基于综合勘查的煤系矿产资源组合类型研究_秦国红.pdf

第 46 卷 第 5 期煤田地质与勘探Vol. 46 No.5 2018 年 10 月COALGEOLOGY 2. China National Administration of Geology, Beijing 100038, China; 3. Prospecting Institute, China National Administration of Geology, Beijing 100039, China; 4. Jiangsu Mineral Resources and Geological Design and Research Institute, Xuzhou 221006, China Abstract The comprehensive exploration and cooperative exploitation of mineral resources in coal measures are the social hot-topics and the front direction in coal field. Through the systematic collection of previous research results, field researching, and symposium discussing, considering the occurrence characteristics, mineral matter phase characteristics and the comprehensive exploration and uation of different kinds of coal minerals resources, three kinds of minerals combination types in coal measures were preliminarily divided on the basis of the common features of these resources from the perspective of comprehensive exploration, including coal and coal-based variant solid mineral combination, coal and coal-based consubstantial solid mineral combination, coal and unconventional gas combination, for the purpose of providing theoretical guidance for the ulation of comprehensive exploration engineering plan in coal measures. Keywords coal measures; mineral resources in coal measures; type classification; comprehensive exploration 煤系矿产资源又称为煤系综合矿产资源、煤系共 伴生矿产资源，是指赋存于煤和含煤岩系中、与煤矿 床有成因联系或空间组合关系的所有矿产资源。煤系 矿产资源的矿种较多，除煤矿床之外，还共生或伴生 丰富的能源矿产、金属矿产和非金属矿产[1]。当前， 煤层气、煤系页岩气、煤系致密气等非常规天然气资 源，砂岩型铀矿，分散在煤系或煤层中的铝、镓、锗、 锂、稀土，以及煤系高岭土、隐晶质石墨等，相继成 为煤系综合矿产资源评价和开发的热点[1-5]。 由于历史原因，在以往煤炭地质勘查工作中， ChaoXing 98煤田地质与勘探第 46 卷 对煤系矿产资源综合勘查和综合评价重视不够，许 多与煤共伴生的其他矿产资源，尤其是煤层中及邻 近煤层的围岩中所蕴含的矿产资源，如果没有合理 的勘查开发利用方案，在煤层采出以后，围岩将变 形破坏，导致这些矿产无法继续进行开采利用，造 成巨大损失，不利于资源与环境协调发展[6]。 值得注意的是，煤矿开发共伴生矿产资源，可 以充分利用煤炭企业已有的地下和地面基础设施， 投资少、工期短、见效快。要实现科学采矿，必须 对煤系矿产资源加以综合勘查利用，而适用于综合 勘查的煤系矿产组合类型的划分必将对今后煤系矿 产资源综合利用提供理论指导，使煤炭开采获得最 大的经济利益和社会效益。 本文所指的“煤系矿产资源综合勘查”是指根据 区域资料或煤炭勘查资料的分析， 或在勘查过程中， 发现含煤岩系中存在其他矿化信息或元素异常时， 在煤炭勘查技术手段的基础上，选择增加其他矿产 资源的勘查技术手段。笔者通过系统梳理大量相关 资料，现场调研，以及多次专题会议研讨，重点考 虑不同煤系矿产资源的赋存同体或异体，即煤层、 煤系、煤盆地、相态固体、气体、综合勘查评价 要求等特征，以从综合勘查角度煤系矿产资源所具 有的共性为依据，提炼划分出 3 种煤系矿产资源组 合类型，即煤与煤系异体固体矿产组合、煤与煤系 同体固体矿产组合、煤与煤系气组合，以期为煤系 矿产综合勘查方案的制定提供依据。 