贵州金沙县化觉背斜煤矿地质特征及煤层对比研究

2022-02-12陈云明李刚成杨发素

云南地质 2022年4期

陈云明，李刚成，杨发素

(1.贵州省地矿局一〇二地质大队，贵州遵义 563003 ；2.贵州汇都地矿集团有限公司，贵州，遵义，563000)

金沙县是贵州省重要储煤、产煤区，属黔北煤田，勘查开发历史悠久，金沙南部化觉一带煤炭资源禀赋条件较好[1～5]。2005年以来，化觉背斜区域分别开展了化觉井田及其南、北段煤炭地质勘探工作，已建成永晟、硫磺坡、大运等大中型矿井[3～5]。化觉背斜煤矿区范围较广，为相对独立的构造单元，以往因矿权设置等原因将化觉背斜区划分为多个区块进行勘查，开展过部分研究工作[3～7]，尚未对整个背斜区煤矿地质特征及煤层对比开展过研究，本文以化觉背斜区为对象，总结该区煤矿地质特征并进行煤层对比研究，为区域煤矿地质勘查及开发利用提供技术支撑。

1 区域地质背景

化觉背斜地区大地构造位置为上扬子陆块，鄂湘渝前陆褶皱冲断带，黔北隆起区，毕节-桐梓北东向变形区，属扬子成矿省，鄂湘渝前陆褶皱冲断带西段Pb-Zn-Cu-Ag-Fe-Mn-Hg-Sb-磷-铝土矿-硫铁矿-煤-煤层气-页岩气成矿带，黔北隆起Mn-Hg-铝土矿-磷-煤-煤层气-页岩气-Ni-Mo-Pb-Zn成矿带，毕节-桐梓Mn-Ni-Mo-Pb-Zn-Hg-Cu-硫铁矿-磷-铝土矿-煤-煤层气-页岩气成矿亚带[6]。区内各构造轮廓定型于燕山期，构造形迹表现主要为北北东向褶皱和断裂带。主要褶皱有安底背斜、花苗沟向斜、耳海背斜、高坪复式向斜、化觉背斜[1，3～5]。化觉背斜发育于金沙长坝南部-高坪-化觉-鸭池河一线，呈北北东向展布，高坪一带为宽缓向斜，向南分岔成宽缓复式向斜，倾角5°～15°，沿煤层露头局部受断层影响，倾角达80°。区内出露二叠系中统茅口组(P2m)、上统龙潭组(P3l)、长兴组(P3c)，三叠系下统夜郎组(T1y)、茅草铺组(T1m)，中统松子坎组(T2s)、狮子山组(T2sh)、上统二桥组(T3e)，侏罗系中下统自流井群(J1～2zl)及第四系(Q)。其中，龙潭组(P3l)为区内含煤岩系，厚123.88m～172.20m，平均厚147.75m，厚度总体稳定。由浅灰、深灰、灰黑色泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、细砂岩、粉砂岩、灰岩及泥质灰岩、铝土质泥岩、炭质泥岩及煤层(线)等组成，为一套海陆交互相沉积组合。产腕足类动物化石及栉叶羊齿、栉羊齿、大羽羊齿等植物化石，多以碎片形式存在，较完整者保存的化石甚少[3-5]。

2 煤层

2.1 含煤性

区内煤层及煤线多，可采煤层含煤率高。含煤层6～15层，一般8～12层，自上而下可对比煤层为M5、M6、M7、M8、M9、M10、M11、M12，其余煤线连续性差。煤层及煤线总厚4.86m～14.87m，平均9.48m，含煤率6.41%。可采煤层为M6、M8、M11、M12，钻探工程一般见可采煤层2～7层，厚3.24m～13.15m，平均厚6.79m，含煤地层含可采煤率平均4.59%。可采煤占煤层及煤线总厚的71%[3～5]。表1。

图1 金沙化觉背斜区地质简图

表1 化觉井田含煤地层含煤性统计表

2.2 可采煤层

区内稳定可采煤层M8、M12，较稳定大部可采煤层M6、M11，见表2。

表2 化觉背斜各煤层见煤情况表

(1)M6煤层：位于P3l上部，上距P3c底界15.50m～39.23m，下距M8煤顶界平均22.05m。揭露煤层127个钻孔，117个见煤点，其中可采工程73个，点状可采率57.48%，煤层厚0.09m～3.51m，平均1.14m。含泥岩夹矸0～2层，一般含夹矸1层，结构简单-复杂煤层。顶板以粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩。底板粘土岩，含炭质泥岩，产植物碎片。

(2)M8煤层：主要可采煤层。位于P3l上部，下距M9顶界21.39m～41.66m，平均32.20m。区域内稳定可采，揭露煤层124个钻孔全部可采。厚0.86m～5.65m，平均2.63m，煤层沿走向、倾斜方向、深部、浅部厚度变化无明显规律。煤层结构简单，仅个别钻孔见1～2层炭质泥岩夹矸。顶板泥质粉砂岩、粉砂岩；底板泥岩、粘土岩，产植物碎片。

