豫西煤下铝土矿整装勘查技术方法探讨
2020-04-18
来源:星星旅游
豫西煤下铝土矿整装勘查技术方法探讨 口郭保健赵锡岩司百堂 (河南省有色金属地质矿产局,河南郑州45001 6) 摘要:在煤矿区铝土矿整装勘查中,因受勘查深度增大、煤矿采空区影响和水文地质条件复杂 性增加等因素制约,勘查风险明显大于以往的浅部铝土矿勘查。在分析豫西铝土矿地质特征与煤下铝 土矿资源潜力的基础上,结合201 1年以来河南省开展的煤下铝土矿整装勘查实践,对煤下铝土矿整 装勘查中采用的主要地质方法和地球物理方法进行了初步探讨。地质方法包括:①依据煤矿区钻孔资 料,开展煤矿区铝土矿赋存规律研究;②充分利用前人勘查和研究成果,确定煤下铝土矿勘查有利地 区;③根据对浅部铝土矿资料的研究,部署勘查工程。地球物理方法包括:①以电阻率法探测本溪组 含铝岩系的埋深及产状变化;②以瞬变电磁测深(TEM)和高频大地电磁测深(HMT)探测富水煤矿采 空区范围;③用物探测井技术确定煤层及矿层位置等。 关键词:煤下铝土矿;整装勘查;技术方法;豫西 豫西铝土矿资源丰富。由于优越的开发条件,露采区 顶板为上石炭统太原组石英砂岩和灰岩等。其上,赋存于 及200 m以浅的铝土矿大多已勘查和开采。豫西中深部铝 二叠系下统山西组(P。s)地层中的主要开采煤层(二,煤 土矿大多在现有煤矿区深部,2011年,河南省在全国率先 层),与本溪组铝土矿层的垂向距离一般为30~80 m 。 50 m时,上部一般都有可供开采的煤 开展了由政府牵头、地勘单位与煤炭企业等多方联合投资 当铝土矿埋深超过1的煤下铝土矿整装勘查,对埋深700 m以浅、主要位于现 层或不可采的劣质煤线层。因此,中深部铝土矿一般也称 有煤矿区的重点铝土矿区开展了勘查。本文通过河南省煤 为“煤下铝土矿”。 下铝土矿整装勘查项目实施两年来的实践,对煤下铝土矿 1.2煤下铝土矿资源潜力 整装勘查的技术方法进行初步探讨。 豫西铝土矿资源前景受到多方关注。2003年,河 南省有色金属地质矿产局对全省67个铝(黏)土矿预 测区300 iTI以浅铝土矿资源前景进行预测,认为可新获 资源储量约10亿t_]J。2009年开展的 河南省铝土矿资 1豫西铝土矿地质特征与资源潜力 1.1地质特征 河南省铝土矿产于上石炭统本溪组含铝岩系中, 源潜力评价》,预测河南省l000 ITI以浅铝土矿资源有 属沉积型。主要分布于京广铁路以西的郑州、洛阳、三 约56亿t的找矿潜力,其中,300 m以浅10.1亿t,43亿t【4_。 门峡、平顶山、许昌、焦作、济源等地区,分布面积 300~500 m为15.约2 X 10 km 。受成矿期及成矿后构造影响,含铝岩系围 绕古陆或隆起,分布于豫西的古隆起边缘和沉积盆地中。 而于2007年完成的曹窑煤矿区深部铝土矿详查, 勘查区面积14.655 km ,最大勘查深度670 m,探求 根据分布特点,可将铝土矿分为陕县一渑池一新安、嵩山 一(333)以上类型铝土矿资源量6123万t。曹窑煤矿区深 箕山、鲁山一宝丰一汝州和济源一修武4个成矿区。本 部铝土矿勘查,对豫西中深部煤下铝土矿找矿具有重要的 溪组含铝岩系一般厚度5~20 m,溶斗中最厚可达75 m, 示范意义。 部分地段有沉积缺失现象。含铝岩系从下到上大体上可分 综上所述,豫西煤下铝土矿资源潜力大,具备了开展 为铁质黏土岩(含山西式铁矿)、铝土矿(含黏土矿)和黏 煤下铝土矿整装勘查的资源基础。 土质页岩(含硬质黏土岩、泥岩、粉砂质页岩、煤线等) 3个岩性段。铝土矿体一般呈层状一似层状、透镜状及溶 斗状等产于含铝岩系的中段,有时可有多个铝土矿层,铝 2煤下铝土矿整装勘查存在的主要技术问题 以往对露头区或浅层第四系覆盖区铝土矿的勘查, 土矿与黏土矿在横向上常呈相变过渡,并有相互消长的关 是在对铝土矿分布特征和成矿规律总体把握的基础上,在 系。其厚度、品位和矿石类型变化较大,受下伏基底地形 含矿岩系出露区和浅埋藏区,开展大中比例尺地质填图、 的控制。铝土矿的主要矿物成份为一水硬铝石,次要矿物 对含铝岩系进行地表槽、井探揭露,并对较深部矿体进行 为高岭石、铁质矿物、云母类及含钛矿物金红石、锐钛矿 钻探验证等综合性的地质工作。由于钻孔深度一般不超过 等,常见结构构造有豆鲕状、致密状、同生砾状等,地表 300 m,且浅部铝土矿的矿体分布有一定规律可循,对物 和浅部厚大矿体中可见到土状、砂状、多孔状等 。 的岩溶地形及成矿后岩溶洼斗的进一步发育对铝土矿体的 探方法的应用并未真正引起重视。