專利名稱：衛星遙感在深部多層覆蓋區的找煤方法
技術領域：
本發明涉及一種衛星遙感在深部多層覆蓋區的找煤方法。
技術背景
煤炭是我國重要的基礎能源和原料，在國民經濟中具有重要的戰略地位。在我國能源結構中，煤炭將長期是我國的主要能源。進入21世紀，我國東中西部一大批老礦區資源枯竭，急需推進老礦區深部和外圍的找煤工作，尋找接替能源，延長老礦區服務年限，保持煤炭生產和當地社會經濟的平穩可持續發展。
老礦區外圍找煤的有利因素是由于礦區已經開采50-60年，對本地區的煤系、煤層、煤質已經了解清楚，不利因素是淺部的易于勘查的已經開采或勘查清楚，需要尋找的是深部的難以勘查的煤炭資源。在尋找深部煤炭的過程中，含煤巖系的上覆地層，由一組地層覆蓋，例如黃土或其他松散層覆蓋，相對易于尋找；含煤巖系的上覆地層，由兩層地層覆蓋， 例如第四系黃土和古近系紅色地層重疊覆蓋，找煤難度成倍增加；含煤巖系上覆地層由三層地層覆蓋，如第四系黃土、古近系紅色地層和白堊系綠色地層三重覆蓋，因為三套地層各自經歷了不同的地質構造運動，在三組地層迭加覆蓋下，找煤難度則困難重重。
現有的老礦區外圍找煤技術，是常規的找煤方法即采用地質圖或煤田地質圖布設鉆孔，按照一定的間距打鉆孔，實施老礦區外圍找煤工程；或采用地形地質圖布置物探測線，先作二維地震勘探，再按一定間距打鉆孔，實施老礦區外圍找煤工程。
然而，對于找煤技術方面如前所述，現有的老礦區外圍找煤方法，是以常規的地質圖或煤田地質圖為基礎，布設物探、鉆探工程進行找煤的常規技術。由于常規的地質圖或煤田地質圖，對老礦區內的含煤巖系反映清楚，但是對老礦區外圍的找煤地區，因為上覆巨厚地層的廣泛覆蓋，地質情況不明，認知程度很差，沒有含煤巖系的信息，找煤的盲目性很大。
對于找煤成本方面因為地質認知程度差，找煤盲目性大，所施工的找煤鉆孔，全部或大部分沒有布置在含煤巖系之上，或其施工深度過淺，達不到含煤巖系的埋藏深度，導致找煤成本很高。
對于找煤效率方面例如在海渤灣老礦區，自上世紀七十年代以來，先后在老礦區東部、南部實施了找煤鉆探，但是到2005年為止，在30多年期間，沒有發現新煤田，沒有找到老礦區的接續資源，找礦效率很低。
因而，需要提供一種低成本、高效率的深部多層覆蓋區的找煤方法。 發明內容
本發明的目的是提供一種衛星遙感在深部多層覆蓋區的找煤方法，以降低找煤成本，提高找煤效率。
為了實現上述目的，本發明提供一種衛星遙感在深部多層覆蓋區的找煤方法，該方法包括解譯衛星圖像得到已知礦區外圍的空間地質結構，并將空間地質結構與已知礦區的區域地質發育史結合以確定含煤地層的沉積范圍；分析歷次構造運動對含煤地層的破壞情況，以確定含煤巖系保存區；解譯含煤巖系保存區的覆蓋層的衛星圖像，根據解譯結果和地層深度標識以確定賦煤空間。
通過上述技術方案，根據衛星影像顯示的空間地質結構，結合區域地質發育歷史， 反演含煤地層的沉積范圍，確定老礦區外圍的找煤方向，分析歷次地質構造運動后含煤地層的保存地段，根據保存地段的衛星圖像解譯結果和地層深度標識判斷煤系地層在巨厚地層覆蓋下有無保存及其保存狀態，以確定老礦區外圍深部多層覆蓋下的賦煤空間。避免了在深部多層覆蓋區的找煤選區的盲目性，提高了找煤效率。
本發明的其他特征和優點將在隨后的具體實施方式
部分予以詳細說明。


附圖是用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式
一起用于解釋本發明，但并不構成對本發明的限制。在附圖中
