资源勘查与煤炭勘探
煤炭地质勘查是对煤矿床进行调查研究以获取地质信息的过程，是查明煤炭矿产资源、煤炭储量以及生产所需的其他基础地质信息的过程。这个过程不可能一次完成，需要分阶段并依次进行。它包括从煤矿床的预查直至开采完毕整个过程中的地质勘查工作，是由勘查对象的性质、特点和勘查生产实践需要决定的，也是由煤炭勘查的认识规律和经济规律决定的。勘查阶段划分的合理与否，将影响到煤炭勘查与矿山设计、矿山建设的效果。因此，它不仅是煤炭勘查实践中的实际问题，也是煤炭勘查中的一个重要理论问题和技术经济政策性问题。
根据煤炭地质勘查工作的特点和与煤矿设计、建设与开采的关系，一般可分为资源勘查、开发勘探和矿山闭坑治理三大阶段。在煤矿设计、建设前的地质勘查工作属于资源勘查阶段；而在煤矿设计、建设与开采过程中的地质勘探工作，属于安全生产保障勘探阶段，属于矿井地质工作的范畴，涉及闭坑阶段的地质勘查工作更注重环境建设与恢复治理。因此，煤炭勘探学实际上是煤炭经济地质学。
（一）综合勘查方法的形成
综合勘查的概念和方法体系是在新中国煤田地质勘查实践过程中逐渐形成并不断充实和完善的。
早在20世纪50年代初期，新中国煤炭地质勘查队伍创建之初，学习苏联煤田地质工作方法，在老煤矿区向外围新区发展中，裸露和半裸露地区多采用山地工程、地质填图、钻探和采样化验等手段进行煤炭地质勘查工作。为验证钻探质量并发挥钻孔一孔多用的作用，亦逐步开展电测井工作。
20世纪50年代末，中国东部地区在分析地质规律基础上，采用电法扫面、钻探验证的综合普查找煤方法，总结出一套地质－地球物理综合勘查经验，在皖北、鲁西、豫东、冀东、辽南等地找到了一系列大型隐伏煤田。
20世纪60～70年代，在全国范围内因地制宜的采用山地工程、地质填图、物探、钻探和采样化验相结合的综合地质勘查方法并逐渐开展和应用航片地质填图、遥感解译、数学地质等新技术和方法。
20世纪80年代，在安徽刘庄和山东唐口精查中采用高分辨率地震勘探和钻探相结合的综合勘查，提高了勘查精度并减少了2/3钻探工程量，大大节省了勘查投资，缩短了勘查周期。高分辨率地震勘探能查明落差大于10m的断层，在地震、地质条件好的地区甚至连落差为5～10m的断层亦有明显显示，在探测煤层厚度变化、分叉和尖灭方面亦取得了初步成果。
20世纪90年代以来，三维地震勘探技术得到推广运用，1995年煤矿采区三维地震技术取得了突破性进展，在探明井田内小型地质构造和煤层厚度等方面取得显著进展，大大提高了勘查精度。1996年以后，彭苏萍（1996）等利用三维地震勘探技术成功解决了影响煤矿安全生产的小断层、小陷落柱等地质问题，在中国东部能查清1000m深度内3m断层，精释精度大大提高。提高了地质勘查对煤矿安全生产的保障程度。目前，以高精度三维地震和快速精准钻探技术为核心，遥感、物探、钻探、测试技术相结合的煤炭资源综合勘查技术方法体系不断完善并趋于成熟。
我国煤炭资源赋存条件的复杂性和多样性，决定了煤炭地质工作中综合勘查的重要性。综合勘查又称为综合勘探（generalized exploration），有广义和狭义之分。
广义的综合勘查，是指在地质勘查中以煤为主，同时做好勘查区内各种与含煤岩系伴生或共生矿产资源的综合评价和勘查。《煤、泥炭地质勘查规范》（DZ/T0215—2002）明确指出，煤炭地质勘查必须坚持“以煤为主、综合勘查、综合评价”的原则，做到充分利用、合理保护矿产资源，做好与煤共伴生的其他矿产的勘查评价工作，尤其要做好煤层气和地下水（热水）资源的勘查研究工作。同时，综合勘查也是指在煤田地质勘查各阶段，针对具体地质和地球物理条件，因地制宜地综合运用各种勘查手段所进行的勘查研究工作。
