综合物探方法在羌塘盆地煤炭勘探中的应用

梁红艺，谢小国.2，古志文，罗 兵

（1.四川省煤田地质局物探公司，成都 610072；2.成都理工大学地球物理学院，成都 610059）



综合物探方法在羌塘盆地煤炭勘探中的应用

梁红艺1，谢小国1.2，古志文1，罗 兵1

（1.四川省煤田地质局物探公司，成都 610072；2.成都理工大学地球物理学院，成都 610059）

摘要：为查明羌塘盆地构造体系，了解煤系地层纵向关系，利用可控源音频大地电磁测深法推断出该地区主要地层包括第四系、沱沱河组、甲丕拉组和扎苏组，FIX、FXV断层和岩浆岩引起的基底隆起对含煤地层扎苏组起到了破坏作用；利用测井资料对扎苏组各岩性的测井响应特征进行了归纳总结，并对勘查区主要煤层的物性特征进行了详细分析；利用测温资料，查明了该区地温梯度为18.1℃/km，属低地温梯度场。因此综合物探方法应用结果表明，有效地利用多的物探手段有利于提高地质勘探的可靠性和实用性。

关键词：煤炭勘查；物探；测井；羌塘盆地

羌塘盆地位于昆仑山、唐古拉山和冈底斯山脉之间，盆地南北以班公湖—怒江缝合带、可可西里—金沙江缝合带为界；东西以侏罗系地层明显减少或缺失为界，是一个在前寒武系结晶基底之上发育起来的以古生界—中生界海相沉积为主的叠合盆地[1]。羌塘盆地区域性基础地面工作涉及范围大，但重点工作区少，基本未进行过相应的深部勘查工作，开心岭地区位于羌塘盆地北部，唐古拉山北麓和长江源头沱沱河一带[2]，海拔在4 600m以上。通过在开心岭地区开展综合地球物理勘探，有助于了解工区内的构造体系，查明煤系地层的纵向关系和预测隐伏煤层的空间展布。

可控源音频大地电磁测深法（CSAMT）是一种频率域电磁测深方法，它利用地面偶极子或水平线圈作为人工信号源产生可控的电磁波信号，通过接收不同频率的电磁波信号以达到测深的目的[3]，因此CSAMT在深部资源勘探中有非常明显的优越性[4]。地球物理测井是沿井身测量钻井地质剖面上地层的各种物理参数，研究地下岩石物理渗流特性，寻找和评价有用矿藏资源的一门应用技术，测井方法在纵向识别地层地质信息方面具有非常高的分辨率和精度[5]。在煤炭勘探中，单一物探方法对煤层展布、纵向划分方面存在着各自的不足。因此在羌塘盆地开心岭煤炭资源勘探中，综合利用CSAMT和测井方法可以取得良好的效果。

1　方法原理

1.1可控源音频大地电磁测深法原理

可控源音频大地电磁法是基于电磁波传播理论和麦克斯韦方程组导出的卡尼亚视电阻率方程[6-8]，电场（Ex）、磁场（Hy）与视电阻率（rs）的关系式如下：

式中f为频率。由（1）式可知，只要在地面上观测到两个正交的水平电磁场（Ex、Hy）就可以获得卡尼亚电阻率。根据电磁波的趋肤效应，趋肤深度公式如下：

式中D为探测深度，m；r为地表电阻率，Ω•m；f为频率，Hz。

1.2 测井方法原理

测井方法是以地球物理学和地质学的基本理论为指导，综合分析地下岩层的电化学特性、导电特性、声学特性、放射性等地球物理特征，解决地层岩性、构造、沉积以及储层性质的一种方法。

羌塘盆地开心岭地区实施的测井参数包括自然伽马、视电阻率、自然电位、三侧向电阻率、补偿密度、井径、井斜、井温、井液电阻率等。不同的岩性具有不同的测井响应特征，因此综合各项测井信息，可以分析井内剖面的地质信息。