(3)M11煤层：位于P3l下部，上距B4底界0 m～8.62m，下距M12顶界18.67m～36.20m，平均27.22m。揭露煤层126个钻孔，123个见煤点，可采工程97个，点状可采率76.98%，煤层厚0.10m～2.81m，平均1.02m。为大部可采较稳定的薄煤层。多数不含夹矸，部分含粘土岩或炭质泥岩夹矸1层～2层，为结构简单煤层。顶板粉砂质泥岩，含较多钙质结核，产个体完整的动物化石，底板泥岩、含炭质、含粉砂质粘土岩，个别点为炭质泥岩。

(4)M12煤层：可采稳定的中厚煤层。位于P3l底部，顶界与B5标志层直接接触，少数钻孔与B5层间夹0.43m～3.36m厚泥岩；下距P3l与P2m分界1.42m～12.37m。揭露煤层127个钻孔，126个见煤点，可采工程122个，点状可采率96.06%，煤层厚0.55m～4.92m。含粘土岩或炭质泥岩夹矸0层～4层，一般1层～2层，少数不含夹矸，属结构复杂煤层。顶板中厚层状微-细晶生物灰岩、泥质灰岩，底板泥(粉砂)岩夹煤线或炭质泥岩及含黄铁矿粘土岩。

2.3 煤质特征

(1)煤的物理性质及煤岩特征：可采煤层以半亮型中-细条带碎粒状为主，少量块状及碎块状，夹丝煤透镜体，薄膜状方解石充填裂隙。煤岩组分由有机组分及无机组分构成。有机组分为镜质组及惰质组，镜质组多为基质镜质体、均质镜质体，少量结构镜质体、碎屑镜质体，偶见团块镜质体，惰质组多见半丝质体、氧化丝质体，次为碎屑丝质体，少量微粒体，并见分泌体，偶见粗粒体。无机组分主要以黄铁矿为主，石英次之，部分方解石与粘土矿物。各煤层镜煤反射率(R°max%)为2.51(40)～3.14(40)，显微硬度(HvN/mm2)3.07(20)～3.36(20)，变质程度为无烟煤Ⅱ1阶段。

表3 化觉背斜区煤质特征统计表

(2)煤的化学性质：各煤层煤质指标总体稳定。灰分等级以低灰为主，M11煤为中灰煤。从单点看，各煤层全硫含量从低硫到高硫均有，从全硫含量主要范围和平均值来看，M8煤为中硫煤、M6、M12为中高硫煤，M11煤为高硫煤。各煤层发热量均较高，M11煤为中高发热量煤，M6、M8、M12煤层为高发热量煤。各煤层主要煤质指标见表3。

3 可采煤层对比研究

煤层对比的方法较为成熟，一般根据含煤岩系的沉积序列、沉积环境及岩性组合特征，各煤层的赋存状态及煤自身的特点，采用标志层、煤层层位及层间距、测井曲线特征、煤层自身特征等方法对比[7-10]。

3.1 标志层法

借助煤系地层中有一定层位并沿走向、倾向分布稳定的特殊岩性层(标志层)，用以确定煤层的层序及空间关系进行对比的方法，井田自上而下建立了6个标志层，见图2。

图2 金沙化觉背斜区煤层对比图

(1)B1标志层：位于P3l上部，上距P3c底界3.08m～24.71m，平均12.49m；主要为深灰色中厚层状微-细晶灰岩、泥质灰岩，局部偶夹泥岩、粉砂岩、粉砂质泥岩，地表风化后呈褐黄灰色，产生物化石。下距M5煤层顶界平均3.80m。B1厚0.52m～10.92m，平均厚3.80m。地表及深部容易判别，全区稳定。为判断进入煤系的标志和M5煤层的见煤标志。

(2)B2标志层：位于P3l中上部，上距M8煤层底界5.42m～23.44m，平均14.14m；下距B3顶界平均10.33m。B2厚2.56m～6.78m，平均4.31m。由一套深灰色中厚层状细晶灰岩及少量泥质灰岩组成，个别点偶夹粉砂质泥岩。为判断M9的参考标志层。

(3)B3标志层：位于P3l中部，上距B2底界10.33m。下距M9顶界0～3.86m，是M9煤层的直接顶板。B3厚0.25m～8.31m，平均3.31m。由一套深灰色中厚层状细晶灰岩、泥质灰岩组成，局部含硅质结核及条带，地表风化后形成陡坎，产生物化石碎片。是区别M8煤与M9煤的重要可靠标志。