狭义的综合勘查，是指各种勘查手段的综合运用，又称为综合勘查方法或综合勘查技术。煤炭地质综合勘探技术是集地质填图、钻探、物探、测试、测绘、遥感和计算机于一体的综合勘探技术体系，即根据勘查区地形、地质和物性条件，合理选择高分辨率地震、钻探和数字测井等相结合的综合勘查手段，合理布置各项工程，强调各种手段密切配合和各种地质信息综合研究的现代煤炭地质综合勘查技术，它主要包括以下几个方面：
1.地理、地质和地球物理条件分析
我国煤炭资源地域分布广泛、煤系赋存状况差异显著。晚古生代海陆交互相煤系形成于巨型聚煤坳陷，煤层稳定但后期改造显著，原型煤盆地破坏殆尽。中生代煤系形成于大、中型内陆盆地，煤质优良、后期构造变形相对较弱。新生代煤系多形成于小型山间盆地或断陷盆地，煤层厚度大但不稳定。西北地区气候干旱、煤系裸露或半裸露；西南地区地形起伏大、植被高度覆盖、交通极为不便；华北东北平原区为巨厚新生界覆盖。各勘查区地理、地质和地球物理条件的显著差异，构成综合勘查方法选择的基础依据。
2.合理选择勘查手段
物探、钻探等各种勘查技术手段各有其不同的原理、特点、适用条件和应用效果，在运用各种勘查技术手段时要取长补短、合理配置、综合运用。综合勘查方法体系的主要内容，是根据勘查区具体的地理、地质和地球物理条件选择适当的勘查技术手段组合，以取得最佳勘查效果。
我国黄淮海等地震地质条件比较好的地区一般采用地震、钻探、测井和化验测试等勘查手段。在地层出露较好的地区则应充分利用地质填图和遥感技术，开展大比例尺填图，如在贵州等地区效果非常好。
3.注意各种手段的密切配合和施工顺序
20世纪90年代完成的唐口和刘庄勘探（精查）等中日合作项目，均成立了由地质、物探等专业人员组成的项目组，组织协调地质勘查工作，并制定了严格的施工顺序：先施工地震、测井参数孔、开展地震试验，获得最佳的地震参数，在此基础上开展地震工作，根据地震资料调整钻孔位置，施工钻探基本工程；根据钻探、地震取得的地质成果综合分析研究，确定勘查区的煤岩层对比、构造方案；初步编制资源/储量估算图，分析地质任务的完成情况，根据分析结果确定、施工构造验证孔和其他加密工程。
4.强化各种地质资料的综合分析研究
一个勘查项目应用多种勘查手段所获得地质资料十分丰富，要取得真正意义上的综合勘查，强化各种手段获得的地质资料的综合研究十分必要。如唐口等项目，除综合钻探、地震等手段取得的地质资料进行构造分析研究以外，还运用地震资料研究煤层厚度和结构变化趋势、河流冲刷带、圈定煤层可采边界、上覆松散层含水层分布等，同时，深入分析煤质资料，研究煤质特征和分布规律，从而大大提高了研究程度。
（二）综合勘查方法的运用
《煤、泥炭地质勘查规范》（DZ/T0215—2002）规定了综合勘查方法运用的基本原则：煤炭地质勘查工作应根据地质目的、经济效果和地形、地质条件、物性条件的不同以及各种勘查手段的特长，因地制宜地配合、组合选用。
在中国西部地质工作研究程度较低的地区，宜先用遥感方法进行矿产资源综合调查，选择有利含煤区块进行地质填图、施工物探工程和钻探工程。在中国南方和西南暴露煤田和半隐伏煤田宜先开展地表地质工作，进行地质填图、施工坑探工程和钻探工程。在中国北方隐伏煤田以物探为主、钻探验证。
1）暴露煤田和半隐伏煤田应在充分利用地质填图（有条件时还应开展航天、航空遥感地质填图）辅以槽探、井探、浅钻和地面电法做好地面地质工作的基础上，再采用钻探、测井和其他手段完成各项地质任务。