圖1是根據本發明實施例的衛星遙感找煤方法的流程圖2是根據本發明實施例的老礦區沉積范圍示意圖3是根據本發明實施例的經構造破壞后的海渤灣老礦區構造示意圖4是示出了根據本發明實施例的含煤巖系的下伏基底出露的示意圖5是示出了根據本發明實施例的含煤巖系的下伏基底深度與上覆蓋層深度相等的示意圖6是示出了根據本發明實施例的含煤巖系下伏基底的頂板與上覆蓋層底板之間的間距小于含煤巖系中主要煤層到煤系底板的厚度的示意圖7是示出了根據本發明實施例的含煤巖系下伏基底的頂板與上覆蓋層底板之間的間距大于含煤巖系中主要煤層到煤系底板的厚度的示意圖8是示出了根據本發明實施例的含煤巖系的主要煤層賦存垂深大于1500米的示意圖；以及
圖9是示出了根據本發明實施例的含煤巖系的主要煤層賦存垂深小于1500米的示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明的具體實施方式
進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式
僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。
本發明是一種針對老礦區外圍，深部含煤巖系在三組地層迭加覆蓋下找煤的遙感專用技術。
圖1是根據本發明實施例的衛星遙感找煤方法的流程圖。
如圖1所示，本發明提供了一種衛星遙感在深部多層覆蓋區的找煤的方法，該方法包括
S102，解譯衛星圖像得到已知礦區外圍的空間地質結構，并將空間地質結構與已知礦區的區域地質發育史結合以確定含煤地層的沉積范圍；
S104,分析歷次構造運動對含煤地層的破壞情況，以確定含煤巖系保存區；4
S106，解譯含煤巖系保存區的覆蓋層的衛星圖像，根據解譯結果和地層深度標識以確定賦煤空間。
在本實施例中，地層深度標識包括含煤巖系下伏基底的頂板深度DH、上覆地層的底板深度SH和含煤巖系主要煤層到煤系底板的厚度M。
在步驟S106中，如果含煤巖系下伏基底的頂板與上覆地層的底板之間的間距大于含煤巖系中主要煤層到煤系底板的厚度，DH-SH > M，則確定含煤巖系保存區為賦煤空間。
在本實施例中，該方法還包括根據賦煤空間的煤層賦存垂深來判斷賦煤空間的煤層是否為有效煤層，如果賦煤空間的煤層賦存垂深小于1500米，則煤層為有效煤層。在確定賦煤空間的煤層為有效煤層之后，設置鉆孔獲取有效煤層含煤情況。
通過大量實測區域地質工作量結合衛星遙感地質判讀解譯，確定了區域構造格架，區域地質構造演變規律，掌握了本區構造控煤機理，大幅度提高了對區域基礎地質的認知程度，從而能夠科學確定找煤方向，合理布置找煤部位，在關鍵位置、關鍵點上布置少量找煤鉆孔，大幅度減少盲目施工的鉆孔，降低找煤成本，減少投入，提高找煤效率，縮短老礦區找到接續資源的周期。具體地
第一，確定含煤巖系的沉積范圍，沉積范圍之外沒有找到煤的可能，沉積范圍內有找到煤的可能。按照含煤巖系的沉積范圍，確定找煤方向。
第二，在含煤巖系的沉積范圍之內，判斷含煤巖系沉積后的歷次地質構造運動中， 含煤巖系是否遭受破壞。如果遭受破壞，則判斷哪些地段上升已經剝蝕，哪些地段含煤巖系被保留。其中，剝蝕的地段無煤，保留的地段是找煤的部位。根據可能保存的地段，明確找煤的部位。
第三，在含煤巖系的保留部位中，探測含煤巖系的賦存深度。當前找煤的下限是垂深1500米，需要探測賦存深度小于1500米的含煤巖系。
第四，在垂深小于1500米的含煤巖系中，初步判斷煤層厚度是否達到可采的標準，煤層質量是否符合要求。
第五，對于煤層厚度符合開采要求，煤層質量符合工業要求的進行煤炭資源量估算，其賦存資源量是否能達到規模開采的要求，當前以煤炭資源量1億噸為起點。
本發明在區域地質、煤田地質等基礎理論指導下，應用衛星遙感在光場內不同巖石、不同地層組合、不同地質現象、光反射不同的機理，確定煤層、含煤地層、含煤建造、上覆蓋層、下伏基底的分布出露狀態，提取衛星影像地質構造行跡，包括直接信息、間接信息、隱伏信息，建立區域地質構造格架。綜合大區域內找礦區外圍已有的地面、地下資料(包括物探、鉆探、老礦區數據)，形成天——地——地下三維一體化的空間地質概念。根據衛星影像顯示的空間地質結構，結合區域地質發育歷史，反演含煤地層的沉積范圍，確定老礦區外圍的找煤方向；根據衛星影像反映的地質構造行跡，分析歷次地質構造運動后含煤地層的保存地段，推測煤系地層在巨厚地層覆蓋下有無保存及其保存狀態，尋找老礦區外圍深部多層覆蓋下的賦煤空間。
