1、地球物理勘探方法玄武岩下找煤初探第 26 卷第 3 期2008 年 3 月河南科学HENANSCIENCEVo1.26NO.3M.2008文章编号:10043918(2008)03-0348-05地球物理勘探方法玄武岩下找煤初探王喜臣-,李朝林 z,张作新 2(1.吉林大学地球探测科学与技术学院,长春 130026;2.吉林省煤 lit 地质物探公司,长春 130033)摘要:长白地区处在吉林省东部山区,山高林密,地表大部被玄武岩覆盖 ,局部又有推覆体覆盖,以往地质工作程度较低.通过地面地质工作,对该区域地质规律及主要岩层,岩性又有了新的认识.应用 TEM 方法,解决了在高阻玄武岩层下和推覆体
2、下识别,确定古生界石炭二叠系地层,对揭示玄武岩厚度和研究含煤盆地的分布,以及断裂的分布起到了关键性的作用,收到了良好的地质效果.关键词:含煤地层;瞬变电磁法:解释与推断中图分类号:P618.11 文献标识码:A长白地区由于特殊的地质景观,古生代,中生代盆地被大片玄武岩覆盖,但在玄武岩出露的台地四周已发现多处煤矿和见煤点,显示出玄武岩覆盖下具有很好的煤炭资源潜力.如靖抚煤田,抚松一漫江见煤点都属中生代盆地,长白十八道沟煤矿属古生代盆地,所以玄武岩下找煤是该地区今后的重点勘查区.由于玄武岩通常磁性较强,因此可以选用磁力勘探方法首先圈定玄武岩分布区,然后采用能有效穿透高阻层的瞬变电磁法对玄武岩下的含
3、煤低阻地层情况进行勘探和评价.1 地质特征1.1 地层普查区地层划属华北地层区,辽东分区,浑江小区,区内大部分被新生界玄武岩覆盖,仅在沿江一线和沟谷中有太古界,古元古界基底岩系和古生界盖层及中生代火山岩,陆源碎屑岩,含煤岩系出露.本区出露的地层主要有:1)古元古界大栗子组:主要为在绿色干枚岩,绢云母片岩 ,绿泥石片岩,灰色石英片岩,变质石英质砾岩.2)新元古界细河群:下部石英砂岩,中部杂色石岩,上部石英砂岩夹粉砂岩 .3)新元古界浑江群:台地碳酸岩建造,上部为一套藻礁酸盐建造 .4)寒武纪 :地层出露较为完整,主要为粉砂岩,页岩.5)奥陶系 :本区零星出露,主要为灰岩,豹皮灰岩,白云质灰岩及泥
4、岩质条带灰岩 .6)石炭系中统本溪组:为海陆交互相沉积建造,以砂质泥岩为主 ,灰色薄层灰岩,黏土岩等.7)二叠系山西组:砂岩,粉砂岩,炭质页岩夹可采煤层 ,常见植物化石碎片,含较多的泥质及有机质胶结物,具大型交结层理,该套地层是本区的主要含煤地层,赋存在十三道沟,十八道沟煤矿,沿江煤矿.8)侏罗系中 ,上统:分布在研究区西部抚松镇一临江市大湖煤矿一带 ,主要为一套中酸性火山及陆相碎屑沉积建造.侏罗系上统,石人组上段为凝灰岩,砾岩,下段为含煤粉砂岩层,含 35层可采煤.第三纪和第四纪火山活动强烈,围绕天池,望天鹅主峰形成巨厚的大面积玄武岩台地.1.2 区域构造测区位于亚 I 级中朝准地台的东南部
5、长白断块,属华北聚煤带,是晚古生代成煤的良好区段.该区具有长期继续性发展的地质史,断裂与褶皱构造极为发育与复杂,表现为多期性,复杂性和长期性,均系不同时期区域构造运动叠加的结果.各期的构造表现形式各异,性质,规模,产状各有不同,但相互间又存在着一定的内在联系和依赖性.长白块段构造复杂,且被大面积玄武岩所覆盖,鸭绿江流域就裸露岩层而言,构造线总的方向为一近东收稿日期:200710-21基金项目:国家油气专项(XQ 一 2004-06)作者简介:王喜臣(1952 一),男,吉林乾安人,副教授,研究方向为应用地球物理.2008 年 3 月王喜臣等:地球物理勘探方法玄武岩下找煤初探一 349 一西向条
