吴查查 郭晓波

(神华地质勘查有限责任公司,北京市昌平区,102211)

★煤炭科技·地质与勘探★

基于遥感技术的深部多层覆盖区找煤技术研究∗
——以海渤湾矿区周边地区为例

吴查查 郭晓波

(神华地质勘查有限责任公司,北京市昌平区,102211)

基于遥感技术,结合区域地质、物探、钻探及矿区勘探资料,应用中分辨率卫星数据进行遥感地质解译,确定研究区空间地质结构和重点找煤地段。利用高分辨率遥感影像在重点找煤地段进行大比例尺遥感地质填图,并采用少量工程控制,成功解决了老矿区外围找煤问题,探索出一套老矿区外围深部多层覆盖区遥感找煤方法。

遥感技术 老矿区外围 深部多层覆盖 找煤 海勃湾矿区

鄂尔多斯盆地西缘是我国煤炭资源分布比较集中的地区,目前该区出露和半出露的煤田已基本查清,急需寻找接续资源。多年来,运用传统方法寻找深部煤炭资源几无进展,急需探索深部找煤新技术。

本文以湾南煤田煤炭资源潜力区为例,通过空间遥感地质信息提取,遥感与非遥感数据集成,遥感、物探、钻探等成果的综合研究,介绍矿区外围的空间地质结构建立、含煤岩系保存区分析、深部找煤三要素测算等,旨在采用遥感技术,探索老矿区外围深部多层覆盖区遥感找煤方法。

1 地质概况

海渤湾矿区位于内蒙古自治区乌海市黄河东岸,地处贺兰山脉北段山间狭长走廊低地,东西两侧分别为南北走向的桌子山及岗德尔山。矿区内多为残丘、孤山及古砾石阶地,地势总趋势东高西低、南高北低,海拔高程1160～1490 m。海渤湾矿区南侧地区属冲洪积平原,海拔高程1090～1290 m。

海渤湾矿区含煤岩系为石炭—二叠系太原组(C3t)和山西组(P1s)。含煤岩系上覆地层为二叠系石盒子组(Psh)、上二叠—下三叠统石千峰组(PTs)和第四系(Q);下伏地层为奥陶系(O)和中石炭统本溪组(C2b)。

在区域构造区划上,海渤湾矿区属桌子山褶皱束桌子山褶皱,南与陶乐隆起相邻;东西分别以黄河断裂、桌子山东缘断裂与银川断陷盆地和鄂尔多斯台坳带相接。桌子山褶皱总体为近南北走向、向南倾伏的复式背斜。构造区内自东向西有桌子山东麓大断裂、桌子山背斜、岗德尔—西来峰大断裂、岗德尔背斜等次级构造。

2 遥感找煤研究方案

2.1 研究内容

本研究以遥感技术为主要手段,遵循含煤建造—含煤岩系—煤层的找矿理念,通过空间遥感地质信息提取,遥感与非遥感数据集成,遥感、物探、钻探等成果的综合研究,调查神华老矿区周边煤炭资源潜力区。

(1)以中低分辨率卫星遥感数据为依据,进行遥感地质解译;结合区域地质、物探、钻探、矿区勘探资料及野外实测地质资料,编制区域遥感地质图;建立已知矿区外围的空间地质结构。

(2)根据区域岩相古地理、地质发育史资料,分析含煤地层的沉积范围,确定含煤岩系保存区。

(3)以高分辨率卫星遥感数据为依据,进行含煤岩系保存区遥感地质调查,根据地层深度标识确定赋煤空间,寻找埋深1500 m以内的含煤岩系。

2.2 技术关键

深部找煤的技术关键是确定三个要素,即含煤岩系下伏基底的顶板深度DH、上覆地层的底板深度SH和含煤岩系主要煤层到煤系地层底板的间距M,三个技术要素的关系见图1。三者之间的关系是:

(1)含煤岩系的下伏基底出露,DH＝0,无煤,如图1(a)所示;

(2)含煤岩系的下伏基底顶板深度等于上覆盖层的底板深度,DH＝SH,无煤,如图1(b)所示;

(3)含煤岩系下伏基底的顶板深度与上覆地层的底板深度之间的间距小于含煤岩系中主要煤层到煤系底板的厚度,DH－SH＜M,找不到主要可采煤层,如图1(c)所示;

(4)含煤岩系下伏基底的顶板与上覆地层的底板之间的间距大于含煤岩系中主要煤层到煤系底板的厚度,DH－SH＞M,才能找到煤炭资源,如图1(d)所示;

(5)含煤岩系的主要煤层埋深超过1500 m,达不到找煤的目标,如图1(e)所示;

