寧樹正，楊昊睿，劉志遜，曹代勇，魏迎春，陳美英

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

0 前言

我國煤炭資源總量豐富，是國家經(jīng)濟安全穩(wěn)定發(fā)展的“壓艙石”。我國“富煤、貧油、少氣”的能源結(jié)構(gòu)決定了煤炭在未來的長時間內(nèi)將一直扮演著主體能源的角色[1-2]。在最新一期全國煤炭資源潛力評價中，我國煤炭資源總量為5.90萬億噸，雖然總量大，但依然存在煤炭資源分布不均勻和區(qū)域供需的矛盾問題[3-4]。我國煤炭資源約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)濟帶煤炭需求大但資源量低[5]。當前，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發(fā)。本文依托中國地質(zhì)調(diào)查局“南方缺煤省份煤炭資源調(diào)查評價”項目，圖1為南方缺煤省(區(qū))工作區(qū)分布圖，項目組對華南和滇藏地區(qū)煤炭賦存規(guī)律和找煤方法進行探索，初步提出了適宜缺煤地區(qū)的找煤模式，為今后在南方開展找煤調(diào)查提供理論依據(jù)。

1 煤田構(gòu)造格局

中國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。新一輪全國煤炭資源潛力評價將中國煤田構(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)域與時代分布特點見圖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)域與時代分布示意圖(據(jù)中國煤炭資源潛力評價，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)無煤的誤區(qū)。

3.2 紅層地質(zhì)條件

我國南方較為發(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。我國南方地區(qū)的紅層主要受到侏羅紀末-白堊紀的華夏—新華夏構(gòu)造運動的影響，紅層沉積多不整合于下伏地層上，從整體來看結(jié)構(gòu)相對簡單，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，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期的氣候條件、植物條件、地理條件以及構(gòu)造運動的影響。氣候通過影響地面植物的繁衍分布和表生地質(zhì)作用，進而影響聚煤作用。通常情況下，坳陷和沉積盆地是沉積作用進行的場所，構(gòu)造作用影響著沉積作用的場所，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大山地區(qū)。

3.5 多礦種共伴生地區(qū)的地質(zhì)條件

我國煤系中共伴生礦產(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)開采價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 地理條件復(fù)雜工作程度低的條件

我國南方缺煤地區(qū)，青藏高原因其獨特的地理位置，地形地勢和復(fù)雜自然地理條件，成為了我國極具挑戰(zhàn)和危險的地區(qū)，給我國找煤工作帶來了極大的阻礙。

4 找煤方法適用性探索

煤炭勘查過程中，不同的找煤技術(shù)手段的適用條件有所差異，對于不同的地質(zhì)條件，找煤技術(shù)手段的選用上有所側(cè)重，以期減少對人力、物力資源的浪費，更方便、高效的實現(xiàn)勘查目標。針對南方缺煤地區(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)對南方缺煤地區(qū)的找煤工作所需技術(shù)手段進行概述。

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，要特別注意運用地質(zhì)理論，對區(qū)域地質(zhì)規(guī)律進行仔細分析研究。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)測的基礎(chǔ)上，選擇有利區(qū)段，采用山地工程、鉆探、物探、測井等手段相結(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采地質(zhì)條件。由于該類型地質(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法控制，因此主要采用鉆探來查明上覆地層的構(gòu)造和煤層情況。對于部分煤層傾角大甚至直立的地區(qū)，常規(guī)鉆進工藝無法滿足地質(zhì)設(shè)計要求，需采用受控定向鉆進技術(shù)。這類地區(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

對于“紅層”下的找煤勘查，如果“紅層”形成之后未受到強烈構(gòu)造擠壓運動影響，內(nèi)部構(gòu)造十分簡單，很少看見褶曲構(gòu)造，層面呈水平狀，或簡單的單斜，要特別重視地表和淺部地質(zhì)工作。如果發(fā)生過強烈的構(gòu)造擠壓，或者巖漿的侵入，應(yīng)該加強對區(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)對礦區(qū)或井田已有地質(zhì)資料進行收集、整理，運用地質(zhì)理論知識進行分析、推測，用勘查手段進行論證，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，為煤炭開采設(shè)計生產(chǎn)提供可靠準確的地質(zhì)資料?？傊?，紅層覆蓋區(qū)地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要在加強地層結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上，重點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

這類地區(qū)因煤系地層被“火山巖系”所覆蓋，通常煤層、標志層、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，無法通過正常的地質(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、鉆探和測井相結(jié)合的綜合勘查方式。對于物性條件較好或地質(zhì)構(gòu)造簡單的地區(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，在認為較好的區(qū)域施工個別鉆孔加以驗證。

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)造運動的影響，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(廣西十萬大山地區(qū))。針對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)，加強聚煤規(guī)律研究，運用淺井和槽探工程手段從橫向上和縱向上對含煤地層進行對比分析，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)周圍有老礦區(qū)分布，應(yīng)充分利用已有地質(zhì)資料，加強橫向和縱向的對比研究。

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，對聚煤環(huán)境進行分析，找到它們相關(guān)聯(lián)的成礦條件、成礦環(huán)境、成礦規(guī)律，從而進行煤系共伴生礦產(chǎn)的綜合勘查和綜合評價。然后，根據(jù)多礦種共伴生的特點和覆蓋情況，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、測井和采樣測試等手段相結(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、測井和采樣測試等手段相結(jié)合的綜合勘查方式。根據(jù)不同共伴生礦產(chǎn)的特點，采用不同的地球物理方法和采樣測試方法對煤系共伴生礦物資源進行綜合勘查、綜合評價、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 地理條件復(fù)雜且工作程度低區(qū)找煤模式

針對青南開心嶺調(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。遙感技術(shù)與常規(guī)地質(zhì)勘查手段相結(jié)合，是快速開展該地區(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，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)。我國煤田地質(zhì)工作者在長期實踐中，總結(jié)出“遙感掃面、物探先行、鉆探驗證”的綜合勘查模式，取得良好應(yīng)用效果。按照區(qū)域展開、重點突破、從面到線到點，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，進行分類分區(qū)解譯，最大限度提取地質(zhì)與成礦信息。在此基礎(chǔ)上，進行野外調(diào)查驗證和重點區(qū)高分辨率遙感地質(zhì)填圖。通過控煤構(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)，進入地質(zhì)勘查階段。該類區(qū)由于地理條件復(fù)雜，勘查開發(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)條件相對簡單，勘查階段通常采用山地工程、物探、鉆探和測井等技術(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、地理條件復(fù)雜等因素嚴重影響了地質(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，能夠克服不良地形的影響，在縱向上探測的深度較深、橫向分辨率高、針對火山巖覆蓋的地區(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?、效率高、勘查成本低等?yōu)勢，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)進一步加強對該區(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。