淮南煤田罗园井田地质特征及勘查工程布置.pdf

第2 6 卷 7 期 2 0 1 4年 7月 中国煤炭地质 C0AL GE0L0GY 0F CHI NA V0 1 ． 2 6 N o ．0 7 J u 1 ． 2 0 1 4 d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ~ ． i s s n ． 1 6 7 4 — 1 8 0 3 ． 2 0 1 4 ． 0 7 ． 0 5 文章编号： l 6 7 4 — 1 8 O 3 f 2 0 1 4 ) O 7 — 0 0 2 1 一 o 4 淮南煤 田罗园井田地质特征及勘查工程布置 苏永荣 ( 安徽省煤田地质局， 安徽 合肥 2 3 0 0 8 8 ) 摘 要： 淮南煤田罗园井田构造是以阜凤逆冲推覆断层为主要断层组成的逆冲推覆构造系统。针对推覆体内含煤 地层急倾斜 、 倒转以及总体呈“ L ” 形构造形态特征 ， 在二维地震勘查手段效果不理想的情况下， 根据构造发育特征 选择以钻探为主， 布置了垂直钻孔 、 定向斜孑 L 、 分叉孔， 并结合测井、 采样测试等手段 ， 取得了良好的地质效果。 关键词： 逆冲推覆构造； 勘查工程布置； 定向斜孔 ； 分叉孔； 淮南罗园井田 中图分类号 ： P 6 2 4 文献标识码 ： A e o l o g i c a l F e a t u r e s a n d Ex p l o r a t i o n En g i n e e r i n g La y o u t i n Lu o y u a n M i n e fi e l d ， Hu a i n a n Co a l f i e l d S u Yo n g r o n g ( A n h u i B u r e a u o f C o a l G e o l o g i c a l E x p l o r a t i o n ， He f e i ， A n h u i 2 3 0 0 8 8 ) Ab s t r a c t ： S t r u c t u r e i n t h e L u o y u a n mi n e f i e l d ， Hu a i n a n c o a l fi e l d i s a t h ru s t i n g n a p p e s t ruc t u r e s y s t e m t a k i n g t h e F u y a n g —F e n t a i t h ru s t — i n g n a p p e a s t h e ma i n f a u l t ． I n a l l u s i o n t o c o a l —b e a r i n g s t r a t a i n t h e n a p p e c h a r a c t e r i z e d b y s t e e p l y d i p p i n g ， o v e r t u r n e d a n d p r e s e n t “ L”s h a p e d s t ruc t u r a l f o r ms a s a w h o l e ． I n v i e w o f u n s a t i s f a c t o r y 2 D s e i s mi c p r o s p e c t i n g e f f e c t s ， a c c o r d i n g t o s t ruc t u r a l d e v e l o p me n t c h a r a c t e r i s t i c s c h o o s i n g d r i l l i n g d o mi n a t e d( i n c l u d i n g s t r a i g h t ， d i r e c t i o n a l i n c l i n e d a n d b r a n c h i n g b o r e h o l e s ) c o mb i n e d w i t h w e l l l o g — g i n g ， s a mp l i n g a n d t e s t i