中国东部深化找煤的思路和方法

第 23卷 � 第 2期 2009年 4月 现 � 代 � 地 � 质 GEOSC IENCE Vol�23� No�2 Apr�2009 中国东部深化找煤的思路和方法 曹代勇1, 李小明 1, 2, 宁树正 1, 3, 林中月 1 ( 1�中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室, 北京� 100083; 2�华北科技学院, 北京 � 101601; 3�中国煤炭地质总局, 北京 � 100039) � � 收稿日期: 2008�12�02; 改回日期: 2009�01�26; 编辑: 潘令枝。 � � 基金项目: 国家 � 973 项目 ( 2006CB202208) ; 国土资源大调查工作项目 ( 1212010633901 )。 � � 作者简介: 曹代勇, 男, 教授, 博士生导师, 1955年出生, 煤田地质专业, 从事矿产资源评价和煤田地质方面的教学科研工 作。Em a i:l cdy@ cum tb� edu� cn。 摘要: 在分析中国东部煤炭资源特点以及找煤勘查所面临的困难和挑战的基础上, 提出找煤类型和找煤模式的概念。 通过对煤炭资源赋存规律的研究和大量找煤实例的分析总结, 划分出 3大类基本找煤类型: 老矿区外围找煤区; 巨厚 新生界覆盖或煤层深埋区; 复杂地质条件区。总结了不同找煤类型的主要特点, 建立了与之相适应的找煤模式。提出 中国东部科技找煤的思路和方法, 其核心是煤炭资源赋存规律的研究和多元信息的复合。 关键词: 中国东部; 煤炭资源; 找煤类型; 找煤模式; 思路和方法 中图分类号: P618� 11� � � � 文献标志码: A� � � � 文章编号: 1000- 8527( 2009) 02- 0347- 06 Thoughts andM ethods for Strengthening Coal Prospecting in the Eastern China CAO Da i�yong1, L IX iao�m ing1, 2, N ING Shu�zheng1, 3, L IN Zhong�yue1 ( 1�S ta teK ey L abora tory of C oal R esources and Safe Exploita tion, Ch ina Un iv ersity ofM in ing and T echnology, B eijing� 100083, Ch ina; 2�N orth Ch ina Institu te of S cien ce and T echnology, B eijing� 101601, Ch ina; 3�Ch inaN ationa lAdm inistra tion of C oal G eology, B eijing� 100039, Ch ina ) Abstract: Based on the analysis of the features of coa l resources and the d ifficu lties and challenges wh ich coal prospecting is being faced w ith in the Eastern China, the concepts of coal prospect ing sty le and coa lprospecting mode l have been d iscussed. By the study of d istribut ion patterns o f coal resources and the analysis of coal pros� pecting pract ices, three basic coal prospecting styles have been classed as fo llow