馬祥縣，張洪波，張尚坤，楊斌，羅文強(qiáng)，唐璐璐，仵康林，陳文韜

(1.自然資源部金礦成礦過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東省地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250013；2.菏澤市礦產(chǎn)資源勘探開發(fā)中心，山東 菏澤 274000)

0 引言

煤炭是我國重要的基礎(chǔ)能源[1]。隨著淺部煤炭資源勘查程度不斷提高以及煤炭資源的不斷消耗，深入開展深部資源綜合找煤方法研究，向深部找煤，實(shí)現(xiàn)深覆蓋區(qū)找煤突破，顯得十分必要[2-6]。

我國煤田地質(zhì)的顯著特點(diǎn)是聚煤盆地構(gòu)造類型和成煤模式多樣化、煤系后期改造明顯，勘查評(píng)價(jià)難度較大。近年來，國內(nèi)外地質(zhì)工作者在成煤理論、找煤方法開展了大量研究工作，提出了海侵過程成煤理論[7]、幕式成煤理論[8]、風(fēng)暴異地煤成煤理論[9]、海侵事件成煤理論[10-11]及多元聚煤理論體系[12]等，豐富了找煤理論，指導(dǎo)了找煤實(shí)踐。于學(xué)峰等[13]基于礦床成礦序列理論，總結(jié)提出了魯西地區(qū)發(fā)育的石炭紀(jì)-二疊紀(jì)海陸交互相碎屑巖、碳酸鹽巖-有機(jī)巖沉積建造有關(guān)的煤(-油頁巖)、鐵、耐火黏土-鋁土礦-石英砂礦礦床成礦系列是山東省一個(gè)重要的成礦系列，該系列中的煤礦在山東占有重要地位。張?jiān)銎娴萚14]認(rèn)為魯西含煤區(qū)構(gòu)造總體上表現(xiàn)為“掀斜式構(gòu)造，北斷南超”，呈“凹凸相間”的構(gòu)造樣式，提出了“凹中找壘，凸中找塹”的找煤模式。

以成煤理論和礦床成礦系列理論為指導(dǎo)，總結(jié)分析魯西南地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造背景，研究構(gòu)造演化規(guī)律，通過物探先行、鉆探驗(yàn)證，以鉆探結(jié)果修正物探的綜合技術(shù)方法，開展深覆蓋區(qū)煤炭勘查工作，取得了良好的勘查效果(1)山東省地質(zhì)科學(xué)研究院,山東省曹縣煤田張灣勘查區(qū)煤炭勘探報(bào)告,2018年11月。。這對(duì)于總結(jié)深覆蓋區(qū)找煤技術(shù)方法和增加煤炭資源供給都具有十分重要的意義。

1 地質(zhì)背景

曹縣煤田張灣勘查區(qū)位于魯西菏澤市，大地構(gòu)造屬華北板塊(Ⅰ)魯西隆起區(qū)(Ⅱ)魯西南潛隆起(Ⅲ)菏澤-兗州潛斷隆(Ⅳ)菏澤潛凸起(Ⅴ)西南側(cè)(圖1)。區(qū)內(nèi)被厚約1000m新生代地層覆蓋。前新近紀(jì)地層主要有奧陶紀(jì)馬家溝群，石炭紀(jì)本溪組，石炭-二疊紀(jì)太原組、山西組，二疊紀(jì)石盒子群和古近紀(jì)大汶口組。其中：馬家溝群巖性為灰色厚層石灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖、角礫狀白云巖，該套地層是石炭紀(jì)-二疊紀(jì)含煤地層的沉積基底；本溪組為一套青灰、紫紅色鐵鋁質(zhì)黏土巖、細(xì)砂巖和泥巖沉積建造；太原組為一套海陸交互相沉積[15]，巖性以灰、灰黑色泥巖、頁巖和砂巖為主，夾多層石灰?guī)r和薄煤層；山西組(由灰至深灰色砂泥巖夾煤層構(gòu)成，且該組的煤層是本區(qū)的主要可采煤層；石盒子群巖性為黃綠、灰綠、灰白色砂巖與雜色泥頁巖，由于遭受后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的剝蝕，多保存不全，區(qū)域上各地殘留厚度各異；古近紀(jì)大汶口組巖性為黃色、褐黃色細(xì)砂巖和褐黃色、灰綠色泥巖。

