专利名称：卫星遥感在深部多层覆盖区的找煤方法
技术领域：
本发明涉及一种卫星遥感在深部多层覆盖区的找煤方法。
技术背景
煤炭是我国重要的基础能源和原料，在国民经济中具有重要的战略地位。在我国能源结构中，煤炭将长期是我国的主要能源。进入21世纪，我国东中西部一大批老矿区资源枯竭，急需推进老矿区深部和外围的找煤工作，寻找接替能源，延长老矿区服务年限，保持煤炭生产和当地社会经济的平稳可持续发展。
老矿区外围找煤的有利因素是由于矿区已经开采50-60年，对本地区的煤系、煤层、煤质已经了解清楚，不利因素是浅部的易于勘查的已经开采或勘查清楚，需要寻找的是深部的难以勘查的煤炭资源。在寻找深部煤炭的过程中，含煤岩系的上覆地层，由一组地层覆盖，例如黄土或其他松散层覆盖，相对易于寻找；含煤岩系的上覆地层，由两层地层覆盖， 例如第四系黄土和古近系红色地层重叠覆盖，找煤难度成倍增加；含煤岩系上覆地层由三层地层覆盖，如第四系黄土、古近系红色地层和白垩系绿色地层三重覆盖，因为三套地层各自经历了不同的地质构造运动，在三组地层迭加覆盖下，找煤难度则困难重重。
现有的老矿区外围找煤技术，是常规的找煤方法即采用地质图或煤田地质图布设钻孔，按照一定的间距打钻孔，实施老矿区外围找煤工程；或采用地形地质图布置物探测线，先作二维地震勘探，再按一定间距打钻孔，实施老矿区外围找煤工程。
然而，对于找煤技术方面如前所述，现有的老矿区外围找煤方法，是以常规的地质图或煤田地质图为基础，布设物探、钻探工程进行找煤的常规技术。由于常规的地质图或煤田地质图，对老矿区内的含煤岩系反映清楚，但是对老矿区外围的找煤地区，因为上覆巨厚地层的广泛覆盖，地质情况不明，认知程度很差，没有含煤岩系的信息，找煤的盲目性很大。
对于找煤成本方面因为地质认知程度差，找煤盲目性大，所施工的找煤钻孔，全部或大部分没有布置在含煤岩系之上，或其施工深度过浅，达不到含煤岩系的埋藏深度，导致找煤成本很高。
对于找煤效率方面例如在海渤湾老矿区，自上世纪七十年代以来，先后在老矿区东部、南部实施了找煤钻探，但是到2005年为止，在30多年期间，没有发现新煤田，没有找到老矿区的接续资源，找矿效率很低。
因而，需要提供一种低成本、高效率的深部多层覆盖区的找煤方法。 发明内容
本发明的目的是提供一种卫星遥感在深部多层覆盖区的找煤方法，以降低找煤成本，提高找煤效率。
为了实现上述目的，本发明提供一种卫星遥感在深部多层覆盖区的找煤方法，该方法包括解译卫星图像得到已知矿区外围的空间地质结构，并将空间地质结构与已知矿区的区域地质发育史结合以确定含煤地层的沉积范围；分析历次构造运动对含煤地层的破坏情况，以确定含煤岩系保存区；解译含煤岩系保存区的覆盖层的卫星图像，根据解译结果和地层深度标识以确定赋煤空间。
通过上述技术方案，根据卫星影像显示的空间地质结构，结合区域地质发育历史， 反演含煤地层的沉积范围，确定老矿区外围的找煤方向，分析历次地质构造运动后含煤地层的保存地段，根据保存地段的卫星图像解译结果和地层深度标识判断煤系地层在巨厚地层覆盖下有无保存及其保存状态，以确定老矿区外围深部多层覆盖下的赋煤空间。避免了在深部多层覆盖区的找煤选区的盲目性，提高了找煤效率。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式
部分予以详细说明。
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式
一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中