ing: ( 1) the area in the deep or periphery of o ld coalm ines, ( 2) the area covered w ith huge C enozo ic strata o r deep coa l seam, and( 3) the areaw ith complicated geo log ica l condit ion. A fter ana lyzing the m ain character istics of each coal prospecting sty le, the coa l prospecting models in accord w ith each sty le have been estab lished. The thought and method of streng then ing coal prospecting have been proposed, among wh ich the key is the study of the distribution patterns of coa l resources and the technique o f integrat ion analysis ofmultivar iate in format ion. Key words: the E astern Ch ina; coa l resource; coal prospecting sty le; coal prospecting mode;l thought and method 0� 引 � 言 煤炭是我国的基础能源, 在国家能源保障体 系中具有不可替代的地位 [ 1 - 2 ]。我国煤炭资源的 地理分布和煤炭工业的布局不均衡, 80%以上的 煤炭产量集中于大兴安岭 ! 太行山以东, 而东部 地区已发现的资源仅占全国的 11% [ 3]。中国的工 业化是从东部沿海地区开始的, 为了就近解决工 业所需的煤炭燃料问题, 首先在东部地区对煤炭 资源进行了开发, 随着东部地区国民经济高速发 展, 煤炭需求量也就越来越大, 煤炭开发与资源 供应能力之间的矛盾日益突出 [ 4 ]。以河北省为例, 采用可采储量 /年产量表示的煤炭资源静态保障年 限仅为 25年, 煤炭资源形势十分严峻 [ 5]。 经过数十年勘查开发, 东部地区露天和浅部 煤炭资源基本上均已动用, 地下开采深度越来越 大。2006年华北东部地区煤矿平均开采深度达到 647m, 且正以每年 10 ~ 20 m的速度增加 [ 6 ] , 预 计在未来 20年我国很多煤矿将进入到 1 000 m到 1 500 m的开采深度 [ 7]。煤炭资源勘查作为煤炭开 发的先导性工作, 在东部地区的工作重点也由暴 露型煤田和浅部煤田转向巨厚新生界覆盖区、推 覆体下、老矿区深部等区块 [ 8]。上述地区煤系赋 存条件的复杂性和已有信息的有限性, 造成找煤 难度大、精度低。尽管近年来我国东部地区煤炭 地质勘查工作取得了长足进展, 但是, 在东部复 杂地质条件下找煤的思路和方法、技术手段等方 面, 还存在不少有待攻关的难题 [ 9 - 11]。自 20世纪 90年代中期完成的第三次全国煤田预测以来, 中 国东部地区找煤工作一直未有实质性突破, 煤炭 资源供应紧张的局面长期得不到缓解, 难以满足 东部煤炭生产接替基地建设的需要, 成为制约我 国煤炭工业可持续发展的瓶颈问题。 � � ∀ � 国土资源部, 全国煤炭资源潜力预测评价技术要求. 2007. �十一五 以来开展的国土资源大调查计划项 目 �全国煤炭资源潜力评价 提出, 新一轮全国预 测找煤工作的任务是: 要充分应用现代矿产资源 预测评价的理论方法和以 G IS评价为核心的多种 技术手段、多种地学信息集成研究方法, 以聚煤 规律和构造控煤作用研究为切入点, 对我国煤炭 资源潜力开展科学预测, 对其勘查开发前景做出 综合评价∀。