梁紅藝，謝小國(guó).2，古志文，羅 兵

（1.四川省煤田地質(zhì)局物探公司，成都 610072；2.成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院，成都 610059）

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綜合物探方法在羌塘盆地煤炭勘探中的應(yīng)用

梁紅藝1，謝小國(guó)1.2，古志文1，羅 兵1

（1.四川省煤田地質(zhì)局物探公司，成都 610072；2.成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院，成都 610059）

摘要：為查明羌塘盆地構(gòu)造體系，了解煤系地層縱向關(guān)系，利用可控源音頻大地電磁測(cè)深法推斷出該地區(qū)主要地層包括第四系、沱沱河組、甲丕拉組和扎蘇組，F(xiàn)IX、FXV斷層和巖漿巖引起的基底隆起對(duì)含煤地層扎蘇組起到了破壞作用；利用測(cè)井資料對(duì)扎蘇組各巖性的測(cè)井響應(yīng)特征進(jìn)行了歸納總結(jié)，并對(duì)勘查區(qū)主要煤層的物性特征進(jìn)行了詳細(xì)分析；利用測(cè)溫資料，查明了該區(qū)地溫梯度為18.1℃/km，屬低地溫梯度場(chǎng)。因此綜合物探方法應(yīng)用結(jié)果表明，有效地利用多的物探手段有利于提高地質(zhì)勘探的可靠性和實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：煤炭勘查；物探；測(cè)井；羌塘盆地

羌塘盆地位于昆侖山、唐古拉山和岡底斯山脈之間，盆地南北以班公湖—怒江縫合帶、可可西里—金沙江縫合帶為界；東西以侏羅系地層明顯減少或缺失為界，是一個(gè)在前寒武系結(jié)晶基底之上發(fā)育起來(lái)的以古生界—中生界海相沉積為主的疊合盆地[1]。羌塘盆地區(qū)域性基礎(chǔ)地面工作涉及范圍大，但重點(diǎn)工作區(qū)少，基本未進(jìn)行過(guò)相應(yīng)的深部勘查工作，開(kāi)心嶺地區(qū)位于羌塘盆地北部，唐古拉山北麓和長(zhǎng)江源頭沱沱河一帶[2]，海拔在4 600m以上。通過(guò)在開(kāi)心嶺地區(qū)開(kāi)展綜合地球物理勘探，有助于了解工區(qū)內(nèi)的構(gòu)造體系，查明煤系地層的縱向關(guān)系和預(yù)測(cè)隱伏煤層的空間展布。

可控源音頻大地電磁測(cè)深法（CSAMT）是一種頻率域電磁測(cè)深方法，它利用地面偶極子或水平線(xiàn)圈作為人工信號(hào)源產(chǎn)生可控的電磁波信號(hào)，通過(guò)接收不同頻率的電磁波信號(hào)以達(dá)到測(cè)深的目的[3]，因此CSAMT在深部資源勘探中有非常明顯的優(yōu)越性[4]。地球物理測(cè)井是沿井身測(cè)量鉆井地質(zhì)剖面上地層的各種物理參數(shù)，研究地下巖石物理滲流特性，尋找和評(píng)價(jià)有用礦藏資源的一門(mén)應(yīng)用技術(shù)，測(cè)井方法在縱向識(shí)別地層地質(zhì)信息方面具有非常高的分辨率和精度[5]。在煤炭勘探中，單一物探方法對(duì)煤層展布、縱向劃分方面存在著各自的不足。因此在羌塘盆地開(kāi)心嶺煤炭資源勘探中，綜合利用CSAMT和測(cè)井方法可以取得良好的效果。

1　方法原理

1.1可控源音頻大地電磁測(cè)深法原理

可控源音頻大地電磁法是基于電磁波傳播理論和麥克斯韋方程組導(dǎo)出的卡尼亞視電阻率方程[6-8]，電場(chǎng)（Ex）、磁場(chǎng)（Hy）與視電阻率（rs）的關(guān)系式如下：

