南方缺煤地区找煤方法探讨

宁树正，杨昊睿，刘志逊，曹代勇，魏迎春，陈美英

(1.中国煤炭地质总局勘查研究总院，北京 100039； 2.中国地质调查局发展研究中心，北京 100037；3.中国矿业大学(北京)，北京 100083)

0 前言

我国煤炭资源总量丰富，是国家经济安全稳定发展的“压舱石”。我国“富煤、贫油、少气”的能源结构决定了煤炭在未来的长时间内将一直扮演着主体能源的角色[1-2]。在最新一期全国煤炭资源潜力评价中，我国煤炭资源总量为5.90万亿吨，虽然总量大，但依然存在煤炭资源分布不均匀和区域供需的矛盾问题[3-4]。我国煤炭资源约60 %集中在晋陕蒙三省(区)，而南方地区煤炭资源仅占总量的10 %，10 %的煤炭资源中云南和贵州占据了77 %，相反东部沿海经济带煤炭需求大但资源量低[5]。当前，关于南方缺煤地区找煤模式还未完善，制约了南方煤炭的勘查与开发。本文依托中国地质调查局“南方缺煤省份煤炭资源调查评价”项目，图1为南方缺煤省(区)工作区分布图，项目组对华南和滇藏地区煤炭赋存规律和找煤方法进行探索，初步提出了适宜缺煤地区的找煤模式，为今后在南方开展找煤调查提供理论依据。

1 煤田构造格局

中国聚煤盆地主要是在晚古生代和中、新生代形成，在其形成和演化过程中又明显受控于古亚洲洋构造域、特提斯构造域、环太平洋构造域和蒙古—鄂霍次克构造域的形成演化。这些构造域的相互作用干涉或先后叠置，使得我国的聚煤盆地具有明显的东西和南北差异，这样的差异导致煤系的赋存也有较大不同。新一轮全国煤炭资源潜力评价将中国煤田构造格局划分为东部构造区域、西部构造区域；东北赋煤构造区、华北赋煤构造区、西北赋煤构造区、华南赋煤构造区、滇藏赋煤构造区；三大煤系变形带(东部复合变形带、中部过渡变形带、 西部挤压变形带)，其中南方缺煤地区以昆仑山—秦岭—大别山为北界，横跨了东部构造区和西部构造区以及三大煤系变形带，包含了华南赋煤构造区和滇藏赋煤构造区两大赋煤区[6-8]。

图1 南方缺煤省(区)工作区分布图Figure 1 Southern China coal deficient provinces (regions) working area distributions

2 含煤地层

2.1 华南含煤地层区

华南含煤区地理范围包括秦岭—大别山以南，龙门山至红河深断裂以东的广大地区。本区晚古生代为稳定、较稳定板块型沉积，沿古陆边缘及陆间海湾广泛发育海陆交互相含煤地层。受区内隆起和坳陷构造控制，总体上呈北东方向展布。含煤层位有下石炭统、下二叠统和上二叠统，以后者含煤情况最好。

2.2 滇藏含煤地层区

滇藏含煤区地理范围包括昆仑山以南、龙门山—红河深断裂以西广大地区。区域构造复杂，晚古生代主要为复理式和浅海碳酸盐沉积，中生代为地槽型沉积，故含煤地层分布局限，含煤性也较差，主要为上三叠统、古近系和新近系。含煤盆地的展布均受褶皱系的控制，西藏地区为东西方向，至藏东、滇西地区则转为近南北方向。

主要聚煤期内的含煤地层序列的区域与时代分布特点见图2。

3 影响找煤的地质因素

南方地区构造地质条件复杂，多有推覆构造、红岩和火山岩发育，严重影响了南方煤炭的赋存和地质勘查企业的找煤工作。

图2 南方主要成煤期含煤地层序列的区域与时代分布示意图(据中国煤炭资源潜力评价，2013)Figure 2 Southern China main coal-forming period coal-bearing stratigraphic sequence area and age distributions (after China Coal Resource Potential Assessment, 2013)

3.1 推覆构造

我国南方缺煤地区的闽西南坳陷带、湖南涟源等地推覆构造广泛发育，逆冲推覆构造可以造成煤层被老地层所覆盖的一种特殊赋煤状态，煤层的这种隐伏状态常常误导找煤工作者，造成此地区无煤的误区。

3.2 红层地质条件

我国南方较为发育，其中西南、中南和东南大部分地区以及西藏的小部分地区都有发育。我国南方地区的红层主要受到侏罗纪末-白垩纪的华夏—新华夏构造运动的影响，红层沉积多不整合于下伏地层上，从整体来看结构相对简单，但在红层下常隐伏有煤层，经常被找煤工作者所忽视。

3.3 火山岩地质条件

南方缺煤地区火山岩十分发育，其中福建省火山岩种类多，发育最好，从晚侏罗世—白垩世遍布全省。火山岩分布地区往往伴随复杂的地形，区内的构造复杂，由于火山岩系面积广，本身厚度巨大的特点，常使得含煤地层被掩盖。

