趙銳，丁文燦，卜軍，孫貴

（安徽省煤田地質(zhì)局勘查研究院，安徽合肥230088）

0 引言

“淮南煤田潘集煤礦外圍煤炭詳查”是由安徽省煤田地質(zhì)局勘查研究院承擔(dān)的安徽省煤炭重點(diǎn)勘查項(xiàng)目、“358”找礦突破戰(zhàn)略行動(dòng)核心項(xiàng)目。該項(xiàng)目綜合多種勘查手段，在淮南市潘集煤礦外圍地區(qū)新發(fā)現(xiàn)1處特大型煤礦床，共探獲煤炭資源量4.85×1010t[1]，該成果有力確保了我國兩淮煤炭基地的后備接替資源，產(chǎn)生了重大而廣泛的社會(huì)影響，其隨后榮獲中國地質(zhì)學(xué)會(huì)2019年度“十大地質(zhì)科技進(jìn)展、十大地質(zhì)找礦成果”獎(jiǎng)。地球物理測井作為一種重要的勘查手段，在該項(xiàng)找礦發(fā)現(xiàn)中扮演重要角色，本文對(duì)地球物理測井在該找礦行動(dòng)煤層對(duì)比中的幾個(gè)關(guān)鍵應(yīng)用進(jìn)行概要描述。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

潘集煤礦外圍勘查區(qū)位于淮南煤田中部的潘謝礦區(qū)深部，東西走向長6～27km，南北寬6～19km，平面上為一包含潘一、潘二煤礦的蹄形狀區(qū)域，面積281.71km2?？辈閰^(qū)北起明龍山斷裂，南連潘集-古溝向斜，地層傾角平緩且變化不大（5°～15°），構(gòu)造以斷裂為主，次級(jí)褶皺不發(fā)育[2]。區(qū)內(nèi)含煤地層由老至新依次為：石炭系太原組、二疊系山西組、下石盒子組和上石盒子組，其中二疊系含煤地層為研究對(duì)象，其基本巖性為砂泥巖、煤等沉積巖類，平均厚度926m，含編號(hào)煤層34層，其中可采煤層19層，主要可采煤層位于上石盒子組中下部至山西組，不可采煤層常以沉積缺失或碳質(zhì)泥巖出現(xiàn)在其層位上。本次探獲的4.85×1010t資源量，主要為中低變質(zhì)的氣煤和1/3焦煤。

2 地球物理測井在煤層對(duì)比中的幾個(gè)關(guān)鍵應(yīng)用

潘集煤礦外圍勘查區(qū)含煤巖系沉積環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，測井在煤層對(duì)比中的作用主要表現(xiàn)在確定主要標(biāo)志煤層、解釋破碎帶及推斷斷層以及輔助認(rèn)識(shí)層位沉積缺失現(xiàn)象等三個(gè)方面。

2.1 確定主要標(biāo)志煤層層位

2.1.1 1煤層和3煤層

1煤層和3煤層下距石炭系太原組第1層灰?guī)r約16m，兩煤層厚度較大，測井曲線上呈高電阻率、高伽馬伽馬、低自然伽馬特征，曲線陡且直，界面清晰。由于沉積環(huán)境的緩慢變化，1煤與1灰之間發(fā)育的這段海相砂泥巖由粉砂質(zhì)向泥質(zhì)漸變，其表現(xiàn)在電阻率曲線上為一種斜坡狀的獨(dú)特形態(tài)，此為確認(rèn)1煤層和3煤層的重要物性標(biāo)志，見圖1。

圖1 1煤、3煤層測井曲線形態(tài)特征Figure 1.Morphological characteristics of logging curves of coal seams 1 and 3

2.1.2 4煤層和5煤層

4煤層和5煤層一般各由兩個(gè)煤分層組成（4-1、4-2及5-1、5-2；4-2上和4-2緊連，在地質(zhì)意義上屬同一層，在部分區(qū)域兩者聚合在一起，在部分區(qū)域則分開，分開時(shí)，兩者構(gòu)成測井曲線上的剪刀狀形態(tài)）。4-1煤層厚度大，全區(qū)穩(wěn)定分布，也為全區(qū)主要可采煤層之一。4-1煤層下部偶見薄夾矸，在其下15m左右，多發(fā)育有1～2層鋁質(zhì)泥巖，它本身電阻率不高，但自然伽馬曲線上呈明顯高幅值異常顯示，是確認(rèn)4煤層的重要物性標(biāo)志。

5-2煤層電阻率一般都高于5-1煤層，且厚度大于5-1煤層；5-1、5-2煤層結(jié)構(gòu)均較簡單，一般不含夾矸，曲線多呈單一異常。4煤層和5煤層測井曲線形態(tài)特征見圖2。

圖2 4煤層和5煤層測井曲線形態(tài)特征Figure 2.Morphological characteristics of logging curves of coal seams 4 and 5

2.1.2 13-1煤層

在上石盒子組乃至整個(gè)二疊系煤系中，13-1煤層厚度最大，測井曲線幅值最高，易于確認(rèn)。13-1煤層下部多含有一層薄夾矸，形成上高下低、上寬下窄的獨(dú)特曲線形態(tài)，特征見圖3。

圖3 13-1煤層測井曲線形態(tài)特征Figure 3.Log morphological characteristics of coal seam No.13-1

2.2 解釋破碎帶及推斷斷層

巖石破碎后結(jié)構(gòu)疏松，孔隙度增大，滲透性增強(qiáng)，使得電阻率和密度減小。與不破碎的巖層相比，破碎巖層在三側(cè)向電阻率曲線上幅度降低，在伽馬伽馬曲線上幅值增高，一般還伴隨著井徑擴(kuò)大。綜合以上測井特征并結(jié)合鉆探資料，可確認(rèn)破碎帶[3]，其典型特征見圖4。

