Question

煤田物探

Answer 1

油页岩矿层与煤层的产出，存在两种情况，一是与煤层伴生，两者的层位相近；二是煤层减薄，油页岩层独立产出。由此，油页岩的地球物理特征及勘查方法技术亦可分成两种情况来讨论。

5.1.1.1 与煤层共生时油页岩的地球物理特征与勘查方法技术

我国的煤田物探，始于1941年在开滦煤矿开展的地震折射法试验。1953年原燃料工业部地质勘探局开始组建测井队、电法队、地震队、重磁队，其分布于全国各省（区）的煤田地质局，利用物探方法开展大面积普查找煤、老矿区外围及隐伏地区的找煤工作，并取得了显著的成果（方正，1994；孙文涛、方正，1997；岳正喜、刘江，2007），煤田物探技术趋于成熟，也为油页岩的勘探提供了物探方法技术。

（1）物性与测井

煤与围岩的物性差异，是煤田物探有效果的基本地球物理前提之一。而这种条件，常通过对测井数据的统计获得。现举两例给予说明。

A.淮南煤田

彭苏萍等（2004）通过岩心分析与测井资料的统计，提供了淮南煤田含煤地层岩石物性参数特征（表5.1）。煤与围岩（泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、砂岩）相比较，可见与煤的密度、纵波速度与横波速度均较低，由此可知，如果煤层埋藏深度与厚度相宜，基于密度差异的重力勘探方法与地震勘探方法理应具有效果。

表5.1 淮南煤田含煤地层岩石物性参数特征

（彭苏萍等，2004）

B. 松达煤田

李宝华（2009）利用测井资料总结了松达煤田的物性特征（表5.2），并总结了测井曲线的典型特征（图5.1）。煤层比碎屑岩质围岩（泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩）具有较高的电阻率，但比碳酸盐岩质围岩（灰岩）具有较低的电阻率，在电阻率测井曲线上煤层具有较高的电阻率；煤的密度与自然伽马值均比围岩低许多，在自然伽马测井曲线上煤层对应较低的自然伽马值。据此物性特征，可较为准确地进行测井曲线的煤层解释（图5.2）。

表5.2 松达煤田常见煤、岩石物性统计表

（据李宝华，2009）

图5.1 煤层典型测井曲线

各煤田的物性特征不同，但一般情况下，煤层的密度、弹性波速度低于围岩，而电阻率高于围岩。煤田物探实践也证明，重磁勘探、电（磁）勘探及地震勘探是煤田物探中常用的方法。

（2）重磁勘探方法技术

重磁勘探方法技术在煤田的主要应用是开展1：5000～1：200000的扫面工作，以普查的方式圈定与煤相关的构造、盆地，了解岩浆岩、煤系地层的大致分布。具有许多典型的例子，如在徐州市铜山县确定含煤构造、圈定辉绿岩体（袁照令等，1999）、高精度磁法在邯郸市北李庄井田寻找火山岩层下煤层（朱自强等，1998），均获得了成功。

（3）电（磁）法勘探方法技术

电（磁）法在煤田物探中的应用十分广泛。在煤田地质填图、寻找煤层时均常用，但针对不同的地质目标，所采用的方法技术不同，见于表5.3。

图5.2 煤层测井曲线的解释

表5.3 煤田电（磁）勘探方法及使用

（据方正，1994，经改编）

（4）地震勘探方法技术

煤田地震勘探，已成为煤田地质精查的重要手段，主要用于解决煤层的构造地质问题（方正，1994）。高精度三维地震勘探，已可提供千米以浅的范围内尺度（如煤层厚度、断裂断距等）为数米至半米以内的地质体，如在河南周口地区的应用（邓国成，2006），见图5.3。

图5.3 河南周口地区深部地震在找煤中的应用（据邓国成，2006）

煤田地震勘探之所以效果良好，是基于煤与围岩具有明显的密度、弹性波速度的差异，在煤层界面上形成高幅值的反射波阻抗。

5.1.1.2 煤层减薄到油页岩单独产出时的地球物理特征与勘查方法技术

油页岩与煤共生，也存在着过渡的情况。如煤层与油页岩层相比，煤层渐薄，过渡到“无煤带” 时，以油页岩的存在为主，煤次之。过渡到真正的“无煤”，则只有油页岩的存在。

“无煤带” 系指煤矿区中煤层缺失或变薄致使煤层不可采的地带或条带。此时，变薄的煤层其物性对地球物理场的响应较弱，煤层的近围岩如页岩、泥岩、粉砂岩物性响应相对强烈，表现在弹性波上，变薄煤层的反射波振幅变弱，出现反射波振幅异常。一般情况下，可用弹性波方法高精度地确定煤层厚度的变化。

赵士华与吴奕峰（2004）提供了一个“无煤带” 勘查的例子——辽宁康平煤田的“无煤带” ——“无煤带” 常由断裂造成，断裂带的上部为油页岩，而油页岩的产状与断裂面一致（图5.4）。因此，在 “无煤带”，其地球物理特征部分反映了油页岩的地球物理特征。

通过 “无煤带” 构造的数学模拟，反映出 “无煤带” 中出现明显的反射波阻抗异常（图5.5）。实际地震勘探中，T2反映煤层，但T2在各处存在振幅异常，可能是煤层变薄、油页岩层变厚的反映（图5.6）。

康平煤田 “无煤带” 的弹性波阻抗异常，反映了油页岩亦可引起波阻抗异常，但与煤层相比，油页岩引起的波阻抗异常幅度可能较弱。

图5.4 康平煤田 “无煤带” 构造示意图（据赵士华等，2004）

图5.5 “无煤带” 构造数学正演模拟结果（据赵士华等，2004）

图5.6 康平煤田T2阻抗反映煤层与油页岩层的可能变化（据赵士华等，2004）

综上所述，煤层与围岩存在明显的密度、弹性波速度、电阻率、磁性差异，煤层具有形成低重力、低磁、强幅值反射波阻抗、高电阻率等异常的地球物理特征，可在普查阶段使用重力、磁法勘探初步确定煤盆地的构造及煤系地层的空间分布，可在详查阶段使用电（磁）法、地震法精细确定含煤岩系的构造及形态。

与煤共生的油页岩，也可参考煤田物探的方法技术，进行油页岩的勘查。