寧樹(shù)正，楊昊睿，劉志遜，曹代勇，魏迎春，陳美英

(1.中國(guó)煤炭地質(zhì)總局勘查研究總院，北京 100039； 2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心，北京 100037；3.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)，北京 100083)

0 前言

我國(guó)煤炭資源總量豐富，是國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全穩(wěn)定發(fā)展的“壓艙石”。我國(guó)“富煤、貧油、少氣”的能源結(jié)構(gòu)決定了煤炭在未來(lái)的長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)將一直扮演著主體能源的角色[1-2]。在最新一期全國(guó)煤炭資源潛力評(píng)價(jià)中，我國(guó)煤炭資源總量為5.90萬(wàn)億噸，雖然總量大，但依然存在煤炭資源分布不均勻和區(qū)域供需的矛盾問(wèn)題[3-4]。我國(guó)煤炭資源約60 %集中在晉陜蒙三省(區(qū))，而南方地區(qū)煤炭資源僅占總量的10 %，10 %的煤炭資源中云南和貴州占據(jù)了77 %，相反東部沿海經(jīng)濟(jì)帶煤炭需求大但資源量低[5]。當(dāng)前，關(guān)于南方缺煤地區(qū)找煤模式還未完善，制約了南方煤炭的勘查與開(kāi)發(fā)。本文依托中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局“南方缺煤省份煤炭資源調(diào)查評(píng)價(jià)”項(xiàng)目，圖1為南方缺煤省(區(qū))工作區(qū)分布圖，項(xiàng)目組對(duì)華南和滇藏地區(qū)煤炭賦存規(guī)律和找煤方法進(jìn)行探索，初步提出了適宜缺煤地區(qū)的找煤模式，為今后在南方開(kāi)展找煤調(diào)查提供理論依據(jù)。

1 煤田構(gòu)造格局

中國(guó)聚煤盆地主要是在晚古生代和中、新生代形成，在其形成和演化過(guò)程中又明顯受控于古亞洲洋構(gòu)造域、特提斯構(gòu)造域、環(huán)太平洋構(gòu)造域和蒙古—鄂霍次克構(gòu)造域的形成演化。這些構(gòu)造域的相互作用干涉或先后疊置，使得我國(guó)的聚煤盆地具有明顯的東西和南北差異，這樣的差異導(dǎo)致煤系的賦存也有較大不同。新一輪全國(guó)煤炭資源潛力評(píng)價(jià)將中國(guó)煤田構(gòu)造格局劃分為東部構(gòu)造區(qū)域、西部構(gòu)造區(qū)域；東北賦煤構(gòu)造區(qū)、華北賦煤構(gòu)造區(qū)、西北賦煤構(gòu)造區(qū)、華南賦煤構(gòu)造區(qū)、滇藏賦煤構(gòu)造區(qū)；三大煤系變形帶(東部復(fù)合變形帶、中部過(guò)渡變形帶、 西部擠壓變形帶)，其中南方缺煤地區(qū)以昆侖山—秦嶺—大別山為北界，橫跨了東部構(gòu)造區(qū)和西部構(gòu)造區(qū)以及三大煤系變形帶，包含了華南賦煤構(gòu)造區(qū)和滇藏賦煤構(gòu)造區(qū)兩大賦煤區(qū)[6-8]。

圖1 南方缺煤省(區(qū))工作區(qū)分布圖Figure 1 Southern China coal deficient provinces (regions) working area distributions

2 含煤地層

2.1 華南含煤地層區(qū)

華南含煤區(qū)地理范圍包括秦嶺—大別山以南，龍門(mén)山至紅河深斷裂以東的廣大地區(qū)。本區(qū)晚古生代為穩(wěn)定、較穩(wěn)定板塊型沉積，沿古陸邊緣及陸間海灣廣泛發(fā)育海陸交互相含煤地層。受區(qū)內(nèi)隆起和坳陷構(gòu)造控制，總體上呈北東方向展布。含煤層位有下石炭統(tǒng)、下二疊統(tǒng)和上二疊統(tǒng)，以后者含煤情況最好。

2.2 滇藏含煤地層區(qū)