n g me a n s ， t h u s s a t i s fi e d g e o l o g i c a l e f f e c t s h a v e b e e n ma d e ． Ke y wo r d s ： t h r u s t i n g n a p p e s t ru c t u r e ； e x p l o r a t i o n e n g i n e e r i n g l a y o u t ； d i r e c t i o n a l i n c l i n e d b o r e h o l e ； b r a n c h i n g b o r e h o l e ； L u o y u a n mi n e — fi e l d 。 Hu a i n a n 井 田的地质特征是影响勘查技术手段选择和勘 查工程布置的重要因素。淮南煤 田以往的煤炭勘查 工作主要集中在中部的淮南复向斜构造带内， 已探 索形成一套行之有效的综合勘查方法和工程布置形 式。位于阜凤逆冲推覆构造带内的罗园井田， 煤炭 资源赋存受到逆冲推覆构造系统的控制， 具有较为 独特的地质 特征。在罗园井 田煤炭勘查过程 中 ， 通 过对井田地质特征的分析研究 ， 选用适合其地质构 造特点 的勘查手段和勘查工程布置形式 ， 取得了 良 好 的地质勘查成果和经济效益 。 1 区域地质 淮南煤 田处于华北地 台南缘 ， 总体上为一近东 西 向展布的断层 、 褶皱构造发育区 ， 称为“ 淮南断一 褶带” ， 该构造带又可划分为 3 个次一级的赋煤构造 单元 ， 分别是北缘的上窑一明龙 山反 冲构造带 、 中部 的淮南复 向斜构造带 、 南缘的阜凤逆冲推覆构造 带。阜凤逆冲推覆构造带是由一系列南倾的逆冲断 层和冲断片 ( 块 ) 构成的叠 瓦状构造组合 ， 沿淮南煤 作者简 介 ： 苏永 荣 ( 1 9 6 5 二 ) ， 男 ， 高级工 程师 ， 主要从 事矿产 勘查工 作 收稿 日期： 2 0 1 4 — 0 3 — 0 6 责任编辑 ： 唐 锦秀 田南部延展长度达 1 3 0 k m， 主要逆 冲断层有阜凤 逆 冲推覆断层和阜李逆冲断层， 冲断片( 块) 断续分布， 冲断片( 块) 内赋存有较丰富的煤炭资源， 如有大通 煤矿 、 九龙 岗煤矿 、 谢李煤 矿 、 新集三矿 、 罗园井 田、 连塘李井 田等。阜凤逆冲推覆构造带的前缘为阜凤 逆冲推覆断层， 切割淮南复向斜南翼， 其断层下盘为 古 沟一谢桥向斜南翼 ， 由于阜凤逆 冲推覆断层沿走 向摆动 ， 潘集一谢桥 向斜南翼保存完整程度不同。 ’ 罗园井 田位于安徽省淮南市凤台县西 2 0 k in， 井 ． 田面积 1 6 k in ， 在构造位置上处 于阜凤逆 冲推覆构 造带中段 。井 田内基岩均被新生界( Q + N) 松散层覆 盖 。基岩地层有新太古界一古元古界霍邱岩群 ( A r 3 一P t 。日) 变质 岩 、 寒武 系( ∈ ) 灰 岩 、 奥 陶系 ( 0) 灰 岩 、 石炭系 ( C ) 、 二叠系 ( P ) 、 三叠系 ( T ) 。二叠系 山 西组( P ) 、 下石盒子组 ( P 2 x s ) 、 上石盒子组( P ) 组是 主要含煤地层 ， 厚度约7 5 0 m， 含煤3 O 余层 ， 其中可 采煤层 l 2 层 。霍邱岩群( A r 广 P t 。日) 、 寒武系( ∈ ) 主要 分布在阜凤逆冲推覆断层的上盘F 0 3 断层以南 ， 含 煤地层主要分布在阜凤逆冲推覆断层上盘F 0 3 断层 以北和断层下盘 。 2 井田构造 井田内主要构造为阜凤逆冲推覆构造系统 ， 为 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 中 国 煤 炭 地 质 第2 6 卷 由外来系统( 推覆体 ) 、 推覆构造面和边界断层 、 原地 系统组成的完整推覆构造体系。阜凤逆冲推覆断层 是主要推覆断层 ， 其 断层面是推覆构造面。外来系 统 ( 推覆体 ) 由阜凤逆 冲推覆断层 、 阜李逆 冲断层 、 F 0 3断层等一系列逆 冲断层构成叠瓦状构造组合 ， 新太古界一古元古界霍邱岩群 、 寒武系 、 奥 陶系 、 石 炭系 、 二叠系、 三叠系推覆到原地系统二叠系含煤地 层之上 ， 形成相对独立的断块 ， 断层构造线方 向基本 与地层走向一致 ， 断块沿走向延展。