两淮地球物理界面及含煤区地球物理特征 .pdf

第 22 卷 7 期 2010 年 7 月 中国煤炭地质 C 0 A L G E 0 L 0 G Y O F C H A V 01 22 N o 7 Ju1 20 10 doi 10 3969 i ssn 1674 1803 2010 07 14 文章编号 1674 1803 2010 07 0066 04 两淮地球物理界面及含煤区地球物理特征 蘑称兴 安徽省煤 田地质局物探测量队 安徽 合肥230088 摘要 安徽省两淮地区属全掩盖式煤 田 在煤 田的发现及开发阶段物探 资料 重 磁 电 地震 具有不 可替代 的作 用 两淮地区地层存在着明显的密度界面 磁性界面 电性层界面及 波阻抗界面 与其相对应的重力 场 磁场 电场 地震等地球物理特征反映了不 同时期的沉积环境及 区域构造特点 根据煤 系地层与其它岩层的物性差异 提出了应 用物探资料分析煤系赋存规律的方法 及控煤构造综合解释方法 关键词 密度 磁性 重力 电阻率 地震 含煤 区 两淮地 区 中图 分 类号 P63l 文 献 标 识 码 A G eo ph ysi c al Interfa c es an d C oal b eari n g A rea G eo ph ysi c a l C h ara c teri sti c s jn H ua i nan a nd H uai b ei C oai field s T ang X i nxi ng Geophysi c al Prospec ti ng and Surveyi ng Team Anhui Bureau of Coal G eologi c al Explorati on Suzhou A nhui 234000 A b strac t T he H uai nan and H ua i bei c oalfi eld s i n the A nhu i P rov i nc e are all to tally C enozo i c c o vered c oalfi elds T h e geop hysi c al prospec ti ng i nform ati on gravi tati onal m agneti c elec tri c and sei sm i c ac qui red duri ng the c oalfi eld di sc overy and developm ent stages w i ll play an i rreplac eable role D ensi ty m agn eti c elec tri e and w ave i m p edanc e i nterfac es c a n obvi ou sly refl ec t strata i n b oth c oalfi elds G eoph ysi c al c harac teri sti c s of c orre spond i n g gra vi tati onal m agneti c and elec tri c fi elds and sei sm i c i nform ati on h ave refl ec ted deposi ti onal en vi ron m ents and tec toni c featu res du ri ng di fferent p eri od s A c c ord i ng to ph ysi c al p ro p erty d i ffere n c e s b etw een c oal m easures an d other strata a n i n tegrated i n terpretati on m eth od to analyze c oal m easures hosti ng pattern and c oal c ontro lli ng struc tures p ut forw ard K ey w o rd s de nsi ty m agn eti sm gravi ta ti on resi sti vi ty sei sm i c H uai nan an d H u ai bei c oalfields 0引言 安徽省两淮地区煤炭资源丰富 但全部隐伏于 新地层 第四系 新近系 之下 属全掩盖式煤 田 特 别是在西部的亳州一阜阳地区 新地层厚度f第四系 QI 新近系 N 400m 大部分地区还有巨厚古近系 E 这些区域勘探程度较低 大部分地区无见煤钻 孔 