滇藏含煤區(qū)地理范圍包括昆侖山以南、龍門(mén)山—紅河深斷裂以西廣大地區(qū)。區(qū)域構(gòu)造復(fù)雜，晚古生代主要為復(fù)理式和淺海碳酸鹽沉積，中生代為地槽型沉積，故含煤地層分布局限，含煤性也較差，主要為上三疊統(tǒng)、古近系和新近系。含煤盆地的展布均受褶皺系的控制，西藏地區(qū)為東西方向，至藏東、滇西地區(qū)則轉(zhuǎn)為近南北方向。

主要聚煤期內(nèi)的含煤地層序列的區(qū)域與時(shí)代分布特點(diǎn)見(jiàn)圖2。

3 影響找煤的地質(zhì)因素

南方地區(qū)構(gòu)造地質(zhì)條件復(fù)雜，多有推覆構(gòu)造、紅巖和火山巖發(fā)育，嚴(yán)重影響了南方煤炭的賦存和地質(zhì)勘查企業(yè)的找煤工作。

圖2 南方主要成煤期含煤地層序列的區(qū)域與時(shí)代分布示意圖(據(jù)中國(guó)煤炭資源潛力評(píng)價(jià)，2013)Figure 2 Southern China main coal-forming period coal-bearing stratigraphic sequence area and age distributions (after China Coal Resource Potential Assessment, 2013)

3.1 推覆構(gòu)造

我國(guó)南方缺煤地區(qū)的閩西南坳陷帶、湖南漣源等地推覆構(gòu)造廣泛發(fā)育，逆沖推覆構(gòu)造可以造成煤層被老地層所覆蓋的一種特殊賦煤狀態(tài)，煤層的這種隱伏狀態(tài)常常誤導(dǎo)找煤工作者，造成此地區(qū)無(wú)煤的誤區(qū)。

3.2 紅層地質(zhì)條件

我國(guó)南方較為發(fā)育，其中西南、中南和東南大部分地區(qū)以及西藏的小部分地區(qū)都有發(fā)育。我國(guó)南方地區(qū)的紅層主要受到侏羅紀(jì)末-白堊紀(jì)的華夏—新華夏構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，紅層沉積多不整合于下伏地層上，從整體來(lái)看結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但在紅層下常隱伏有煤層，經(jīng)常被找煤工作者所忽視。

3.3 火山巖地質(zhì)條件

南方缺煤地區(qū)火山巖十分發(fā)育，其中福建省火山巖種類(lèi)多，發(fā)育最好，從晚侏羅世—白堊世遍布全省?；鹕綆r分布地區(qū)往往伴隨復(fù)雜的地形，區(qū)內(nèi)的構(gòu)造復(fù)雜，由于火山巖系面積廣，本身厚度巨大的特點(diǎn)，常使得含煤地層被掩蓋。

3.4 成煤條件差地區(qū)的地質(zhì)條件

煤的形成和聚積受到成煤時(shí)期的氣候條件、植物條件、地理?xiàng)l件以及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響。氣候通過(guò)影響地面植物的繁衍分布和表生地質(zhì)作用，進(jìn)而影響聚煤作用。通常情況下，坳陷和沉積盆地是沉積作用進(jìn)行的場(chǎng)所，構(gòu)造作用影響著沉積作用的場(chǎng)所，如構(gòu)造作用形成的基底形態(tài)直接影響著煤的聚集形態(tài)。在我國(guó)南方缺煤地區(qū)，比較典型的是與越南鴻基—冒溪盆地緊鄰的廣西十萬(wàn)大山地區(qū)。

3.5 多礦種共伴生地區(qū)的地質(zhì)條件

我國(guó)煤系中共伴生礦產(chǎn)資源十分豐富，煤系地層中的鐵礦主要分布于南方的貴州中部、重慶等地，具有工業(yè)開(kāi)采價(jià)值的煤系鋁土礦主要集中在貴州、湖北、廣西桂林中部等地，硫鐵礦主要分布在貴州、湖北等地。鍺、鎵、鋰等煤中微量元素在云南等地也有分布。

3.6 地理?xiàng)l件復(fù)雜工作程度低的條件

我國(guó)南方缺煤地區(qū)，青藏高原因其獨(dú)特的地理位置，地形地勢(shì)和復(fù)雜自然地理?xiàng)l件，成為了我國(guó)極具挑戰(zhàn)和危險(xiǎn)的地區(qū)，給我國(guó)找煤工作帶來(lái)了極大的阻礙。