需要说明的是，文中同体矿产是指赋存在主矿种 煤矿床煤层中的其他矿产，包括煤、夹矸、紧邻 煤层直接顶底板中的各类矿产，即煤层矿产资源；异 体矿产包含赋存在除煤层之外的含煤地层其他岩层中 的矿产即煤系矿产以及煤炭资源综合勘查中可能钻 遇的煤系上覆层位的各种矿产即煤盆地矿产[1]。 1煤与煤系异体固体矿产组合 “煤与煤系异体固体矿产组合”主要包括能源类 矿产油页岩、砂岩型铀矿，金属类矿产铝土矿， 非金属类矿产高岭土、耐火黏土、硅藻土、硫铁 矿等矿产资源。 “煤与煤系异体固体矿产组合”的综合勘查是以 煤为主要勘查对象、兼顾含煤岩系异体固体矿产的 综合勘查。针对综合勘查，本组合类型中煤系矿产 具有如下共同特征表 1。 表 1煤与煤系异体固体矿产组合共性一览表 Table 1The commonness of coal and coal-based variant solid mineral combination 地质方面 特殊性综合勘查评价要求开采需求 赋存特征相态特征成因机制 异体矿产固相矿产 与沉积环境有关，也受物源、古 地理、古构造、古气候、水介质 条件与后期的风化、淋滤、热液 作用等诸多因素的控制 除砂岩型铀矿 外， 其他矿产不 具有放射性 在煤炭勘查技术手段的基础 上， 增加关于查明异体固体矿 产的赋存情况如种类、形态、 规模等的相关勘查技术手段 需要 增加适 当 的工程量 1.1地质特征 a. 赋存与相态特征该组合均为异体矿产，即 “煤系矿产”和“煤盆地矿产”，与煤层互层产出，或 位于煤层的上下部；均为固相矿产。 b. 成因机制该组合与沉积环境有关， 也受物 源、古地理、古构造、古气候、水介质条件与后期 的风化、淋滤、热液作用等诸多因素的控制。如油 页岩多形成于陆相湖盆的贫氧–缺氧的还原环境， 煤 系中高岭土、耐火黏土矿床，不是单一的沉积成因， 也有风化残余、风化淋滤、变质等成因类型，砂岩 型铀矿受潜水–层间氧化带或层间氧化带控制[7-8]。 c. 特殊性除砂岩型铀矿外，其他矿产不具有 放射性。 1.2综合勘查评价要求 在“煤与煤系异体固体矿产组合类型”的勘查过 程中，其综合勘查评价要求是在煤炭勘查技术手段 的基础上，增加关于查明异体固体矿产赋存情况的 相关勘查技术手段， 如在进行煤炭地质填图的同时， 注意寻找煤及含煤岩系固体矿产的地质标志，如露 头、矿化点等；在勘查煤炭的同时，可增加浅源地 震和电法勘探、测井、采样测试等内容，对异体固 体矿产的赋存情况如种类、形态、规模等进行勘 查，做出是否具有进一步勘查潜力的评价[9-10]。这 里特别需要注意的是，在砂岩型铀矿的综合勘查过 程中要充分考虑其放射性。 1.3开采需求 对于发现有经济价值的煤系异体固体矿产，在 煤炭开采的基础上需要增加适当的工程量，从而实 现矿产资源的综合开发。 2煤与煤系同体固体矿产组合 考虑到煤系同体矿产分布状态的差异性煤岩 ChaoXing 第 5 期秦国红等 基于综合勘查的煤系矿产资源组合类型研究99 型金属矿产是分散型矿产，而煤系石墨是集中型 矿产，“煤与煤系同体固体矿产组合”主要包含煤 岩型金属矿产与煤系石墨矿产两小类。其中前者 包括“三稀”金属元素矿产镓、锗、锂、稀土等、 煤煤灰中 Al2O3等。后者包括非金属类矿产煤 系石墨。 “煤与煤系同体固体矿产组合”的综合勘查是以 煤为主要勘查对象、兼顾含煤岩系同体固体矿产的 综合勘查。针对综合勘查，本组合类型中煤系矿产 具有如下共同特征表 2。 表 2煤与煤系同体固体矿产组合共性一览表 Table 2The commonness of coal and coal-based consubstantial solid mineral combination 矿产种类 地质方面 特殊性综合勘查评价要求开采需求 赋存特征相态特征成因机制 煤岩型金属 矿产同体矿产固相矿产 受陆源、 沉积–生物作用、 岩 浆–热液作用、深大断裂–热 液作用、地下水作用等影响 无机分散状 在煤炭勘查技术手段的基础上， 增 加关于查明同体固体矿产赋存 情况的相关勘查技术手段， 如电 法勘探、采样测试等 基本无需增加 额外的工程量 煤系石墨 矿产 同体矿产固相矿产 与煤化作用进程有关，受岩 浆热及构造应力影响 有机集中型 2.1地质特征 a. 赋存与相态特征该组合均为煤层的同体 矿产，即“煤层矿产”，赋存于煤层、夹矸、紧邻煤 层的顶底板岩层中；属于固相矿产。 b. 成因机制煤岩型金属矿产受陆源、沉积– 生物作用、岩浆–热液作用、深大断裂–热液作用、 地下水作用等影响，煤系石墨的成因与煤化作用进 程有关， 与岩浆热及构造应力的作用息息相关[11-13]。 在这里需要特别指出的是，煤岩型金属矿产呈 分散状赋存于煤层、夹矸或煤层直接顶底板中，即 均为无机非层状矿体。而煤系石墨则属有机集中富 集型矿产，与煤同层共生，在煤系矿产综合勘查时 必须加以重视，具体问题具体分析。 