少数 地 区有个 别 石油 钻孔 见 N 2 000m 以下 的煤 层 因此这 些地 区的物探 资料 重 磁 电 地震 在煤 田勘探中具有不可替代的作用 下面对两淮地区各 地层界面的地球物理特征及含煤地层的地球物理特 征进行 分析 1地球物理界面 1 1 密度值 与密 度界面 第四系与新近系存在 0 2g c m 以上密度差 第 作者 简介 唐新兴 1964 高级工程师 收稿 日期 20 10 03 07 责任编辑 孙 常长 四系与 白垩系以前岩层有 0 2 0 4g c m 密度差 白 垩系与侏罗系有 0 1 0 2g c m 密度差 侏罗系与三 叠系及前古生界一般有 0 1一 O 2g c m 密度差 古生 界及其以前诸地层密度具有随岩性而变化的特点 表现为自砂泥质岩类一灰岩类一 白云岩类密度呈现 递 增趋 势 区内地层大致可划分为以下几个密度界面 第四系与新近系 新近系 古近系 古近系与白 垩系 白垩系与侏罗系 侏罗系与三叠系及前古 生界 二叠系一石炭与奥陶一前寒武系 引起重力异常的主要因素有以下几方面 第 四系浮土与古近系红层及其以前硬结岩层间一般有 0 3g c m 以上密度差 当有较厚 的第四系分布时 可 以产生一定的重力低异常 古近系红层与以前硬 结岩层间一般有 0 2g c m 以上密度差 当中一新生 代断陷盆地内有巨厚的古近系及第 四系 浮土堆积 时 将产生可观的相对低重力异常 盆地两侧若为白 垩系及以前硬结岩层分布时将产生明显的相对高重 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 7 期 唐新兴 两淮地球物理界面及含煤区地球物理特征 67 力异常 当构造条件有利时 薄层新生界直接平覆 于储煤构造 煤系地层也可以产生低缓的相对低重 力异常 当有规模较大的岩浆岩侵入时 也可形成 封闭的相对低或相对高重力异常 基性岩浆岩 碳 酸盐 岩 类 白云 岩类 岩 石 与 一 般 岩 石 相 比有 0 1g c m 以上的密度差 当其具有一定规模时 可产生相 对高重 力 异常 1 2 磁 性与 磁性 界面 对地层磁性特征可概括以下几点 侵入岩由酸性一 中性一基性磁性递减 同一岩性的岩浆岩 由喷出一浅成一深成 其 岩性磁 性 变化从 不均 匀渐 趋均 匀 剩磁 由强 渐弱 变质岩类磁性变化大 一般剩磁较强 沉积岩类一般无磁性或弱磁性 接触交代型及沉积变质型铁矿具有强磁场 由磁性资料可见 侵入岩类 喷出岩类以及多数 前震旦系变质岩类均能引起较强的磁异常 在 两淮 地 区 以花 岗闪长 岩及 闪长 玢岩 为 主 的 侵 入岩 主要 分布 于蚌 埠隆 起轴 部 的近东 西 向构造 带 及萧宿地区的北西向或北东向构造带上 以安山岩 类为主的喷出岩主要分布于固镇一灵壁一带 以玄 武岩类为主的喷 出岩主要分布于灵壁北部的北东 向 构造带上 这些岩浆岩的分布范围有限 不是该区的 主要磁 性 界面 前震 旦变 质 岩类在 区内分 布较 为广 泛 除 蚌埠 隆起 外 淮 北及 皖西 地 区 的近东西 向区域 性磁异常带均与其有关 构成了该区主要磁性界面 1 3 电阻率 与 电性层 两淮地 区第 四系普遍发育 其 电性特征大致为 随粒 度 增 大 而递 增 粘 土 亚粘 土 亚 沙 土 3 20Q m 粉砂 细沙 1O 20 q m 属浅部低 阻层 中砂 粗 砂 30 50Q m 属浅 部高 阻层 古 近系粘 土岩 砂 岩及泥岩类 电阻率低 3 3OQ m 且 稳定 白垩系 以泥 岩 砂 岩 粉砂 岩 为主 电阻率 中等 5 r401 m 侏 罗 系及三 叠 系 以长 石石 英质 砂 岩及砂 砾 岩类 为主 分布于中生代断陷盆地 内 电阻率较高一般 60 150f m 个别高达 20012 m 以上 属高 阻层 可 构成深部高阻电性标志层 对下伏 电阻率相对较低 的二叠 系地 层具 有 高阻屏 蔽作 用 二 叠 系主要 为 泥岩 砂岩 页岩 粘 土岩 砂砾 岩 及煤层 电阻率 中等 15 70Q m 由石千峰一上石 盒 子一 下 石 盒子 一 山西 组 电 阻率 大 致 以 10 30 m 的阶梯递增 可构成 电测深曲线极小 区向高阻标 志层过 渡 的转换 段 石 炭 系与下 伏奥 陶 寒 武 前震 旦 的碳 酸盐 类及 变质岩类 电阻率普遍高于上覆地层 4 倍 以上 属高 阻层 可构成深部高阻标志层 1 4 波 阻抗 面 与层速 度 根据反射波时距 曲线 两淮地区发育有较好的 反射 波 主要反 射波 界面 有如 下三 组 新近系 古近系分界面 第四系与新近系 Q N 反射波层速度 1 600 2 O00m