式中f為頻率。由（1）式可知，只要在地面上觀測(cè)到兩個(gè)正交的水平電磁場(chǎng)（Ex、Hy）就可以獲得卡尼亞電阻率。根據(jù)電磁波的趨膚效應(yīng)，趨膚深度公式如下：

式中D為探測(cè)深度，m；r為地表電阻率，Ω?m；f為頻率，Hz。

1.2 測(cè)井方法原理

測(cè)井方法是以地球物理學(xué)和地質(zhì)學(xué)的基本理論為指導(dǎo)，綜合分析地下巖層的電化學(xué)特性、導(dǎo)電特性、聲學(xué)特性、放射性等地球物理特征，解決地層巖性、構(gòu)造、沉積以及儲(chǔ)層性質(zhì)的一種方法。

羌塘盆地開(kāi)心嶺地區(qū)實(shí)施的測(cè)井參數(shù)包括自然伽馬、視電阻率、自然電位、三側(cè)向電阻率、補(bǔ)償密度、井徑、井斜、井溫、井液電阻率等。不同的巖性具有不同的測(cè)井響應(yīng)特征，因此綜合各項(xiàng)測(cè)井信息，可以分析井內(nèi)剖面的地質(zhì)信息。

圖1　開(kāi)心嶺勘查區(qū)ZKX鉆井巖性厚度統(tǒng)計(jì)圖

2　綜合應(yīng)用

開(kāi)心嶺勘查區(qū)可控源音頻大地電磁法工作中的WX測(cè)線(xiàn)經(jīng)過(guò)鉆ZKX鉆井，因此資料解釋以WX線(xiàn)和ZKX井為主。

2.1地層解釋

WX測(cè)線(xiàn)推斷地層包括第四系（Q）、沱沱河組（E1-2t）、甲丕拉組（T3jp）、扎蘇組（P2z）。第四系地層視電阻率介于20～100Ω.m之間，厚度從10～100m不等，主要為現(xiàn)代河床、河漫灘、沖積砂、礫石、風(fēng)成砂、湖沼沉積。沱沱河組地層呈低阻條帶狀反映，視電阻率值主要介于5～35Ω m之間，主要巖性為砂巖、泥巖等。甲丕拉組視電阻率介于40～200Ω m之間，主要巖性為灰?guī)r、粗粒、中粒砂巖以及礫巖等。扎蘇組地層與甲丕拉組地層呈不整合接觸關(guān)系，呈低視電阻率反映，視電阻率值主要介于5～75Ω m之間。含煤地層扎蘇組含煤碎屑巖組在咚日日糾一帶灰?guī)r夾層增多，聚煤盆地的傾伏方向總體指向東北，沉積環(huán)境為海陸交互相沉積。

ZKX井井深470m，主要層位為扎蘇組，上部未見(jiàn)頂，下部未見(jiàn)底，巖性以深灰色石灰?guī)r、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖、煤層和炭質(zhì)泥巖為主。測(cè)井資料解釋43層巖性，其中煤、碳質(zhì)泥巖厚度8.36m，粉砂巖、細(xì)粒砂巖厚度114.66m，石灰?guī)r厚度79.8m，泥巖、砂質(zhì)泥巖厚度257.53m。扎蘇組的煤、泥巖、砂巖、石灰?guī)r厚度比為0.03：1.00：0.45：0.31，圖1。石灰?guī)r電阻率為750Ω.m，自然伽馬為32API，密度為2.69g/cm3；砂巖電阻率為230Ω.m，自然伽馬為72API，密度為2.61 g/cm3；泥巖電阻率為106Ω.m，自然伽馬為93API，密度為2.56 g/cm3；煤層的電阻率為127Ω.m，自然伽馬為79API，密度為1.54g/cm3。因此從測(cè)井曲線(xiàn)響應(yīng)特征上可以看出，各巖層的差異明顯，易于識(shí)別。

