高祥川
(新汶矿业集团地质勘探有限责任公司,山东 新泰 271222)
沙章图井田煤岩层对比分析
高祥川
(新汶矿业集团地质勘探有限责任公司,山东 新泰 271222)
通过对沙章图井田煤系地层特征的分析与研究,采用岩煤层组合特征、标志层、煤层层间距、物性特征和煤质特征等多种手段对区内的煤岩层进行对比,可以准确的判定地层层位和确定煤层,更好的指导和服务于生产,同时对指导周边地区的地质勘探具有重要的意义。
岩层组合;煤层;标志层;物性特征;对比
沙章图井田位于内蒙古鄂托克前旗西部,行政区划隶属内蒙古鄂托克前旗上海庙镇管辖。井田大地构造位置位于鄂尔多斯地台西缘贺兰山褶皱带中段东侧,区内古生代地层区划属于华北地层大区晋冀鲁豫地层区鄂尔多斯地层分区贺兰山—桌子山地层小区,中、新生代地层区划属于陕甘宁地层区鄂尔多斯地层小区。井田地层由老至新依次有古生代奥陶系(O)、古生代石炭系中统土坡组(C2t)、上统太原组(C3t),二叠系下统山西组(P1s)、上统石盒子组(P1-2sh)、上统孙家沟组(P2s);中生代三叠系中统二马营组(T2e);新生代新近系(N),第四系(Q);井田总体形态为向东倾伏的单斜构造,地层较平缓,倾角一般5°~24°,发育近NS、NNW、NWW向的正、逆断层及褶曲,构造复杂程度为中等构造。井田属华北型石炭—二叠系海陆交互相含煤沉积,含煤地层为石炭系上统太原组(C3t)和二叠系下统山西组(P1s),区内含煤地层总厚度平均185.45m,煤层总厚度平均12.79m,含煤系数6.90%,含可采煤层7层,可采煤层总厚度平均12.10m,可采含煤系数6.52%,占全部煤层总厚94.61%。本区可采煤层为1、3上、3、5、8、9、10煤层,其中3、5、9煤层为全区或大部可采的稳定煤层,1、8为局部可采的不稳定煤层,3上、10煤层为局部或大部可采的较稳定煤层。
根据井田内含煤地层的沉积规律,本次煤岩层对比主要采取含煤段组合特征、标志层及煤层层间距、物性曲线特征、煤层地震波特征,煤质等多种手段进行。
1.1 含煤段组合特征对比
井田内各含煤段煤、岩层组合特征各具特点,为煤、岩层对比提供了依据。
二叠系山西组(P1s):属陆相河、湖、沼泽相沉积。分上、下两段,上段自太原组顶界至3上煤层顶板,以厚层、深灰、灰黑色粉砂岩为主,部分为细砂岩或泥岩,含有丰富植物化石及黄铁矿结核,含3上、3、5煤层;下段自3上煤层顶板以上至山西组顶界(1煤顶部存在一层稳定的砂岩),以厚层灰白色中、粗粒砂岩、灰黑色粉砂岩、泥岩为主,次为细粒砂岩,含1、2、3层薄煤。
石炭系上统太原组(C2t):属近海型含煤建造。依据生物化石及沉积旋回、岩性特征,自下而上分为两段。
第一段(C2t1):自太原组底部至四灰顶界,岩性由灰白色砂岩、深灰色粉砂岩、灰黑色泥岩、深灰色灰岩和煤层组成,含9、10煤层。该段底部为灰白色中、粗粒砂岩,碎屑成分以石英、长石为主,含少量岩屑及云母碎片,分选性中等,次棱角状,泥钙质胶结;顶部为深灰、灰黑色石灰岩,质较纯,局部夹薄层泥岩,富含蜓类化石,该层灰岩较稳定,岩性、岩相特征明显、层位稳定,为区域性标志层。
第二段(C2t2):由四灰顶界至一灰顶界,含7、8煤层。全段由两个粒度旋回组成,每个旋回自下而上由灰白色中细粒砂岩、深灰色粉砂岩、灰黑色泥岩和煤层组成。该段底部(即第一旋回底部)为灰白色中~细粒砂岩,碎屑成分中石英占86﹪,长石占7﹪,其它岩屑7﹪,分选性中等,次棱角~次圆状,孔隙式泥、钙质胶结,层面富集云母片,具波状,小型交错层理,该层砂岩层位稳定,分布广泛;顶部为深灰色灰岩,坚硬、性脆,具方解石脉,含蜓科及腕足类化石,为7煤直接顶板,偶有钻孔相变为钙质泥岩,全区广泛分布,层位、厚度相对稳定,定为一灰标志层。
1.2 标志层、煤层层间距对比
(1)井田内的主要标志层有:山西组1煤层顶板粘土岩,一灰(7煤层顶板,山西组与太原组的分界线),太原组四灰等,各标志层特征明显,易于识别,而且层间距较为稳定,是地层划分和对比的重要依据。