2）凡地形、地质和物性条件适宜的地区，应以地面物探（主要是地震，也包括其他有效的地面物探方法）结合钻探为主要手段，配合地质填图、测井、采样测试及其他手段进行各阶段的地质工作。地震主测线的间距：预查阶段一般为2～4km；普查阶段一般为1～2km；详查阶段一般为0.5～1km；勘探阶段一般为250～500m，其中初期采区范围内为125～250m或实施三维地震勘查。
3）凡不适于使用地震勘查的地区和裸露、半裸露地区，应在槽探、井探、浅钻、地面物探和地质填图的基础上开展钻探工作。
常用的煤田物探方法有重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探、地球物理测井和遥感物探等，其中以地震法、电法和测井应用得最广泛。
最好的还属于地震勘探，最初用折射法进行地质填图，圈定煤系的分布范围并判别岩性，目前已普遍采用共反射点多次覆盖方法。由于煤层同顶底板岩层的物性有明显的差异，煤层界面的反射系数远大于一般岩层，可达0.3～0.5。因此，具有一定厚度的煤层或煤层组往往形成能量强、稳定、连续的标准反射波，对追踪煤层、反映构造特点均有利。地震勘探具有较高的精度，所以常用于煤田的勘探阶段。现阶段煤田地震勘探解决的主要地质问题包括：确定覆盖层厚度，进行覆盖层下的地质填图，圈定煤系赋存范围，探测同煤层有关的地质构造，确定煤系基底深度等。
孟凡彬，现任中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院矿井物探事业部经理、党支部书记，兼任物探院科技部副主任，参加工作十五年来，他始终践行“三光荣”“四特别”地质精神，奋战在煤矿及油气地震地质勘探工作一线，不怕苦、不怕累，为煤矿安全生产工作付出着艰苦的努力，取得了组织及业内专家认可和称道的业绩。
1.煤炭地质勘查阶段划分研究需要重新厘定
我国现行的勘查阶段划分仍然沿袭前苏联的四分法。但是，从目前情况看，勘探阶段对矿井地质条件的查明程度与安全高效矿井建设的需求依然有很大差距，难以满足市场经济条件下煤炭工业建设规划需要。实际上，煤炭地质勘查是为矿井建设和生产服务的，勘查技术主要进展、矿井开采地质条件综合勘探效果更多的体现在矿井生产实践验证中。因此，包括建井和生产阶段的补充勘探是勘查工作的继续，无疑属于煤炭地质勘查范畴。建议将煤炭地质勘查工作划分为5个阶段，制定补充勘探阶段的工作程度、技术标准，并将其纳入重新修订的煤炭地质勘查规范中去。
《煤、泥炭地质勘查规范》中，要求煤炭地质勘查遵循以煤为主、综合勘查、综合评价的原则。但是，在煤炭资源地质勘查手段、工程量布置和控制程度等方面上，均是以钻探手段为主要依据，按照几类（针对构造复杂程度）几型（指煤层稳定程度）确定勘探类型，对最终阶段即勘探（精查）阶段的要求也仅是“详细查明先期开采地段内落差等于和大于30m的断层、详细查明初期采区内落差等于和大于20m（地层倾角平缓、构造简单、地震地质条件好的地区为15～10m）的断层”。
深部煤炭资源的赋存条件，一般情况下要比浅部复杂；新建矿井多为高产、高效矿井，综合机械化生产对煤矿地质工作提出了更高要求，包括查明断距3～5m的断层、幅度5m左右的褶曲、陷落柱和采空区的空间分布等。因此，现行规范对于深部煤炭资源地质勘查的手段比较单一、勘查精度要求整体偏低。
如何提高勘查精度，从规范上提高精度要求，成为当代煤炭勘查工作解决的前沿问题。
2.加快煤炭空白区勘查，满足优质煤炭基地建设和矿井生产接替需要
我国西部煤炭地质勘查空白区相对于东部较多，其勘查程度低，开发工作滞后，经济可采储量严重不足，具有重要的勘查潜力。因此，煤炭地质勘查要以新的成矿理论为指导，采用先进的勘查技术手段和设备，对该类型地区进行研究，及时准确地发现新的煤炭资源，为国家经济安全发展提供新型能源基地。