s 而古近系 E 反射 波层 速度 2 100 3 O00m s 在界 面处 发 生波 速跃 变 是一 良好 的波 阻抗 面 新 中生界与下伏基岩面 新 中生界一般反 射 波 速 度小 于3 O00m s 二 叠 系及 以前地 层 一 般 反 射 波 速 度大 于3 600m s 在界 面 处 波速 发 生跃 变 是 一 良好 的波 阻抗 面 寒武一奥 陶系侵蚀面 寒武一奥陶系反射波 速度大于5 O00m s 而上覆地层反射波速度一般小 于 4 O00m s 在界 面处 波速 发 生跃 变 是一 良好 的波 阻抗 面 2地球物理场 的地质解 释 区域地球物理场是地壳发展演化最终结果 的客 观反 映 不 同的异 常特征 反 映着不 同 的客观地 质背 景 场的特征分析与解释 有助于回溯地壳构造运动 的发展 演 化 也 有 助于 了解 区域地 质构 造特 征及 赋 矿规律 2 1 重力场 具有明显走向高低相间的异常 区内这种异 常主 要有 近东 西 向及 北 东 向两组 反 映 了一 系列 受 区域构造控制 垂直落差较大的断块隆升带和断凹 重力高反映了古生界及其 以前基底 的抬升 重力低 反映了中生带凹陷或断陷盆地 内的松散沉积 高低 之 间平直 陡变 的重 力梯 级带 反映 了水平 方 向密度 的 突变 多数 为 断裂 的标志 缓变的局部封闭的重力高与重力低异常 这 种异 常没 有 明显 的方 向性 为在较 开 阔的背 景上 呈 现较 低缓 的 局 部 封闭 的重力 高 与重力 低 反 映 了在 基底相对稳定的背景上叠加着次一级的落差不大的 隆凹构造 缓变的梯级带 这类异常以稀疏 平行 的缓变 梯级带为特征 它反映了基底单斜块的区域性缓倾 就该 区重力场的总体特征看 虽区域背景场有 东向西下降的趋势 但其对局部异常的影响不明显 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 中 国 煤 炭 地 质 第22卷 说明重力成果仍主要反映了上层构造特点 与上层 构造层水平方向上密度的变化关系密切 基本上呈 正相关 2 2 磁场 具有明显走向的线性异常 这种异常的主要 特征是严格受断裂构造控制 在空间展布上呈规则 的近水平北东向异常束 异常梯度变化陡 正负伴生 关 系杂 乱 为安 山玄武 岩 辉绿 玢岩 等喷 出或 浅成 的 岩浆岩所引起 局部孤立的等轴状异常 这种异常一般呈椭 圆形 有明显 的负异常伴生 展布方向主要有东西 向 北东向集北西向 在空间展布上受区域构造控 制 主要分布于蚌埠隆起轴部及萧宿一带 多为闪长 岩类及闪长岩玢岩类所引起 具明显走向的带状异常 这种异常一般 比较 宽缓 幅值较强 正负异常伴生关系不协调 单个异 常外形 不规则 多显示 断块轮 廓特 征 在空 间展 布上 多鱼 贯相连 可逐 个追踪 呈 现明显 的方 向性 它反 映了受东西 向构造控制的古老含铁变质岩系断块隆 起带 这类异常较为低缓者 为基底断块磁性较弱或 因后期构造作用基底断陷较深所致 2 3 电场 不 同电极距 观测 的视 电阻率反 映 了不 同深度 电 阻率的平面展布特征 在隆起带反映为高阻异常 在 断陷带反映为低阻异常 在隆起与断凹交接带为异 常梯级带 其总体特征与重力场有明显的一致性 就 全 区而言 西 部地 区由于 巨厚 新生 界的低 阻屏蔽 使 异常变得低缓开阔 而东部地区由于覆盖层薄异常 变化明显 全区由于构造作用复杂 电性变化大 电 测深曲线类型多变 2 4 地震 根据该区已有地震成果 结合地层弹性波资料 归纳该区地震反射波组及其特征如下 新近系与古近系分界处 是一 良好的波阻抗 面 可形成在大范围内能连续追踪 能力较强的反射 波组 由于新近系和第 四系近于水平 反射密集 与 下伏古近系普遍呈明显的角度不整合 因此这一界 面易于辨认 新生界与下伏基岩问一般有明显的波 阻抗面 其反射波振幅强 波形稳定可连续追踪 在 寒武 一奥 陶系侵蚀 面上 常常形 成能量 较强 能 在大 范 围 内连续追 踪 的 似标 准波 该 波 组对 煤 系地 层 底界的划分 对地层时代的推断及断裂构造的确定 具有重要作用 古近系由砂岩 泥岩互层组成 其间能形成较 为密集的 连续性较好 倾角较小的反射波组 这是 区分于其它地层的标志 在下古生代和前寒武纪地层 中 往往得不到 好 的反射 呈 较大 范 围的空 白区 或者 有较 少 的 连 续性较差 倾角也较大的反射波组 古近系 侏罗一 白垩系及三叠系同二叠系的 波速特征相近 界面间的波阻抗差异小 在地质条件 比较 复杂 的情况下 较难 区分 3含煤 区地球 物理场特征 3 1 重 力场 