4 找煤方法適用性探索

煤炭勘查過(guò)程中，不同的找煤技術(shù)手段的適用條件有所差異，對(duì)于不同的地質(zhì)條件，找煤技術(shù)手段的選用上有所側(cè)重，以期減少對(duì)人力、物力資源的浪費(fèi)，更方便、高效的實(shí)現(xiàn)勘查目標(biāo)。針對(duì)南方缺煤地區(qū)不同的地質(zhì)條件特征，以及所需要的找煤技術(shù)手段也有所區(qū)別，現(xiàn)對(duì)南方缺煤地區(qū)的找煤工作所需技術(shù)手段進(jìn)行概述。

4.1 推覆構(gòu)造下找煤模式

尋找推覆構(gòu)造區(qū)的煤炭資源，要特別注意運(yùn)用地質(zhì)理論，對(duì)區(qū)域地質(zhì)規(guī)律進(jìn)行仔細(xì)分析研究。在充分利用區(qū)域地質(zhì)資料與已有生產(chǎn)資料的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)區(qū)域構(gòu)造格局和控煤構(gòu)造樣式的研究，初步了解研究區(qū)的構(gòu)造形態(tài)和煤系賦存狀況。在構(gòu)造預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，選擇有利區(qū)段，采用山地工程、鉆探、物探、測(cè)井等手段相結(jié)合的綜合勘查方式，控制賦煤塊段，有效查明煤炭資源賦存特征及開(kāi)采地質(zhì)條件。由于該類(lèi)型地質(zhì)構(gòu)造條件復(fù)雜，查明構(gòu)造發(fā)育情況顯得十分重要，地震手段控制程度差或無(wú)法控制，因此主要采用鉆探來(lái)查明上覆地層的構(gòu)造和煤層情況。對(duì)于部分煤層傾角大甚至直立的地區(qū)，常規(guī)鉆進(jìn)工藝無(wú)法滿足地質(zhì)設(shè)計(jì)要求，需采用受控定向鉆進(jìn)技術(shù)。這類(lèi)地區(qū)受逆沖推覆構(gòu)造的控制，鉆探工程線距通常比較小，勘查密度大。

圖3 推覆構(gòu)造下找煤策略Figure 3 Coal prospecting strategy under nappe structures

4.2 紅巖下找煤模式

對(duì)于“紅層”下的找煤勘查，如果“紅層”形成之后未受到強(qiáng)烈構(gòu)造擠壓運(yùn)動(dòng)影響，內(nèi)部構(gòu)造十分簡(jiǎn)單，很少看見(jiàn)褶曲構(gòu)造，層面呈水平狀，或簡(jiǎn)單的單斜，要特別重視地表和淺部地質(zhì)工作。如果發(fā)生過(guò)強(qiáng)烈的構(gòu)造擠壓，或者巖漿的侵入，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)區(qū)域構(gòu)造格局和控煤構(gòu)造樣式的研究。在構(gòu)造預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，選擇有利區(qū)段，采用地質(zhì)填圖、槽探和井探等山地工程，配合淺鉆，弄清“紅層”下伏地層構(gòu)造情況，初步了解煤系賦存狀況，在此基礎(chǔ)上，施工鉆探和物探工程(特別是電法勘探)，控制賦煤塊段，查明煤炭資源。如果是生產(chǎn)礦井外圍區(qū)，則先應(yīng)對(duì)礦區(qū)或井田已有地質(zhì)資料進(jìn)行收集、整理，運(yùn)用地質(zhì)理論知識(shí)進(jìn)行分析、推測(cè)，用勘查手段進(jìn)行論證，最終揭示出煤系和主要可采煤層的賦存規(guī)律；在此基礎(chǔ)上，合理選擇勘查手段，施工物探和鉆探工程，初步查明礦區(qū)外圍和深部的煤炭資源，為煤炭開(kāi)采設(shè)計(jì)生產(chǎn)提供可靠準(zhǔn)確的地質(zhì)資料。總之，紅層覆蓋區(qū)地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要在加強(qiáng)地層結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)采用電法勘探與鉆探等手段相結(jié)合的綜合勘查方式。