1煤层顶板粘土岩,为上距1煤层顶20m左右有一层位稳定的粘土岩,厚度1.00~2.39m,灰白、灰绿色,细腻、质较纯,团块状,其顶部或底部常有薄煤层或炭质泥岩;一灰,厚0.70~1.60m,为7煤层顶板的深灰色灰岩,坚硬、性脆,具方解石脉,含蜓科及腕足类化石,层位、厚度相对稳定;四灰,厚1.46~2.55m,为9煤层顶部的深灰、灰黑色石灰岩,质较纯,局部夹薄层泥岩,富含蜓科化石,岩性、岩相特征明显、层位稳定(见图1)。
图1 9煤顶部灰岩(四灰)
(2)煤层层间距:本区地层相对平缓,煤层层间距在孔间也较为稳定。区内1煤与3上煤层间距为36.30~72.73m,平均47.15m;3上煤与3煤层间距为1.80~8.41m,平均4.12m;5煤与8煤层间距为27.72~51.75m,平均35.08m;8煤与9煤层间距为19.00~52.90m,平均25.36m;9煤与10煤层间距为2.80~20.80m,平均5.71m。因此,利用煤层层间距进行对比,方法简便、 直观、可靠。
图2 煤层间距对比示意图
1.3 物性曲线特征对比
山西组和太原组煤系地层,岩、煤层的物理性质差异明显,沉积环境比较稳定,旋回结构清晰,标志层多,有利于利用物性特征进行岩煤层对比研究。
山西组(P1s):物性特征电阻率以低中值为主,平均160.00Ω·M,曲线较平衡,起伏较小;自然伽玛以中高值为主,平均92.00API,曲线变化较小;伽玛伽玛以中低值为主,平均17609.00脉冲/分,曲线平缓,变化小;薄煤层上,电阻率、伽玛伽玛为中高异常,曲线呈“尖峰”状,自然伽玛低异常,曲线向负方向略有突起。
太原组(C2t):砂岩、粉砂岩、泥岩互层段电阻率中低值平均320.00Ω·M,曲线平缓中略带起伏。自然伽玛中~高值,大约66.5~133.5API,曲线起伏较大,变化明显;石灰岩段电阻率为中~高值,大约220.00Ω·M,曲线为“单指状”,自然伽玛为低值,约为21.0API,呈“尖峰”状;煤层段电阻率为中高值,曲线呈“尖峰”状,自然伽玛、自然电位为低值,曲线为向负突出的“尖峰”。
图3 太原组曲线特征图
图4 山西组曲线特征
1.4 地震波物性特征对比煤层
区内煤系地层沉积较稳定,煤层赋存条件较好,主采煤层5煤、9煤间距大于50m,具有各自独立的相位,煤层与围岩波阻抗差明显,形成的反射波能量较强,连续性好,可以明显辨认5煤及围岩、9煤及围岩所形成的反射波T5波、T9波,用作5、9煤煤层对比直观可靠。
图5 波组特征剖面
1.5 煤质对比
经过对区内煤样化验资料的分析,山西组1煤层属中灰、高挥发分、低硫、中高发热量的气煤;山西组3上煤层属中灰、高挥发分、低硫、中发热量气煤;山西组3煤层属中灰、高挥发分、低硫、中高发热量气煤;山西组5煤层属中灰、高挥发分、低硫、中发热量气煤;太原组8煤层属中灰、高挥发分、中硫、中高发热量气煤;太原组9煤层属中灰、高挥发分、中高硫、中高发热量气煤;太原组10煤层属中灰、高挥发分、中高硫、中高发热量气煤。
其中山西组的1、3上、3、5煤层与太原组的8、9、10煤层硫分含量差别较大,是区分山西组煤与太原组煤的一个重要指标。
煤岩层对比是研究含煤地层层序、井田内地质构造、煤层厚度变化情况及煤层赋存规律的前提。本文从不同的角度采用不同的方法对沙章图井田内的含煤地层进行综合分析,采用煤岩层组合特征、标志层、煤层层间距、物性特征和煤质等手段进行对比,井田内煤岩层组合特征、标志层、煤层、煤质特征明显,容易识别,易于对比。但每种对比方法只不过是从不同的角度反映了煤系地层沉积特点的一个侧面,各有其局限性,必须进行综合分析,才能找出符合实际的客观规律,从而可以准确的判定地层层位和确定煤层,进而更好的指导和服务于生产,同时对指导周边地区的地质勘探具有重要的意义。
[1]新汶矿业集团地质勘探有限责任公司.内蒙古自治区鄂托克前旗长城三号井田煤炭资源储量核实报告(2013)[R].
高祥川(1983-),男,工程师,从事煤田勘探工作。