1—菏澤潛凸起；2—古近紀(jì)大汶口組；3—二疊紀(jì)石盒子群；4—二疊紀(jì)山西組；5—石炭-二疊紀(jì)太原組；6—石炭紀(jì)本溪組；7—奧陶紀(jì)馬家溝群；8—推測斷層；F1—聊考斷裂；F2—莊寨斷裂；F3—鳧山斷裂；F4—常樂集斷裂；F5—曹縣斷裂圖1 張灣勘查區(qū)前新近紀(jì)基巖地質(zhì)簡圖(據(jù)山東省曹縣煤田張灣勘查區(qū)煤炭勘探報(bào)告，部分修改)

主要斷層構(gòu)造分為3組：NE向聊考斷裂(F1)、莊寨斷裂(F2)和曹縣斷裂(F5)，NW向常樂集斷裂(F4)，近EW向鳧山斷裂(F3)。區(qū)域上巖漿巖不發(fā)育，僅在張灣勘查區(qū)南鄰的青崗集部分鉆孔見到閃長玢巖。

2 成煤理論探討

山東省主要含煤層位有3個(gè)，主體為石炭-二疊紀(jì)月門溝群山西組、太原組，其次為早-中侏羅世淄博群坊子組和古近紀(jì)五圖群李家崖組。石炭-二疊系是山東省重要含煤層位，其煤炭資源儲(chǔ)量占山東省煤炭總量的94.1%[16]。深入分析魯西地區(qū)晚古生代構(gòu)造演化，研究魯西構(gòu)造格架及石炭-二疊系含煤地層分布規(guī)律，開展礦床成礦系列研究，對(duì)于魯西深覆蓋區(qū)找煤工作具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

石炭-二疊系地層分布于沂沭斷裂帶(安丘-莒縣斷裂)以西，魯東地區(qū)缺失這一階段的地層分布[17]。石炭-二疊紀(jì)，在SE—NW向擠壓應(yīng)力制約下，地殼多以差異升降活動(dòng)為主，巖漿侵入活動(dòng)十分微弱，顯示臺(tái)地特征。沂沭斷裂帶顯示張剪活動(dòng)，致使魯東地區(qū)持續(xù)穩(wěn)定的隆升，而魯西地區(qū)由隆升轉(zhuǎn)為非均衡性沉降，發(fā)育了地勢較平坦的沉積盆地，海水幾經(jīng)進(jìn)退，提供了大量的碎屑物質(zhì)，沉積了早古生代以碳酸鹽為主的海相地層和晚古生代海陸交互相的地層。在物源區(qū)的構(gòu)造作用和區(qū)域性海水進(jìn)退作用下，魯西地區(qū)發(fā)育了大型淺水三角洲沉積相，有利于沼澤及泥炭沼澤沉積。淺水三角洲沉積環(huán)境的發(fā)育，在很大程度上決定了該區(qū)煤炭資源的富集，石炭-二疊紀(jì)之后，魯西地塊內(nèi)部進(jìn)一步沉降，接受沉積[18]，發(fā)育了煤炭的沉積蓋層。

三疊紀(jì)末期，由原來擠壓作用，到中生代晚侏羅世至早白堊世和新生代古近紀(jì)兩次伸展作用，致使古生界和侏羅系等蓋層形成了區(qū)內(nèi)地層北傾，形成了一系列由“南超北斷”掀斜式構(gòu)造控制的山前斷陷盆地。板內(nèi)構(gòu)造切割形成的地塊之間不僅在該區(qū)整體抬升時(shí)存在著升幅差異，在山前斷陷盆地形成的過程中也同樣存在著降幅差異，致使部分煤層沉降得以保存下來，另有部分煤層抬升，遭受了剝蝕破壞。這直接導(dǎo)致魯西菏澤地區(qū)形成了“潛凸起與潛凹陷相間排列，有煤區(qū)與無煤區(qū)相間排列，深煤區(qū)和淺煤區(qū)相間排列”的“棋盤式”含煤斷塊分布格局。

3 找煤技術(shù)方法及效果

(1)地球物理探測

隨著地球物理技術(shù)的進(jìn)步，物探工作在深覆蓋區(qū)找煤工作中發(fā)揮著越來越重要的作用。在張灣勘查區(qū)，二維三維地震勘查技術(shù)的應(yīng)用，極大的提高了煤炭地質(zhì)綜合勘查精度。