而对于矿区开采技术条 对煤下铝土矿的勘查,目前的勘查深度已达700 m, 含铝岩系的直接基底主要为中奥陶统灰岩。成矿期 件而言,浅部矿区的水文地质条件也相对简单。 形态及矿石的品位变化有明显的控制作用。含铝岩系直接 存在的主要技术问题表现在以下几个方面: 作者简介:郭保健(1964一),男,河南民权人,教授级高级工程师,从事固体矿产资源勘查与科学研究工作。E—mail:baojian ̄uo@126.COITI 地球科技2014/1 2 (1)靶区选择难度增大。因铝土矿体未出露,增加了 等高线图或埋深图,研究含矿系沉积基底古侵蚀面的埋深 勘查风险和勘查难度,因此,选择找矿前景较好的成矿有 和形态,总结铝土矿在平面上和垂向上的分布规律,预测 利地段,是取得整装勘查预期效果的关键因素。 矿体规模和空间位置,指导工程布置。如曹窑深部铝土矿 (2)勘查深度大,勘查成本高,需要较为准确地确定 位于已建矿开采多年的曹窑煤矿区主煤层二。煤以下约数十 含铝岩系的埋藏深度和铝土矿体形态,以经济合理地部署 米处。二 煤层单斜产出,产状稳定,走向65。~70。, 探矿工程。 倾向南东,倾角平均仅15。,成为勘查铝土矿的理想参照 (3)工作区往往有煤矿采空区分布,勘查技术条件更 标志层。参照二 煤空间分布特征,平行于二 煤走向线布 置纵剖面线,垂直于二.煤走向布置横勘探线。 加复杂;同时,煤矿区深部的水文地质条件也更加复杂。 (4)铝土矿成矿后有一定的次生富集作用,随着埋藏 在部分煤矿井田,煤矿勘查钻孔已穿透铝土矿含矿岩 深度增大,铝土矿的品位会有所降低,硫等有害成份也会 系,成为确定铝土矿分布的直接依据。如登封井田,以往 增大,矿体的内部结构更加复杂。同时,深部铝土矿体的 内部出现了较多的无矿天窗及夹层,矿体结构更趋复杂。 基于此,充分收集以往勘查资料,加强对煤下铝土矿 选区的研究和煤矿采空区的调查,选取有效的地球物理勘 查方法确定含铝岩系分布及基底地形的形态,同时,矿区 水文地质条件的研究以降低勘查和开发风险,都是煤下铝 土矿勘查中的关键技术问题。 3主要技术方法探讨 3.1地质方法 煤下铝土矿勘查(包括隐伏铝土矿勘查)区,由于工 作区基岩出露少,传统的大中比例尺地质填图作用有限。 而对以往勘查资料、特别是煤矿勘查资料和中浅部铝土矿 勘查资料的收集、分析和研究就变得十分重要。以曹窑煤 矿深部铝土矿区为例,铝土矿含矿岩系、矿体露头都分布 在勘查区北邻地区,区内没有含矿岩系出露。勘查区地表 被大面积第四系黄土层及新近系砾岩覆盖, 所有铝黏土矿 体都属于隐伏矿体,为曹窑铝矿和贾家洼铝矿向南东方深 部的自然延伸。因此,对以往铝土矿勘查资料和煤矿区勘 查资料的收集整理和综合研究,成为煤下铝土矿勘查的基 础性工作。主要包括以下几个方面: (1)充分利用前人勘查和研究成果,合理确定勘查 区。豫西铝土矿的空间分布除受成矿条件制约外,还受成 矿后的构造和地形切割等多种因素的控制。区域性构造形成 的隆起和断陷盆地,控制了铝土矿的总体分布,使豫西铝土 矿形成了分布于岱嵋寨隆起周边陕县一渑池一新安成矿区、 嵩山一箕山隆起周边的偃师一巩义一荣阳成矿带和登封一新 密一禹州成矿区、秦岭隆起北东侧的鲁山一宝丰一汝州成矿 区和中条一太行隆起南侧的焦作一济源成矿区。由于受成矿 期物源条件、岩相古地理条件等多种因素的控制,各成矿区 铝土矿的地质特征和资源潜力有很大区别。因此充分利用前 人勘查和研究成果,特别是近年关于铝土矿的资源潜力评价 成果,合理确定勘查区,是十分重要的。 (2)依据煤矿区钻孔资料,开展煤矿之下铝土矿赋存 规律研究,指导勘查工作部署。豫西地区,含铝岩系及铝 土矿体的产状总体上比较平缓,且与上覆主要煤层的总体 产状基本一致,因此,上部主要煤层就成为勘查深部铝土 矿的标志层位。根据煤层埋深初步编制本溪组含矿系底板 煤田勘查资料较多,区内已有以往煤田勘查的260余个钻 孔穿过了本溪组含铝岩系。甚至部分钻孔资料可以直接利 用,或对岩心样品采样分析后利用。同时,可通过上述钻 探资料,编制本溪组含矿系底板等高线图或埋深图,预测 矿体规模和空间位置,指导工程布置。 (3)根据对浅部铝土矿资料研究,合理部署勘查工 程。由于受成矿后埋藏条件的影响,豫西铝土矿矿石物质 组成沿走向较为稳定,而沿倾向上往往变化较大。在曹 窑深部铝土矿勘查中,根据与北部(浅部)已开发的曹 窑、贾家洼西区铝矿的层位对比,发现矿石化学成分沿 倾斜方向的变化大于沿走向的变化,(沿走向200 1Tt,沿倾 向100 m)布设钻探工程控制矿体,取得了良好效果。 (4)充分利用以往钻探资料,加强对高角度正断层的 研究。豫西煤铝矿区高角度正断层发育,常对矿体造成破 坏。据有关资料,曹窑煤矿全区发育断层48条,其中18条 是煤矿勘查及井巷揭露发现。所有48条断层全部为高角度 正断层。根据断层落差划分:落差>100 m的2条;50~ 100 1"O的3条;20~50 m的8条;10~20 nTl的15条, 5~10 Ii1_的1 5条,<5 1TI的5条。按断层走向落差大 干10 m的28条断层可分为3组:NE向为主(17条), NW向次之(9条),SN向相对较少(2条) 。 近两年在豫西地区开展的多个煤下铝土矿整装勘查 中,由于第四系覆盖,对断层的分布掌握不够,已有多个 钻孔打在了断层上,需要重新布设控制钻孔,造成了钻探 工作量的浪费。因此,加强对高角度正断层的识别和研究 也是煤下铝土矿勘查中需要注意的问题。 3.2地球物理方法 3.2.1物探方法探测本溪组含铝岩系 地球物理方法在中深部矿产勘查中的作用越来越重 要。自上世纪80年代中期以来,河南省有色地勘队伍分别 在豫西的多个铝土矿区(如渑池县贾家洼、仁村一洪阳、 新安县石寺和陕县王古洞等铝土矿区)开展了电阻率测 深、瞬变电磁法和大功率电磁测深、GDP一32、微重力测量 等物探方法寻找铝土矿的试验,取得了大量本溪组含铝岩 系及下伏奥陶系灰岩及其上覆地层不同岩石的物性参数资 料。表明,本溪组含铝岩系具有如下特征:①无磁性或略 具磁性;②具有较低的电阻率特征,明显低于基底奥陶系 灰岩,略低于奥陶系泥质灰岩;与上覆地层太原组地层相 EARTH SCIENCE AND TECHNOLOGY 比时,可表现为低阻(以石英砂岩、长石砂岩为主的太原 井、放射性测井)工作,以便确定煤层的埋深及厚度,以 组地层)或无差异(以各类页岩为主的太原组地层);③较 及本溪组含矿岩系的赋存和缺失情况。其探测结果不仅可 低极化率,与各地层相当,或略低于奥陶系灰岩。综合以 为综合勘查和评价上部煤矿资源提供依据,也可有效地指 上特征认为:铝土矿含矿岩系具有较低的电阻率特征,明 导煤下铝土矿的勘查。 显低于基底奥陶系灰岩或略低于奥陶系泥质灰岩。当以本 溪组含铝岩系为工作对象时,使用电阻率类物探方法比较 适当,可以定位含矿岩系与基底灰岩界面位置,间接定位 4加强水文地质条件研究 水文地质条件研究是煤下铝土矿整装勘查中特别需要 含矿岩系;其它方法因存在异常识别问题或因含矿岩系埋 关注的一项工作。由于铝土矿体埋深较大,且多数矿体位 深增大而丧失使用意义。所以,对于隐伏铝土矿,特别是 于主要开采煤层之下,大大增加了矿区水文地质条件的复 对于掩埋深度较大的隐伏铝土矿,最好的选择是利用电阻 杂性。特别是勘查工作进入详查阶段后,应在充分收集区 率差异的物探方法研究含矿岩系的掩埋深度及产状特征。 3.2.2物探方法探测煤矿采空区 域水文地质资料和气象水文资料的基础上,加强对矿区水 文地质条件的研究,合理部署抽水试验和水文地质观测钻 煤矿采空区主要是因为开采山西组的二 煤层所致。部 孔。注意划分含水层与隔水层,确定矿体与当地侵蚀基准 分采空区破坏了地层的完整性和连续性,在上覆地层压力 面的相互关系(含与地下水位的相互关系),对矿床的充 和地下水等因素的作用下,导致上覆岩体的塌陷、冒落, 形成较大范围的塌陷区域。根据含水情况,可分为充水采 空区和未充水采空区。前者通常位于地下水位以下,后者 则常位于地下水位以上。充水采空区表现为低电阻率特 矿采空区物探方法试验表明,瞬变电磁测深(TEM)和高 高的分辨力,反映的低阻异常均与已知采空区基本吻合。 水因素进行认真分析,为进一步勘查开发提供依据。 5结论 豫西地区正在开展的煤下铝土矿整装勘查,今年有望 “找矿战略行动计划”和“358目标”的重要组成部分。 地质方法和有效的地球物理方法组合,是合理部署勘查工 征,常形成较大范围的低阻区,通过对渑池县曹窑一带煤 提交数亿t(333)以上的铝土矿资源,是河南省落实国家 频大地电磁测深(HMT)对低阻含水体反应灵敏,有较 豫西煤下铝土矿整装勘查两年多以来的实践表明,合理的 因此探测工作区采空区之前,首先要收集该区水文地质资 程、降低勘查风险并取得找矿成功的关键,同时,加强水 料,判断工作区采空区是在地下水位之上还是以下。若在 文地质条件研究对煤下铝土矿的高效勘查和开发也具有重 地下水位之下,则采空区基本为富水状态,是低阻反应, 要意义。圉 可以考虑使用TEM、AMT等对低阻异常较灵敏的方法 参考文献 综合查找;若在地下水位线以上,则采空区基本为未充水 [1] 朱东晖,李国平,郭保健,等.