贵州龙井煤矿煤层对比及赋存规律

2020-07-20巩固，付浩

中国矿山工程 2020年3期

巩固，付浩

(1.山东省煤田地质规划勘察研究院，山东济南 250104； 2.山东省煤田地质局第五勘探队分析测试中心，山东济南 250104)

1 前言

煤炭是我国不可或缺基础能源和重要原料，未来十年或几十年，煤炭工业依旧是能直接牵动国家经济命脉和能源安全的重要基础产业[1-4]。煤系中的地层对比研究一直是煤地质学研究的重点，矿井真正的实际建设生产过程中证明，煤层对比不正确导致的煤炭整体评估以及资源/储量评估错误，进一步影响矿井设计的科学性及实际施工的非必要工程量，引发巨大经济损失[5-6]。因此，多煤层赋存地区的煤层对比分析是否科学成为关键问题。

龙井煤矿位于黔西县北东部，行政区划属黔西县花溪乡管辖。矿区总体呈北窄南宽的长条形，东西向长约6.1km，南北向平均宽约8.8km，面积为19.64km2。通过开展系统的物探、钻探、化验测试和分析研究工作，对矿区煤层赋存特征及煤层对比进行分析研究。

2 矿区地质背景

2.1 构造背景

井田北西翼地层倾角25°～30°,南东翼地层倾向南东，倾角20°～35°,局部地层倾角较陡约45°～60°。区域断裂构造不发育。

矿区背斜西翼地层倾向北西，倾角一般为15°～25°，东翼地层倾向北东，倾角较陡，49°～82°。东部为一组向背斜，为格老坝向斜、赤河大坡背斜、秦家湾向斜等。

地层倾角18°～30°。

矿区内断裂主要为北区最北面的F1断层组；北区中部的F7、F8断层组；南区中部的F4、F5、F6、F11断层组；南区东北部F2、F3断层组。其中F1、F5、F6、F11规模相对较大，断距较大。

2.2 地层背景

区域地层从老到新为寒武系下统清虚洞组地层，中统高台组、中- 上娄山关群，石炭系下统大圹组地层，二叠系中统梁山组、栖霞组、茅口组地层。其中梁山组与娄山关群、龙潭组与茅口组之间为假整合接触，其余各地层之间为整合接触。

矿区内地层自老至新有：二叠系中统茅口组(P2m)，区域地质资料记载矿区茅口组地层层厚超过200m；二叠系上统龙潭组(P3l)，龙潭组厚度约130～230m；二叠系上统长兴组(P3c)，一般长兴组厚度为30～70m；三叠系下统夜郎组(T1y),层厚约460m；三叠系下统茅草铺组(T1m)，层厚约300m；三叠系中统松子坎组(T2s)，矿区内未完全揭露，层厚应大于200m；第四系(Q)，层厚约0～15m。

3 煤层赋存特征

3.1 地层岩性组成

矿区含煤地层为二叠系上统龙潭组(P3l)，揭露厚度为136.45～227.45m，平均厚度171.78m。

龙潭组地层岩性以细粒砂岩、炭质泥岩、泥岩为主及龙潭组底部稳定岩层- 铝土岩组成。

3.2 含煤性

从上到下煤层编号分别为M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M8下、M9、M10、M11、M12、M13、M14、M15、M15下。其中M8、M13、M14、M15可采， M14煤层为大部分可采，可采煤层平均总厚5.27m。煤系地层含煤系数7.22%。

M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M11、M12、M13、M14、M15等煤层层位沉积较稳定易于对比。除4个可采煤层(M8、M13、M14、M15)外，M2煤层偶有可采厚度见煤点，其他煤层未揭露可采见煤点。

3.3 沉积环境

属海陆过渡相前三角洲黔北三角洲沉积环境，为一海陆交互相、多旋回沉积组成[7-9]。黔北三角洲属曲流河—朵状三角洲沉积，规模较小，水体较浅，呈朵状或不规则指状。矿区煤系地层沉积环境海底坡度极缓，波浪作用较弱，潮汐起主导作用。沉积物颗粒较细，以粉砂岩、粉砂质泥岩和泥岩为主，砂岩磨圆性、分选性较好，发育潮汐层理、砂泥互层层理，偶见透镜状层理，含星散状或结核状黄铁矿。含动物化石，生物扰动构造发育。

4 煤层对比

本区含煤地层龙潭组为典型的海陆交互相沉积，根据矿区特征，利用标志层、层间距法、岩性、测井曲线、煤层特征综合进行煤层对比。标志层主要采用较稳定薄层石灰岩(泥灰岩)、薄层铝土岩；岩性方面根据岩性组合及粒度变化选择标志层；测井曲线方面, 主要根据测井曲线的形态特征、组合特征等对比煤层。在煤层特征方面, 根据煤层厚度、结构、煤质及煤层组合关系确定煤层层位。

4.1 标志层和间距对比

龙潭组有10层较稳定薄层石灰岩(泥灰岩)，其中L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L8下、L9灰岩全区层位稳定、特征明显可作为煤层对比的标志层。各灰岩标志层间距见表1。