上述技术路线为东部地区深化找煤提 供了科学依据。 1� 找煤类型与找煤模式的概念 本文提出的找煤类型是指按照煤层 (煤矿床 ) 赋存的主要特征及找煤难易程度, 将相似特点的 煤矿床加以归并而划分的类型。所谓找煤模式则 是借鉴了找矿模型 [ 12]的概念, 可以表述为在赋煤 规律研究的基础上, 针对发现某类煤矿床所必须 具备的有利地质条件、有效的找煤技术手段及各 种直接或间接的找煤标志的高度概括和总结。找 煤类型和找煤模式的建立, 提供了类比、借鉴、 参考应用类似煤矿床找煤的基础和可能, 可 以为科学找煤提供方法学依据, 拓宽找煤思路, 制定较佳工作。 当前, 中国东部找煤工作已从过去观察找煤 标志的直接途径, 转变为地质、物探、遥感等间 接途径为主的信息综合和多种方法有机组合, 识 别深、难、新类型的综合找煤阶段 [ 13- 14]。鉴于中 国东部地区煤炭资源赋存现状和特点, 尤其是深 部煤炭资源勘查开发面临的一系列复杂地质难题, 我们必须在加强对煤炭资源规律理论研究的基础 上, 科学地划分找煤类型, 建立与不同找煤类型 相适应的找煤模式。 2� 找煤类型与找煤模式的划分 找煤模式的建立需要全面系统的地质研究成 果性资料, 具体包括地质、物探、遥感等方面的 资料, 推断解释的各种理论和数据处理方法等。 本文在对中国东部资源赋存规律研究的基础上, 通过对多年来大量找煤实例的分析总结, 初步划 分出 3大类基本找煤类型, 进而对各个类型的找 煤模式进行探讨, 以期对东部深化找煤起到一定 的指导作用。 2�1� 老矿区深部或外围 2�1�1� 基本特点 在一些具有单斜构造或者山前构造带的煤矿 区, 如太行山东麓邯邢煤田的峰峰矿区、邯郸矿 区、邢台矿区等, 煤层的埋深沿区域地层倾向逐 渐增大, 在浅部资源将要枯竭的同时, 外围深部 区段的勘查工作相继展开 [ 15 ]。上述区域的勘查对 象一般是相同地质时代的煤层, 只是因为区域构 造位置不同而导致埋深的不同。因此, 老矿区外 围深部找煤区可视为浅部或开发井田的地质延深, 深部煤炭资源赋存状况与浅部勘查开发区段比较, 具有相似性和渐变性等性质。 2�1�2� 找煤模式 老矿区外围找煤方法的核心是: 从老到新, 由浅至深, 从已知到未知。通过对浅部已有的勘 查成果和生产矿井揭露资料的详细分析, 可以对 矿区深部的构造形态和煤系煤层延伸状况做出初 步推断 (图 1) , 从而确定有利区段, 由浅部勘探 348 现 � 代 � 地 � 质 2009年 � 线向外延展, 采用必要的深部钻探和物探工程勘 查煤层赋存状况 (图 2)。 2�2� 深埋或巨厚新生界覆盖区 2�2�1� 基本特点 深层新区类型是指覆盖层巨厚、煤层埋深较 大的地区, 可进一步划分为煤层深埋区、巨厚新 生界覆盖区等亚类型。如华北平原区, 新生界厚 度超过 500m, 石炭系 ! 二叠系煤层埋深一般均超 过千米 [ 16- 17 ]。由于煤层赋存较深, 这些地区通常 没有或很少进行过煤炭勘查和开采, 煤炭地质调 查工作程度低、煤层赋存状况的资料缺乏, 找煤 难度较大。另一方面, 巨厚新生界覆盖区通常开 展了较多的物探 (重力、磁法、电法和地震 )工作, 尤其是这些地区往往是油气勘查目标区, 石油地 震和石油钻井揭露了大量煤系和煤层的信息, 为 深部找煤提供了宝贵的资料。 2�2�2� 找煤模式 从区域地质背景入手, 充分利用区域地质、 物探资料, 尤其是石油部门的物探资料和深钻井 资料中有关煤层和煤系的信息, 加强多元信息综 合分析, 详细研究聚煤规律和赋煤构造格局, 优 选有利的找煤靶区。技术手段应采用物探与钻探 结合的综合找煤方法, 工作程序应为物探先行, 地震或电法圈定煤层赋存范围和有利区块, 再施 349� 第 2期 曹代勇等: 中国东部深化找煤的思路和方法 工少量钻探工程进行验证, 由点到面, 逐步展开 (图 3)。 2�3� 复杂地质条件区域 2�3�1� 基本特点 本类型可进一步划分为推覆体下、红层下、火 成岩下等亚类型。