外来系统( 推覆 体 ) 和原地系统构造特征相差很大 ( 图 1 ， 图2 ) 。 2 ． 1阜凤逆冲推覆断层 为阜凤逆冲推覆构造系统 的前锋 断层 ， 推覆面 发育于二叠系煤系之 中， 长距离接近 于顺层 ， 倾角 0 。 ～2 0 。 ， 向浅部快速变陡 ， 倾角 3 O 。 ～9 0 。 ， 出露于井 田北部基岩中。断层推覆面沿走向和倾 向有一定 的 波状起伏， 切人下伏地层层位亦有变化， 推覆面平缓 段深度一般在 1 0 0 0～1 4 0 0 m。 2 ． 2外来系统 ( 推覆体 ) 由阜李逆冲断层 、 F 0 3 、 F 0 5 等一 系列逆 冲断层 构成叠瓦状构造组合 ， 以断层为界， 划分为南 、 中、 北 [ = = 『 [ 二 硅 一 1 o o 一 5 o 0 ～ 9 0 O - 1 3 0 0 - 1 5 0 0 园圆田团圆 煤层 霍邱岩群 寒武系 奥陶系 太霖组 图1罗园井田基岩地质图 [ ! ! 习 ] 山西组下石盒子组 上石盒子缎 孙家沟组 三叠系 Fi g ur e 1 Lu o y u a n mi n e fie l d g e o l o g i c a l ma p o f be dr o c ks 3 9 O ” ’ 5 9 ： 6 1, 6 ． ’一 f - 8 3 5 9 。 ⋯ 『 k T ⋯ ， T ，‘ T ，⋯ ，^ T ，⋯ ，^ T ，^ T ，一 ，⋯ ，一 ，^ ， —一一一 U 、 T — 1-— 7 r＼一 一 一 一 ⋯ ⋯ ～⋯ ～ ～ 一 ～] } 星 入 ． ／ ， 嚣 一一～ 、 、 ＼ ＼＼ _ } ’ 8 _ 一 一 ～ 、 、 ． 7 | 口 雠 7I ／ ， ～ H 7 ＼ 冲 ＼ = = ： ／／ 1 4 3 ． 5 5 Ⅲ { ． ‘ 2／／— ／ ： ； = 多／ 霖 粤 粤 凰 盟 四 嬲 近 粤 图2 3 9 勘查线地质剖面图 Fi g u r e 2 Li ne 3 9 g e o l o g i c a l s e c t i o n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 期 苏永荣： 淮南煤田罗园井田地质特征及勘查工程布置 2 3 三个断块。寒武系与石炭、 二叠系煤系以F 0 3 断层 接触 ， 构造复杂 ， 含煤地层褶皱 、 直立 、 倒转 。 南断块： 阜李逆冲断层以南 ， 地层为新太古界一 古元古界霍邱岩群( A r 厂 P t ) 变质岩 系 ， 岩性 主要 为片麻岩和花 岗片麻岩。 中断块 ： 介于阜李逆冲断层和F 0 3 断层之问， 为 寒武系灰岩。 北断块 ： F 0 3 断层和阜凤逆冲推覆断层之间。 主要为石炭 、 二叠系煤 系。在剖面上含煤地层 由浅 部急倾斜( 或直立、 倒转) 一中深部地层转折一较平 缓并伴 有次一级小褶皱 ， 形成总体 似“ L ” 形构造形 态的轴面向南倾斜的向斜构造， 并被一系列次一级 断层切割( 图 2 ) 。⋯ 8 0 0 1 O 0 0 m水平 以浅( 向斜浅 部一翼) 地层为急倾斜( 倾角7 0 。 ～8 5 。 ) ， 或直立 、 倒 转 ， 被 F 0 3 、 F 0 6 、 F 0 4 、 F 0 5 ( 3 7 勘查线以东 ) 断层切割 成 2～3 个断夹片( 块 ) ； 向斜深部一翼总体地层倾角 变平缓 ， 发育次一级不对称褶 曲， 褶曲轴走 向与主体 构造 线 一致 ， 轴 面 大多 表现 为南倾 ， 被 F 0 8 、 F 0 9 、 F 1 2 、 F I O 、 F 1 1 等断层切割 ， 形成数个断夹片( 块 ) 。 2 ． 3原地 系统 为淮南复向斜南翼的谢桥向斜南翼和轴部， 地 层倾角平缓， 断层较少， 构造简单。被阜凤逆冲推覆 断层切割 ， 仅保 留1 7 — 1 煤组以下地层。 3 勘查工程布置 3 ． 1勘查方法的选择 淮南煤 田被新 生界新近 系及第 四系松散层掩 盖 ， 地势较为平坦 ， 地表表层一般为松散砂土或砂质 粘土， 潜水面一般距地表 2～ 4 m， 全区浅层地震波激 发条件较好 。