一种全隐蔽深部煤田煤炭资源勘查方法

摘要

本发明公开了一种全隐蔽深部煤田煤炭资源勘查方法。该方法首先编制待勘查地区的地层结构剖面图，依据找煤标志选择煤炭勘查靶区；然后在煤炭勘查靶区进行视电阻率测深，基于视电阻率测深曲线特征判别是否存在煤系地层，并开展地震勘探获得地震时间剖面，基于地震反射波特征判别煤层位置；最后进行地球物理测井，基于测井数据判别煤层厚度。本发明以电法、地震勘探和综合测井为基础，以深埋藏在坳陷盆地中的煤层识别为目标，通过大量实验研究及勘探实践，提出了识别全隐蔽深部煤层的视电阻率测深、地震反射波和数字测井指标，实现了地质、地球物理勘探有机结合找矿，该方法具有对煤层位置的确定准确、勘查的深度大、实施的效果好等特点。

说明书

技术领域

本发明涉及地质勘查的深部勘查技术领域，尤其涉及一种全隐蔽在坳陷盆地中的深部煤田煤炭资源勘查方法。

背景技术

煤炭是重要的能源资源，2018年我国煤炭消费量占全国总能源消费量的 59％。在山东省，由于煤炭资源开发强度大，资源危机矿山数量逐年增多，枣庄、淄博、济宁等以煤炭开发为基础的矿业城市已经成为或即将进入资源枯竭城市行列，煤炭资源已不能为山东省工业快速增长提供保障。因此，寻找接替资源，开展全隐蔽深部煤炭资源勘查评价成为解决资源危机的必然选择。

根据地质分析，山东省鲁西北地区的阳谷—茌平煤田煤炭资源潜力大。但由于该区是中新生代强烈坳陷区，盖层厚度大、地质构造较复杂、煤层埋深大，因此找矿难度大。本发明通过大量实验研究及勘探实践，解决了全隐蔽的深部煤层识别难题，对于开展深部煤炭资源勘查、提升能源保障能力具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于解决如何判别埋藏深度达1000～3000m的全隐蔽煤田煤层赋存位置和厚度问题，提供深部煤炭资源勘查方法。本发明以电法、地震勘探和综合测井为基础，以深埋藏在坳陷盆地中的煤层识别为目标，通过大量实验研究及勘探实践，提出了识别全隐蔽深部煤层的视电阻率测深、地震反射波和数字测井指标，实现了地质、地球物理勘探有机结合找矿，该方法具有对煤层位置的确定准确、勘查的深度大、实施的效果好等特点。

本发明的技术方案是：一种全隐蔽深部煤田煤炭资源勘查方法，其特征是，利用电法、地震勘探和测井识别深部煤层位置和厚度，其找矿方法为：

(1)编制待勘查地区的地层结构剖面图，依据找煤标志选择煤炭勘查靶区

赋煤地层和构造位置是2个最重要的找煤标志。煤炭勘查靶区的选择首先要查清是否存在赋煤地层，确定识别赋煤地层的地质因素，如鲁西北地区的赋煤地层主要是石炭—二叠系山西组和太原组，当钻探中穿透新生界，钻遇大套灰黑、黄绿等还原色调细碎屑岩时，表明已进入山西组赋煤地层；若穿透新生界遇到大套红色岩系，则表明钻遇的是中生界，下面还有相当厚度的地层才会进入山西组赋煤地层。其次是选择有利于赋煤的构造位置，坳陷的中心部位煤层多、厚度大，但其埋藏深度大、不利于勘查和开发，因此可供勘查利用的较浅煤层应选择隆起区与坳陷区的过渡位置和隆起区内部的凹陷中。据此确定，鲁西北煤炭勘查靶区的选择标志为石炭－二叠纪山西组和太原组，以及隆起区与坳陷区的过渡位置和隆起区内部的凹陷。

(2)在煤炭勘查靶区进行视电阻率测深，基于视电阻率测深曲线特征判别是否存在煤系地层

HA型、QHA型和右支“A”型视电阻率测深曲线为煤系存在的标志。由于不同地层单位电阻率有差异，其视电阻率测深曲线表现为不同的特征。当新生界直接覆盖于煤系地层之上时，视电阻率测深曲线为HA型；当新生界和中生界覆盖于煤系地层之上时，测深曲线呈QHA型；当煤系地层之上覆盖层厚度较大时(相对煤系厚度而言)，测深曲线呈右支“A”型。

(3)开展地震勘探获得地震时间剖面，基于地震反射波特征判别煤层位置

由于深部地质结构不同，地震反射波特征有明显差异，地震时间剖面则表现为不同的结构类型。如鲁西北地区以T_Q+N、T_E和T_G三层结构的地震时间剖面是最佳找煤标志。

新近系底界面是一个良好的波阻抗面，形成一个可连续追踪、能量较强的标准反射波组及相应的折射波组，称之为T_Q+N波。古近系内波组较多，其底界面处一般会有明显的反射波T_E。奥陶系顶部侵蚀面常常显示一对强相位低频波，在大范围内连续追踪的波组(T_G)。以T_E波为顶界、T_G波为底界，内部主要有>2、T₃、T₁₀、T₁₃多个波组，是煤层的反射。T₃波为主要可采煤层3煤的反射，是波组内的特征波，它具2～3个连续性好的相位，第一相位弱，第二相位强，周期20～25ms，第三相位周期变大，波形变宽。