图1是根据本发明实施例的卫星遥感找煤方法的流程图2是根据本发明实施例的老矿区沉积范围示意图3是根据本发明实施例的经构造破坏后的海渤湾老矿区构造示意图4是示出了根据本发明实施例的含煤岩系的下伏基底出露的示意图5是示出了根据本发明实施例的含煤岩系的下伏基底深度与上覆盖层深度相等的示意图6是示出了根据本发明实施例的含煤岩系下伏基底的顶板与上覆盖层底板之间的间距小于含煤岩系中主要煤层到煤系底板的厚度的示意图7是示出了根据本发明实施例的含煤岩系下伏基底的顶板与上覆盖层底板之间的间距大于含煤岩系中主要煤层到煤系底板的厚度的示意图8是示出了根据本发明实施例的含煤岩系的主要煤层赋存垂深大于1500米的示意图；以及
图9是示出了根据本发明实施例的含煤岩系的主要煤层赋存垂深小于1500米的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式
进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式
仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明是一种针对老矿区外围，深部含煤岩系在三组地层迭加覆盖下找煤的遥感专用技术。
图1是根据本发明实施例的卫星遥感找煤方法的流程图。
如图1所示，本发明提供了一种卫星遥感在深部多层覆盖区的找煤的方法，该方法包括
S102，解译卫星图像得到已知矿区外围的空间地质结构，并将空间地质结构与已知矿区的区域地质发育史结合以确定含煤地层的沉积范围；
S104,分析历次构造运动对含煤地层的破坏情况，以确定含煤岩系保存区；4
S106，解译含煤岩系保存区的覆盖层的卫星图像，根据解译结果和地层深度标识以确定赋煤空间。
在本实施例中，地层深度标识包括含煤岩系下伏基底的顶板深度DH、上覆地层的底板深度SH和含煤岩系主要煤层到煤系底板的厚度M。
在步骤S106中，如果含煤岩系下伏基底的顶板与上覆地层的底板之间的间距大于含煤岩系中主要煤层到煤系底板的厚度，DH-SH > M，则确定含煤岩系保存区为赋煤空间。
在本实施例中，该方法还包括根据赋煤空间的煤层赋存垂深来判断赋煤空间的煤层是否为有效煤层，如果赋煤空间的煤层赋存垂深小于1500米，则煤层为有效煤层。在确定赋煤空间的煤层为有效煤层之后，设置钻孔获取有效煤层含煤情况。
通过大量实测区域地质工作量结合卫星遥感地质判读解译，确定了区域构造格架，区域地质构造演变规律，掌握了本区构造控煤机理，大幅度提高了对区域基础地质的认知程度，从而能够科学确定找煤方向，合理布置找煤部位，在关键位置、关键点上布置少量找煤钻孔，大幅度减少盲目施工的钻孔，降低找煤成本，减少投入，提高找煤效率，缩短老矿区找到接续资源的周期。具体地
第一，确定含煤岩系的沉积范围，沉积范围之外没有找到煤的可能，沉积范围内有找到煤的可能。按照含煤岩系的沉积范围，确定找煤方向。
第二，在含煤岩系的沉积范围之内，判断含煤岩系沉积后的历次地质构造运动中， 含煤岩系是否遭受破坏。如果遭受破坏，则判断哪些地段上升已经剥蚀，哪些地段含煤岩系被保留。其中，剥蚀的地段无煤，保留的地段是找煤的部位。根据可能保存的地段，明确找煤的部位。
第三，在含煤岩系的保留部位中，探测含煤岩系的赋存深度。当前找煤的下限是垂深1500米，需要探测赋存深度小于1500米的含煤岩系。
第四，在垂深小于1500米的含煤岩系中，初步判断煤层厚度是否达到可采的标准，煤层质量是否符合要求。
第五，对于煤层厚度符合开采要求，煤层质量符合工业要求的进行煤炭资源量估算，其赋存资源量是否能达到规模开采的要求，当前以煤炭资源量1亿吨为起点。
本发明在区域地质、煤田地质等基础理论指导下，应用卫星遥感在光场内不同岩石、不同地层组合、不同地质现象、光反射不同的机理，确定煤层、含煤地层、含煤建造、上覆盖层、下伏基底的分布出露状态，提取卫星影像地质构造行迹，包括直接信息、间接信息、隐伏信息，建立区域地质构造格架。综合大区域内找矿区外围已有的地面、地下资料(包括物探、钻探、老矿区数据)，形成天——地——地下三维一体化的空间地质概念。根据卫星影像显示的空间地质结构，结合区域地质发育历史，反演含煤地层的沉积范围，确定老矿区外围的找煤方向；根据卫星影像反映的地质构造行迹，分析历次地质构造运动后含煤地层的保存地段，推测煤系地层在巨厚地层覆盖下有无保存及其保存状态，寻找老矿区外围深部多层覆盖下的赋煤空间。
