任少鵬
(山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,山東 濟(jì)南 250000)
進(jìn)入改革開放以來,我國工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛,煤炭資源為我國電力發(fā)電提供了堅實基礎(chǔ),并且在未來很長一段時間內(nèi),我國電力生產(chǎn)的主要能源仍會以煤炭為主。但是煤炭資源的不可再生性,使得國內(nèi)煤炭資源逐漸呈現(xiàn)枯竭,開發(fā)和利用其他礦產(chǎn)能源是未來中國發(fā)展的必然選擇。受我國地形高低起伏的影響,在長期的地殼運動變化中,我國礦山中除了煤炭資源,其實還有多種礦產(chǎn)資源,如致密的煤層氣、堅實的頁巖和豐富的油頁巖[1]。由于中國地質(zhì)類型的多種多樣性,早在1900年前后就有法國學(xué)者開始了地質(zhì)考察研究,對礦山的地層結(jié)構(gòu)和古生物演變進(jìn)行了論述,為其理論研究打下了堅實基礎(chǔ)。而我國在90年代后期才開始對各類型礦產(chǎn)資源進(jìn)行評價,但在早期的工作中研究人員只進(jìn)行單一礦產(chǎn)資源勘探調(diào)查,常把礦產(chǎn)資源類型劃分成單一礦種,就礦找礦,割裂了礦產(chǎn)資源之間存在的原有聯(lián)系。雖然有部分地質(zhì)勘探人員提出了共生資源勘探概念,但其層次不夠清晰和完善,使得研究工作無法大力度的開展,對地質(zhì)調(diào)研工作的分布呈現(xiàn)南多北少的局面,可供參考的研究實例不多。本文從礦山水文地質(zhì)類型入手、根據(jù)地質(zhì)變化特征,分析礦山中資源的賦存規(guī)律,為日后礦產(chǎn)地質(zhì)的調(diào)查工作部署,以及勘查選區(qū)提供強(qiáng)有力的科學(xué)依據(jù)。
由于中國的地勢呈現(xiàn)高低起伏的狀態(tài),盆地和丘陵居多,為我國的礦產(chǎn)資源打下了堅實的基礎(chǔ),多年來研究表明,礦產(chǎn)資源分布在沉積的巖石層內(nèi),而礦山的地質(zhì)類型決定了對礦山資源的開采難易程度,因此本文從開采條件和礦山含水量的特征來進(jìn)行礦山地質(zhì)類型分析。首先從開采條件來看,一般將礦山水文地質(zhì)類型劃分為簡單地質(zhì)、中等地質(zhì)和復(fù)雜地質(zhì)和極其復(fù)雜地質(zhì)的三種[2]。其一極其復(fù)雜型表示為其礦山中所含有的水分較多,開采時極易造成塌方事件。其二復(fù)雜型表示為該礦山水文地質(zhì)具有一定含水現(xiàn)象,但成分和結(jié)構(gòu)能夠適當(dāng)進(jìn)行開采,一旦出現(xiàn)事故也會造成不小的影響。其三簡單型表現(xiàn)為在開展開采工作時,處理手段較為簡單便捷,不需要難度較高的技術(shù)手段加以支持,直接能夠?qū)ΦV山加以開采。其四中等型表現(xiàn)為礦山水文地質(zhì)相對較少,在開采工作中難度較低,不會造成過大的影響。
其次從根據(jù)礦山空隙含水層的充水量分布特征,來劃分目前礦山水文地質(zhì)類型。一般將其劃分為可劃分為三種類型:第一個類型為礦山巖層內(nèi)部有孔隙存在,其孔隙分布的位置和所在巖層厚度,大多數(shù)由周圍自然地理條件所致,使得該礦山的充水量呈現(xiàn)面狀形態(tài)。第二個類型是根據(jù)礦山巖層中存在裂隙所致,在古地理環(huán)境的作用下,礦山巖層會形成不同寬度的裂隙,其深度變化主要受礦山巖層受裂隙力學(xué)影響,地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)合組合,讓礦山中裂縫呈現(xiàn)豎直狀態(tài)分布,大部分充水量儲存在縫隙之中,難以被發(fā)現(xiàn)。第三個類型主要由溶洞構(gòu)成,其發(fā)展形成主要是在第二種類型的基礎(chǔ)上,受礦山內(nèi)部環(huán)境影響,礦山內(nèi)部形成的水泊難以蒸發(fā),外部山體裂縫在雨水的沖刷下,逐漸形成溶洞地質(zhì),致使礦山巖層內(nèi)充水量過多。
礦產(chǎn)資源主要由黑色、灰色以及黑褐色的沉積巖組成,在上一億年的地殼變遷中,在地下形成了數(shù)以萬計的礦產(chǎn)資源,除我們?nèi)粘A私獾拿禾客猓€存有一定比例的水分巖石顆粒和碎屑巖石顆粒[3]。受晚古時期影響,地下構(gòu)造發(fā)生了巨大的變化,其沉積環(huán)境發(fā)生了改變,多數(shù)的礦產(chǎn)資源在侏羅紀(jì)時期形成,為古生時代的地形加以天平,不同時代的沉積環(huán)境造就了礦產(chǎn)資源的填充順序,使得對應(yīng)礦產(chǎn)資源安裝沉積環(huán)境的變化周期分布,以某礦山為例,分析其礦產(chǎn)資源分布特點,如圖1所示。
圖1 某礦山礦產(chǎn)資源分布狀態(tài)