2.2综合勘查评价要求 在“煤与煤系同体固体矿产组合类型”的勘查过 程中，其综合勘查评价要求是在煤炭勘查技术手段 的基础上，增加关于查明同体固体矿产赋存情况的 相关勘查技术手段，如在煤炭勘查过程中，发现的 煤中金属异常值较高的煤层，需增加专门的采样测 试工作，初步查明其矿产的赋存情况种类、赋存分 布范围、含量变化特征等，作出有无工业价值的初 步评价；由于石墨矿体的电性特征明显，可以增加 电法勘探对石墨进行勘查，对于有潜在价值的石墨 矿产资源，可进一步增加光谱分析、固定碳等采样 测试工作，查明煤系石墨的赋存状态、质量等[14]。 2.3开采需求 对于发现有经济价值的煤系同体固体矿产，在煤 炭开采时基本无需增加额外的工程量，直接利用现有 的煤炭开采工艺便可实现煤系矿产资源的综合开发。 3煤与煤系气组合 “煤与煤系气组合”包括煤层气、煤系页岩气、 煤系致密砂岩气等。 “煤与煤系气组合”的综合勘查是以煤为主要勘 查对象、兼顾煤系气的综合勘查。针对综合勘查， 本组合类型中煤系矿产具有如下共同特征表 3。 表 3煤与煤系气组合共性一览表 Table 3The commonness of coal and unconventional gas combination 地质方面 特殊性综合勘查评价要求开采需求 赋存特征相态特征成因机制 同体、异体矿 产均有 气态流体矿 产 为热成因气、生 物 成 因 气 或 混 合气 具有共生共 存基础 在煤炭勘查技术手段的基础上，在于需要对煤系 气的气体含量、气体成分，储层的孔隙、裂隙特 征、吸附解吸特征等进行勘查 在开发过程中无论是 直井还是水平井都需 要压裂增产 3.1地质特征 a. 赋存与相态特征既有煤层的同体矿产 煤层气煤层矿产，又有煤层的异体矿产页岩气 和致密气；均为气态流体矿产。 b. 成因机制该组合为热成因气、 生物成因气 或混合气。 c. 特殊性该组合均为有机能源矿产；具有共 生共存基础纵向上，三气共生叠置，页岩气与煤 ChaoXing 100煤田地质与勘探第 46 卷 层气共生组合，而页岩与煤层又作为烃源岩，逸散 的气体在紧邻的致密砂岩中富集成藏形成致密砂岩 气[15-16]。 3.2综合勘查评价要求 作为气态有机能源矿产，煤与煤系气的勘查评 价要求与固体矿产具有明显的差异， “煤与煤系气组 合”的综合勘查评价要求在于需要对煤系气的气体 含量、气体成分，储层孔隙、裂隙特征、吸附解吸 特征等进行勘查。在煤炭勘查技术手段的基础上， 增加气测录井内容，在发现异常的钻孔中，建议增 加测井项目，配合采样测试，查明煤系气资源赋存 情况含气量、储层特征等[17-19]。 3.3开采需求 受成藏特性和储层物性影响，煤层气、煤系页 岩气、煤系致密砂岩气都属于低渗透气藏，因此对 于发现有经济价值的煤系气资源，在开发过程中无 论是直井还是水平井都需要压裂增产[15]。 4结 论 依据综合勘查角度煤系矿产资源所具有的共 性，划分出 3 种煤系矿产资源组合类型。 a. “煤与煤系异体固体矿产组合”包含赋存在煤 系或煤盆地中的固相矿产，在煤炭勘查技术手段的 基础上，增加关于查明异体固体矿产赋存情况的相 关勘查技术手段，开采时需增加适当的工程量。 b. “煤与煤系同体固体矿产组合”包含赋存在煤 层中的固相矿产，在煤炭勘查技术手段的基础上， 需要增加关于查明同体固体矿产的赋存情况的相关 勘查技术手段，开采时基本无需增加工程量。 c. “煤与煤系气组合”为气态流体矿产， 综合勘 查评价要求对煤系气的气体含量、气体成分，储层 孔隙、裂隙特征、吸附解吸特征等进行勘查，在开 发过程中需要压裂增产。 参考文献 [1] 曹代勇，秦国红，张岩，等. 含煤岩系矿产资源类型划分及组 合关系探讨[J]. 煤炭学报，2016，4192150–2155. CAO Daiyong ， QIN Guohong ， ZHANG Yan ， et al. Classificationandcombinationrelationshipofmineral resources in coal measures[J]. Journal of China Coal Society， 2016，4192150–2155. [2] 王毅， 杨伟利， 邓军， 等. 多种能源矿产同盆共存富集成矿藏 体系与协同勘探以鄂尔多斯盆地为例[J]. 地质学报， 2014，885815–824. WANG Yi，YANG Weili，DENG Jun，et al. Accumulation systemofcohabitatingmulti-energymineralsandtheir comprehensive exploration in sedimentary basin A case study of Ordos basin，NW China[J]. Acta Geologica Sinica， 2014，885815–824. [3] 曹代勇， 姚征， 李靖. 煤系非常规天然气评价研究现状与发展 趋势[J]. 