(4)进行地球物理测井，基于测井数据判别煤层厚度

在地球物理测井中，煤层与其顶、底板围岩相比，具中—高电阻率、低密度(高伽马-伽马)、低自然伽马异常特征。定厚曲线选用分层点明显，易于确定煤层的测井曲线。厚煤层定厚解释的方法是：①视电阻率电位电极系曲线，通常以曲线的拐点定厚度；②密度曲线(伽马-伽马曲线)，当煤层与围岩密度差异很大时(如灰岩、致密砂岩为煤层的顶底板时)用密度曲线幅度值的1/3分层，当煤层与围岩密度差异不大时(如砂质泥岩及泥质含量较高的砂岩)用幅度值的2/5分层。

本发明深部煤层识别的主要原理如下：

(1)不同地层单位的电阻率差异。在鲁西北地区，第四系电阻率变化较大，浅部一般为15～30Ω·m，最高可达80Ω·m(干旱时测量)，深部较低，与新近系电性差异不大，在6～22Ω·m；侏罗系、古近系均为低电阻层，电阻率为6～ 12Ω·m，石炭－二叠系电阻率略高，一般为10～35Ω·m，下古生界和太古宙变质岩系为高阻岩层，电阻率一般大于300Ω·m。

(2)不同地层单位的地震反射系数差异。由于不同地层单位的岩性特征不同，其地震反射系数也有明显差异，在构造界面附近形成强的波阻抗界面，产生能量强、连续性好的反射特征。鲁西北地区不同地层单位地震反射系数见表1。

表1 鲁西北地区地震反射系数统计表

(3)煤层的物性特征。煤层与其顶、底板围岩相比，具中—高电阻率、低密度、低自然伽马异常特征，其电阻率值一般为200～3000Ω.m，密度为 1.15～1.75g/cm³，自然伽马10～200API。

本发明的主要有益效果如下：传统上主要采用地质(赋煤地层)+地震勘探技术勘查埋藏深度小于1000m的煤炭资源，本发明研发了地质(赋煤地层和构造位置)+综合物探(电法、地震勘探和测井)的深埋藏坳陷盆地中的煤层勘查方法。本发明具有定位精度高(煤层位置误差不超过0.5m)、探测深度大(可达 3km深度)的特点，有效解决了全隐蔽深部煤炭资源的精确定位难题。采用本发明在山东省阳谷—茌平煤田探明了全隐蔽深部煤炭资源。

附图说明

图1是山东省阳谷—茌平煤田煤层分布及地层结构剖面图；

图2为视电阻率测深曲线图，分别是HA型视电阻率测深曲线图(a)、QHA 型视电阻率测深曲线图(b)和右支“A”型视电阻率测深曲线图(c)；

图3是三层结构的地震时间剖面；

图4是3煤层在地震时间剖面上的反映；

图5是测井参数曲线与煤层的对应关系曲线图。

具体实施方式

下面结合实例对本发明方案进行详细说明。在山东省阳谷—茌平煤田勘查时本发明的具体实施方案是：

(1)首先，在对大量以往地质资料分析的基础上，编制了地层结构剖面图，确定阳谷—茌平地区存在石炭—二叠纪太原组和二叠纪山西组(图1)。剖面图中显示，新生界(Q和N)之下即是大套灰黑、黄绿等还原色调细碎屑岩，表明新生界直接覆盖于山西组赋煤地层之上，缺失中生界。在构造位置上该区处于鲁中隆起西南边缘与临清坳陷过渡位置，是有利赋矿的地质区域。在该区域内选择煤层埋藏相对较浅的茌平县博平勘查区开展煤炭资源勘查，该区最浅煤层标高在-1100m左右，最深煤层标高在-1800m左右。

(2)其次，在茌平县博平勘查区实施了2条视电阻率测深剖面，采用大极距直流电阻率测深等比对称四极垂向测深装置，电极排列方位与测线一致，最大AB/2＝4000米，MN＝AB/3。测深曲线显示HA型，局部显示QHA型和右支“A”型(图2)，符合煤系地层的曲线特征，指示深部有煤层存在。

(3)再次，按照2000×2000m网度开展了地震勘探。勘探结果显示，地震时间剖面呈现T_Q+N、T_E和T_G三层结构特征(图3)，第三层中的T₃波为3煤层的反射，是波组内的特征波，具2～3个连续性好的相位(图4)，第一相位较弱，第二相位较强，周期20～25ms，第三相位周期变大，波形变宽。

(4)最后，按照1000m×1000m的工程间距实施钻探验证和资源详查，并在钻孔中实施综合地球物理测井。煤层定厚解释的方法是：①视电阻率电位电极系曲线，以曲线的拐点定厚度；②密度曲线(伽马-伽马曲线)，当煤层与围岩密度差异很大时(如灰岩、致密砂岩为煤层的顶底板时)用密度曲线幅度值的 1/3分层，当煤层与围岩密度差异不大时(如砂质泥岩及泥质含量较高的砂岩) 用幅度值的2/5分层。并结合煤层具有高电阻率、低密度(显示为高伽马-伽马)、低自然伽马异常特征进行判定。结果表明，勘查区内含煤层9层，其中3上和3 下煤层厚度分别为2.71m和2.14m(图5)。

采用本发明的方法和上述实施步骤，在山东省阳谷—茌平煤田探明了全隐蔽的茌平县博平煤矿区，查明(333)类煤炭资源量为19946.5万，证实本发明的勘查方法是行之有效的。