6、带,以东西向断裂为主,属压性构造,北东和北西向正断层(张性)为辅,伴有地层褶皱及倒转褶皱.海西期造山运动以褶皱为主,燕山期运动形成较大型断裂,同时海西期构造复活,而且有大量的火山碎屑岩生成,使本区构造复杂化,燕山运动喷发出大量的玄武岩,覆盖研究区北部.1.3 岩浆岩研究区内岩浆岩按其时代,侵入关系,岩石组成等可分为吕梁期,印支期,燕山期及喜马拉雅期岩浆岩.常见斜长花岗岩侵入体,呈岩基状出露.偶见花岗闪长岩,细晶闪长岩,二长闪长岩,安山岩,凝灰岩.喜马拉雅期岩浆岩规模较大,主要为裂隙式及中心式基性岩浆岩,表现为第三系岩浆喷发,第一期喷发为中新世土门子组玄武岩,第二期喷发为晚中新世船底山组玄武岩,
7、这两期玄武岩呈大面积覆盖于长白山区.2 瞬变电磁法(T)勘查及结果分析一2.1 瞬变电磁法勘探原理瞬变电磁法(TransientElectromagneticMethods)简称 TEM,近年来在国内外发展很快,地质效果较好.它是利用一不接地回线发射一次电磁场,在一次电磁场的间歇期间利用不同回线接收二次感应磁场,该二次电磁场是由地下良导体受激励引起的涡流所产生的非稳定磁场,与其他测深方法相比,具有探测深度大,能穿透高阻屏蔽层,对低阻体敏感,信息丰富,工作效率高等优点.近年来,该方法得到迅速发展,特别是对探测高祖覆盖层下的良导电地质体取得了显着的地质效果.尤其是在地震效果不佳的火山岩覆盖区,地质
8、效果更显得突出.由于该区被大面积玄武岩所覆盖,侵入体(岩床,岩墙)玢岩也呈高电阻率特征,而含煤地层则是低电阻率反应,用瞬变电磁法解决此类地质问题是一种较理想的选择.2.2 瞬变电磁法装置及视电阻率TEM 测深使用 CUGrEM20o2 型瞬变电磁仪,采用中心回线装置,发射回线()边长100mxl00nl,接收回线)边长 5mx5n1.发射电流 200A.视电阻率计算公式如下:.fI.t0mq,I2,3 一Ju视深的表达式:.(2)式中:为导磁率;t 为采样时间;m 为发射磁矩;q 为接收线圈的有效面积;V(t)为断电后瞬变场感应电压;S 为视纵向电导 .通过上述公式(1), 由观测数据,采样时
9、间时窗和瞬时感应电压可算出各个时间窗口对应的视电阻率值;通过公式(2)可计算出各个时间窗口的视深度值,由视电阻率参数和各道的采样时间进行反演拟合计算,获得各个电性层深度.3 解释与推断3.1 地球物理特征由于该区以往的岩石物性资料缺乏,各个地层电性参数只能根据区内钻孔编录的岩性,相关地质及相邻煤田的物性资料来大致确定.各地层岩石导电性参数如表 1.表 1 工作区岩石电性参数统计Tab.1Theelectricalparameterofrockstatisticsintheworkregion地层时代岩性电阻率/(Q?nO 地层时代岩性电阻率/(Q?nO第四系黏土,卵石 30500 石炭系上统太
10、原组中细粒砂岩,碳质页岩,煤层 70150第三系玄武岩1000 石炭系中统砂质泥岩,砂砾岩段,页岩 100-200侏罗系安山岩,火山角砾岩,凝灰岩 200-400 奥陶系灰岩 加 O侏罗系页岩,粉砂岩,泥岩 100150 寒武系灰岩,页岩400侏罗系火山岩 200-400 新元古界石英砂岩,页岩,灰岩400二叠系山西组含砾粗砂岩,中粗砂岩,细砂岩 150200 古元古界变质混合杂岩1000二叠系山西组粉砂质泥岩,黑色页岩,煤层,碳质泥岩 70-150350河南科学第 26 卷第 3 期3.2 孔旁测深对比分析研究区大部分被玄武岩覆盖,为研究含煤盆地分布范围及主要断裂的分布规律,布设 3 条剖面
11、.在十三道沟剖面南端有 ZK401,403,404 号 3 个钻孔资料,分别作孔旁测深,获得电性层与地质层的资料,从而由已知到未知进行解释(见图 1).1.大栗子组;2 二叠系 F 统山西组;3.石炭系上统太原组 ;4 已知钻孔:5,本溪组;6,奥陶系图 1 孔旁测深对比图Fig.1Thecontrastofdepthsoundingnearbythedrillholes从图 1 孔旁测深视电阻率剖面图看,403 井的视电阻率等值线明显反映出 2 个相对高阻段,1 个低阻段.第一个高阻段在测道 2 左右,对应钻孔柱状 O110m 为古元古代大栗子组推覆体.另一个高阻段在测道 1O以下,为古生界