(6)含煤岩系的主要煤层赋存垂深小于1500 m,可以找到有效煤炭资源,如图1(f)所示。

图1 三个技术要素关系图

2.3 遥感调查

(1)首先采用中分辨率卫星数据对全区约50000 km2的区域进行1∶20万比例尺的遥感地质调查,编制区域遥感地质图,建立区域空间地质结构。采用的主要数据为中巴资源卫星CBERS－02B星、环境一号卫星和美国ETM卫星数据。中巴资源卫星CBERS－02B星CCD数据分辨率为20 m,共使用10景,数据时相为2005－2008年6－9月;环境一号卫星A星CCD数据分辨率为30 m,共使用2景,数据时相为2010年7－8月;美国ETM数据,分辨率为15 m,共使用4景,数据时相为2000年6－8月。

(2)然后采用高分辨率卫星数据对2000 km2的重点找煤地段进行1∶5万比例尺的遥感地质调查,对核心三要素进行测算,进而确定煤炭资源潜力区。采用的主要数据为中巴资源卫星CBERS－02B星2.36 m全色和20 m多光谱融合数据,天绘一号卫星2 m全色和10 m多光谱融合数据。中巴资源卫星数据共使用4景,数据时相为2008年的3月和9月;天绘一号卫星数据使用1景,数据时相为2011年6月。

3 海渤湾矿区南部深部找煤示范

海渤湾矿区南部深部找煤示范区(以下简称湾南示范区)位于宁夏平罗陶乐镇以北,内蒙古鄂托克旗棋盘井镇以南,东以拿个、托里庙、锉吉一带为界,西以黄河为界,面积约1200 km2。

湾南示范区地处桌子山褶皱南段,陶乐—灵武断裂隆起带北端,北以正义关东西向平移大断裂与桌子山煤田为界,东以桌子山东麓大断裂为界,西以黄河大断裂与石嘴山煤田相邻,南至马石头山古隆起。

3.1 示范区地质结构分析

3.1.1 地层厚度

海渤湾矿区及周边地区地层属晋冀鲁豫地层区鄂尔多斯地层分区贺兰山—桌子山地层。通过参照矿区地质资料及地质调查各时期地层厚度统计如下:

奥陶系(O):出露于海渤湾矿区南端,厚度不详。

中石炭统本溪组(C2b):出露于海渤湾矿区东部,厚度17～54 m。平行不整合于奥陶系石灰岩之上,在马石头山古隆起一带消失。

上石炭统太原组(C3t):厚度41.9～215 m。海渤湾矿区全区分布,与下伏本溪组整合接触。太原组是矿区主要含煤地层,含煤7～16层。

下二叠统山西组(P1s):厚度71.6～100 m。海渤湾矿区全区分布,与下伏太原组整合接触。山西组是矿区主要含煤地层,含煤10层。

二叠系石盒子组(Psh):厚度107～368.9 m。

上二叠—下三叠统石千峰组(PTs):厚度324 m。

下白垩统伊金霍洛组(K1y):厚度大于700 m。分布于湾南示范区,不整合于下伏地层之上。

渐新统(E3):厚度大于200～300 m,海渤湾矿区内广泛出露,不整合于下伏地层之上。

第四系(Q):主要为冲积层,风成细砂,厚度0～80 m。

3.1.2 主要构造

根据遥感解译结合物探资料,确定区域构造为桌子山复背斜、桌子山东麓大断裂、黄河大断裂、正义关东西向平移大断裂;确定下列断层为煤田内主要断层:

F1逆断层,走向NE,倾向NW,倾角60°,断距1700 m;

F4逆断层,走向NE,倾向SE,断距＞300 m;

F6逆断层,走向NE,倾向SE,断距＞540 m;

F8逆断层,走向NE,倾向SE;

F9正断层,走向NW,倾向SW;

F10逆断层,走向NE,倾向SE。

3.1.3 湾南示范区构造形态分析

北部地区:根据区域地质资料分析,湾南示范区北部地区含煤岩系为一走向NE,倾向SE的单斜构造,倾角5°～10°,构造相对简单,如图2所示。

南部地区:根据煤炭普查资料分析,湾南示范区南部含煤岩系被两组NE向逆断层切割,断距大,构造复杂,如图3。

中部地区:根据已知区煤炭勘探资料、遥感解译及实地调查,湾南示范区存在由断层切割造成的北东方向宽3～5 km,长数十千米的含煤岩系带,构造复杂程度中等,如图4所示。

3.2 含煤岩系保存区分析

3.2.1 含煤地层的沉积范围

根据区域岩相古地理资料,晚石炭世太原组沉积时期,海渤湾矿区及周边地区大部为近海冲积平原沉积,南部部分为河流及三角洲前缘沉积,沉积厚度大于180 m,如图5所示。早二叠世山西组沉积时期,海渤湾矿区及周边地区沉积范围进一步扩张,大部继续保持近海冲积平原沉积,南部部分除大部继续保持河流及三角洲前缘沉积外,少许转为淡化泻湖沉积,沉积厚度一般为70 m左右,如图6所示。