如上所述，本發明是在遙感地質調查技術和煤田預測技術的支撐下形成的。技術的實施過程分區域遙感地質調查、深部多層覆蓋區遙感找煤和少量鉆孔驗證等三個階段。 具體地
遙感地質調查階段包括根據解譯的衛星影像區域地質、已有區域的地質資料和野外實測基準地質剖面等綜合已有的物探、鉆探及礦區生產數據來形成天地一體三維空間地質結構，從而編制中比例尺區域遙感影像地質圖，。
深部多層覆蓋區遙感找煤階段包括根據衛星圖像顯示的空間地質結構，結合區域地質發育史，反演含煤地層的沉積范圍確定找煤方向(確定含煤地層沉積范圍)；根據衛星影像顯示的地質構造行跡，結合地質發育史，分析含煤巖系沉積后，分析歷次構造運動對含煤系的破壞情況，確定含煤巖系保存區；根據覆蓋層影像組合及區域地層深度標志尋找厚層覆蓋區賦煤空間；根據賦煤空間的煤層賦存垂深來判斷賦煤空間的煤層是否為有效煤層；探測煤層賦存垂深，如果賦煤空間的煤層賦存垂深小于1500米，則煤層為有效煤層。判斷煤炭資源是否符合工業標準，如果符合標準且資源量大于1億噸，則達到開發要求。
少量鉆孔驗證階段包括在確定煤層為有效煤層之后，設置鉆孔獲取有效煤層含煤量。鉆孔數量可以根據需要來確定，遠遠少于現有技術中鉆孔找煤方法中的鉆孔數量。
接下來，本發明以內蒙古自治區烏海市海渤灣老礦區外圍遙感找煤為例，作詳細介紹和系統說明。
海渤灣老礦區位于內蒙古自治區烏海市，面積400km2。處于鄂爾多斯盆地西北部賀蘭山——桌子山構造單元，含煤巖系為石炭——二疊系太原組和山西組。
(1)采用遙感地質調查技術，實施區域調查，大幅度提高區域地質研究程度和煤田地質的認知程度。
應用衛星影像豐富、直觀、自然的地質信息，結合以往區域地質成果，調查賀蘭山——桌子山構造單元，面積50000km2，野外實測賀蘭山——桌子山基準地質剖面長50km， 以及其數千公里的地質觀測線，建立煤層、煤系、含煤建造、上覆地層、下伏地層的影像和影像組合特征，確定分布出露狀態，根據衛星影像顯示的地質構造行跡，確定本區的區域構造格架，結合大區域內找礦區外圍物探、鉆探、礦區生產數據，形成區域天地一體化三維空間地質結構，編制中比例尺區域煤田地質圖。
(2)采用老礦區外圍深部多層覆蓋區遙感找煤技術，尋找老礦區接續資源。
①根據衛星圖像顯示的空間地質結構，結合區域煤田地質數據，依照區域地質發育史，反演含煤地層的沉積范圍，按照含煤沉積區，確定找煤方向。圖2是根據本發明實施例的老礦區沉積范圍示意圖，如圖2所示，海渤灣老礦區之東部和南部為含煤巖系沉積區， 其東部和南部為其找煤的方向。
②在含煤沉積區的范圍內，根據衛星影像顯示的地質構造行跡，結合地質發育史， 分析含煤巖系沉積厚度、歷次構造運動對含煤巖系的破壞情況，研究構造破壞后含煤巖系的保存區，明確找煤地段。圖3是根據本發明實施例的經構造破壞后的海渤灣老礦區構造示意圖。如圖3所示，受海渤灣以東的南北向桌子山東麓大斷裂Fl的破壞后，Fl以東的含煤巖系下降很深，不宜于找煤。
由此可見，經構造運動破壞后，海渤灣老礦區東部Fl大斷裂與西部南北向黃河大斷裂F2之間，以及東西向平移大斷裂F3之南，是海渤灣老礦區外圍的找煤地段，稱海渤灣南部找煤區。
③在海渤灣南部找煤區，有巨厚層的上覆地層掩蓋，根據蓋層的影像組合和區域內可供深部找煤的參考點，進行反復推演，推測深部多層覆蓋區的含煤部位，尋找垂深1500米以上的賦煤空間。