区内含煤地层沉积相对稳定 ， 深层地 震地 质条 件较好 ， 有 六组可 以连续 跟踪对 比的波 f 组1 ， 能够 有 效解 译 区 内含煤 地层 形 态及 判 识构 造。因此一般采用地震 、 钻探 、 测井 、 采样测试等手 段相结合 ， 即“ 地震先行 、 钻探验证 、 测井检测 ” 的综 合勘查方法。其 中地震 主要解决构造问题 ， 钻探 、 测 井和采样测试相结合解决地层、 煤层、 煤质采样、 水 文地质和工程地质等其它问题 。 如前所述 ， 本井 田范 围内构造特征为逆冲推覆 构造 系统 ， 含煤地层赋存在外来 系统 ( 推覆体 ) 的北 部断块和原地系统 中， 且推覆体中含煤地层处在外 来系统的前锋挤压带， 构造较复杂， 加之次一级断层 切割 、 移位 ， 地层变为陡倾斜 、 直立 、 倒转 ， 或形成褶 曲。在陡倾斜地层段进行 二维地震勘查 ， 难 以在地 面接收到有效地震波 ， 且外来 系统 ( 推覆体 ) 对下层 ( 原地 系统 ) 地 震波有屏 蔽作用 ， 不易获得 良好 记 录， 虽然在勘查初期进行过二维地震勘查试验， 但未 取得有效成果 。因此 ， 地震勘查对于本井 田不是有 效勘查手段。根据本井 田地质特征 ， 采用钻探 、 测井 和采样测试相结合的勘查方法 ， 并 以钻探手段解决 构造 问题 ， 揭示煤层赋存状态。 3 ． 2钻探工程基本线距的选择 影响钻探工程基本线距确定的基本因素是煤层 稳定程度 和构造复杂程度 。井 田内含有可采煤层 l 2 层 ， 平均总厚 1 8 ． 3 0 m， 其 中较稳定煤层 累计厚度 为 1 2 ． 4 7 m， 占 7 1 ． 7 5 ％ ； 不 稳 定 煤 层 累 计 厚 度 为 5 ． 8 3 m， 占2 8 ． 2 5 ％， 应以厚度 占优势的较稳定型选择 基本线距 。 如前所述 ， 本井 田构造特征为逆 冲推覆构造 ， 原 地系统构造简单 ， 外来系统 ( 推覆体 ) 中含煤地层沿 倾 向产状变化大 ， 断层发育 ， 并有次级褶 曲， 构造复 杂程度属于中等偏复杂类型。但在本井 田内无论是 断层和褶 曲， 展布方向基本一致 ， 具有线形构造的特 点 ， 因此钻探] _ 程基本线距可沿构造线走 向方 向适 当放稀 。 综合考虑井 田内煤层稳定类型和构造 复杂程 度 ， 按《 煤 、 泥炭地质勘查规范》 ( D Z ／ T 0 2 1 5 — 2 0 0 2 ) ， 确定本 区各勘查 阶段钻探工程基本线距为 ： 普查 阶 段 1 5 0 0～20 0 0 m， 详查阶段 5 0 0～1 O 0 0 m， 勘探阶段 5 00 m 。 3 ． 3钻探工程布置 3 ． 3 ． 1 工程布置原则 普查 阶段 勘查 深度 1 5 0 0 m， 以控制 外来 系统 ( 推覆体 ) 含煤地层分布范围， 初步查明勘查区构造 形态 ， 控制阜凤逆冲推覆断层面的深度和起伏形态 ， 以及原地系统的煤系赋存状况为主要地质 目的。钻 探工程线距为 l 5 0 0～2 0 0 0 m， 孔距 8 0 0 m左右。 详查和勘探阶段勘查工作重点是外来 系统 ( 推 覆体 ) 的北 断块 ， 特别是 3 2 ～4 0 勘查线问 的一 6 0 0 m 水平 以浅的先期开采地段。由于本块段内地层沿倾 向产状变化大 ， 且被断层切割成多个断块或断夹片 ( 块 ) ， 勘查线上钻孔布置 以控制煤层产状变化 ， 且尽 量保证被断层分割的断块有钻孑 L 控制 ， 使见煤点沿 煤层倾 向斜距为 2 5 0～5 0 0 m， 地面钻T L T L 距不作 限 制 ， 如图2 、 图3 、 图4 所示 。 3 ． 3 ． 2钻孔布置形式 在普查阶段 ， 为 了初步查 明井 田可采煤层 的分 布范围和构造形态， 钻孑 L 设计成垂直孔的形式。 