3.4 成煤条件差地区的地质条件

煤的形成和聚积受到成煤时期的气候条件、植物条件、地理条件以及构造运动的影响。气候通过影响地面植物的繁衍分布和表生地质作用，进而影响聚煤作用。通常情况下，坳陷和沉积盆地是沉积作用进行的场所，构造作用影响着沉积作用的场所，如构造作用形成的基底形态直接影响着煤的聚集形态。在我国南方缺煤地区，比较典型的是与越南鸿基—冒溪盆地紧邻的广西十万大山地区。

3.5 多矿种共伴生地区的地质条件

我国煤系中共伴生矿产资源十分丰富，煤系地层中的铁矿主要分布于南方的贵州中部、重庆等地，具有工业开采价值的煤系铝土矿主要集中在贵州、湖北、广西桂林中部等地，硫铁矿主要分布在贵州、湖北等地。锗、镓、锂等煤中微量元素在云南等地也有分布。

3.6 地理条件复杂工作程度低的条件

我国南方缺煤地区，青藏高原因其独特的地理位置，地形地势和复杂自然地理条件，成为了我国极具挑战和危险的地区，给我国找煤工作带来了极大的阻碍。

4 找煤方法适用性探索

煤炭勘查过程中，不同的找煤技术手段的适用条件有所差异，对于不同的地质条件，找煤技术手段的选用上有所侧重，以期减少对人力、物力资源的浪费，更方便、高效的实现勘查目标。针对南方缺煤地区不同的地质条件特征，以及所需要的找煤技术手段也有所区别，现对南方缺煤地区的找煤工作所需技术手段进行概述。

4.1 推覆构造下找煤模式

寻找推覆构造区的煤炭资源，要特别注意运用地质理论，对区域地质规律进行仔细分析研究。在充分利用区域地质资料与已有生产资料的基础上，加强区域构造格局和控煤构造样式的研究，初步了解研究区的构造形态和煤系赋存状况。在构造预测的基础上，选择有利区段，采用山地工程、钻探、物探、测井等手段相结合的综合勘查方式，控制赋煤块段，有效查明煤炭资源赋存特征及开采地质条件。由于该类型地质构造条件复杂，查明构造发育情况显得十分重要，地震手段控制程度差或无法控制，因此主要采用钻探来查明上覆地层的构造和煤层情况。对于部分煤层倾角大甚至直立的地区，常规钻进工艺无法满足地质设计要求，需采用受控定向钻进技术。这类地区受逆冲推覆构造的控制，钻探工程线距通常比较小，勘查密度大。

图3 推覆构造下找煤策略Figure 3 Coal prospecting strategy under nappe structures

4.2 红岩下找煤模式

对于“红层”下的找煤勘查，如果“红层”形成之后未受到强烈构造挤压运动影响，内部构造十分简单，很少看见褶曲构造，层面呈水平状，或简单的单斜，要特别重视地表和浅部地质工作。如果发生过强烈的构造挤压，或者岩浆的侵入，应该加强对区域构造格局和控煤构造样式的研究。在构造预测的基础上，选择有利区段，采用地质填图、槽探和井探等山地工程，配合浅钻，弄清“红层”下伏地层构造情况，初步了解煤系赋存状况，在此基础上，施工钻探和物探工程(特别是电法勘探)，控制赋煤块段，查明煤炭资源。如果是生产矿井外围区，则先应对矿区或井田已有地质资料进行收集、整理，运用地质理论知识进行分析、推测，用勘查手段进行论证，最终揭示出煤系和主要可采煤层的赋存规律；在此基础上，合理选择勘查手段，施工物探和钻探工程，初步查明矿区外围和深部的煤炭资源，为煤炭开采设计生产提供可靠准确的地质资料。总之，红层覆盖区地层结构复杂，要在加强地层结构研究的基础上，重点采用电法勘探与钻探等手段相结合的综合勘查方式。

图4 红岩下找煤策略Figure 4 Coal prospecting strategy under red rocks

4.3 火山岩下找煤模式

这类地区因煤系地层被“火山岩系”所覆盖，通常煤层、标志层、断层、火山岩及其它地质界线的露头位置被“火山岩”所覆盖，无法通过正常的地质填图或槽探地表地质工作加以控制。此外，火山岩对下伏地层有屏蔽作用，造成火山岩下伏地层反射能量弱，资料信噪比低，深层资料难以得到，地震勘探技术适用性差。因此，火山岩地区的煤炭资源勘查，主要采用电法、钻探和测井相结合的综合勘查方式。对于物性条件较好或地质构造简单的地区，可以考虑电法勘探，根据煤系和盖层之间的物性差异，特别是视电阻率的差异，通过电法大致了解火山岩盖层下是否可能存在煤系，以及盖层的厚度大小，在此基础上，在认为较好的区域施工个别钻孔加以验证。