在找煤區內，根據衛星影像解譯，上覆掩蓋層由第四系沙漠、黃土，近古系紅層，白堊系礫巖等三層迭加，其中近古系紅層、白堊系礫巖兩套地層，各有不同的產狀、傾斜平緩。找煤中需要解決兩個技術問題，首先是找到煤層的賦存空間，其次是推算煤層的賦存深度。
深部多層覆蓋區遙感找煤技術，掌握三個因素推測含煤巖系下伏基底的頂板深度(DH)、上覆地層的底板深度(SH)和含煤巖系主要煤層到煤系底板的厚度(M)，求得三者之間的關系
第一、如果含煤巖系的下伏基底出露，DH = 0，則表示無煤，如圖4所示。其中，圖 4是示出了根據本發明實施例的含煤巖系的下伏基底出露的示意圖。
第二、如果含煤巖系的下伏基底深度等于上覆蓋層的深度，DH = SH，則無煤，如圖 5所示。其中，圖5是示出了根據本發明實施例的含煤巖系的下伏基底深度與上覆蓋層深度相等的示意圖。
第三、如果含煤巖系下伏基底的頂板與上覆蓋層底板之間的間距小于含煤巖系中主要煤層到煤系底板的厚度，DH-SH < M，則找不到主要可采煤層，如圖6所示。其中，圖6 是示出了根據本發明實施例的含煤巖系下伏基底的頂板與上覆蓋層底板之間的間距小于含煤巖系中主要煤層到煤系底板的厚度的示意圖。
第四、如果含煤巖系下伏基底的頂板與上覆地層的底板之間的間距大于含煤巖系中主要煤層到煤系底板的厚度，DH-SH > M，才能找到煤炭資源，如圖7所示。其中，圖7是示出了根據本發明實施例的含煤巖系下伏基底的頂板與上覆蓋層底板之間的間距大于含煤巖系中主要煤層到煤系底板的厚度的示意圖。
第五、如果含煤巖系的主要煤層賦存垂深超過1500米，達不到找煤的目標，如圖8 所示。其中，圖8是示出了根據本發明實施例的含煤巖系的主要煤層賦存垂深大于1500米的示意圖。
第六、如果含煤巖系的主要煤層賦存垂深小于1500米，是找煤的有效資源，如圖9 所示。其中，圖9是示出了根據本發明實施例的含煤巖系的主要煤層賦存垂深小于1500米的示意圖。
在圖5-圖9中，Q表示第四系，N表示第三系，Cr表示白堊系，0表示奧陶系，C+P 表示石炭系+ 二疊系。
在海渤灣南部找煤區，選擇深部多層覆蓋區遙感找煤三要素。
①含煤巖系基底頂板——奧陶系灰巖(D)；
②含煤巖系主要煤層與含煤巖系底板之間的厚度M > 500米；
③含煤巖系上覆蓋層底板——白堊底部礫巖(S)；
含煤巖系基底-奧陶系灰巖分析衛星影像顯示，找煤區北端出露地表，沿南北走向有平緩起伏傾角3° -5°左右；沿傾向向東傾斜，傾角5° -12°。
含煤巖系主要煤層與含煤巖系底板之間的厚度一般在500米左右。北端局部出露厚度達千余米，大部地區為500米(山西組80m+太原組120m+羊虎溝300m)。
含煤系上覆蓋層，根據衛星影像解譯，有第四系沙漠與黃河沖積層，厚度0-80m，古近系紅色地層，厚200-300m，白堊系底礫巖、沙泥巖互層，厚度300-700m，以上三套地層都7呈不整合接觸。海渤灣南部找煤區內，含煤巖系上覆巖層厚度，北薄南厚，西薄東厚，一般在 400-IOOOm 之間。海渤灣老礦區外圍，南部找煤區，根據衛星影像解譯，結合海渤灣老礦區數據，老礦區以西的石嘴山老礦區數據，找礦區以南的靈武老礦區數據以及其他的地質信息，反復推演，在找礦區劃分出I含煤巖系基底出露(D = O)無煤地段，II蓋層直接覆蓋基底(DH-SH =0)無煤地段，III蓋層底板與基底頂板的間距小于含煤巖系主要煤層與含煤巖系底板之間的厚度(DH-SH<M)沒有主要煤層的地段，IV蓋層底板與基底頂板的間距大于含煤巖系主要煤層與含煤巖系底板之間的厚度(DH-SH>M)的含煤地段，V含煤地段垂深大于1500 米的地段。I區基底出露區，DH = 0 ；II區下伏基底與上覆地層底板之間距小于含煤巖系厚度，沒有主要煤層區， DH-SH < M ；III區下伏基底與上覆地層底板之間距大于含煤巖系厚度，含有主要可采煤層， 主要煤層垂深1500米之內地區，DH-SH > M ；IV區下伏基底與上覆地層底板間距大于含煤巖系厚度，主要煤層垂深超過1500 米的地區。