吳查查 郭曉波

(神華地質勘查有限責任公司,北京市昌平區(qū),102211)

★煤炭科技·地質與勘探★

基于遙感技術的深部多層覆蓋區(qū)找煤技術研究?
——以海渤灣礦區(qū)周邊地區(qū)為例

吳查查 郭曉波

(神華地質勘查有限責任公司,北京市昌平區(qū),102211)

基于遙感技術,結合區(qū)域地質、物探、鉆探及礦區(qū)勘探資料,應用中分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行遙感地質解譯,確定研究區(qū)空間地質結構和重點找煤地段。利用高分辨率遙感影像在重點找煤地段進行大比例尺遙感地質填圖,并采用少量工程控制,成功解決了老礦區(qū)外圍找煤問題,探索出一套老礦區(qū)外圍深部多層覆蓋區(qū)遙感找煤方法。

遙感技術 老礦區(qū)外圍 深部多層覆蓋 找煤 海勃灣礦區(qū)

鄂爾多斯盆地西緣是我國煤炭資源分布比較集中的地區(qū),目前該區(qū)出露和半出露的煤田已基本查清,急需尋找接續(xù)資源。多年來,運用傳統(tǒng)方法尋找深部煤炭資源幾無進展,急需探索深部找煤新技術。

本文以灣南煤田煤炭資源潛力區(qū)為例,通過空間遙感地質信息提取,遙感與非遙感數(shù)據(jù)集成,遙感、物探、鉆探等成果的綜合研究,介紹礦區(qū)外圍的空間地質結構建立、含煤巖系保存區(qū)分析、深部找煤三要素測算等,旨在采用遙感技術,探索老礦區(qū)外圍深部多層覆蓋區(qū)遙感找煤方法。

1 地質概況

海渤灣礦區(qū)位于內蒙古自治區(qū)烏海市黃河東岸,地處賀蘭山脈北段山間狹長走廊低地,東西兩側分別為南北走向的桌子山及崗德爾山。礦區(qū)內多為殘丘、孤山及古礫石階地,地勢總趨勢東高西低、南高北低,海拔高程1160～1490 m。海渤灣礦區(qū)南側地區(qū)屬沖洪積平原,海拔高程1090～1290 m。

海渤灣礦區(qū)含煤巖系為石炭—二疊系太原組(C3t)和山西組(P1s)。含煤巖系上覆地層為二疊系石盒子組(Psh)、上二疊—下三疊統(tǒng)石千峰組(PTs)和第四系(Q);下伏地層為奧陶系(O)和中石炭統(tǒng)本溪組(C2b)。

在區(qū)域構造區(qū)劃上,海渤灣礦區(qū)屬桌子山褶皺束桌子山褶皺,南與陶樂隆起相鄰;東西分別以黃河斷裂、桌子山東緣斷裂與銀川斷陷盆地和鄂爾多斯臺坳帶相接。桌子山褶皺總體為近南北走向、向南傾伏的復式背斜。構造區(qū)內自東向西有桌子山東麓大斷裂、桌子山背斜、崗德爾—西來峰大斷裂、崗德爾背斜等次級構造。

2 遙感找煤研究方案

2.1 研究內容

本研究以遙感技術為主要手段,遵循含煤建造—含煤巖系—煤層的找礦理念,通過空間遙感地質信息提取,遙感與非遙感數(shù)據(jù)集成,遙感、物探、鉆探等成果的綜合研究,調查神華老礦區(qū)周邊煤炭資源潛力區(qū)。

(1)以中低分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)為依據(jù),進行遙感地質解譯;結合區(qū)域地質、物探、鉆探、礦區(qū)勘探資料及野外實測地質資料,編制區(qū)域遙感地質圖;建立已知礦區(qū)外圍的空間地質結構。

(2)根據(jù)區(qū)域巖相古地理、地質發(fā)育史資料,分析含煤地層的沉積范圍,確定含煤巖系保存區(qū)。

(3)以高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)為依據(jù),進行含煤巖系保存區(qū)遙感地質調查,根據(jù)地層深度標識確定賦煤空間,尋找埋深1500 m以內的含煤巖系。

2.2 技術關鍵

深部找煤的技術關鍵是確定三個要素,即含煤巖系下伏基底的頂板深度DH、上覆地層的底板深度SH和含煤巖系主要煤層到煤系地層底板的間距M,三個技術要素的關系見圖1。三者之間的關系是:

(1)含煤巖系的下伏基底出露,DH＝0,無煤,如圖1(a)所示;

(2)含煤巖系的下伏基底頂板深度等于上覆蓋層的底板深度,DH＝SH,無煤,如圖1(b)所示;

(3)含煤巖系下伏基底的頂板深度與上覆地層的底板深度之間的間距小于含煤巖系中主要煤層到煤系底板的厚度,DH－SH＜M,找不到主要可采煤層,如圖1(c)所示;

(4)含煤巖系下伏基底的頂板與上覆地層的底板之間的間距大于含煤巖系中主要煤層到煤系底板的厚度,DH－SH＞M,才能找到煤炭資源,如圖1(d)所示;

(5)含煤巖系的主要煤層埋深超過1500 m,達不到找煤的目標,如圖1(e)所示;

(6)含煤巖系的主要煤層賦存垂深小于1500 m,可以找到有效煤炭資源,如圖1(f)所示。

圖1 三個技術要素關系圖

2.3 遙感調查

(1)首先采用中分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)對全區(qū)約50000 km2的區(qū)域進行1∶20萬比例尺的遙感地質調查,編制區(qū)域遙感地質圖,建立區(qū)域空間地質結構。采用的主要數(shù)據(jù)為中巴資源衛(wèi)星CBERS－02B星、環(huán)境一號衛(wèi)星和美國ETM衛(wèi)星數(shù)據(jù)。中巴資源衛(wèi)星CBERS－02B星CCD數(shù)據(jù)分辨率為20 m,共使用10景,數(shù)據(jù)時相為2005－2008年6－9月;環(huán)境一號衛(wèi)星A星CCD數(shù)據(jù)分辨率為30 m,共使用2景,數(shù)據(jù)時相為2010年7－8月;美國ETM數(shù)據(jù),分辨率為15 m,共使用4景,數(shù)據(jù)時相為2000年6－8月。

(2)然后采用高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)對2000 km2的重點找煤地段進行1∶5萬比例尺的遙感地質調查,對核心三要素進行測算,進而確定煤炭資源潛力區(qū)。采用的主要數(shù)據(jù)為中巴資源衛(wèi)星CBERS－02B星2.36 m全色和20 m多光譜融合數(shù)據(jù),天繪一號衛(wèi)星2 m全色和10 m多光譜融合數(shù)據(jù)。中巴資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)共使用4景,數(shù)據(jù)時相為2008年的3月和9月;天繪一號衛(wèi)星數(shù)據(jù)使用1景,數(shù)據(jù)時相為2011年6月。

3 海渤灣礦區(qū)南部深部找煤示范

海渤灣礦區(qū)南部深部找煤示范區(qū)(以下簡稱灣南示范區(qū))位于寧夏平羅陶樂鎮(zhèn)以北,內蒙古鄂托克旗棋盤井鎮(zhèn)以南,東以拿個、托里廟、銼吉一帶為界,西以黃河為界,面積約1200 km2。

灣南示范區(qū)地處桌子山褶皺南段,陶樂—靈武斷裂隆起帶北端,北以正義關東西向平移大斷裂與桌子山煤田為界,東以桌子山東麓大斷裂為界,西以黃河大斷裂與石嘴山煤田相鄰,南至馬石頭山古隆起。

3.1 示范區(qū)地質結構分析

3.1.1 地層厚度

海渤灣礦區(qū)及周邊地區(qū)地層屬晉冀魯豫地層區(qū)鄂爾多斯地層分區(qū)賀蘭山—桌子山地層。通過參照礦區(qū)地質資料及地質調查各時期地層厚度統(tǒng)計如下:

奧陶系(O):出露于海渤灣礦區(qū)南端,厚度不詳。

中石炭統(tǒng)本溪組(C2b):出露于海渤灣礦區(qū)東部,厚度17～54 m。平行不整合于奧陶系石灰?guī)r之上,在馬石頭山古隆起一帶消失。

上石炭統(tǒng)太原組(C3t):厚度41.9～215 m。海渤灣礦區(qū)全區(qū)分布,與下伏本溪組整合接觸。太原組是礦區(qū)主要含煤地層,含煤7～16層。