那些高 低相差悬殊 梯度陡变的重力异常 反 映了构造块体的上升和沉降 导致煤系地层剥蚀或 下陷较深 重力异常低 梯度缓变 高 低相差在数伽 之 内 这标 志着储煤 构造 在水平 方 向上 的稳定 无 论 淮北或淮南的储煤构造都有这种重力场的特征 3 2 磁场 由于储煤构造 大都是成煤前期的相对沉降部 位 其基底一般以元古界的弱磁性片岩为主 所以储 煤构造一般反映磁性基底 的高磁异常有一定偏离 而处 于磁场低缓 区 当储煤 构造遭受 后期 岩浆 活动 的破坏时 储煤构造可能存在磁异常 但有意义 的煤 田一般仍与高磁异常偏离 3 3 电场 视 电阻 率在平 面上 的反映 与重力异 常往往 具有 一 致性 储煤 构造上 的 电测 深 曲线类 型有 如下特 征 K H A 型 H 极小区比较开阔 其视电阻率较 低 A 型段较短 但反映明显 尾支呈 36 38 上升 这类曲线在淮北 淮南又稍有差异 与淮南相比 淮 北曲线 H 的极小点相对前移极小值相对低 极小区 相对宽 A 型 段相对 明显 尾 支上升 角度大 一些 K H 型 这类 曲线多分布在煤 田内的边部和 较小的含煤盆地 内 它与 KH A 型不 同之处是 第一 没有相应的 A 型段或者 A 型段不明只有 A 型迹象 第二是 H 极小值区的视电阻率相对高出 3 6Q m 淮 南 淮 北 赋 煤 区 K H A 型 曲线 的 差 异 以及 K H A 与 K H 等各类 曲线形态的差异 主要是由于两 区含煤构造 沉降环境 含煤地层厚薄和埋深等因素 的不同而导致的电性断面特征的不同所造成的 3 4 地震 两淮地区新近系 古近系与下伏地层分界面之 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 7 期 唐 新 兴 两 淮 地球 物理 界 面 及 含 煤 区地 球 物 理 特 征 69 间反射波明显 寒武一 奥陶系剥蚀面的反射波也 明 显 在储煤构造条件较好地段 煤系地层内存在 6 7 个反射波界面可以辨认和追踪 4煤 田构 造物探综合解释 在两 淮地 区 无 论 是在划 分 区域 构造 格架 圈定 储煤构造轮廓或是揭示矿区构造形态 确定煤系分 布范围及煤层赋存状况等方面 航磁 重力 电测深 地震方法都各 自发挥 了特有的作用 取得了显著的 地质 效果 4 1 航磁构 造解 释 在华北地区已有资料表明 岩浆岩及其有关矿 产 的航磁异常与太古代磁性基底断块的航磁异常特 征截 然不 同 在区域航磁成果 图上前者局部零星 后者开阔 规整 区域性的航磁异常不仅反映了太古界磁性基 底 的现势展 布 同时也 反映 了磁性 基底 断 块 的旋 扭 和平移特征 这是追踪古构造行迹和回溯其发展演 化提供了重要信息 两淮地区区域构造格架 的划分 主要 基于航 磁 资料 的这 一特 征 4 2 重 力构 造解 释 其地球 物理 基础 是 密度 的差异 两淮 地 区的主 要 密度 界 面有第 四系与新 近 系之 间 新 近 系 古 近系 之间 古近系与白垩系之间 侏罗系与石炭一二叠系 之间 石炭一二叠系与寒武系一奥陶系之间 由于第 四系 与新 近系 一般呈 区域 水平 叠 复 且 厚 度是缓 变 的 因此这两个密度界面难以区分 它们对局部构造 的影响也不是十分明显 通过 Q N 密度补偿改正 密度差 0 35 em 表明 布伽重力异常基本上能反 映覆 盖层 的隆 凹特征 由于煤 系地 层 与 中生 界 主要 为 J K 的 密度 差 不 明显 小 于 0 1 c m 当新 生 界 覆盖下存在中生界 主要为 J K 与煤系地层时 难 以直接用重力方法将其区分 也难 以根据重力异常 直接判断煤系的存在与否 中生界与寒武一奥陶系 岩层 有 明显 的密 度 差 大 于 0 1g c m 所 以重 力 布 伽 异 常实 际反 映 的是 寒 武一奥 陶 系 的相 对 隆起 对 区域性储煤构造区而言 若为新生界薄层覆 盖 则重力高反映了隆起 重力低反映了相对凹陷 在隆起部位煤 系剥蚀 的可能较 大 使隆起成为寒 武一 奥 陶系 高 密度 碳 酸盐 类 的 秃顶 在 凹陷 区煤 系保存 的可 能性 较大 对新生界厚覆盖区而言 重力高由于构造上隆 可能使一些煤系地层抬升到可控制范围内 而凹陷 区则下陷较深 使煤系埋藏于可控范围以下 重力资料虽不能直接指示煤系的存在 但它对 历次构造运动所造成的断块的隆升与下沉 以及控 制这些低序次构造单元边界的断裂带都可以直接反 映出来 因此 重力资料在煤 田普查找矿 中作用主要 是对构造背景的分析 4 3 电测 深构 造解 释 新生 界视 电阻率 一般 3 50