圖4 紅巖下找煤策略Figure 4 Coal prospecting strategy under red rocks

4.3 火山巖下找煤模式

這類(lèi)地區(qū)因煤系地層被“火山巖系”所覆蓋，通常煤層、標(biāo)志層、斷層、火山巖及其它地質(zhì)界線的露頭位置被“火山巖”所覆蓋，無(wú)法通過(guò)正常的地質(zhì)填圖或槽探地表地質(zhì)工作加以控制。此外，火山巖對(duì)下伏地層有屏蔽作用，造成火山巖下伏地層反射能量弱，資料信噪比低，深層資料難以得到，地震勘探技術(shù)適用性差。因此，火山巖地區(qū)的煤炭資源勘查，主要采用電法、鉆探和測(cè)井相結(jié)合的綜合勘查方式。對(duì)于物性條件較好或地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單的地區(qū)，可以考慮電法勘探，根據(jù)煤系和蓋層之間的物性差異，特別是視電阻率的差異，通過(guò)電法大致了解火山巖蓋層下是否可能存在煤系，以及蓋層的厚度大小，在此基礎(chǔ)上，在認(rèn)為較好的區(qū)域施工個(gè)別鉆孔加以驗(yàn)證。

圖5 火山巖下找煤策略Figure 5 Coal prospecting strategy under volcanic rocks

4.4 原生成煤條件差地區(qū)找煤模式

原生成煤條件差的地區(qū)，往往受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，構(gòu)造形態(tài)復(fù)雜多樣。雖然煤系地層分布很廣，但是有時(shí)只在盆地中部才發(fā)現(xiàn)有煤層發(fā)育，盆地兩端并未發(fā)現(xiàn)有煤層發(fā)育(廣西十萬(wàn)大山地區(qū))。針對(duì)原生成煤條件差的地區(qū)要結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料和野外調(diào)查工作成果等資料，運(yùn)用巖石學(xué)、沉積學(xué)、構(gòu)造學(xué)等地質(zhì)理論指導(dǎo)，加強(qiáng)聚煤規(guī)律研究，運(yùn)用淺井和槽探工程手段從橫向上和縱向上對(duì)含煤地層進(jìn)行對(duì)比分析，揭示煤層發(fā)育規(guī)律，分析煤層沉積環(huán)境特征。如果在新調(diào)查區(qū)周?chē)欣系V區(qū)分布，應(yīng)充分利用已有地質(zhì)資料，加強(qiáng)橫向和縱向的對(duì)比研究。

圖6 原生成煤條件差地區(qū)找煤策略Figure 6 Coal prospecting strategy in poor primary coal-forming condition areas

4.5 煤系礦產(chǎn)資源綜合找煤(礦)模式

對(duì)于煤系多礦種共伴生區(qū)的找煤方法，要結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)資料，運(yùn)用地質(zhì)方法分析共伴生礦產(chǎn)成因，恢復(fù)含共伴生礦產(chǎn)層位的古地理環(huán)境，古構(gòu)造特征與聚煤作用，對(duì)聚煤環(huán)境進(jìn)行分析，找到它們相關(guān)聯(lián)的成礦條件、成礦環(huán)境、成礦規(guī)律，從而進(jìn)行煤系共伴生礦產(chǎn)的綜合勘查和綜合評(píng)價(jià)。然后，根據(jù)多礦種共伴生的特點(diǎn)和覆蓋情況，選擇不同的找煤方法，若為暴露或半暴露區(qū)，勘查技術(shù)手段選擇上主要采用地質(zhì)填圖、山地、物探、鉆探、測(cè)井和采樣測(cè)試等手段相結(jié)合的綜合勘查方式。若為全隱伏區(qū)，勘查技術(shù)手段選擇上主要采用物探、鉆探、測(cè)井和采樣測(cè)試等手段相結(jié)合的綜合勘查方式。根據(jù)不同共伴生礦產(chǎn)的特點(diǎn)，采用不同的地球物理方法和采樣測(cè)試方法對(duì)煤系共伴生礦物資源進(jìn)行綜合勘查、綜合評(píng)價(jià)、綜合利用。

圖7 多礦種共伴生區(qū)域找煤策略Figure 7 Coal prospecting strategy in multi-mineral paragenetic and associated areas