图1　开心岭勘查区ZKX钻井岩性厚度统计图

2　综合应用

开心岭勘查区可控源音频大地电磁法工作中的WX测线经过钻ZKX钻井，因此资料解释以WX线和ZKX井为主。

2.1地层解释

WX测线推断地层包括第四系（Q）、沱沱河组（E1-2t）、甲丕拉组（T3jp）、扎苏组（P2z）。第四系地层视电阻率介于20～100Ω.m之间，厚度从10～100m不等，主要为现代河床、河漫滩、冲积砂、砾石、风成砂、湖沼沉积。沱沱河组地层呈低阻条带状反映，视电阻率值主要介于5～35Ω m之间，主要岩性为砂岩、泥岩等。甲丕拉组视电阻率介于40～200Ω m之间，主要岩性为灰岩、粗粒、中粒砂岩以及砾岩等。扎苏组地层与甲丕拉组地层呈不整合接触关系，呈低视电阻率反映，视电阻率值主要介于5～75Ω m之间。含煤地层扎苏组含煤碎屑岩组在咚日日纠一带灰岩夹层增多，聚煤盆地的倾伏方向总体指向东北，沉积环境为海陆交互相沉积。

ZKX井井深470m，主要层位为扎苏组，上部未见顶，下部未见底，岩性以深灰色石灰岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、煤层和炭质泥岩为主。测井资料解释43层岩性，其中煤、碳质泥岩厚度8.36m，粉砂岩、细粒砂岩厚度114.66m，石灰岩厚度79.8m，泥岩、砂质泥岩厚度257.53m。扎苏组的煤、泥岩、砂岩、石灰岩厚度比为0.03：1.00：0.45：0.31，图1。石灰岩电阻率为750Ω.m，自然伽马为32API，密度为2.69g/cm3；砂岩电阻率为230Ω.m，自然伽马为72API，密度为2.61 g/cm3；泥岩电阻率为106Ω.m，自然伽马为93API，密度为2.56 g/cm3；煤层的电阻率为127Ω.m，自然伽马为79API，密度为1.54g/cm3。因此从测井曲线响应特征上可以看出，各岩层的差异明显，易于识别。

2.2煤层物性特征

根据ZKX井揭露的煤层测井情况，区内煤的密度最小，平均仅为1.56g/cm3；视电阻率为中高值，127 Ω.m；自然伽马为79API。炭质泥岩在各测井曲线上的异常形态与煤层相似，但电阻率值相对较高，密度较大，自然伽马较高。其曲线幅值在煤与泥岩之间变化。各煤层的主要物性特征如下：

1）煤2层位于359.00m位置，厚度为3.57m，煤层为半亮型煤，以镜煤为主，黑色，条痕色为黑色，玻璃光泽，层状构造，条带结构，参差状断口。顶板岩性为泥岩、炭质泥岩，底板岩性为泥岩、砂质泥岩。测井响应特征明显，电阻率相对围岩为高值，121～129Ω.m；密度为低值，1.50～1.55g/cm3；自然伽马低值，为75～82API；煤层底部存在扩径现象；自然电位为正异常。利用体积模型法，求得煤2层原煤水分为8.2%，灰分为14.9%。煤2层测井响应特征（图2）。

2）煤3层位于405.05m，厚度为1.55m，煤层为半暗型煤，暗煤为主夹镜煤，层状构造，弱光泽，参差状断口。煤层顶板为砂质泥岩，底板为砂质泥岩和粉砂岩，距煤2层底板44.50m。自然伽马相对围岩为低值，79API；密度为1.64g/cm3。原煤水分为12.0%，灰分为40.2%，煤质较差。

3）煤4层位于450.02m，厚度为0.37m，煤层以暗煤为主，弱光泽，层状构造，条带状结构。煤层顶板为泥岩、细粒砂岩，底板为粉砂岩。自然伽马值较高，125API；电阻率为中高值，60Ω.m；密度为低值，为1.53g/cm3；煤层底部有略微扩径，自然电位为正异常。原煤灰分为11.6%，灰分为22.5%。

2.3基底推断

可控源音频大地电磁法探测深度范围深，因此可以用来推断基地。WX线基底形态明显，其对应地表点号为30～72号点，标高范围大致为4 000～3 500m（图3）。该基底有向上延伸的趋势，在30～46号点附近一直延伸至地表，值得注意的是，该处基底隆起规模大（深部隆起长度达5km），并向上延伸到了地表，根据已知地质资料，推测该隆起基底以及断层对含煤地层扎苏组起到了破坏作用。结合已知地质资料推断，基底隆起主要是由于岩浆岩上升引起。