表1 煤系内各标志层间距统计表

L1、L2、L3、L4：L1灰岩0.6～1.4m，平均1.03m；L2灰岩0.35～1.45m，平均0.68m；L3灰岩0.35～1.30m，平均0.74m；L4灰岩1.00～2.90m，平均1.48m。虽岩厚度不大，但全区稳定，尤其L4灰岩，特征明显，极易对比，是本组顶部良好的标志层。

L5：厚度0.35～1.25m，平均0.71m。全区稳定，与L4的间距稳定，部分区域是M2的直接或者间接顶板，与L6之间含有M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9等煤层，是对比以上煤层的主要标志层。

L6：厚度2.00～14.30m，平均3.99m。全区稳定，是龙潭组一、二段的分界灰岩，厚度稳定，特征明显，极易对比，是对比M8、M9、M11、M13等的主要标志层。

L7：厚度0.70～10.53m，平均2.81m。全区稳定，是M11的间接顶板，厚度稳定，特征明显，容易对比。与L8之间含有M11、M13，是对比M13的主要标志层。

L8：厚度1.80～8.55m，平均4.52m。其下5m左右还有一层L8下灰岩，是M14的直接顶板，其厚度在0.50m左右。这个灰岩组全区稳定，特征明显，容易对比。与L9之间含有M14，是对比M14的主要标志层。

L9：厚度0.90～7.02m，平均2.14m。是M15的顶板，沉积稳定，特征明显，容易对比，尤其作为M15的标志层，是确定M15的特征层，也是龙潭组底部的最后一组沉积灰岩，是鉴定龙潭组底部的主要标志层之一。

铝土岩：厚度0.53～7.45m，平均4.32m。龙潭组底部的薄层铝土岩，为典型的沉积间断标志，是良好的对比标志层。

4.2 测井曲线对比

煤层的测井曲线是煤层的物质组成在垂向上的变化特征的反映，采用物性特征明显的自然伽玛、电阻率、密度和中子孔隙度曲线作为对比标志曲线。

M8煤：煤层具有低密度、中高电阻率、较高中子孔隙度、低的自然伽玛的物性特征，测井曲线如图1所示。其下部有时发育M8下和M9煤层，同时常有一层较高放射性异常的泥岩。下部发育有全区稳定的L6灰岩，无论是从地层层序，还是物性特征都是确定M8煤层的有效标志层。

图1 M8煤层测井曲线

M13煤：煤层具有低密度、中高电阻率、较高中子孔隙度、较低的自然伽玛的物性特征，与其他岩性存在较大差别，测井曲线如图2所示。在M13煤层的顶板发育有一层炭质泥岩或泥岩，存在放射性异常，它是判定M13煤层层位的物性标志，在其下部发育有全区稳定的L8灰岩，也为判定M13煤层层位提供了依据。M13煤层在各参数曲线上反映明显，定性定厚可靠，由于标志层发育较稳定，煤层层位确定可靠。

图2 M13煤层测井曲线

M14煤：煤层具有较高电阻率、较低自然伽玛、较高中子孔隙度、低密度的物性特征。L8下灰岩为它的直接或间接顶板，也为判定M14煤层层位提供了依据。

M15煤：煤层具有低密度、中低电阻率、较高中子孔隙度、低自然伽玛的物性特征，一般含1层夹矸，测井曲线如图3所示。L9灰岩为其直接或间接顶板，煤层的底部常发育一层高自然伽玛异常的铝土岩，物性特征明显，是确定M15煤层的有效标志，也是龙潭组和茅口组的分界标志。

图3 M15煤层测井曲线

4.3 煤层特征对比

M8煤：层位稳定，厚度0.71～2.58m，平均厚度1.23m，属于较稳定的全区可采煤层，也是矿区的主要可采煤层。煤层结构简单，一般含0到1层0.4m夹矸。煤层顶板岩性以砂质泥岩与泥岩为主；底板以砂质泥岩与泥岩为主。煤层灰分、硫分较全区其余可采煤层属最低。

M13：层位稳定，厚度0.55～2.27m，平均厚度1.44m，仅在钻孔J1505处存在变薄点，其他区域全部可采，煤层结构较简单，煤层较稳定，一般不含或者含一层厚度0.4m以下夹矸，个别点含2层夹矸，为矿区主要的可采煤层。煤层顶板一般为泥岩、砂质泥岩，个别点见薄层炭质泥岩伪顶；底板一般为砂质泥岩、泥岩。

M14：层位稳定，厚度0.25～1.40m，平均厚度0.82m。存在部分不可采点和个别沉缺点，为大部可采煤层。煤层结构较简单，一般不含夹矸，见个别点含1～2层夹矸，夹矸一般为0.4m以下炭质泥岩。顶板岩性一般为L8下灰岩，个别为泥岩伪顶；底板一般为泥岩、砂质泥岩。以薄煤层为主，属较稳定的大部可采煤层。M14煤层灰分最高，M14煤层最高，

M15：层位稳定，厚度0.88～4.96m，平均厚度1.82m，为全区可采煤层。煤层结构较简单，一般含一层炭质泥岩夹石，偶见泥岩夹矸。一般L9灰岩为煤层直接顶板，局部有薄层炭质泥岩、粉砂岩、泥岩的伪顶；底板一般为泥岩，下距离龙潭组沉积标志的铝土岩在1～5m。煤层厚度变化小，以中厚煤层为主，属于较稳定全区可采煤层。