下二疊統(tǒng)山西組(P1s):厚度71.6～100 m。海渤灣礦區(qū)全區(qū)分布,與下伏太原組整合接觸。山西組是礦區(qū)主要含煤地層,含煤10層。

二疊系石盒子組(Psh):厚度107～368.9 m。

上二疊—下三疊統(tǒng)石千峰組(PTs):厚度324 m。

下白堊統(tǒng)伊金霍洛組(K1y):厚度大于700 m。分布于灣南示范區(qū),不整合于下伏地層之上。

漸新統(tǒng)(E3):厚度大于200～300 m,海渤灣礦區(qū)內廣泛出露,不整合于下伏地層之上。

第四系(Q):主要為沖積層,風成細砂,厚度0～80 m。

3.1.2 主要構造

根據(jù)遙感解譯結合物探資料,確定區(qū)域構造為桌子山復背斜、桌子山東麓大斷裂、黃河大斷裂、正義關東西向平移大斷裂;確定下列斷層為煤田內主要斷層:

F1逆斷層,走向NE,傾向NW,傾角60°,斷距1700 m;

F4逆斷層,走向NE,傾向SE,斷距＞300 m;

F6逆斷層,走向NE,傾向SE,斷距＞540 m;

F8逆斷層,走向NE,傾向SE;

F9正斷層,走向NW,傾向SW;

F10逆斷層,走向NE,傾向SE。

3.1.3 灣南示范區(qū)構造形態(tài)分析

北部地區(qū):根據(jù)區(qū)域地質資料分析,灣南示范區(qū)北部地區(qū)含煤巖系為一走向NE,傾向SE的單斜構造,傾角5°～10°,構造相對簡單,如圖2所示。

南部地區(qū):根據(jù)煤炭普查資料分析,灣南示范區(qū)南部含煤巖系被兩組NE向逆斷層切割,斷距大,構造復雜,如圖3。

中部地區(qū):根據(jù)已知區(qū)煤炭勘探資料、遙感解譯及實地調查,灣南示范區(qū)存在由斷層切割造成的北東方向寬3～5 km,長數(shù)十千米的含煤巖系帶,構造復雜程度中等,如圖4所示。

3.2 含煤巖系保存區(qū)分析

3.2.1 含煤地層的沉積范圍

根據(jù)區(qū)域巖相古地理資料,晚石炭世太原組沉積時期,海渤灣礦區(qū)及周邊地區(qū)大部為近海沖積平原沉積,南部部分為河流及三角洲前緣沉積,沉積厚度大于180 m,如圖5所示。早二疊世山西組沉積時期,海渤灣礦區(qū)及周邊地區(qū)沉積范圍進一步擴張,大部繼續(xù)保持近海沖積平原沉積,南部部分除大部繼續(xù)保持河流及三角洲前緣沉積外,少許轉為淡化瀉湖沉積,沉積厚度一般為70 m左右,如圖6所示。

圖2 示范區(qū)北部剖面圖

圖3 示范區(qū)南部剖面圖

圖4 示范區(qū)中部剖面圖

區(qū)域巖相古地理資料分析結果表明,晚石炭世至早二疊世期間,整個鄂爾多斯盆地范圍內,沉積厚度變化不大,灣南示范區(qū)存在太原組、山西組含煤地層,如圖7所示。

3.2.2 含煤巖系保存區(qū)

根據(jù)區(qū)域地質發(fā)展史資料,印支運動以后,海渤灣礦區(qū)及周邊地區(qū)持續(xù)保持著平緩的升降運動。其中,海渤灣礦區(qū)平緩隆起,石炭—二疊紀含煤地區(qū)遭受風化剝蝕;周邊地區(qū)持續(xù)沉降,經歷了三疊紀的巨厚沉積,之后又經歷了白堊紀的沉積。燕山晚期,海渤灣礦區(qū)及周邊地區(qū)在強烈造山運動作用下,形成桌子山褶皺并鑄成現(xiàn)今地貌。

古近紀—新近紀時期,隆起區(qū)的山前或山間形成了紅色沉積;在新近紀喜瑪拉雅運動時期,古近紀—新近紀所形成的紅色沉積平緩抬起。第四紀以來,在新構造運動中海渤灣礦區(qū)及周邊形成了新的盆地。