在详查和勘探阶段， 鉴于本井田推覆体内含煤 地层“ L ” 形向斜构造样式， 在向斜浅部一翼急倾斜 、 直立、 倒转段， 以设计定向斜孔为主( 如图3 中3 2 — 1 、 3 2 — 2 钻孔， 图4中3 8 — 1 、 3 8 — 2 、 3 8 — 4 钻孔) ； 对于“ L ” 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 中 国 煤 炭 地 质 第2 6 卷 - 1 0 0 - 3 0 0 - 7 0 0 佳丁 — — 团目 鬯 叵 塑 地 墨 墨 线 ! ：里 塑 山西组 下石盒子组 上石盒子组 孙家沟组 第四系+ 新近系 图3 3 2勘查 线钻 孔布置方式 Fi g u r e 3 L i n e 3 2 b o r e h o l e l a y o u t 形 向斜的深部一翼较平缓伴次级褶 曲部位和原地系 统布置铅直钻孔 ； 对于布置在 向斜轴部附近的钻孔 ， 设计一定数量的分叉钻孔( 如图 3 中3 2 — 3 钻孔 ， 图4 中3 8 — 3 钻孔 ) ， 即沿直钻孔 和定 向斜孔在一定部位 相结合， 完成垂直钻孔的施工后， 在垂直钻孔的一定 深度通过定向钻进的方法再施工定向斜孔 ， 实现地 面上一个钻孔在其下段出现分叉， 同时控制向斜两 翼含煤地层构造形态。这种布置方法， 既达到了地 质 目的， 又节省 了勘查工程总体钻探工作量 ， 提高了 钻探工程的效率。 3 ． 4勘查成果 采用前述勘查工作手段和勘查工程布置方法 ， 从普查至勘探阶段井田内共施工钻孔9 2 个， 其中定 向 斜 孔 3 6个 ， 分 叉 孔 1 0个 ， 钻 探 工 程 量 8 7 8 0 1 ． 1 8 m 。通过本次勘查工作 ， 查明了井田的构 造形态和构造特征 ， 详细查 明了可采煤层的层位 、 厚 度变化及可采范围， 井田范围内共获得煤炭资源／ 储 量( 1 2 1 b + 1 2 2 b + 3 3 3 ) 3 9 1 5 1 万t ， 勘查工作程度达到 了现行规范要求， 勘查成果可作为矿井建设可行性 研究和初步设计的地质依据。 4结论 ①罗园井田的构造特征是由阜凤逆冲推覆断层 为主要断层组成的推覆构造系统， 外来系统( 推覆 体) 内由一系列逆冲断层组成叠瓦状构造。含煤地 一 1 0 0 - 3 0 0 - 7 0 0 团 E 圃 钻孔 断层 地层界线 煤层 太原组 回回匡习匝 回 山西组下石盒子组上石盒子组孙家沟组第四系+ 新近系 图4 3 8 勘查线钻孔布置方式 Fi g u r e 4 Li n e 3 8 b o r e h o l e l a y o ut 层赋存在推覆体前缘断块和原地系统内。 ②外来系统( 推覆体) 内含煤地层是一似“ L ” 形 构造形态的轴面向南倾斜的向斜构造， 并被一系列 次级断层切割 ， 形成断夹片( 块 ) 。 ③根据井田内含煤地层赋存的特殊构造特点， 选择钻探为主要勘查手段 ， 布置定 向斜孔和分叉孔 等， 取得了良好的地质效果。 参考文献 ： [ 1 】 宋传中， 朱光． 淮南煤田的构造厘定及动力学控制[ J 】 _ 煤田地质与 勘探， 2 0 0 5 ， 3 3 ( 1 1 ： 1 卜1 5 ． [ 2 】 安徽省地质调查院 安徽省地质 图( 1 ： 5 o 7 ／ ) 说 明书[ R ] _安徽合肥 ： 安徽省地质调查 院， 2 0 0 5 ． [ 3 】 曹代勇， 高元． 阜凤推覆构造几何形态的研究[ J 】 ． 中国煤田地质 ， 1 9 8 9 ， 1 ( 2 ) ： 卜7 ． 【 4 1 朱文伟， 张品刚， 张继坤 ， 等． 安徽省两淮煤田构造样式研究[ 中 国煤炭地质， 2 0 1 1 ， 2 3 ( 8 ) ． [ 5 】 中华人民共和国国土资源部． D Z ／ T 0 2 1 5 — 2 0 0 2 ， 煤、 泥炭地质勘查 规范[ s 】 一 E 京： 地质出版社， 2 0 0 3 ． 【 6 】 安徽省煤 田地质 局勘查 研究院． 安徽省颍上县罗 园井 田煤 炭勘探 报告[ R 】 ．安徽 合肥： 安徽省煤田地质局勘查研究院， 2 0 0 9 ． [ 7 】 安徽省地质矿产勘查局． 安徽省区域地质志【 M 】 ． 北京 ： 地质出版 社 ． 1 9 8 7 ： 9 — 1 3 ． 【 8 ] 安徽省地质矿产勘查局．安徽省岩石地层【 M ] ．武汉 ： 中国地质大学 出版社 ， 1 9 9 7 ： 3 — 8 ． [ 9 】 魏振岱． 安徽省煤炭资源赋存规律与找煤研究【 M ] ． 北京： 地质出版 社 ， 2 0 1 2 ：3 — 8 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m