張灣勘查區(qū)新生代地層在956.10～1086.55m之間。在地震時(shí)間剖面上易形成多個(gè)較強(qiáng)的反射波組，本區(qū)主要為新生界底界面所對(duì)應(yīng)的TQ+N反射波，3煤層所對(duì)應(yīng)的T3反射波，6煤層及三灰附近巖段的T3L復(fù)合反射波以及十下灰及16煤層附近巖段多個(gè)薄層形成的T10復(fù)合反射波(圖2、圖3)。

圖2 T3波消失時(shí)，T3L、T10波在時(shí)間剖面上的顯示

圖3 T3波在地震時(shí)間剖面上的顯示

從圖2中可以看出，以3煤層為主形成的反射波，由一個(gè)正相位和一個(gè)負(fù)相位組成，其主頻約為50～60Hz，全區(qū)連續(xù)追蹤，為本區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)反射波，是3煤層構(gòu)造解釋和宏觀結(jié)構(gòu)解釋的主要依據(jù)；斷層在時(shí)間剖面上表現(xiàn)為同相軸的錯(cuò)斷、終止，反射波組間距發(fā)生突變，同相軸的形狀和產(chǎn)狀發(fā)生變化；3煤層因構(gòu)造的隆起而風(fēng)化剝蝕，剝蝕面與上伏新近系地層呈不整合接觸，在時(shí)間剖面上可看到煤系地層反射波與新生界底界面有明顯的不整合面現(xiàn)象。在露頭附近，3煤層受風(fēng)氧化的影響，其煤質(zhì)發(fā)生了變化，煤層與圍巖的波阻抗差異變小，反映在地震時(shí)間剖面上3煤層反射波變?nèi)趸蛳А?/p>

從圖3中可以看出，由于3煤層的屏蔽作用，T3L波能量較弱，T10波常表現(xiàn)為視周期較大的弱反射波特征，而且波形特征變化大，不能連續(xù)追蹤；當(dāng)3煤層變薄或被剝蝕后，T3L波能量相對(duì)增強(qiáng)，T10波頻率提高，視周期變小，能量增強(qiáng)。

(2)綜合找煤效果

在系統(tǒng)開展區(qū)域地質(zhì)、聚煤規(guī)律和賦煤構(gòu)造研究的基礎(chǔ)上，開展物探與鉆探工作，成功評(píng)價(jià)了勘查區(qū)煤層分布特征，取得了良好的找煤效果。

張灣勘查區(qū)含煤地層為月門溝群太原組和山西組。太原組平均厚度150.49m，含煤18層，煤層總厚度7.95m，含煤系數(shù)5.28%，由于煤層薄，均為不可采煤層。山西組平均厚度56.22m，含煤3層(2、3(3上)、3下)，煤層總厚度9.64m，含煤系數(shù)17.15%，其中3(3上)、3下煤層為可采煤層(圖4)。

圖4 3煤層上部地層剝離顯示示意圖

煤系地層總體為走向NW，傾向SW的單斜構(gòu)造形態(tài)，在其上發(fā)育有幅度不大的次一級(jí)向、背斜褶曲構(gòu)造。煤系地層傾角一般約2°～7°左右，局部較緩，傾角約1°，煤層古風(fēng)氧化帶附近傾角較大，約12°左右。偏移數(shù)據(jù)大體上可直觀地采用連續(xù)水平切片解釋褶曲形態(tài)。向斜在連續(xù)時(shí)間切片上顯示為深部小、淺部大，而背斜在連續(xù)時(shí)間切片上則顯示為深部大、淺部小形態(tài)(圖4)?？辈閰^(qū)通過勘探評(píng)價(jià)，查明煤炭資源量6億多噸，找煤效果良好。

4 結(jié)論

(1)石炭-二疊紀(jì)，魯西地區(qū)發(fā)育了大型淺水三角洲沉積相，有利于沼澤及泥炭沼澤沉積，成煤條件好。三疊紀(jì)末期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，致使部分煤層抬升遭受剝蝕破壞。

(2)本區(qū)煤系地層厚度較穩(wěn)定，3煤層與其頂?shù)装逦镄圆町惷黠@，T3波能量強(qiáng)，特征明顯，構(gòu)成了良好的深層地震地質(zhì)條件。

(3)張灣勘查區(qū)煤層埋藏深，上覆地層厚度大，以綜合地質(zhì)研究為基礎(chǔ)，物探與鉆探相結(jié)合的綜合找煤方法，取得了良好的找煤效果。