如上所述,石炭—二疊系含煤建造在后期改造中,其上覆蓋層有4種狀態(tài):第四系地層覆蓋;第四系、古近系及新近系地層覆蓋;第四系、古近系、新近系、及上白堊系地層覆蓋;下白堊系和三疊系地層覆蓋。

經綜合研究,海渤灣礦區(qū)南部,即桌子山東麓大斷裂以西、黃河大斷裂以東、正義關東西向平移大斷裂以南地區(qū)含煤巖系保存較完整,是海渤灣老礦區(qū)外圍找煤地段,如圖8所示。

3.3 找煤三要素測算

根據(jù)鉆孔資料顯示的地層深度標識,灣南示范區(qū)石炭—二疊系含煤建造上覆的蓋層屬下白堊系和三疊系地層。

(1)含煤巖系基底頂面(D):衛(wèi)星影像顯示,奧陶系灰?guī)r在示范區(qū)北端出露地表,則該區(qū)為DH＝0的區(qū)域。巖層近南北走向,沿走向平緩起伏,坡度3°～5°左右;傾向東,傾角5°～12°,即東南部有含煤可能性。

圖6 示范區(qū)(虛線框內)二疊紀沉積古地理

(2)含煤巖系主要煤層到煤系地層底板的間距(M):根據(jù)前面示范區(qū)地質構造分析,該區(qū)M值一般在500 m左右。

(3)含煤巖系上覆蓋層底面(S):根據(jù)衛(wèi)星影像解譯及以往地質資料,示范區(qū)內第四系、古近系、白堊系等含煤巖系上覆蓋層厚度即SH為400～1000 m,且具有北薄南厚、西薄東厚的特點。

圖7 老礦區(qū)外圍遙感影像及沉積范圍示意圖

圖8 海渤灣老礦區(qū)構造影像及示意圖

圖9 海渤海老礦區(qū)外圍地段劃分圖

結合推斷出的示范區(qū)剖面圖(圖2、3、4),經反復分析,將示范區(qū)分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4個地段,如圖9所示。I區(qū)為DH＝0的區(qū)域;Ⅱ區(qū)為DH－SH＜M的區(qū)域;Ⅲ區(qū)為DH－SH＞M且含煤地段垂深小于1500 m;Ⅳ區(qū)為含煤地段垂深大于1500 m的地段。經后期推算,Ⅲ區(qū)即為煤炭資源潛力區(qū),總面積為1200 km2,預測煤炭資源量為76.16億t。

4 結論

針對神華老礦區(qū)急需尋找接續(xù)資源、急需探索深部找煤新技術的現(xiàn)狀,以遙感技術為主要手段,遵循含煤建造—含煤巖系—煤層的找礦理念,通過空間遙感地質信息提取,遙感與非遙感數(shù)據(jù)集成,遙感、物探、鉆探等成果的綜合研究,調查神華老礦區(qū)周邊煤炭資源潛力區(qū),研發(fā)集成了以深部找煤“三要素”為核心的老礦區(qū)外圍深部多層覆蓋區(qū)遙感找煤技術。在海渤灣老礦區(qū)周邊提出灣南煤田煤炭資源潛力區(qū),預測煤炭資源量為76.16億t。

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Research on coal exploration technology base upon remote sensing technology in deep area with multilayer coverage——Taking the surrounding area of Haibowan mine area for example

Wu Chacha,Guo Xiaobo
(Shenhua Geological Exploration Co.,Ltd.,Changping,Beijing 102211,China)

Based on remote sensing technology and according to the data of areal geology,geophysical prospecting,drilling and exploration,the author interpreted the remote sensing geology using moderate resolution satellite data and confirmed the spatial geological structures and the key section of coal exploration.High resolution remote sensing images were utilized for large scale remote sensing geological mapping in the key section of coal exploration,and a little engineering control was adopted,so that the author solved the problem of coal exploration in the old mining area periphery,and explored a set of remote sensing coal exploration method system in deep area with multilayer coverage in the old mining area periphery.

remote sensing technology,old mining area periphery,deep area with multilayer coverage,coal exploration,Haibowan mining area

P627

A

吳查查(1981－),女,河北深州市人,工程師,碩士學歷,主要從事煤田地質工作。

(責任編輯 郭東芝)

國家發(fā)改委國產衛(wèi)星應用專項(2010－117),神華集團科技創(chuàng)新項目(SHJT－11－16)