3.加大深部煤矿床精细勘探技术研究
由于勘查程度低，对深部煤炭资源赋存状况和地质条件掌握程度差。从已进入深部生产的矿井看，随着采煤深度增加，高水压、高地温、高地压、高瓦斯问题日趋严重，地质构造愈来愈复杂。未来深部矿井均是高产高效矿井，为开发利用深部煤炭资源，将开发风险降低到最低限度，必须掌握煤矿区、矿井、尤其是采区、工作面的地质条件。为此，以物探方法为先导，配合基础地质勘查手段，结合其他勘探手段，提高深部煤岩层精细构造和灾害源探测能力与精度。
4.加快资源勘查、矿井建设、煤气安全开采一体化和环境保护四位一体化研究步伐
煤炭地质勘查是煤气共采的基础。煤田勘查坚持统筹规划、协调开发的原则，从普查阶段开始就将煤层气勘查评价与煤勘查有机结合起来，统一部署、同时设计、同时组织施工，进行一体化勘探、综合评价。对煤层气有利区块开展试井和小井网勘探。煤炭科学研究总院西安研究院研发的地面钻孔煤层绳索取心装备和煤层气含量快速测定技术，大大降低了逸散气的体积，通过实验室适当加温和连续解吸，以提高煤层气解吸速率，在几小时至几天内可以获得煤层气含量。与自然解吸法相比，其结果准确率超过90％。同时，煤炭科学研究总院西安研究院根据我国煤田地质条件和储层物性特征，对从美国引进的煤层气注入/降压试井设备进行改进，配合无污染钻井液，减少了试井工程对储层的伤害，提高了煤层原位瓦斯含量、成分、储层压力、渗透率和原地应力的测试精度。借助自主研发的开放式煤层气试井软件，实现了煤层气工程设计、数据处理、结果分析、报告生成的自动化。
油页岩矿层与煤层的产出，存在两种情况，一是与煤层伴生，两者的层位相近；二是煤层减薄，油页岩层独立产出。由此，油页岩的地球物理特征及勘查方法技术亦可分成两种情况来讨论。
5.1.1.1 与煤层共生时油页岩的地球物理特征与勘查方法技术
我国的煤田物探，始于1941年在开滦煤矿开展的地震折射法试验。1953年原燃料工业部地质勘探局开始组建测井队、电法队、地震队、重磁队，其分布于全国各省（区）的煤田地质局，利用物探方法开展大面积普查找煤、老矿区外围及隐伏地区的找煤工作，并取得了显著的成果（方正，1994；孙文涛、方正，1997；岳正喜、刘江，2007），煤田物探技术趋于成熟，也为油页岩的勘探提供了物探方法技术。
（1）物性与测井
煤与围岩的物性差异，是煤田物探有效果的基本地球物理前提之一。而这种条件，常通过对测井数据的统计获得。现举两例给予说明。
A.淮南煤田
彭苏萍等（2004）通过岩心分析与测井资料的统计，提供了淮南煤田含煤地层岩石物性参数特征（表5.1）。煤与围岩（泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、砂岩）相比较，可见与煤的密度、纵波速度与横波速度均较低，由此可知，如果煤层埋藏深度与厚度相宜，基于密度差异的重力勘探方法与地震勘探方法理应具有效果。
表5.1 淮南煤田含煤地层岩石物性参数特征
（彭苏萍等，2004）
B. 松达煤田
李宝华（2009）利用测井资料总结了松达煤田的物性特征（表5.2），并总结了测井曲线的典型特征（图5.1）。煤层比碎屑岩质围岩（泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩）具有较高的电阻率，但比碳酸盐岩质围岩（灰岩）具有较低的电阻率，在电阻率测井曲线上煤层具有较高的电阻率；煤的密度与自然伽马值均比围岩低许多，在自然伽马测井曲线上煤层对应较低的自然伽马值。据此物性特征，可较为准确地进行测井曲线的煤层解释（图5.2）。