如上所述，本发明是在遥感地质调查技术和煤田预测技术的支撑下形成的。技术的实施过程分区域遥感地质调查、深部多层覆盖区遥感找煤和少量钻孔验证等三个阶段。 具体地
遥感地质调查阶段包括根据解译的卫星影像区域地质、已有区域的地质资料和野外实测基准地质剖面等综合已有的物探、钻探及矿区生产数据来形成天地一体三维空间地质结构，从而编制中比例尺区域遥感影像地质图，。
深部多层覆盖区遥感找煤阶段包括根据卫星图像显示的空间地质结构，结合区域地质发育史，反演含煤地层的沉积范围确定找煤方向(确定含煤地层沉积范围)；根据卫星影像显示的地质构造行迹，结合地质发育史，分析含煤岩系沉积后，分析历次构造运动对含煤系的破坏情况，确定含煤岩系保存区；根据覆盖层影像组合及区域地层深度标志寻找厚层覆盖区赋煤空间；根据赋煤空间的煤层赋存垂深来判断赋煤空间的煤层是否为有效煤层；探测煤层赋存垂深，如果赋煤空间的煤层赋存垂深小于1500米，则煤层为有效煤层。判断煤炭资源是否符合工业标准，如果符合标准且资源量大于1亿吨，则达到开发要求。
少量钻孔验证阶段包括在确定煤层为有效煤层之后，设置钻孔获取有效煤层含煤量。钻孔数量可以根据需要来确定，远远少于现有技术中钻孔找煤方法中的钻孔数量。
接下来，本发明以内蒙古自治区乌海市海渤湾老矿区外围遥感找煤为例，作详细介绍和系统说明。
海渤湾老矿区位于内蒙古自治区乌海市，面积400km2。处于鄂尔多斯盆地西北部贺兰山——桌子山构造单元，含煤岩系为石炭——二叠系太原组和山西组。
(1)采用遥感地质调查技术，实施区域调查，大幅度提高区域地质研究程度和煤田地质的认知程度。
应用卫星影像丰富、直观、自然的地质信息，结合以往区域地质成果，调查贺兰山——桌子山构造单元，面积50000km2，野外实测贺兰山——桌子山基准地质剖面长50km， 以及其数千公里的地质观测线，建立煤层、煤系、含煤建造、上覆地层、下伏地层的影像和影像组合特征，确定分布出露状态，根据卫星影像显示的地质构造行迹，确定本区的区域构造格架，结合大区域内找矿区外围物探、钻探、矿区生产数据，形成区域天地一体化三维空间地质结构，编制中比例尺区域煤田地质图。
(2)采用老矿区外围深部多层覆盖区遥感找煤技术，寻找老矿区接续资源。
①根据卫星图像显示的空间地质结构，结合区域煤田地质数据，依照区域地质发育史，反演含煤地层的沉积范围，按照含煤沉积区，确定找煤方向。图2是根据本发明实施例的老矿区沉积范围示意图，如图2所示，海渤湾老矿区之东部和南部为含煤岩系沉积区， 其东部和南部为其找煤的方向。
②在含煤沉积区的范围内，根据卫星影像显示的地质构造行迹，结合地质发育史， 分析含煤岩系沉积厚度、历次构造运动对含煤岩系的破坏情况，研究构造破坏后含煤岩系的保存区，明确找煤地段。图3是根据本发明实施例的经构造破坏后的海渤湾老矿区构造示意图。如图3所示，受海渤湾以东的南北向桌子山东麓大断裂Fl的破坏后，Fl以东的含煤岩系下降很深，不宜于找煤。
由此可见，经构造运动破坏后，海渤湾老矿区东部Fl大断裂与西部南北向黄河大断裂F2之间，以及东西向平移大断裂F3之南，是海渤湾老矿区外围的找煤地段，称海渤湾南部找煤区。
③在海渤湾南部找煤区，有巨厚层的上覆地层掩盖，根据盖层的影像组合和区域内可供深部找煤的参考点，进行反复推演，推测深部多层覆盖区的含煤部位，寻找垂深1500米以上的赋煤空间。
