甘肃省山丹县羊虎沟北煤炭普查区煤层对比浅析

王玉合

（甘肃煤炭地质勘查院，甘肃 兰州 730000）

1 普查区交通位置与自然地理概况

普查区位于甘肃省山丹县东南方向，直距约56 km，行政区划属甘肃省山丹县老军乡管辖。普查区南依大黄山，北为绣花庙山，为一向北缓倾的冲积平原，海拔2520～2760 m 之间，相对高差240 m。区内除羊虎沟有小溪流外，无其他地表径流，南缘有少量井泉分布，可供饮用。本区地处高原高寒地带，全境属大陆性高原高寒半湿润气候。

2 普查区地层及煤层

依据本区及周边18 个已施工钻孔资料，普查区地层由老至新分述如下：

（1）上石炭统羊虎沟组（C2y）：以灰色、灰白色细-粗砂岩、深灰色钙质泥岩为主，揭露厚度2.57～15.6 m，平均10.09 m。

（2）下二叠统太原组（P1t）：灰色-灰黑色泥质粉-细砂岩、泥岩，灰-灰白色中-粗砂岩，为本区煤系地层，夹薄煤6～9 层，经对比编号煤层有7 层，从上至下为煤1上、煤1下、夹连煤、煤2上、煤2下、煤3上、煤3下，厚度0.14～1.29 m，与下伏羊虎沟组地层整合接触。

（3）中二叠统大黄沟组（P2d）：紫红色细砂岩、浅灰绿色-灰色中粗粒砂岩、细砂岩、粉砂岩，并以富含白云母之砾状粗砂岩为与太原组的边界。厚度约19.78～801.75 m，平均262.89 m，与下伏太原组地层整合接触。

（4）上二叠统窑沟组（P3yg）：暗紫色、灰绿色-灰白色中粗砂岩、泥质粉砂岩，厚度0 ～254.05 m，平均75.57 m，与下伏中二叠统大黄沟组整合接触。

（5）第四系（Q）：上部多为松散粉土、粉质粘土、风积沙及冲洪积砾石层；厚度3.25～53.20 m，平均21.42 m。

本区7 层编号煤层中，4 层可采，分别是煤1下、煤2上、煤2下、煤3下，各煤层见煤情况分述如下：

煤1下层：18 个钻孔中，14 个钻孔见及，见煤点厚度0～1.29 m，平均厚0.38 m；3 孔可采，可采厚度0.81～1.29 m，平均可采厚度1.04 m，为薄煤层，倾角15°～18°。

煤2上层：18 个钻孔全部见及，见煤点厚度0.39～1.84 m，平均厚0.75 m；12 孔可采，可采厚度0.60～1.84 m，平均0.88 m，为薄煤层，倾角16°～20°。

煤2下层：18 个钻孔全部见及，见煤点厚度0.16～0.97 m，平均0.46 m；4 孔可采，可采厚度0.62～0.97 m，平均0.77 m，为薄煤层，倾角16°～21°。

煤3下层：18 个钻孔全部见及，厚度0.17～0.70 m，3 孔可采，可采厚度0.95～1.56 m，平均1.28 m，为薄煤层，平均倾角20°。

3 煤层对比

本次对比方法在参考以往煤层对比方法的基础上，主要采用了标志层对比、测井曲线对比、岩性岩相旋回特征、煤层组合特征对比等方法，以煤2上层顶板为对比基线进行煤层走向与倾向上的对比。

3.1 标志层对比

蜓蝌灰岩是本区煤层的标志层[1]。灰、灰黑色泥岩及中厚层状石灰岩；富含蜓蝌化石，位于太原组中段，一般为煤2 组顶板。厚度稳定，本区及周边18 个孔中有16 孔见及，厚度0.81～4.52 m，代表了海陆交互相沉积，是划分石炭系和二叠系的标准化石，全区普遍存在。该标志层下部为煤2上层，以上为夹连煤及煤1 组，将区内的主要可采煤层煤2上层与夹连煤及以上分开，可作为划分对比下二叠统太原组中上岩组以及区分煤2 组与夹连煤的明显标志（图1）。

图1 标志层——蜓蝌灰岩

3.2 测井曲线对比

区内煤层与围岩物性差异大，各煤层（组）物性组合特征较为明显，在各测井方法曲线上皆表现为高电阻、低密度、低伽玛和自然电位负异常，即在测井曲线上显现为三侧向电阻率高、自然伽玛低、人工伽玛高、高声速，即“三高一低”的物性特征反映明显，在测井曲线上极易辨认，界面反映清晰。同时，太原组内不同的煤层，在三侧向电阻率、自然伽玛、密度、声波曲线上的异常表现形态也不尽相同，如图2～图4，现分述如下：

（1）煤1 组

本煤层位于煤系地层上部，属可采的不稳定型煤层。煤1 组在三侧向电阻率曲线上多呈“山字形”高异常反映；在密度曲线上多呈“箱状或笔架峰”状低异常反映；在自然伽玛曲线上多呈低异常的“单峰或多峰”状显示，组合特征比较明显，如图2。