推覆构造、滑动构造等以缓倾角 断层为特征的滑脱构造系统, 可以造成煤系被老地 层、火山岩所覆盖和 �红层压煤 等特殊的赋煤状 态, 如华南地区 (图 4)、华北燕山地区以及豫西 煤田重力滑动构造分布区 (图 5) [ 3, 18]。这些地区煤 系和煤层埋深可能相对较浅, 但地质构造复杂或 特殊, 是控制煤层赋存状况的首要因素, 也是决 定找煤成功与否的首要因素。 2�3�2� 找煤模式 复杂地质条件下找煤, 要特别重视地表和浅 部地质工作, 加强区域构造格局和控煤构造样式 350 现 � 代 � 地 � 质 2009年 � 的研究。在构造预测的基础上, 选择有利区段, 采用地质填图、槽探和井探等山地工程, 配合浅 钻, 初步了解煤系赋存状况, 在此基础上, 施工 物探和钻探工程, 控制赋煤块段, 发现煤炭资源。 3� 科技找煤的思路 中国东部深化找煤必须走科技找煤之路。科 技找煤是指以现代成煤理论作指导, 以地质研究 为基础, 采用各种先进的科学技术方法的矿产调 查工作。科技找煤的研究内容和技术方法核心, 包括煤炭资源赋存规律的研究和多元信息的复合 研究两方面。其中, 地层 (含煤岩系 )的研究是前 提, 沉积 (聚煤规律 )的研究是基础, 构造 (控煤作 用 )的研究是关键, 信息 (多元综合 )的研究是手段。 3�1� 煤炭资源赋存规律研究 煤炭资源赋存规律是指聚煤作用形成的煤层 和煤系在煤盆地中聚集, 经历地质历史中的各次 构造 -热事件, 发生不同的变位、变形和变质作 用改造, 直至现今保存的状况。煤炭资源的赋存 规律研究, 不仅包括古气候、古植物、古地理和 古构造条件控制下的成煤条件研究, 而且还包括 煤盆地形成后的演化和改造过程的研究, 煤层和 煤系现今保存状况、数量和质量特征的全面研 究 [ 19- 21 ]。新一轮 #全国煤炭资源潜力预测评价技 术要求 ∃∀将赋煤规律研究作为开展预测找煤的基 础工作, 规定其主要内容包括: ( 1)煤系煤层划分与对比。采用古生物化石组 合、岩性组合、沉积旋回、测井曲线、煤岩、地 球化学等方法, 进行层序地层格架下煤层及煤层 组的精细对比。 ( 2)成煤环境和聚煤规律研究。分析研究并建 立含煤岩系沉积模式, 建立含煤岩系层序地层格 架及层序地层格架下的岩相古地理面貌, 建立成 煤模式, 分析沉积条件和古构造因素对富煤带的 控制。 ( 3)构造演化与控煤构造样式。以地球动力学 和板块构造理论为指导, 研究聚煤作用的构造控 制、煤系和煤演化进程的构造控制、煤系和煤层 保存的构造控制, 识别和划分控煤构造样式。 ( 4)煤变质作用与煤质特征。研究煤变质作用 类型、煤质特征及其控制因素。 3�2� 多元信息复合研究 多元信息复合包含两层含义: 其一是多种技 术手段的综合应用; 其二是多来源和多种类资料 的综合分析和深度挖掘。由于中国东部煤炭资源 赋存状态的复杂性, 深化找煤必须强调多元信息 复合的作用。具体工作主要包括: ( 1)钻探资料与 地表调查、物探资料 (地震、电法、重力、磁法 )、 遥感资料等不同数据源信息的对比解释和综合; ( 2)矿产勘查资料与区域地质填图调查、基础地质 专题研究成果的综合应用; ( 3)煤炭地质系统的资 料与地矿、石油、冶金、地震等多部门资料的综 合利用。 3�2�1� 遥感技术的应用 在条件有利地区采用高分辨遥感影像 (尤其是 高空间分辨率遥感或高光谱遥感图像 )开展遥感技 术研究, 获取预测区含煤岩系分布、含煤区块、 含煤盆地等煤田地质宏观整体信息以及煤田地质 构造、环境条件等煤田地质细节信息, 为煤炭资 源赋存规律研究提供依据 [ 22- 23]。遥感技术方法研 究应以适宜的地质理论为指导, 充分研究已有地 质资料, 通过对工作区的地层、构造、含煤盆地 等进行解译和分析, 研究遥感地质信息与煤系空 间赋存特征的相关性, 获取煤炭资源赋存信息。 3�2�2� 区域地球物理资料的运用 地球物理资料是煤田地质研究的主要手段, 尤其是在隐伏区和新区, 地球物理资料更显示其 重要性 [ 24- 25]。