在找煤区内，根据卫星影像解译，上覆掩盖层由第四系沙漠、黄土，近古系红层，白垩系砾岩等三层迭加，其中近古系红层、白垩系砾岩两套地层，各有不同的产状、倾斜平缓。找煤中需要解决两个技术问题，首先是找到煤层的赋存空间，其次是推算煤层的赋存深度。
深部多层覆盖区遥感找煤技术，掌握三个因素推测含煤岩系下伏基底的顶板深度(DH)、上覆地层的底板深度(SH)和含煤岩系主要煤层到煤系底板的厚度(M)，求得三者之间的关系
第一、如果含煤岩系的下伏基底出露，DH = 0，则表示无煤，如图4所示。其中，图 4是示出了根据本发明实施例的含煤岩系的下伏基底出露的示意图。
第二、如果含煤岩系的下伏基底深度等于上覆盖层的深度，DH = SH，则无煤，如图 5所示。其中，图5是示出了根据本发明实施例的含煤岩系的下伏基底深度与上覆盖层深度相等的示意图。
第三、如果含煤岩系下伏基底的顶板与上覆盖层底板之间的间距小于含煤岩系中主要煤层到煤系底板的厚度，DH-SH < M，则找不到主要可采煤层，如图6所示。其中，图6 是示出了根据本发明实施例的含煤岩系下伏基底的顶板与上覆盖层底板之间的间距小于含煤岩系中主要煤层到煤系底板的厚度的示意图。
第四、如果含煤岩系下伏基底的顶板与上覆地层的底板之间的间距大于含煤岩系中主要煤层到煤系底板的厚度，DH-SH > M，才能找到煤炭资源，如图7所示。其中，图7是示出了根据本发明实施例的含煤岩系下伏基底的顶板与上覆盖层底板之间的间距大于含煤岩系中主要煤层到煤系底板的厚度的示意图。
第五、如果含煤岩系的主要煤层赋存垂深超过1500米，达不到找煤的目标，如图8 所示。其中，图8是示出了根据本发明实施例的含煤岩系的主要煤层赋存垂深大于1500米的示意图。
第六、如果含煤岩系的主要煤层赋存垂深小于1500米，是找煤的有效资源，如图9 所示。其中，图9是示出了根据本发明实施例的含煤岩系的主要煤层赋存垂深小于1500米的示意图。
在图5-图9中，Q表示第四系，N表示第三系，Cr表示白垩系，0表示奥陶系，C+P 表示石炭系+ 二叠系。
在海渤湾南部找煤区，选择深部多层覆盖区遥感找煤三要素。
①含煤岩系基底顶板——奥陶系灰岩(D)；
②含煤岩系主要煤层与含煤岩系底板之间的厚度M > 500米；
③含煤岩系上覆盖层底板——白垩底部砾岩(S)；
含煤岩系基底-奥陶系灰岩分析卫星影像显示，找煤区北端出露地表，沿南北走向有平缓起伏倾角3° -5°左右；沿倾向向东倾斜，倾角5° -12°。
含煤岩系主要煤层与含煤岩系底板之间的厚度一般在500米左右。北端局部出露厚度达千余米，大部地区为500米(山西组80m+太原组120m+羊虎沟300m)。
含煤系上覆盖层，根据卫星影像解译，有第四系沙漠与黄河冲积层，厚度0-80m，古近系红色地层，厚200-300m，白垩系底砾岩、沙泥岩互层，厚度300-700m，以上三套地层都7呈不整合接触。海渤湾南部找煤区内，含煤岩系上覆岩层厚度，北薄南厚，西薄东厚，一般在 400-IOOOm 之间。海渤湾老矿区外围，南部找煤区，根据卫星影像解译，结合海渤湾老矿区数据，老矿区以西的石嘴山老矿区数据，找矿区以南的灵武老矿区数据以及其他的地质信息，反复推演，在找矿区划分出I含煤岩系基底出露(D = O)无煤地段，II盖层直接覆盖基底(DH-SH =0)无煤地段，III盖层底板与基底顶板的间距小于含煤岩系主要煤层与含煤岩系底板之间的厚度(DH-SH<M)没有主要煤层的地段，IV盖层底板与基底顶板的间距大于含煤岩系主要煤层与含煤岩系底板之间的厚度(DH-SH>M)的含煤地段，V含煤地段垂深大于1500 米的地段。I区基底出露区，DH = 0 ；II区下伏基底与上覆地层底板之间距小于含煤岩系厚度，没有主要煤层区， DH-SH < M ；III区下伏基底与上覆地层底板之间距大于含煤岩系厚度，含有主要可采煤层， 主要煤层垂深1500米之内地区，DH-SH > M ；IV区下伏基底与上覆地层底板间距大于含煤岩系厚度，主要煤层垂深超过1500 米的地区。