图2 煤1 组测井曲线特征图

（2）煤2 组

本煤层位于煤系地层中部，沉积较稳定，大部可采，结构较为简单。在三侧向电阻率曲线上多呈“单峰状” 高异常；在密度曲线上呈“宝剑峰状”低异常；在自然伽玛曲线上多表现为低异常的“尖刀状”，声波曲线呈“笋状”高异常。各物性曲线形态特征较为明显，如图3。

图3 煤2 组测井曲线特征图

（3）煤3 组

煤3 组位于煤系地层下部，沉积不稳定，大部分不可采，结构由简单到复杂变化较大。在三侧向电阻率曲线上呈锯齿形变化的“尖刀状”高异常；在密度、自然伽玛曲线上表现为“单峰状或多峰状”低异常；声波曲线呈“箱状”高异常。煤层物性特征十分明显，反映界面清晰，如图4。

3.3 岩性岩相旋回对比

本区煤系地层属湖海陆交互沉积环境下的泻湖-潮坪相的沉积，整个煤系以粘土物质、碳酸盐及有机岩类沉积为主。根据粒度变化、沉积相的交替及海平面的变迁等，把太原组划分三个沉积旋回，如图5。

图5 太原组沉积旋回划分示意图

第一旋回位于太原组下部，厚12.44～19.81 m，以太原组底部的中粗石英砂岩或者含砾砂岩为起点，向上岩性为厚层泥岩、碳质泥岩夹煤层；部分钻孔如601、603、801 在中粗砂岩上沉积1 层细砂岩或粉砂岩，再过渡至泥岩、碳质泥岩夹煤层。本旋回向上至粉砂岩或细砂岩的层底结束，岩性由粗到细，旋回内发育的煤层为煤3 组（煤3下及煤3上），仅有1 层煤时，则定为为煤3下层，煤3上层沉积缺失。

第二旋回位于太原组中下部，厚7.18～13.31 m，以煤2 组底部的细砂岩或粉砂岩为起点，向上延伸至K2 标志层蜓蝌灰岩上部的砂岩（主要为细砂岩）层底结束。该旋回内主要岩性为泥岩、粉砂质泥岩、煤层及灰岩，从下到上，岩性由粗到细，旋回内发育的煤层为煤2 组（煤2下及煤2上）。煤层对比时，由于煤2上层用K2 标志层确定，剩下的1 层煤相应定为煤2下层。

第三旋回位于太原组中上部，厚29.91～53.15 m，以K2 标志层蜓蝌灰岩上部的砂岩层为起点，向上延伸大黄沟组底界，沉积的地层主要为细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩、煤层，夹少量中粗砂岩。旋回内发育煤层为煤1 组（煤1下及煤1上）、夹连煤，煤层层数在3 层及以上时，则认为各煤层沉积连续，无缺失；煤层层数少于3层时，则结合层位及层间距，确定为夹连煤或者煤1上层缺失。

通过旋回对比，确定了煤组编号，再与标志层、煤层组合特征结合确定具体的煤层编号。

3.4 煤层组合特征对比

煤层组合特征包括煤层间距和厚度。煤2 组的层位确定后，煤1 组、煤3 组、夹连煤的层位通过与煤2 组之间的间距确定：煤1 组距离夹连煤平均17.56 m，距离最大；夹连煤距离煤2 组平均15.11 m；煤3 组距离煤2 组上平均5.71 m，距离最小。同一煤组内的煤分层间距较小，煤2下层距离煤2上层平均1.47 m，煤3下层距离煤3上层平均3.74 m，煤1下层距离煤1上层平均2.83 m。因此，煤层间距也是确定煤层编号的重要依据。

从各煤层见煤情况来看，18 个钻孔中，煤1上0.14～0.34 m，仅3 孔见及，大部分钻孔内沉积缺失；夹连煤厚度0.14～0.81 m，煤3上0.09～0.61 m，大多数钻孔厚度0.60 m 以下，不可采。因此，煤1上、夹连煤、煤3上的钻孔见煤厚度与可采情况也为确定煤层编号提供了一定参考。

4 煤层对比的意义

（1）通过煤层对比确定见煤钻孔中各煤层编号，进而圈定出各可采煤层资源的平面分布范围、可采范围及无煤区，掌握垂向上的煤层埋深、顶底板岩性变化情况，为下一步勘查阶段工程量的合理布置、开采阶段巷道布置以及井下支护工程提供直接依据。

（2）本区煤层厚度较小，不超过1 m，呈碎末状，在钻探过程中极易造成采取率偏低甚至打丢。对煤层标志层、煤层间距等特征进行研究，可以提前预判煤层层位及见煤深度，从而准确控制钻探参数，如钻压、泥浆稠度、回次进尺，保证煤芯采取质量，提高煤层深度、厚度等原始资料的准确可靠程度，为资源量估算提供真实依据。

（3）煤层对比可以发现宏观范围内煤层的变化趋势，如本区煤层埋深总体呈北西向倾斜的单斜，即西北深，东南浅。煤层的沉积与分布具有区域性和连续性，标志层也随之稳定连续。因此，相邻矿区的煤层变化趋势及标志层也往往相同或类似。本区的煤层对比对相邻矿区的勘查工作也具有一定的借鉴作用。