煤炭科学技术，2014，42189–92. CAO Daiyong，YAO Zheng，LI Jing. uation status and development trend of unconventional gas in coal measure strata[J]. Coal Science and Technology，2014，42189–92. [4] 李江涛. 鄂尔多斯盆地多种能源矿产共存富集组合形式研究[D]. 青岛山东科技大学，2005. [5] DAI S F，REN D Y，CHOU C L，et al. Geochemistry of trace elements in Chinese coalsA review of abundances，genetic types，impacts on human health，and industrial utilization[J]. International Journal of Coal Geology，2012，9433–21. [6] 满建康，周明磊，梁顺，等. 科学采矿视角下煤系共伴生矿产 资源的开采初探[J]. 煤矿安全，2011，421142–144. MAN Jiankang ， ZHOU Minglei ， LIANG Shun ， et al. A preliminary study on the exploitation of associated mineral resources in coal measures from the perspective of scientific mining[J]. Safety in Coal Mines，2011，421142–144. [7] 刘招君，孙平昌，柳蓉，等. 中国陆相盆地油页岩成因类型及 矿床特征[J]. 古地理学报，2016，184525–534. LIU Zhaojun，SUN Pingchang，LIU Rong，et al. Genetic types and deposit features of oil shale in continental basin in China[J]. Journal of Palaeogeography，2016，184525–534. [8] 陈扬杰. 煤系地层中高岭土矿床的主要成因类型及特征[J]. 西安矿业学院学报，1988，8221–29. CHEN Yangjie. Main genetic types and characteristics of Kaolin deposits in coal measures[J]. Journal of Xi’an Ming Institute， 1988，8221–29. [9] 吴雅明. 油页岩测井识别[J]. 中国石油和化工标准与质量， 2013，15149–150. WU Yaming. Oil shale logging identification[J]. China Petroleum and Chemical Standard and Quality，2013，15149–150. [10] 王桥，万汉平，王闻文，等. 综合物探方法在铝土矿勘查中的 应用[J]. 地球物理学进展，2012，272709–714. WANG Qiao，WAN Hanping，WANG Wenwen，et al. The application of integrated geophysical exploration in bauxite[J]. Progress in Geophysics，2012，272709–714. [11] 任德贻， 赵峰华， 代世峰， 等. 煤的微量元素地球化学[M]. 北 京科学出版社，2006. [12] 唐修义，黄文辉. 中国煤中微量元素[M]. 北京商务印书馆， 2004. [13] 曹代勇， 张鹤， 董业绩. 煤系石墨矿产地质研究现状与重点方 向[J]. 地学前缘，2017，245317–327. CAO Daiyong，ZHANG He，DONG Yeji，et al. Research status and key orientation of coal-based graphite mineral geology[J]. Earth Science Frontiers，2017，245317–327. [14] 丁子建. 物探方法在石墨找矿中的应用[J]. 中国非金属矿工 业导刊，2015426–28. ChaoXing 第 5 期秦国红等 基于综合勘查的煤系矿产资源组合类型研究101 DING Zijian. Application of geophysical prospecting in graphite prospecting[J]. China Non-Metallic Mining Industry Herald，2015426–28. [15] 梁冰，石迎爽，孙维吉，等. 中国煤系“三气”成藏特征及共采 可能性[J]. 