4.6 地理?xiàng)l件復(fù)雜且工作程度低區(qū)找煤模式

針對(duì)青南開(kāi)心嶺調(diào)查區(qū)范圍廣、地形復(fù)雜、前期工作程度低、已知信息少特點(diǎn)。遙感技術(shù)與常規(guī)地質(zhì)勘查手段相結(jié)合，是快速開(kāi)展該地區(qū)找煤和地質(zhì)勘查的有效途徑。其中遙感技術(shù)以其寬闊的視域、較少的野外工作量、成本低、工期短等優(yōu)勢(shì)，可以克服或減少地理及交通等不利因素的影響，大面積地查明區(qū)域地質(zhì)情況，圈定煤系賦存區(qū)域，提供勘查選區(qū)。我國(guó)煤田地質(zhì)工作者在長(zhǎng)期實(shí)踐中，總結(jié)出“遙感掃面、物探先行、鉆探驗(yàn)證”的綜合勘查模式，取得良好應(yīng)用效果。按照區(qū)域展開(kāi)、重點(diǎn)突破、從面到線到點(diǎn)，逐步深化的原則，在充分收集、分析地質(zhì)資料基礎(chǔ)上，利用中等分辨率遙感(TM、ETM衛(wèi)星圖像)地質(zhì)與成礦信息提取技術(shù)、GPS技術(shù)，根據(jù)不同地理—地質(zhì)景觀，確定遙感地質(zhì)可解譯性，進(jìn)行分類(lèi)分區(qū)解譯，最大限度提取地質(zhì)與成礦信息。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行野外調(diào)查驗(yàn)證和重點(diǎn)區(qū)高分辨率遙感地質(zhì)填圖。通過(guò)控煤構(gòu)造、含煤盆地、煤系與煤層展布范圍、性質(zhì)及變化規(guī)律的分析與研究，圈定有利勘查區(qū)，進(jìn)入地質(zhì)勘查階段。該類(lèi)區(qū)由于地理?xiàng)l件復(fù)雜，勘查開(kāi)發(fā)程度低，通常圈定的勘查區(qū)煤層與中東部區(qū)相比埋藏較淺，地質(zhì)條件相對(duì)簡(jiǎn)單，勘查階段通常采用山地工程、物探、鉆探和測(cè)井等技術(shù)手段，鉆探工程線距通常比較稀，勘查密度小，能有效查明煤炭資源和開(kāi)采地質(zhì)條件找煤勘查。

圖8 以遙感技術(shù)為先導(dǎo)的煤炭資源調(diào)查流程圖Figure 8 Remote sensing technology piloted coal resource investigation process

5 結(jié)論

1)我國(guó)煤炭資源總量豐富，但分布不均衡、供需矛盾突出。南方煤炭資源較為缺乏，構(gòu)造地質(zhì)條件復(fù)雜，區(qū)域找煤存在困難。

2)我國(guó)南方缺煤地區(qū)的推覆、紅巖、火山巖構(gòu)造，原生成煤條件差、多礦種共伴生、地理?xiàng)l件復(fù)雜等因素嚴(yán)重影響了地質(zhì)工作者的找煤工作。

3)不同的地質(zhì)條件特征需要不同的找煤技術(shù)手段。鉆探技術(shù)在推覆構(gòu)造地區(qū)使用較多，可廣泛地應(yīng)用于煤炭地質(zhì)勘查。CSAMT法勘探在紅層下和火山巖下尋找煤炭資源的效果良好，其抵抗外界的干擾能力較強(qiáng)，能夠克服不良地形的影響，在縱向上探測(cè)的深度較深、橫向分辨率高、針對(duì)火山巖覆蓋的地區(qū)，可以穿透火山巖高阻層。遙感技術(shù)技術(shù)具有視域?qū)掗煛⑿矢?、勘查成本低等?yōu)勢(shì)，能夠克服地理復(fù)雜和交通不便等不利因素的影響，在南方缺煤地區(qū)的青藏一帶取得的效果良好。

4)南方缺煤地區(qū)的找煤模式目前還處在研究階段，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)該區(qū)域找煤方法的研究工作，完善南方缺煤地區(qū)找煤模式體系。