.湖南省攸县兰村矿区深部煤炭详查报告[R].株洲:湖南省煤炭地质勘查院,2013.

[2] 龙新良,王小清，赵训林,等.湖南省攸县兰村矿区深部煤炭详查报告[R].株洲:湖南省煤炭地质勘查院,2014.

[3] 朱文卿,马文华,胡希颖,等.湖南省攸县黄丰桥矿区边深部(±0m以下)煤炭详查报告[R].株洲:湖南省煤炭地质勘查院,2014.

[4] 何红生，肖金成，朱文卿.湖南省攸县黄兰矿区煤炭整装勘查区的实践与体会[J].中国矿业,2016(4):164-167.

[5] 朱文卿.湖南省攸县黄丰桥矿区含煤岩系综合对比分析[C]∥第九届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集.2014:607-617.

[6] 郑振华，何红生，肖金成.湖南省攸县兰村矿区深部煤岩层对比方法研究[J].中国煤炭地质，2016(3):12-16.

[7] 朱文卿.黄兰矿区大地构造体系及其含煤建造控制作用研究[J].西部探矿工程,2014(8):141-144.

IntegratedcorrelationforcoalseamsandrockstratainHuanglanminingarea,Hunanprovince

ZHU Wenqing

(Hunan Coal Geological Prospecting Institute，Changsha 410014，China)

Youxian is the largest coal producing county in Hunan province,and Huanglan mining area is the only coal producing area in the county.Huanglan mining area is composed of HuangfengqIao sub-mining area and Lancun sub-mining area,The formation of longtan formation in this area has a large sedimentary thickness and a large change of rocks and a number of coal seams,The coal prospecting in the area is restricted by the difficult problems of coal and rock formation.This study uses a variety of contrast methods to make a comprehensive comparison.A systematic and practical system of coal and rock correlation has been established for the first time，The comparison of coal and rock formations has been solved.The estimated coal resources is 343 million tons.It has realized the biggest coal finding achievements in Hunan and even in the South of China since the founding of the People’s Republic of China.

Longtan formation;Huanglan mining area;coal and rock strata correlation;marker bed

P618.11

A

1004-4051(2017)10-0151-05

2017-05-07责任编辑宋菲

湖南省攸县黄兰矿区煤炭整装勘查项目资助(编号：湘国土资办发2010〔229〕号)

朱文卿(1986-)，男，湖南汝城人，工程师，毕业于中南大学地质工程专业，长期从事矿产勘查工作。