圖4 破碎帶定性解釋實(shí)例Figure 4.An example of qualitative interpretation of fracture zones

煤層層位確定后，進(jìn)行孔與孔之間層位對(duì)比，如發(fā)現(xiàn)煤層或標(biāo)志層缺失，或?qū)娱g距明顯減小，則推斷有正斷層存在；反之，若煤層或標(biāo)志層重復(fù)（表現(xiàn)為測井曲線形態(tài)重復(fù)），或者層間距明顯增加，則判斷有逆斷層，斷點(diǎn)位置處一般有巖石破碎帶。

圖5 中22號(hào)勘查線上的三個(gè)鉆孔，由淺及深依次為22-4、22-1、22-5，它們位置相鄰，距離較近。三個(gè)鉆孔經(jīng)曲線形態(tài)分析、煤層結(jié)構(gòu)特征比較、層位對(duì)比等，能夠較為明晰地確定4-1煤層下鋁質(zhì)泥巖層至8煤層之間的各個(gè)煤層層位。但在22-5孔，鋁質(zhì)泥巖標(biāo)志層和5-1煤層之間缺失了4-1煤層、4-2煤層，且鋁質(zhì)泥巖標(biāo)志層和5-1煤層之間的層間距明顯減小。經(jīng)測井和鉆探資料證實(shí)，22-5孔在深度1351.20m處，呈破碎帶反映，經(jīng)推斷該處應(yīng)有一正斷層穿過，因?yàn)檎龜鄬拥陌l(fā)育而導(dǎo)致缺失4-1煤層、4-2煤層，斷層落差在21m左右。

圖5 正斷層解釋實(shí)例Figure 5.An example of a normal fault interpretation

2-1孔深度1111.35m與1195.5m的兩層煤三個(gè)基本參數(shù)（三側(cè)向電阻率、伽馬伽馬、自然伽馬）曲線形態(tài)大致相似，經(jīng)煤層結(jié)構(gòu)特征比較和層位對(duì)比，兩層煤均符合13-1煤層物性特征，可明顯看出是13-1煤層重復(fù)，即存在一逆斷層，其中間深度1142.00m處，呈破碎帶物性反映，則該處即為斷層所穿過，斷層落差82m左右，見圖6。

圖6 逆斷層解釋實(shí)例Figure 6.An example of a reverse fault interpretation

2.3 輔助認(rèn)識(shí)層位沉積缺失現(xiàn)象

20-3孔與21-2孔為兩相鄰勘查線相同位置處的鉆孔，兩者位置緊鄰，且層位深度相當(dāng),見圖7。兩鉆孔經(jīng)曲線形態(tài)分析、煤層結(jié)構(gòu)特征比較、層位對(duì)比等，能夠明晰確定4-1、4-2、5-1、5-2等煤層層位。但對(duì)比21-2孔，20-3孔缺失了6-1煤層，僅在原應(yīng)發(fā)育6-1煤層的位置處，發(fā)育了一套泥巖，測井顯示該套泥巖自然伽馬幅值高，電阻率低，鉆探也證實(shí)該套泥巖巖性細(xì)而致密，見植物化石碎片。該套泥巖和5-2煤層的層間距與21-2孔中的6-1煤層、5-2煤層的層間距相同，經(jīng)推斷，應(yīng)是由于水體突然加深，導(dǎo)致20-3孔沉積缺失了6-1煤層。

圖7 測井對(duì)比輔助認(rèn)識(shí)層位沉積缺失實(shí)例1Figure 7.Example 1 of logging curve comparison in supporting recognition of the absence of a sedimentary horizon

圖8 中18勘查線上的3個(gè)鉆孔，由右向左，層位逐漸變深，依次為18-1、18-3、18-2，它們位置緊鄰，距離較近。經(jīng)曲線形態(tài)分析、煤層結(jié)構(gòu)特征比較、層位對(duì)比等可以發(fā)現(xiàn)，中間位置的18-3孔缺失了4-1煤層，但該孔4-2煤層和鋁質(zhì)泥巖間的層間距與另外兩個(gè)孔的相近，并未縮短，在該孔原應(yīng)發(fā)育4-1煤層的位置處上部發(fā)育一薄層碳質(zhì)泥巖、下部發(fā)育一套較厚泥巖，經(jīng)分析推斷，應(yīng)該是18-3孔先后歷經(jīng)了水體突然變深，又變淺的過程[4]，該過程造成了4-1煤層的沉積缺失，上部發(fā)育的薄層碳質(zhì)泥巖為水體變淺時(shí)替補(bǔ)沉積的部分。

圖8 測井對(duì)比輔助認(rèn)識(shí)層位沉積缺失實(shí)例2Figure 8.Example 2 of logging curve comparison in supporting recognition of the absence of a sedimentary horizon

3 結(jié)語

地球物理測井作為一種重要的勘查手段，其在煤炭勘探找礦中發(fā)揮著重要而獨(dú)特的作用。一般而言，其得到的煤層深度、厚度及分布情況等資料具有相當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確性，尤其在煤巖層對(duì)比方面，其方法可靠、優(yōu)勢獨(dú)特、可操作性強(qiáng)。正是地球物理測井在煤層對(duì)比中的一系列關(guān)鍵運(yùn)用，如確定主要標(biāo)志煤層、解釋破碎帶及推斷斷層以及輔助認(rèn)識(shí)層位沉積缺失現(xiàn)象等，有力支撐了此次淮南煤田潘集煤礦外圍地區(qū)找礦的重大突破。