2.2煤層物性特征

根據(jù)ZKX井揭露的煤層測(cè)井情況，區(qū)內(nèi)煤的密度最小，平均僅為1.56g/cm3；視電阻率為中高值，127 Ω.m；自然伽馬為79API。炭質(zhì)泥巖在各測(cè)井曲線(xiàn)上的異常形態(tài)與煤層相似，但電阻率值相對(duì)較高，密度較大，自然伽馬較高。其曲線(xiàn)幅值在煤與泥巖之間變化。各煤層的主要物性特征如下：

1）煤2層位于359.00m位置，厚度為3.57m，煤層為半亮型煤，以鏡煤為主，黑色，條痕色為黑色，玻璃光澤，層狀構(gòu)造，條帶結(jié)構(gòu)，參差狀斷口。頂板巖性為泥巖、炭質(zhì)泥巖，底板巖性為泥巖、砂質(zhì)泥巖。測(cè)井響應(yīng)特征明顯，電阻率相對(duì)圍巖為高值，121～129Ω.m；密度為低值，1.50～1.55g/cm3；自然伽馬低值，為75～82API；煤層底部存在擴(kuò)徑現(xiàn)象；自然電位為正異常。利用體積模型法，求得煤2層原煤水分為8.2%，灰分為14.9%。煤2層測(cè)井響應(yīng)特征（圖2）。

2）煤3層位于405.05m，厚度為1.55m，煤層為半暗型煤，暗煤為主夾鏡煤，層狀構(gòu)造，弱光澤，參差狀斷口。煤層頂板為砂質(zhì)泥巖，底板為砂質(zhì)泥巖和粉砂巖，距煤2層底板44.50m。自然伽馬相對(duì)圍巖為低值，79API；密度為1.64g/cm3。原煤水分為12.0%，灰分為40.2%，煤質(zhì)較差。

3）煤4層位于450.02m，厚度為0.37m，煤層以暗煤為主，弱光澤，層狀構(gòu)造，條帶狀結(jié)構(gòu)。煤層頂板為泥巖、細(xì)粒砂巖，底板為粉砂巖。自然伽馬值較高，125API；電阻率為中高值，60Ω.m；密度為低值，為1.53g/cm3；煤層底部有略微擴(kuò)徑，自然電位為正異常。原煤灰分為11.6%，灰分為22.5%。

2.3基底推斷

可控源音頻大地電磁法探測(cè)深度范圍深，因此可以用來(lái)推斷基地。WX線(xiàn)基底形態(tài)明顯，其對(duì)應(yīng)地表點(diǎn)號(hào)為30～72號(hào)點(diǎn)，標(biāo)高范圍大致為4 000～3 500m（圖3）。該基底有向上延伸的趨勢(shì)，在30～46號(hào)點(diǎn)附近一直延伸至地表，值得注意的是，該處基底隆起規(guī)模大（深部隆起長(zhǎng)度達(dá)5km），并向上延伸到了地表，根據(jù)已知地質(zhì)資料，推測(cè)該隆起基底以及斷層對(duì)含煤地層扎蘇組起到了破壞作用。結(jié)合已知地質(zhì)資料推斷，基底隆起主要是由于巖漿巖上升引起。

圖3　開(kāi)心嶺勘查區(qū)WX線(xiàn)基底隆起位置分布圖

2.4斷層解釋

2.4.1 FIX斷層

視電阻率曲線(xiàn)從6號(hào)點(diǎn)附近向大號(hào)點(diǎn)方向出現(xiàn)了明顯的差異，水平方向不連續(xù)，曲線(xiàn)形態(tài)陡且密，結(jié)合地質(zhì)資料，推斷此處發(fā)育FIX斷層（圖4）。在斷面內(nèi)向東傾斜，斷層附近因地層的錯(cuò)動(dòng)，其上下盤(pán)巖體均變得破碎，導(dǎo)致巖層充水而導(dǎo)致斷層中央部位在電性上反映為低視電阻率。