河南铝土矿[M】.北京:地质 或者坍陷的状况,电组率法的反映较为复杂,这时需要考 出版社,2012. 2 张林,张录星.曹窑煤矿区深部铝土矿床特征及启示[J].资源 2]虑其他方法查找采空区。需要注意的是,对于测到的低阻 【异常也并非都为采空区,也有可能是断层充水的体现,这 分析,用排除法最终确定真正的采空区分布范围。 3.2.3用物探测井技术确定煤层位置 煤层和铝土矿均具有较低的电阻率和较强的放射性。 因此,探测煤下铝土矿,需要对钻孔开展物理测井(电测 导刊・地球科技版,2012,152(1~2):27—32. 价预测报告【R】.郑州:2003. [4】 河南省地质调查院,河南省有色金属地质矿产局,等.河南省 铝土矿资源潜力评价[R】.郑州:2010. 【5】 河南省煤炭地质勘察研究院,曹窑煤矿生产矿井地质报告[R]. 郑帅l:2005. 3】 河南省有色金属地质矿产局,河南省铝(黏)土矿资源潜力评 时,就应该结合已知的水文地质资料、钻孔资料进行综合 [Discussion on the Prospecting Methods of Integrated Exploration of the Bauxite of the Coal Mines in Western Henan Province GU0 Bao-jian ZHAO Xi-yan SI Bai-tang (Henan Provincial Non-ferrous Metals Geological and Mineral ResouYces Bureau,Zhengzhou 450016,China) Abstract:Since the influence of the depth,goal and more complicated hydrogeologic condition,the risk of the bauxite prospecting in the coal mines is obviously higher than the past shallow exploration.On the basis of the analysis for the geological features and resource potential of the bauxite in Western Henan province.this paper summarizes the main geological and geophysical methods in the bauxite prospecting of the coal mines since 201 1, and put forward that the geological methods include three aspects as below:①bauxite occurrence regularity study on the basis of the drilling data of the coal mines:②determine of the favorable bauxite prospecting area according to the past regional prospecting and research geological data;③lay out the drill holes according to the study on the shallow bauxite information.The geophysical methods include:①determine depth and occurrence variation of the Benxi formation using resistivity measurement}②detect the range of the watery coal goaf using TEM and HMT methods;③determine coal and bauxite laye ̄using geophysical logging technique. Keywords:Bauxite of the coal mines;Integrated exploration;Prospecting Methods;Western Henan Province 黼 地球科技2014/1 2