④估算煤炭资源量通过对区域内包括海渤湾、乌达、石嘴山、石炭井、灵武等五个老矿区的煤系地层、 煤层、煤质分析对比，本区内煤系地层、煤层稳定，煤层厚度、煤质变化不大，只要有太原组、 山西组地层赋存，就有具有工业价值的炼焦用煤，这是本地区找煤的基本依据。估算面积按海渤湾老矿区南部找煤区中，IV含煤岩系盖层底板与基底顶板的间距大于含煤岩系主要煤层与含煤岩系底板之间的厚度(DH-SH>M)的含煤地段，垂深小于 1500米的含煤地段，北端以海渤湾老矿区南界为界，南端以找煤区范围为界，估算含煤面积长 60km，宽 20km，面积 1200km2。估算煤层厚度依照海渤湾老矿区，太原组及山西组含煤17层，可采9层，可采总厚12. 33m，其中山西组6m，若山西组部分剥蚀，全区可采厚度按(12. 33+6)/2 = 9. 165m。再以0. 5的保存系数估算，估算厚度为9. 165X0. 5 = 4. 577m。找煤估算煤炭资源量面积1200km2、厚度4. 577m、容重1. 3吨/m3，找煤估算煤炭资源量为76. 16亿吨。⑤选择勘查靶区，填制大比例尺煤田地质图，布置少量验证钻孔。⑦施工少量钻孔验证在找煤区南部，施工12个验证钻孔，其中11个钻孔见煤，可采煤层平均厚度6m以上，证实本项技术发明成功。见图14验证钻孔位置图，见表一钻孔统计表。表一
权利要求
1.一种卫星遥感在深部多层覆盖区的找煤方法，其特征在于，包括解译卫星图像得到已知矿区外围的空间地质结构，并将所述空间地质结构与已知矿区的区域地质发育史结合以确定含煤地层的沉积范围；分析历次构造运动对含煤地层的破坏情况，以确定含煤岩系保存区；解译所述含煤岩系保存区的覆盖层的卫星图像，根据解译结果和地层深度标识以确定赋煤空间。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述地层深度标识包括含煤岩系下伏基底的顶板深度DH、上覆地层的底板深度SH和含煤岩系主要煤层到煤系底板的厚度M。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，根据解译结果和地层深度标识以确定赋煤空间包括如果含煤岩系下伏基底的顶板与上覆地层的底板之间的间距大于所述含煤岩系中主要煤层到煤系底板的厚度，DH-SH > M，则确定所述含煤岩系保存区为所述赋煤空间。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，该方法还包括根据所述赋煤空间的煤层赋存垂深来判断所述赋煤空间的煤层是否为有效煤层，如果所述赋煤空间的煤层赋存垂深小于1500米，则所述煤层为有效煤层。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，该方法还包括在确定所述赋存空间的煤层为有效煤层之后，设置钻孔获取有效煤层含煤情况。
全文摘要
本发明公开了一种卫星遥感在深部多层覆盖区的找煤方法，该方法包括解译卫星图像得到已知矿区外围的空间地质结构，并将上述空间地质结构与已知矿区的区域地质发育史结合以确定含煤地层的沉积范围；分析历次构造运动对含煤地层的破坏情况，以确定含煤岩系保存区；解译含煤岩系保存区的覆盖层的卫星图像，根据解译结果和地层深度标识以确定赋煤空间。从而降低在深部多层覆盖区的找煤成本，减少投入，提高找煤效率。
文档编号G01V8/10GK102520457SQ201110390679
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月30日 优先权日2011年11月30日
发明者吴查查, 樊新杰, 王瑞国, 管海晏, 郭晓波 申请人:中国神华能源股份有限公司, 神华地质勘查有限责任公司