找煤研究中所使用的地球物理资料 包括: ( 1 )区域重力和航磁资料, 识别区域性断 裂、深部构造形态, 圈定煤盆地范围并推断其基 底埋深、岩体分布; ( 2)电法资料, 解释控煤盆地 的大型断裂、盆地范围以及煤盆地基底深度; ( 3) 地震勘探资料尤其是与煤系分布范围相关的石油 地震勘探资料。主要有覆盖层厚度及其变化、构 造格局、含煤地层的分布范围和埋藏深度, 确定 靶区并提供找煤钻孔孔位。 3�2�3� 综合分析 根据多元资料综合分析, 以构造控煤和层序 地层学等当代地质学理论为指导, 编制新一轮煤 田构造纲要图、煤盆地古构造图、岩相古地理图、 煤质图等专题图件。以实测资料和收集资料以及 编制的专题图件为依据, 系统分析含煤沉积体系、 煤层发育及其煤质分布等原生成煤条件, 建立典 型聚煤模式; 结合区域地质背景和地质演化史分 析, 重塑煤盆地的构造 - 热演化进程, 研究不同 大地构造背景下的控煤构造样式和煤变质作用类 型等后期改造作用。在此基础上, 提出有利的找 煤靶区。 351� 第 2期 曹代勇等: 中国东部深化找煤的思路和方法 4� 结 � 论 ( 1)经过数十年勘查开发, 中国东部地区露天 和浅部煤炭资源基本上均已动用, 找煤和资源勘 查重点转向巨厚新生界覆盖区、推覆体下、老矿 区深部等地质条件复杂区域, 工作难度越来越大, 实现煤炭资源调查和评价方面的新突破, 必须走 科技找煤之路。 ( 2)所谓科技找煤是指以现代成煤理论作指 导, 以地质研究为基础、采用各种先进的科学技 术方法的矿产调查工作, 包括煤炭资源赋存规律 的研究和多元信息的复合研究等两方面的核心内 容。其中, 地层 (含煤岩系 )的研究是前提, 沉积 (聚煤规律 )的研究是基础, 构造 (控煤作用 )的研 究是关键, 信息 (多元综合 )的研究是手段。 ( 3)本文提出的找煤类型是指按照煤层 (煤矿 床 )赋存的主要特征及找煤难易程度, 将相似特点 的煤矿床加以归并而划分的类型; 找煤模式则可 以表述为在赋煤规律研究的基础上, 针对发现某 类煤矿床所必须具备的有利地质条件、有效的找 煤技术手段及各种直接或间接的找煤标志的高度 概括和总结。找煤类型和找煤模式的建立, 提供 了类比、借鉴、参考应用类似煤矿床找煤经验的 基础和可能, 可以为科学找煤提供方法学依据, 拓宽找煤思路, 制定较佳工作方案。 ( 4)在对中国东部资源赋存规律研究和大量找 煤实例的分析总结, 初步划分出 3大类基本找煤 类型: 老矿区外围找煤区; 巨厚新生界覆盖或煤 层深埋区; 复杂地质条件区。总结了不同找煤类 型的主要特点, 建立了与之相适应的找煤模式。 参考文献: [ 1 ] � 徐水师. 加强煤田地质勘探、提高煤炭生产的资源保障能力 [ J] . 中国煤田地质, 2006, 18( 1) : 1 - 5. [ 2 ] � 郭云涛. 中国煤炭中长期供需分析与预测 [ J] . 中国煤炭, 2004, 30( 10) : 20- 23. [ 3 ] � 毛节华, 许惠龙. 中国煤炭资源预测与评价 [ M ] . 北京: 科学出版社, 1999: 1- 465. [ 4 ] � 曾勇, 吴财芳. 加强我国东部地区深部煤炭资源的勘查与研 究 [M ] / /. 中国煤炭学会瓦斯地质专业委员会. 第五次全 国瓦斯地质学术研讨会集. 长春: [ s�n� ], 2005: 5- 7. [ 5 ] � 张军, 曹代勇. 河北省煤炭资源安全保障战略研究 [ M ] . 北京: 煤炭工业出版社, 2007: 1- 197. [ 6 ] � 虎维岳. 深部煤炭资源及其开发技术条件研究现状与发展趋 势 [M ] / /虎维岳, 何满潮. 深部煤炭资源及开发地质条件 研究现状与发展趋势. 北京: 煤炭工业出版社, 2008: 1 - 25. [ 7 ] � 谢和平, 彭苏萍, 何满潮. 深部开采基础理论与工程实践 [M ] . 