图3　开心岭勘查区WX线基底隆起位置分布图

2.4断层解释

2.4.1 FIX断层

视电阻率曲线从6号点附近向大号点方向出现了明显的差异，水平方向不连续，曲线形态陡且密，结合地质资料，推断此处发育FIX断层（图4）。在断面内向东倾斜，断层附近因地层的错动，其上下盘岩体均变得破碎，导致岩层充水而导致断层中央部位在电性上反映为低视电阻率。

图4　开心岭勘查区FIX断层

2.4.2 FXV断层

视电阻率曲线在88号点附近出现了明显的水平不连续性，整体形态向下掉且呈低视电阻率反映，推断此处发育FXV断层，在断面内向南倾斜（图5）。

图5　开心岭勘查区FXV断层

2.5地温梯度分析

以开心岭勘查区ZKX井井温数据为基础，研究羌塘盆地开心岭勘查区地温场。由图2可知，井温与深度之间呈良好的线性关系，它们能反映地层的温度。首先确定恒温带的深度和温度，在本项目中，恒温带的深度Z0为39.50m，温度T0为0.7℃，则地温梯度计算公式为[9]：

式中，G为地温梯度；T、Z分别为测温点温度和深度。

数据处理时，根据不同尝试的测温数据计算恒温层到该深度的地温梯度，再将该井不同深度温度值计算出的地温增强度加以算术平均，即为该井的平均地温梯度[10]。以10m的采样间距求取各深度点的地温梯度，再用算术平均方法求得ZKX井的地温梯度为18.1℃/km。与我国其它大、中型沉积盆地相比地温梯度偏低，是个低温场。

3　结论

1）可控源音频大地电磁法（CSAMT）具有探测深度深、对电性差异大的地层反映敏感等特征。CSAMT方法推断羌塘盆地开心岭勘查区地层包括第四系、沱沱河组、甲丕拉组、扎苏组。地表点号在30～72号点间基底隆起规模大，并向上延伸到了地表；从6号点附近向大号点方向发育FIX断层；在88号点附近发育FXV断层。隆起基底以及断层对含煤地层扎苏组起到了破坏作用。

2）测井方法具有分辨率高，综合反映地质信息全面等特征。利用测井资料对开心岭勘查区扎苏组地层进行综合分析可知，扎苏组岩性以石灰岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、煤层和炭质泥岩为主，各岩性测井响应特征明显。利用测温资料分析可知开心岭勘查区地温梯度为18.1℃/km，属低温场。

3）不同物探方法具有不同的工作原理和方法，其解决的地质问题也不同，综合有效地利用多的物探手段有利于提高勘探的准确性和实用性。

参考文献：

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The Application of Comprehensive Geophysical Prospecting Method to Coal Exploration in the Qiangtang Basin

LIANG Hong-yi1XIE Xiao-guo1,2GU Zhi-wen1LUO Bing1
(Geophysical Exploration Company,Sichuan Bureau of Coal Geology,Chengdu 610072; 2-Geophysical College,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059)

Abstract:This paper deals with the application of comprehensive geophysical prospecting method to coal exploration in the Qiangtang basin.CSAMT is applied to stratigraphy,influence of FIX and FXV faults basement uplift caused by magmatite on the Zhasu Formation as coal-bearing formation.Logging data are used for interpreting physical characteristics of the main coal in exploration area.Temperature measurement data are used for finding out the geothermal gradient of 18.1℃/km in this region.

Keywords:Qingtang basin; CSAMT; logging; coal exploration.

作者简介：梁红艺（1965-），男，四川成都人，高级工程师，主要从事地球物理勘查与遥感工作

基金项目：青海省国土资源厅2013年度地质勘查基金项目（第一批）（青国土资[2013]64号）

收稿日期：2015-03-16

DOI：10.3969/j.issn.1006-0995.2016.01.032

中图分类号：P631.2、3；P518.11

文献标识码：A

文章编号：1006-0995（2016）01-0144-04