12、奥陶系灰岩.低阻段在 6lO 测道,对应为石炭二叠系地层(内含煤系地层).401 井的视电阻率等值线明显反应为 2 个相对高阻段,1 个低阻段.2 个高阻段在测道 26 和 13 以下,对应钻孔柱状 0230m 为大栗子组推覆体 ,测道 13 以下为奥陶系灰岩.中间低阻段测道 613 对应为含煤系地层.404 井的视电阻率等值线总体分为两段,上段为高阻段,下段为低阻段.在测道 13以上为高阻段,对应为大栗子组推覆体,在测道 13 以下为低阻段,对应为石炭一二叠系含煤系地层.3.3 典型实测剖面解释通过现场 2 次实测,经理论计算获得视电阻率(|p),绘制视电阻率剖面图 .经过已知钻孔做孔旁测深
13、视电阻率剖面图对比.第三系玄武岩视电阻率为 5001000Q?m,石炭一二叠系煤系地层为 70150Q?m, 古元古界地层 5001000Q?m.以电性特征分析,煤系地层与上,下岩层岩性差异明显,为解释工作提供了信息.在此基础上将实测各点,线视电阻率与孔旁电性信息对比,进行定性定量解释,判定电性地质层位,最终达到定量解释之目的.以十三道沟剖面为例,该剖面长 18.7km,实测 187 个点,点距 100m,南北走向(图 2).视电阻率剖面图反映出相应深度以内各套地层岩性的电性变化情况:剖面 33200号点,表层电阻率达 800-1000Q?rn,解释为第三系玄武岩;侏罗系凝灰岩段.在 2433
14、 号点,180188 号点,解释视深度为 5001100m,电阻率相对呈高阻 500Q?m 左右,依据 ZK404 井岩性资料 ,推断解释为古元古代大栗子组地层.在 136140号点,152158 号点,198200 号点间,电性剖面呈高阻,电阻率达 500n?m 以上,推断解释为侵入体).在电性剖面中段,电阻率在 40200Q?m 之间,依据 ZK401,403 井,推断解释为石炭系上统太原组,二叠系山西组煤系地层.在剖面底部由 40200 号点间,电阻率在 800l000Q?m 之间变化,呈高阻对应层位为奥陶系灰岩段.依据实测电性剖面图,视电阻率等值线呈现密集,扭曲,梯度较陡的部位,认为是
15、断面地反映,断层的倾向依据等值线形态趋势而定.断裂性质以张性为主,从区域上分析,以东西和北西向为主.2008 年 3 月王喜臣等:地球物理勘探方法玄武岩下找煤初探一 351 一图例田玄武岩田大栗子组圆石炭一二叠系园奥陶系口花岗岩 l22o.-1ooo,o,?m 豳5o220n?m一图 2 吉林省长白县十三道沟瞬变电磁测深视深度剖面图Fig,.2Lkirgdepthsee1Ollbytmn8ientelectromagneticmthod,ShisandaogouofChangbajCounty.,JilinProvince4 对盆地构造及成煤环境的认识4.1 断裂发育阶段通过本次工作,虽然只做
16、 2 条剖面,横向上穿越盆地两侧,南侧从奥陶系灰岩开始,北侧到大栗子组推覆体或花岗岩侵入止,获得的电性资料,电阻率呈高阻一低阻一高阻反映.对应的层位为:玄武岩,中晚侏罗统凝灰岩一石炭,二叠系泥岩,页岩,砂岩,煤系地层一奥陶系灰岩.从区域资料分析,该区经过了漫长的吕梁,海西,燕山,喜山构造运动.海西期造山运动以褶皱为主;燕山运动形成较大型断裂,同时海西期构造复活,而且有大量的火山碎屑岩生成,使本区构造复杂化;喜山运动喷发出大量的玄武岩覆盖全区.由推断解释的地质剖面可知,奥陶系灰岩是煤系基底,起伏不平,这是海西期构造运动的结果.在此基础上沉积了石炭一二叠系地层,后期燕 ljJ 运动断裂发育,促成剖