圖4　開(kāi)心嶺勘查區(qū)FIX斷層

2.4.2 FXV斷層

視電阻率曲線(xiàn)在88號(hào)點(diǎn)附近出現(xiàn)了明顯的水平不連續(xù)性，整體形態(tài)向下掉且呈低視電阻率反映，推斷此處發(fā)育FXV斷層，在斷面內(nèi)向南傾斜（圖5）。

圖5　開(kāi)心嶺勘查區(qū)FXV斷層

2.5地溫梯度分析

以開(kāi)心嶺勘查區(qū)ZKX井井溫?cái)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，研究羌塘盆地開(kāi)心嶺勘查區(qū)地溫場(chǎng)。由圖2可知，井溫與深度之間呈良好的線(xiàn)性關(guān)系，它們能反映地層的溫度。首先確定恒溫帶的深度和溫度，在本項(xiàng)目中，恒溫帶的深度Z0為39.50m，溫度T0為0.7℃，則地溫梯度計(jì)算公式為[9]：

式中，G為地溫梯度；T、Z分別為測(cè)溫點(diǎn)溫度和深度。

數(shù)據(jù)處理時(shí)，根據(jù)不同嘗試的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)計(jì)算恒溫層到該深度的地溫梯度，再將該井不同深度溫度值計(jì)算出的地溫增強(qiáng)度加以算術(shù)平均，即為該井的平均地溫梯度[10]。以10m的采樣間距求取各深度點(diǎn)的地溫梯度，再用算術(shù)平均方法求得ZKX井的地溫梯度為18.1℃/km。與我國(guó)其它大、中型沉積盆地相比地溫梯度偏低，是個(gè)低溫場(chǎng)。

3　結(jié)論

1）可控源音頻大地電磁法（CSAMT）具有探測(cè)深度深、對(duì)電性差異大的地層反映敏感等特征。CSAMT方法推斷羌塘盆地開(kāi)心嶺勘查區(qū)地層包括第四系、沱沱河組、甲丕拉組、扎蘇組。地表點(diǎn)號(hào)在30～72號(hào)點(diǎn)間基底隆起規(guī)模大，并向上延伸到了地表；從6號(hào)點(diǎn)附近向大號(hào)點(diǎn)方向發(fā)育FIX斷層；在88號(hào)點(diǎn)附近發(fā)育FXV斷層。隆起基底以及斷層對(duì)含煤地層扎蘇組起到了破壞作用。

2）測(cè)井方法具有分辨率高，綜合反映地質(zhì)信息全面等特征。利用測(cè)井資料對(duì)開(kāi)心嶺勘查區(qū)扎蘇組地層進(jìn)行綜合分析可知，扎蘇組巖性以石灰?guī)r、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖、煤層和炭質(zhì)泥巖為主，各巖性測(cè)井響應(yīng)特征明顯。利用測(cè)溫資料分析可知開(kāi)心嶺勘查區(qū)地溫梯度為18.1℃/km，屬低溫場(chǎng)。

3）不同物探方法具有不同的工作原理和方法，其解決的地質(zhì)問(wèn)題也不同，綜合有效地利用多的物探手段有利于提高勘探的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。

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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.

作者簡(jiǎn)介：梁紅藝（1965-），男，四川成都人，高級(jí)工程師，主要從事地球物理勘查與遙感工作

基金項(xiàng)目：青海省國(guó)土資源廳2013年度地質(zhì)勘查基金項(xiàng)目（第一批）（青國(guó)土資[2013]64號(hào)）

收稿日期：2015-03-16

DOI：10.3969/j.issn.1006-0995.2016.01.032

中圖分類(lèi)號(hào)：P631.2、3；P518.11

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-0995（2016）01-0144-04