④估算煤炭資源量通過對區域內包括海渤灣、烏達、石嘴山、石炭井、靈武等五個老礦區的煤系地層、 煤層、煤質分析對比，本區內煤系地層、煤層穩定，煤層厚度、煤質變化不大，只要有太原組、 山西組地層賦存，就有具有工業價值的煉焦用煤，這是本地區找煤的基本依據。估算面積按海渤灣老礦區南部找煤區中，IV含煤巖系蓋層底板與基底頂板的間距大于含煤巖系主要煤層與含煤巖系底板之間的厚度(DH-SH>M)的含煤地段，垂深小于 1500米的含煤地段，北端以海渤灣老礦區南界為界，南端以找煤區范圍為界，估算含煤面積長 60km，寬 20km，面積 1200km2。估算煤層厚度依照海渤灣老礦區，太原組及山西組含煤17層，可采9層，可采總厚12. 33m，其中山西組6m，若山西組部分剝蝕，全區可采厚度按(12. 33+6)/2 = 9. 165m。再以0. 5的保存系數估算，估算厚度為9. 165X0. 5 = 4. 577m。找煤估算煤炭資源量面積1200km2、厚度4. 577m、容重1. 3噸/m3，找煤估算煤炭資源量為76. 16億噸。⑤選擇勘查靶區，填制大比例尺煤田地質圖，布置少量驗證鉆孔。⑦施工少量鉆孔驗證在找煤區南部，施工12個驗證鉆孔，其中11個鉆孔見煤，可采煤層平均厚度6m以上，證實本項技術發明成功。見圖14驗證鉆孔位置圖，見表一鉆孔統計表。表一
權利要求
1.一種衛星遙感在深部多層覆蓋區的找煤方法，其特征在于，包括解譯衛星圖像得到已知礦區外圍的空間地質結構，并將所述空間地質結構與已知礦區的區域地質發育史結合以確定含煤地層的沉積范圍；分析歷次構造運動對含煤地層的破壞情況，以確定含煤巖系保存區；解譯所述含煤巖系保存區的覆蓋層的衛星圖像，根據解譯結果和地層深度標識以確定賦煤空間。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述地層深度標識包括含煤巖系下伏基底的頂板深度DH、上覆地層的底板深度SH和含煤巖系主要煤層到煤系底板的厚度M。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，根據解譯結果和地層深度標識以確定賦煤空間包括如果含煤巖系下伏基底的頂板與上覆地層的底板之間的間距大于所述含煤巖系中主要煤層到煤系底板的厚度，DH-SH > M，則確定所述含煤巖系保存區為所述賦煤空間。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，該方法還包括根據所述賦煤空間的煤層賦存垂深來判斷所述賦煤空間的煤層是否為有效煤層，如果所述賦煤空間的煤層賦存垂深小于1500米，則所述煤層為有效煤層。
5.根據權利要求4所述的方法，其中，該方法還包括在確定所述賦存空間的煤層為有效煤層之后，設置鉆孔獲取有效煤層含煤情況。
全文摘要
本發明公開了一種衛星遙感在深部多層覆蓋區的找煤方法，該方法包括解譯衛星圖像得到已知礦區外圍的空間地質結構，并將上述空間地質結構與已知礦區的區域地質發育史結合以確定含煤地層的沉積范圍；分析歷次構造運動對含煤地層的破壞情況，以確定含煤巖系保存區；解譯含煤巖系保存區的覆蓋層的衛星圖像，根據解譯結果和地層深度標識以確定賦煤空間。從而降低在深部多層覆蓋區的找煤成本，減少投入，提高找煤效率。
文檔編號G01V8/10GK102520457SQ201110390679
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月30日 優先權日2011年11月30日
發明者吳查查, 樊新杰, 王瑞國, 管海晏, 郭曉波 申請人:中國神華能源股份有限公司, 神華地質勘查有限責任公司