北京: 科学出版社, 2005: 1 - 322. [ 8 ] � 曹代勇. 加强煤炭资源地质科学研究确保国家能源安全 [ J] . 中国矿业, 2004, 13 ( 11) : 5 - 9. [ 9 ] � 吴钦宝, 陈同俊. 中国东部煤矿深部开采中的地质勘探技术 [ J] . 地球物理学进展, 2005, 20( 2) : 370- 373. [ 10 ]� Martin L andro. Fu tu re chal lenges and unexp lored m ethod s for 4D seism ic analysis [ J] . CSEG R ecorder, 2006, 31: 128- 133. [ 11 ]� Xu Shu ish ,i C heng A iguo, C ao Daiyong. Th e s tatusQuo and out� look of Ch in ese coal geology and explorat ion technologies [ J] . A cta Geolog ica S in ica, 2008, 82( 3) : 697- 708. [ 12 ]� 赵鹏大. 矿产勘查理论与方法 [M ] . 武汉: 中国地质大学 出版社, 2001: 1- 334. [ 13 ]� 谭永杰. 迈向 21世纪的中国煤田地质勘探业 [ J] . 中国煤 田地质, 1998, 10(增刊 ) : 1 - 5. [ 14 ]� 张泓, 夏宇靖, 张群, 等. 深层煤矿床赋存规律与开采地质 条件及其综合探测研究进展与前景 [M ] / /虎维岳, 何满 潮. 深部煤炭资源及开发地质条件研究现状与发展趋势. 北 京: 煤炭工业出版社, 2008: 33- 48. [ 15 ]� 张路锁, 占文锋, 曹代勇. 太行山东麓含煤区构造特征与深 部找煤方向 [ J] . 中国煤炭地质, 2008, 20( 10 ) : 22- 24. [ 16 ]� 郭增昌. 河北平原构造组合特征与找煤 [ J ] . 河北煤炭, 2003 ( 4) : 4- 5. [ 17 ]� 姜波, 张军, 赵本肖, 等. 冀东南隐伏区煤层赋存的构造控 制作用 [ J] . 中国煤炭地质, 2008, 20( 10 ) : 14- 17. [ 18 ]� 王桂梁, 曹代勇, 姜波. 华北南部逆冲推覆伸展滑覆和重力 滑动构造 [M ]. 徐州: 中国矿业大学出版社, 1992: 113 - 134. [ 19 ]� 黄克兴, 夏玉成. 构造控煤概论 [M ] . 北京: 煤炭出版社, 1991: 1 - 236. [ 20 ]� 曹代勇. 煤炭地质勘查与评价 [ M ] . 徐州: 中国矿业大学 出版社, 2007: 1- 355. [ 21 ]� M il ic R C. Appalach ian coal assessm en t: defin ing the coal system ofA pp alachian bas in [ J] . G eological Society ofAm erica Special Paper, 2005, 387: 9- 30. [ 22 ]� 张文若, 康高峰, 王永. 遥感技术在煤炭地质中的应用现状 及前景 [ J] . 中国煤田地质, 2006, 18( 2) : 5 - 8. [ 23 ]� 徐水师, 谭克龙, 曹代勇, 等. 中国煤炭资源遥感调查评价 理论与技术 [M ] . 北京: 科学出版社, 2009: 1- 379. [ 24 ]� 曹代勇. 物探资料解释在煤田构造研究中的应用 [ J] . 中国 煤田地质, 1993, 5( 2) : 82- 87. [ 25 ]� 李文勇, 夏斌, 路文芬. 河南省东部地球物理特征与找煤远 景 [ J] . 物探与化探, 2004, 28( 1) : 26- 31. 352 现 � 代 � 地 � 质 2009年 