图5 火山岩下找煤策略Figure 5 Coal prospecting strategy under volcanic rocks

4.4 原生成煤条件差地区找煤模式

原生成煤条件差的地区，往往受多期构造运动的影响，地质构造发育，构造形态复杂多样。虽然煤系地层分布很广，但是有时只在盆地中部才发现有煤层发育，盆地两端并未发现有煤层发育(广西十万大山地区)。针对原生成煤条件差的地区要结合区域地质资料和野外调查工作成果等资料，运用岩石学、沉积学、构造学等地质理论指导，加强聚煤规律研究，运用浅井和槽探工程手段从横向上和纵向上对含煤地层进行对比分析，揭示煤层发育规律，分析煤层沉积环境特征。如果在新调查区周围有老矿区分布，应充分利用已有地质资料，加强横向和纵向的对比研究。

图6 原生成煤条件差地区找煤策略Figure 6 Coal prospecting strategy in poor primary coal-forming condition areas

4.5 煤系矿产资源综合找煤(矿)模式

对于煤系多矿种共伴生区的找煤方法，要结合矿区地质资料，运用地质方法分析共伴生矿产成因，恢复含共伴生矿产层位的古地理环境，古构造特征与聚煤作用，对聚煤环境进行分析，找到它们相关联的成矿条件、成矿环境、成矿规律，从而进行煤系共伴生矿产的综合勘查和综合评价。然后，根据多矿种共伴生的特点和覆盖情况，选择不同的找煤方法，若为暴露或半暴露区，勘查技术手段选择上主要采用地质填图、山地、物探、钻探、测井和采样测试等手段相结合的综合勘查方式。若为全隐伏区，勘查技术手段选择上主要采用物探、钻探、测井和采样测试等手段相结合的综合勘查方式。根据不同共伴生矿产的特点，采用不同的地球物理方法和采样测试方法对煤系共伴生矿物资源进行综合勘查、综合评价、综合利用。

图7 多矿种共伴生区域找煤策略Figure 7 Coal prospecting strategy in multi-mineral paragenetic and associated areas

4.6 地理条件复杂且工作程度低区找煤模式

针对青南开心岭调查区范围广、地形复杂、前期工作程度低、已知信息少特点。遥感技术与常规地质勘查手段相结合，是快速开展该地区找煤和地质勘查的有效途径。其中遥感技术以其宽阔的视域、较少的野外工作量、成本低、工期短等优势，可以克服或减少地理及交通等不利因素的影响，大面积地查明区域地质情况，圈定煤系赋存区域，提供勘查选区。我国煤田地质工作者在长期实践中，总结出“遥感扫面、物探先行、钻探验证”的综合勘查模式，取得良好应用效果。按照区域展开、重点突破、从面到线到点，逐步深化的原则，在充分收集、分析地质资料基础上，利用中等分辨率遥感(TM、ETM卫星图像)地质与成矿信息提取技术、GPS技术，根据不同地理—地质景观，确定遥感地质可解译性，进行分类分区解译，最大限度提取地质与成矿信息。在此基础上，进行野外调查验证和重点区高分辨率遥感地质填图。通过控煤构造、含煤盆地、煤系与煤层展布范围、性质及变化规律的分析与研究，圈定有利勘查区，进入地质勘查阶段。该类区由于地理条件复杂，勘查开发程度低，通常圈定的勘查区煤层与中东部区相比埋藏较浅，地质条件相对简单，勘查阶段通常采用山地工程、物探、钻探和测井等技术手段，钻探工程线距通常比较稀，勘查密度小，能有效查明煤炭资源和开采地质条件找煤勘查。

图8 以遥感技术为先导的煤炭资源调查流程图Figure 8 Remote sensing technology piloted coal resource investigation process

5 结论

1)我国煤炭资源总量丰富，但分布不均衡、供需矛盾突出。南方煤炭资源较为缺乏，构造地质条件复杂，区域找煤存在困难。

2)我国南方缺煤地区的推覆、红岩、火山岩构造，原生成煤条件差、多矿种共伴生、地理条件复杂等因素严重影响了地质工作者的找煤工作。

3)不同的地质条件特征需要不同的找煤技术手段。钻探技术在推覆构造地区使用较多，可广泛地应用于煤炭地质勘查。CSAMT法勘探在红层下和火山岩下寻找煤炭资源的效果良好，其抵抗外界的干扰能力较强，能够克服不良地形的影响，在纵向上探测的深度较深、横向分辨率高、针对火山岩覆盖的地区，可以穿透火山岩高阻层。遥感技术技术具有视域宽阔、效率高、勘查成本低等优势，能够克服地理复杂和交通不便等不利因素的影响，在南方缺煤地区的青藏一带取得的效果良好。

4)南方缺煤地区的找煤模式目前还处在研究阶段，应进一步加强对该区域找煤方法的研究工作，完善南方缺煤地区找煤模式体系。