(4)B4标志层：位于P3l下部，上距B3底界7.41m～33.26m，平均20.42m。下距M11煤0～8.62m，平均2.46m。B4厚0.64m～9.06m，平均4.28m。由灰-深灰色薄-中层状细晶灰岩，偶夹泥岩，产生物化石。地表风化后形成小陡坎，地表及深部容易判别，全区稳定。B4标志层是M11煤的准确可靠标志。

(5)B5标志层：位于P3l下部，上距B4底界14.24m～37.01m，平均27.30m，多数工程底界与M12煤直接接触。为深灰色中厚层状细晶生物碎屑灰岩，上部偶夹泥岩，含较多黄铁矿结核。B5厚0.37m ～8.15m，平均厚3.33m。为M12煤直接顶板，是M12煤的可靠标志。

(6)B6标志层：位于P3l底部，为浅灰色含黄铁矿粘土岩，局部富集形成粘土质硫铁矿。上部颜色较深，含炭质，局部具鲕粒结构，厚0.20m～8.07m，平均厚2.81m，全区稳定，为M12煤层底板，同时又是确定煤系地层结束的标志层，其下为煤系地层底界，是确定M12煤层及煤系地层结束的可靠标志层。

3.2 层间距法

沉积盆地一定范围内同一时间段(两成煤时期之间)形成的沉积物厚度大致相同，即两煤层之间的层间距大体相同。区域内煤层之间，煤层与含煤岩系顶底界之间的层间距相对稳定，可以确定含煤地层中各煤层的层位和相对关系。见表4。

表4 煤层层间距统计表

3.3 煤层的测井曲线特征对比法

煤层的测井曲线是煤层物质组成在垂向上变化特征的反映，同一层煤物质组成及其变化应是相同或相似的，因此其测井曲线特征应具相同或相似。据此原理，以测井曲线及其变化特征区别不同煤层及识别同一煤层，是一种较可靠的煤层对比依据。区内各岩性测井曲线特征为：一般煤层具有高电阻率、极高伽玛伽玛、低自然伽玛特征，井田M11有别于其它煤层具有特殊性；石灰岩具有极高电阻率、极低自然伽玛特征；砂岩、粉砂岩电阻率相对泥岩稍高、自然伽玛相对泥岩稍低；泥岩电阻率相对砂岩稍低，自然伽玛相对砂岩稍高；炭质泥岩电阻率相对砂岩稍低，自然伽玛相对砂岩稍高。

(1)地质界线对比：不同岩性地层视电阻率区别较大，区内石灰岩视电阻率明显高于碎屑岩，利用石灰岩视电阻率高的参数特征可以清晰划分P3c/P3l、P3l/T1m地质界线。

(2)标志层(WB)对比：结合地质特征，选择WB1-WB4等4层标志层，各层视电阻率、天然放射性明显，易于区分对比。WB1是M9煤层之上的石灰岩，与M9煤层相隔一层薄层泥岩，WB2为M10-M11煤层之间的灰岩，WB1、WB2视电阻率、天然放射性曲线特征明显；WB3为M11煤层，除了与其它煤层共同的物性特征外，天然放射性为正峰反映，其峰值全区最高，曲线形态呈单峰异常，特征明显；WB4为M12煤层底部含黄铁矿粘土岩，天然放射性较高，组合特征明显，曲线形态呈多峰异常，大体呈三个相对高峰、两个相对低峰。

(3)煤层物性对比：M8煤层全区稳定可采，煤层结构单一，天然放射性、视电阻率、人工放射性、声波时差四种参数反映明显，顶底界面陡直(图3)；M9煤层局部含一层炭质泥岩夹矸，结构简单，视电阻率曲线多呈一大一小的母子峰，一高两二低的山字峰，天然放射性曲线在夹矸处正峰明显；M10煤层和M11煤层，多数不含夹矸，结构简单，天然放射性、电阻率、人工放射性、声波时差四种参数反映明显；M12煤层含炭质泥岩0～3层，结构较简单，天然放射性反映较高、天然放射性、电阻率人工放射性、声波时差四种参数反映明显。

图3 金沙化觉背斜区M8物性特征曲线

3.4 煤层自身特征对比法

各煤层具有较为独特的自身特征。从煤层含硫特征来看，区内可采煤层中，M8为低硫煤层，M6、M12为中高硫煤层，M11为高硫煤层，根据硫分含量很容易区分M8和M11煤层。从煤层结构看，M6煤层局部含一层炭质泥岩夹矸，M8煤层不含夹矸，M11局部含一层炭质泥岩夹矸，M12煤层多数含零至一层炭质泥岩夹矸，根据煤层结构，能明显区分M8和M12煤层。从煤层顶底板岩性组合特征来看，M6、M8煤层顶底板多为碎屑岩，B4、B5灰岩标志层是M11、M12的直接顶板，M12底板是B6标志层，其特征非常明显，利用各煤层顶底板岩性能较准确对比各煤层。