如圖1所示不同沉積環(huán)境下的礦產(chǎn)資源的厚度不同,其主要分布情況和其地形走勢相關(guān)。根據(jù)沉浸環(huán)境將整個礦產(chǎn)資源的分布劃分為五個階段:第一段受河道影響,兩側(cè)逐漸發(fā)展成沼澤和沖擊平原,在沉積力量的不斷沖擊下其所在地形逐漸趨于平坦,而沼澤環(huán)境能夠在河道邊緣擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)下,形成了中厚甚至至厚煤層。在第二到四段沉積環(huán)境,尤其河道逐漸變寬,向上出現(xiàn)較為粗的三角洲層序,其巖層發(fā)育成典型的湖泊狀,和與第一段沉積環(huán)境相比較,此時的變化尤為明顯,在垂直走向上,從三角洲的淺灘不斷向三角洲邊緣過度沉積,使得含有大量泥質(zhì)的砂巖包裹住較細(xì)砂質(zhì),減少細(xì)沙的流失。在沉積環(huán)境流經(jīng)至平原地區(qū)時,大多數(shù)泥質(zhì)砂巖最終進(jìn)入沼澤區(qū),直觀的造成了淺灘三角洲的整個發(fā)育過程。因受區(qū)域性水進(jìn)和水退的影響,多階段性重復(fù)的特點充斥整個過程。到第五階段該地區(qū)的湖水隨著時間逐漸退出沖擊區(qū),沉積環(huán)境主要為三角洲平原內(nèi)部分流河道,其典型的泥巖層異常匱乏,晚期其垂向?qū)有虻奶卣黠@示為向上變細(xì),具有向沖積環(huán)境過渡的特點,整體反映該期由淺湖三角洲又向沖積平原過渡延安組主要由砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)巖等碎屑巖,以及煤組成沉積物[4]。由此根據(jù)巖層分布特點,得知其所在沉積環(huán)境呈現(xiàn)周期性變化。
礦山資源除了含有豐富的煤炭資源外,在各個礦層內(nèi)含有其他多種礦產(chǎn)資源,在各種地質(zhì)的演變作用中不斷演化與改造,盡管每種資源形成的年代不盡相同,但其成因有相似關(guān)聯(lián)性,受地形因素影響,在各個礦層內(nèi)均含有不同成分的礦產(chǎn)資源。但礦產(chǎn)資源形成年代歷史性久遠(yuǎn),每個不同時代所形成的資源形態(tài)不同,每個地區(qū)礦產(chǎn)資源的演化階段各不相同,各種礦產(chǎn)在演化過程中因其所在地質(zhì)因素的多變性,多種礦產(chǎn)資源形成相互依存的形態(tài),但共存形式不盡相同[5]。礦產(chǎn)資源的共生組合類型相當(dāng)復(fù)雜,在石炭紀(jì)向侏羅紀(jì)轉(zhuǎn)化的過程中,地殼由淺海向內(nèi)陸不斷推進(jìn),在此階段礦山巖系開始逐漸出現(xiàn)共存狀態(tài),除了煤炭資源的發(fā)育外,油頁巖、鈾礦和各種金屬礦產(chǎn)相繼出現(xiàn),與之產(chǎn)生共生。通過對地層綜合分布,對礦山內(nèi)部巖系的各類礦產(chǎn)資源進(jìn)行比例討論,估計礦產(chǎn)資源的層位分布,其資源組合模式如圖2所示。
圖2 礦產(chǎn)資源共生模式
如圖所示,其中1代表金屬礦產(chǎn)資源,2代表頁巖氣資源、3代表致密氣資源、4代表油頁巖資源、5代表砂巖鈾礦資源,其組合模式暫時分為三種。第一種模式為以金屬礦產(chǎn)資源為底板,砂巖鈾礦資源為包圍圈層,將灰色油頁巖和深灰色頁巖氣包裹在內(nèi),形成頁巖氣煤層和金屬礦產(chǎn)致密共生組合,其中深灰色頁巖氣為細(xì)粒砂巖厚度在整個圈層最高,作為底層的金屬礦產(chǎn)孔隙度和含量相對較低,能夠保證氣系礦產(chǎn)資源保持度和儲存度[5]。第二種模式為頁巖氣與金屬礦產(chǎn)共生組合,底部依舊是金屬礦產(chǎn)資源為核心,頂?shù)拙鶆蚋采w頁巖氣礦產(chǎn)資源,作為頂部保護(hù)圈層,開采難度較低,能夠減少開采成本和時間,最厚部分主要有油頁巖資源占據(jù),表示該組合的礦產(chǎn)資源十分豐富,且主要的金屬礦產(chǎn)包含鋁、鎵和鋰等,與物種起源和海陸互相沉積交換有關(guān)。第三種模式為致密氣系和頁巖氣共生組合,底板由頁巖氣為主,生烴能力突出,減少脆性礦物含量,頂部也均勻覆蓋致密氣資源,使得整個組合模式的和包容性更強(qiáng),其資源附著程度較高,但由于其致密性特點,開采難度較大,對施工要求和開采人員的配備隊伍要求較高。
通過對礦山地質(zhì)類型的分析,了解當(dāng)下自然地質(zhì)條件。在大量資料的調(diào)查研究中根據(jù)地質(zhì)類型劃分礦產(chǎn)資源分布和集聚條件,探索礦產(chǎn)資源賦存規(guī)律。但由于時間問題,對礦產(chǎn)資源的賦存規(guī)律僅限于資源類型的演化,對資源的產(chǎn)生及應(yīng)用沒有更深入地研究,無法了解其構(gòu)造演化的影響。在后續(xù)的研究中需要針對礦產(chǎn)資源類型和分布條件,進(jìn)一步探索礦產(chǎn)資源的演化規(guī)律,為開發(fā)利用礦產(chǎn)資源提供科學(xué)依據(jù)。