图2 示范区北部剖面图

图3 示范区南部剖面图

图4 示范区中部剖面图

区域岩相古地理资料分析结果表明,晚石炭世至早二叠世期间,整个鄂尔多斯盆地范围内,沉积厚度变化不大,湾南示范区存在太原组、山西组含煤地层,如图7所示。

3.2.2 含煤岩系保存区

根据区域地质发展史资料,印支运动以后,海渤湾矿区及周边地区持续保持着平缓的升降运动。其中,海渤湾矿区平缓隆起,石炭—二叠纪含煤地区遭受风化剥蚀;周边地区持续沉降,经历了三叠纪的巨厚沉积,之后又经历了白垩纪的沉积。燕山晚期,海渤湾矿区及周边地区在强烈造山运动作用下,形成桌子山褶皱并铸成现今地貌。

古近纪—新近纪时期,隆起区的山前或山间形成了红色沉积;在新近纪喜玛拉雅运动时期,古近纪—新近纪所形成的红色沉积平缓抬起。第四纪以来,在新构造运动中海渤湾矿区及周边形成了新的盆地。

如上所述,石炭—二叠系含煤建造在后期改造中,其上覆盖层有4种状态:第四系地层覆盖;第四系、古近系及新近系地层覆盖;第四系、古近系、新近系、及上白垩系地层覆盖;下白垩系和三叠系地层覆盖。

经综合研究,海渤湾矿区南部,即桌子山东麓大断裂以西、黄河大断裂以东、正义关东西向平移大断裂以南地区含煤岩系保存较完整,是海渤湾老矿区外围找煤地段,如图8所示。

3.3 找煤三要素测算

根据钻孔资料显示的地层深度标识,湾南示范区石炭—二叠系含煤建造上覆的盖层属下白垩系和三叠系地层。

(1)含煤岩系基底顶面(D):卫星影像显示,奥陶系灰岩在示范区北端出露地表,则该区为DH＝0的区域。岩层近南北走向,沿走向平缓起伏,坡度3°～5°左右;倾向东,倾角5°～12°,即东南部有含煤可能性。

图6 示范区(虚线框内)二叠纪沉积古地理

(2)含煤岩系主要煤层到煤系地层底板的间距(M):根据前面示范区地质构造分析,该区M值一般在500 m左右。

(3)含煤岩系上覆盖层底面(S):根据卫星影像解译及以往地质资料,示范区内第四系、古近系、白垩系等含煤岩系上覆盖层厚度即SH为400～1000 m,且具有北薄南厚、西薄东厚的特点。

图7 老矿区外围遥感影像及沉积范围示意图

图8 海渤湾老矿区构造影像及示意图

图9 海渤海老矿区外围地段划分图

结合推断出的示范区剖面图(图2、3、4),经反复分析,将示范区分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4个地段,如图9所示。I区为DH＝0的区域;Ⅱ区为DH－SH＜M的区域;Ⅲ区为DH－SH＞M且含煤地段垂深小于1500 m;Ⅳ区为含煤地段垂深大于1500 m的地段。经后期推算,Ⅲ区即为煤炭资源潜力区,总面积为1200 km2,预测煤炭资源量为76.16亿t。

4 结论

针对神华老矿区急需寻找接续资源、急需探索深部找煤新技术的现状,以遥感技术为主要手段,遵循含煤建造—含煤岩系—煤层的找矿理念,通过空间遥感地质信息提取,遥感与非遥感数据集成,遥感、物探、钻探等成果的综合研究,调查神华老矿区周边煤炭资源潜力区,研发集成了以深部找煤“三要素”为核心的老矿区外围深部多层覆盖区遥感找煤技术。在海渤湾老矿区周边提出湾南煤田煤炭资源潜力区,预测煤炭资源量为76.16亿t。

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[10] 郭晓波,管海晏,吴查查.中巴卫星遥感找煤技术研究[J],中国煤炭,2012(4)

Research on coal exploration technology base upon remote sensing technology in deep area with multilayer coverage——Taking the surrounding area of Haibowan mine area for example

Wu Chacha,Guo Xiaobo
(Shenhua Geological Exploration Co.,Ltd.,Changping,Beijing 102211,China)

Based on remote sensing technology and according to the data of areal geology,geophysical prospecting,drilling and exploration,the author interpreted the remote sensing geology using moderate resolution satellite data and confirmed the spatial geological structures and the key section of coal exploration.High resolution remote sensing images were utilized for large scale remote sensing geological mapping in the key section of coal exploration,and a little engineering control was adopted,so that the author solved the problem of coal exploration in the old mining area periphery,and explored a set of remote sensing coal exploration method system in deep area with multilayer coverage in the old mining area periphery.

remote sensing technology,old mining area periphery,deep area with multilayer coverage,coal exploration,Haibowan mining area

P627

A

吴查查(1981－),女,河北深州市人,工程师,硕士学历,主要从事煤田地质工作。

(责任编辑 郭东芝)

国家发改委国产卫星应用专项(2010－117),神华集团科技创新项目(SHJT－11－16)