煤炭学报，2016，411167–173. LIANG Bing，SHI Yingshuang，SUN Weiji，et al. Reservoir ing characteristics of “the three gases” in coal measure and the possibility of commingling in China[J].Journal of China Coal Society，2016，411167–173. [16] 王佟， 王庆伟， 傅雪海. 煤系非常规天然气的系统研究及其意 义[J]. 煤田地质与勘探，2014，42124–27. WANG Tong， WANG Qingwei， FU Xuehai. The significance and the systematic research of the unconventional gas in coal measures[J]. Coal Geology Exploration，2014，42124–27. [17] 吴盾，张文永，朱文伟，等. 淮南煤田太原组煤系非常规油气 勘探开发技术[J]. 煤田地质与勘探，2017，45413–18. WU Dun ， ZHANG Wenyong ， ZHU Wenwei ， et al. The exploration and development of unconventional oil and gas in the Taiyuan ation from Huainan coalfield[J]. Coal Geology Exploration，2017，45413–18. [18] 郝建飞， 周灿灿， 李霞， 等. 页岩气地球物理测井评价综述[J]. 地球物理学进展，2012，2741624–1632. HAO Jianfei，ZHOU Cancan，LI Xia，et al. Summary of shale gas uation applying geophysical logging[J]. Progress in Geophysics，2012，2741624–1632. [19] 孙越，李振苓，郭常来. 致密砂岩气层测井评价方法研究[J]. 科学技术与工程，2012，12194607–4615. SUN Yue，LI Zhenling，GUO Changlai. research for logging uation of tight gas-bearing sandstone[J]. Science Technology and Engineering，2012，12194607–4615. 责任编辑 晋香兰范章群 上接第 96 页 [16] 杨静， 闫晶晶. GeoEast 流体活动性属性技术在 S 井区储层描述 中的应用[J]. 石油地球物理勘探，2014，49增刊 1216–220. YANG Jing，YAN Jingjing. Reservoir characterization with fluid mobilityattributeprovided by GeoEast[J].Oil Geophysical Prospecting，2014，49S1216–220. [17] 黄捍东，向坤，王彦超，等. 匹配追踪法在碳酸盐岩流体检测 中的应用以哈萨克斯坦楚–萨雷苏盆地为例[J]. 石油学报， 2015，36增刊 2184–193. HUANG Handong ， XIANG Kun ， WANG Yanchao ， et al. Application of matching pursuit for detection of fluid in carbonate rock A case study from Chu-Sarysu Basin in Kazakhstan[J].Acta Petrolei Sinica，2015，36S2184–193. [18] 黄捍东，郭飞，汪佳蓓，等. 高精度地震时频谱分解方法及应 用[J]. 石油地球物理勘探，2012，475773–780. HUANG Handong， GUO Fei， WANG Jiabei， et al. High precision seismic time-frequency spectrum decomposition and its application[J]. Oil Geophysical Prospecting， 2012， 475 773–780. [19] 高静怀，陈文超，李幼铭，等. 广义 S 变换与薄互层地震响应 分析[J]. 地球物理学报，2003，464526–532. GAO Jinghuai，CHEN Wenchao，LI Youming，et al. Generalized S-trans and seismic response and analysis of thin interbeds[J]. Chinese Journal of Geophysics，2003，464526–532. 责任编辑 聂爱兰 ChaoXing