17、面上出现多条断层,喜山运动喷出大量的玄武岩盖在石炭一二叠系之上.4.2 成煤环境分析长白煤田成煤构造环境受大区域特征所制约.从沉积建造上看,八道沟一十九道沟,在这个含煤预测区,十三道沟北为整个盆地沉积中心,剖面南端灰岩呈透镜体,含砂量高,灰岩中见有石英颗粒,反映了该区地势偏高而不稳定或者说接近陆源.研究区东部十八道沟煤矿,石炭一二叠系含煤地层有由下向上依次出现泥岩,粉砂岩,粗粒砂岩和煤的依次交替,表现出三角洲的从细粒近岸沉积物向上逐渐变粗的特征,体现了三角洲前缘的推进作用.从粒度分析,山西组砂体粒度及磨圆度,沉积物特征均属于以滚动搬运为主的河流堆积.矿区内主要成煤环境以河流作用为主,本溪组的煤
18、则为海陆交互相沉积,山西组即转为陆相河流相沉积.5 结语长白煤田处在中朝准地台,属华北聚煤带,是晚古生代成煤的良好区段.在长白山地区开展的瞬变电磁测深取得了很好的成果.从十三道沟电性地质剖面所反映的电性结构可看出:奥陶系灰岩呈起伏不352河南科学第 26 卷第 3 期大,呈平缓的褶皱分布;含煤地层石炭一二叠系为一低阻层 ,在电性地质剖面上反映的非常清晰,在盆地中段基本连续沉积,且盆地的宽度较宽;由于构造运动 ,该岩段薄厚不均,局部被断层切割,后期喜山运动大量玄武岩喷发覆盖全区.从该区钻孔电性层与地层对应较好来看,TEM 适合于长白山地区工作 ,特别是山高林密地段,用 TEM是可行的.TEM 测
19、深结果基本控制了玄武岩覆盖层和下覆石炭系含煤地层的空间分布关系,为下一步在该地区更深入的开展找煤勘探打下良好基础.参考文献:Efl 吉林省地勘局.吉林省区域地质志M.北京:地质出版社,1988.2武汉地质学院电法教研室.电法勘探教程M.北京:地质出版社,198o.3郭建强.地质灾害勘查地球物理技术手册M.北京:地质出版社,2003.4刘天佑.应用地球物理的数据采集与处理M.武汉:中国地质大学出版社,2004.53 李貅 .瞬变电磁测深的理论与应用M.西安:陕西科学技术出版社,2002.6张小路,王钟 .瞬变电磁测深在海南福山凹陷的试验研究J.石油地球物理勘探,1997,32(6):878883
20、ADiscussiononSearchingforCoalundertheBasaltbyGeophysicalProspectingMethodWangXichen,LiCaolin2,ZhangZuoxin(1.CollegeofGeoexplorationofScienceandTechnology,JilinUniversity,Changchun130026,China;2.CoalGeologyGeopIysicalProspectingCompanyofJilinProvince,Changchun130033,China)Abstract:TheChangbaiaIeaislo
21、catedintheeasternmountainalaofJilinProvince,withadensemountainforest.Themostsurfaceinthisareaiscoveredbybasalt,SOitisharderforgeologicalworking.Usingtransientelectromagneticmethodwithhighobservationprecisioncanbenotlimitedbyhighresistivityshield,whichmayachieveagoodresultforstudyingthedistributionofthecoalbasinanddistributionofthefracture.Keywords:basalt;transientelectromagneticmethod:inferredinterpretation