表5.2 松达煤田常见煤、岩石物性统计表
（据李宝华，2009）
图5.1 煤层典型测井曲线
各煤田的物性特征不同，但一般情况下，煤层的密度、弹性波速度低于围岩，而电阻率高于围岩。煤田物探实践也证明，重磁勘探、电（磁）勘探及地震勘探是煤田物探中常用的方法。
（2）重磁勘探方法技术
重磁勘探方法技术在煤田的主要应用是开展1：5000～1：200000的扫面工作，以普查的方式圈定与煤相关的构造、盆地，了解岩浆岩、煤系地层的大致分布。具有许多典型的例子，如在徐州市铜山县确定含煤构造、圈定辉绿岩体（袁照令等，1999）、高精度磁法在邯郸市北李庄井田寻找火山岩层下煤层（朱自强等，1998），均获得了成功。
（3）电（磁）法勘探方法技术
电（磁）法在煤田物探中的应用十分广泛。在煤田地质填图、寻找煤层时均常用，但针对不同的地质目标，所采用的方法技术不同，见于表5.3。
图5.2 煤层测井曲线的解释
表5.3 煤田电（磁）勘探方法及使用
（据方正，1994，经改编）
（4）地震勘探方法技术
煤田地震勘探，已成为煤田地质精查的重要手段，主要用于解决煤层的构造地质问题（方正，1994）。高精度三维地震勘探，已可提供千米以浅的范围内尺度（如煤层厚度、断裂断距等）为数米至半米以内的地质体，如在河南周口地区的应用（邓国成，2006），见图5.3。
图5.3 河南周口地区深部地震在找煤中的应用（据邓国成，2006）
煤田地震勘探之所以效果良好，是基于煤与围岩具有明显的密度、弹性波速度的差异，在煤层界面上形成高幅值的反射波阻抗。
5.1.1.2 煤层减薄到油页岩单独产出时的地球物理特征与勘查方法技术
油页岩与煤共生，也存在着过渡的情况。如煤层与油页岩层相比，煤层渐薄，过渡到“无煤带” 时，以油页岩的存在为主，煤次之。过渡到真正的“无煤”，则只有油页岩的存在。
“无煤带” 系指煤矿区中煤层缺失或变薄致使煤层不可采的地带或条带。此时，变薄的煤层其物性对地球物理场的响应较弱，煤层的近围岩如页岩、泥岩、粉砂岩物性响应相对强烈，表现在弹性波上，变薄煤层的反射波振幅变弱，出现反射波振幅异常。一般情况下，可用弹性波方法高精度地确定煤层厚度的变化。
赵士华与吴奕峰（2004）提供了一个“无煤带” 勘查的例子——辽宁康平煤田的“无煤带” ——“无煤带” 常由断裂造成，断裂带的上部为油页岩，而油页岩的产状与断裂面一致（图5.4）。因此，在 “无煤带”，其地球物理特征部分反映了油页岩的地球物理特征。
通过 “无煤带” 构造的数学模拟，反映出 “无煤带” 中出现明显的反射波阻抗异常（图5.5）。实际地震勘探中，T2反映煤层，但T2在各处存在振幅异常，可能是煤层变薄、油页岩层变厚的反映（图5.6）。
康平煤田 “无煤带” 的弹性波阻抗异常，反映了油页岩亦可引起波阻抗异常，但与煤层相比，油页岩引起的波阻抗异常幅度可能较弱。
图5.4 康平煤田 “无煤带” 构造示意图（据赵士华等，2004）
图5.5 “无煤带” 构造数学正演模拟结果（据赵士华等，2004）
图5.6 康平煤田T2阻抗反映煤层与油页岩层的可能变化（据赵士华等，2004）
综上所述，煤层与围岩存在明显的密度、弹性波速度、电阻率、磁性差异，煤层具有形成低重力、低磁、强幅值反射波阻抗、高电阻率等异常的地球物理特征，可在普查阶段使用重力、磁法勘探初步确定煤盆地的构造及煤系地层的空间分布，可在详查阶段使用电（磁）法、地震法精细确定含煤岩系的构造及形态。
与煤共生的油页岩，也可参考煤田物探的方法技术，进行油页岩的勘查。
