神府南区中侏罗统直罗组古河道冲刷带的空间定位预测

古河道冲刷带是含煤岩系中常见的一种地质现象,不仅可以造成可采煤层几何形态的变化,而且影响煤矿安全、高效生产。因此,准确预测古河道冲刷带的空间分布一直是煤矿地质领域关心的重要问题。目前,对古河道冲刷带的预测主要采用沉积分析、地球物理及地质统计等方法。由于地下地球物理探测干扰因素多、影响地质统计数学模型的地质条件复杂,导致物探方法和地质统计方法对古河道冲刷带的预测结果存在多解性和不确定性,而沉积学分析被认为是解决古河道冲刷带分布预测问题最直接、最有效的方法。神府南区是陕北侏罗纪煤田的主要矿区之一,该区延安组含煤岩系顶部发育的直罗组砂体属辫状河-辫状河三角洲成因,其对可采煤层可以形成明显的冲刷带。以直罗组古河道含水层为水源的煤矿突水危险性较大,古河道顶板水害成为威胁矿区安全高效生产的重要致灾因素之一。然而,目前对直罗组古河道冲刷带的分布规律仍然不清楚,给该区域矿井防治水工作带来了极大的挑战。鉴于此,在野外地质调查、岩心编录基础上,通过砂分散体系、煤层厚度及古河道砂体与下伏地层的接触关系编图,实现对神府南区含煤岩系顶板古河道冲刷带的空间定位预测。研究发现,直罗组下段古河道以大套厚层砂体发育为主,厚度多在30~70 m,由多个正韵律旋回构成,其对下伏延安组地层产生了明显的冲刷作用,造成延安组第Ⅴ单元、第Ⅳ单元地层缺失或减薄。砂分散体系、煤层厚度及下伏地层单元及岩性分布编图表明,神府南区古河道冲刷带主要沿着红碱淖—尔林兔—锦界一线发育,古河道对延安组第Ⅴ单元完全冲刷区域的宽度为17~28 km,而对延安组第Ⅴ单元冲刷区域的宽度却更大,达到37~46 km。直罗组下段古河道冲刷带对于神府南区煤炭开采的影响是区域性的,在古河道砂体冲刷带附近进行煤炭开采时要做好煤层顶板水害防治工作。研究成果不仅对精准预测含煤岩系中古河道冲刷带的空间分布具有重要借鉴意义,而且可为神府南区煤矿安全、高效生产提供指导。

神府南区直罗组下段古河道冲刷带水动力条件的定量表征

古河道冲刷带是造成煤炭开采过程中水害的关键地质因素,然而,目前国内外对古河道带冲刷带的古水动力条件量化表征方面的研究很少,限制了对含煤岩系中河道冲刷带形成过程的深入理解和精准预测。以鄂尔多斯盆地东北部神府南区直罗组下段古河道冲刷带为例,通过粒度分析方法量化表征了古河道冲刷带形成的古水动力条件。研究发现,直罗组下段从下往上可识别出a,b,c,d四个沉积旋回,从a旋回到d旋回,直方图中粒径逐渐分布集中;概率累积曲线以两段式为主,悬浮总体含量逐渐增多;颗粒粒径(M_(z))表现为以细砂为主,含少量极细砂、粗砂;标准偏差(σ)集中在0.50~1.16,指示分选性呈中等~较好;偏度(S_(k))以对称和正偏为主;峰度(K_(g))主要表现为中等到尖锐;在C-M图上对应为PQ和QR段。a旋回到c旋回为辨状河三角洲平原分流河道沉积,而d旋回为曲流河三角洲平原分流河道沉积。以粒度参数及沉积环境为约束计算古水动力条件显示,a旋回底部砾石沉积的平均起动流速为1.78 m/s,弗劳德数为1.05,属于高流态河道搬运,而a旋回到d旋回中砂岩沉积的起动流速分别为0.27,0.26,0.25,0.25 m/s,弗劳德数为0.16,0.15,0.14,0.14,属于低流态河道搬运。直罗组下段底部砾岩沉积时期是形成河道冲刷带形态的关键时期,而其中砂岩沉积时期为对早期形成的古河谷的充填作用。