一种基于沉积分析的煤炭储量计算方法

技术领域

本发明属于煤炭地质勘探领域，涉及一种基于沉积分析的煤炭储量计算方法。

背景技术

矿产资源储量的计算是指根据矿区地质勘探中所获的地质信息对地下资源量的计算。这一过程是煤炭开发的基础工作，其结果的可靠性直接关系到煤矿投资风险大小、生产决策的合理性、开采规划与设计。目前，煤炭储量计算方法主要基于地质勘探数据和物探成果，但这种方法在估算精度和资源利用方面存在一定的局限性，插值算法往往过渡外推导致煤层分布范围和厚度不符合实际情况，计算结果与实际相比误差较大。煤层作为沉积型矿产，沉积作用在一定程度上控制着聚煤特征、含煤岩系的空间组合。然而，将沉积分析应用于煤炭储量计算的方法尚未得到充分研究和应用。

为此，对矿区进行沉积分析，掌握矿区煤层发育规律，结合煤层变化情况，合理计算矿区范围内煤炭储量，对矿产资源合理开发利用尤为重要。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种基于沉积分析的煤炭储量计算方法，以能够依据矿区内各煤层发育规律，进行准确的煤炭储量计算，不仅可以提高计算的准确性和精度，而且可以更好地理解矿区的地质特征和沉积规律，有助于更好地开发利用煤炭资源。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种基于沉积分析的煤炭储量计算方法，包括以下步骤：

步骤一，收集矿区各钻孔的岩芯样品、物探数据和测井曲线，将其进行整理和编号；

步骤二，对各钻孔岩芯样品进行最优分段：对岩芯样品进行分段时，根据岩芯样品对应测得的变量的段内差异性最小且各段间差异性最大的原则，求取岩芯样品对应测得的变量的段内离差平方和最小且各段之间的段间离差平方和最大时的分割点得到岩芯样品的最优分段；

步骤三，基于步骤二所有钻孔岩芯样品的最优分段，对矿区做沉积分析，在地层层序界面识别、体系域界面识别、准层序划分与对比及建立层序地层格架的基础上，得到矿区不同沉积体系类型的平面展布和垂向演化特征，从而得出各个煤层的发育特征即煤层分布范围及厚度范围；

步骤四，利用矿区所有钻孔见煤点的已知煤厚点，构建实验变差函数，为所有待估点煤厚值计算加权系数，再通过加权平均法计算每个待估点处的煤厚值，并通过克里金插值推断其延展范围，利用步骤三所得煤层分布范围及厚度范围修正以上计算结果，得出符合实际情况的煤层分布范围及待估点的煤层厚度；

步骤五，将各个煤层划分为块段，根据步骤四得到的待估点的煤层厚度并采用算术平均法计算各块段的平均煤层厚度，再根据煤炭储量计算公式得到精准的煤炭储量；

煤炭储量计算公式为：

式中，Q为煤层总储量，t；J为煤层划分的块段个数，个；S

本发明还包括如下技术特征：

具体的，所述步骤二中，设有n个有序排列的岩芯样品，每个岩芯样品测得p个变量，所有岩芯样品对应测得的变量用数据矩阵的形式表示为：

式中，x

具体的，所述步骤二中，岩芯样品对应测得的变量的总离差平方和的分解式为：

T＝W+B(1)

式中，T为总离差平方和；W为段内离差平方和；B为段间离差平方和；

n个岩芯样品分为K段，若每个岩芯样品只取一个变量，则段内离差平方和为：

式中，岩芯样品分为K段，每段中的岩芯样品个数为n

段间离差平方和为：

式中，岩芯样品分为K段，每段中的岩芯样品个数为n

通过公式(1)、(2)和(3)计算，找出使段内离差平方和W最小且段间离差平方和最大时即段内离差平方

具体的，所述步骤三包括：

步骤3.1，通过步骤二的钻孔岩芯样品的最优分段，得出每个钻孔内部地层的最优分层；将每一条勘探线上的钻孔布设在一个平面，根据岩层的标志层，划分出对应地层所属的地质年代；

步骤3.2，地层层序界面识别：根据物探数据中的三维地震剖面、岩芯样品及测井曲线，通过地层的间断沉积类型和特征、地层间断面上的上超、下超、顶超及销蚀现象，确定地层层序界面；

步骤3.3，体系域界面识别：根据初始洪泛面和最大洪泛面，结合煤层是初始洪泛面和最大洪泛面中间的产物，并依据沉积体系域的特征和规律性确定体系域界面；

步骤3.4，准层序划分与对比：每一个含煤旋回作为一个准层序，煤层顶界面作为准层序界面；对比不同钻孔的准层序组，得出地层的分布和演化规律；

步骤3.5，建立层序地层格架：根据确定的地层层序界面、体系域界面以及准层序划分与对比，将地层划分为一个完整的三级层序，并建立层序地层格架；

步骤3.6，重复以上步骤，得出矿区所有勘探线剖面的层序地层模式图，将所有地层模式图放在三维空间中，连接对应地层及煤层，得出矿区所有煤层的厚度范围及矿区分布范围。

具体的，所述步骤四包括：

步骤4.1，构建实验变差函数并计算加权系数：以滞后距h为X轴、以已知煤厚点煤层厚度的变差函数C(h)为Y轴，把每一个点投影到所建立的坐标系中，得到变差函数点云图；把X轴分成固定间隔的区间，对落入每个区间段的C(h)值求平均，将求取的平均值作为相应区段中点的

所述已知煤厚点煤层厚度的变差函数C(h)为：

式中，Z(x

步骤4.2，利用加权平均法，计算每个待估点的煤厚值：

式中，Z

步骤4.3，根据步骤三沉积分析所得的煤层分布范围及厚度范围，对步骤4.2得出的煤厚值进行人为修正，排除插值过渡外推造成的误差，得出待估点的煤层厚度为H

具体的，所述步骤五中，各块段的平均煤层厚度为：

式中，各块段的煤层厚度

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

本发明能依据地质勘探资料，结合地球物理和地球化学等多学科知识，采用综合分析的手段，分析矿区沉积特征及聚煤规律，得出所有煤层的发育厚度范围，揭示了煤层形成的地质过程和演化规律。更精确地识别煤层的储量空间分布特征，从而精准计算矿区范围内煤炭资源储量，为煤炭企业的规划提供科学依据，对促进矿区经济发展和实现资源可持续利用具有重要意义。通过对煤层的沉积环境、成煤条件等方面的研究，可以更好地理解煤炭资源的形成背景，为资源勘探和开发提供更深入的认识和指导。

附图说明

图1为本发明方法流程图。

图2是单个岩芯样品最优分段示意图。

图3是一条勘探线的三级层序地层模式示意图。

图4是连井剖面方法演示示意图。

图5是根据沉积分析结果得出不同煤层的分布范围实例图。

图6是块段法计算平均煤层厚度示意图。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例：

本实施例提供一种基于沉积分析的煤炭储量计算方法，通过研究矿区沉积特征，结合古时期地质演化规律，分析煤层发育规律及展布情况；通过构建实验变差函数，利用克里金插值预测煤层厚度，并利用沉积分析的煤层厚度及分布范围结果进行人工纠正，采用算术平均法计算矿区煤炭储量，使得储量的计算更精准可靠。

如图1所示，包括以下步骤：

步骤一，收集矿区各钻孔的岩芯样品(包括化学样、光谱样、物相分析样、岩矿鉴定样、小体重样等)、物探数据和测井曲线等，将其进行整理和编号；

步骤二，对各钻孔岩芯样品进行最优分段：对岩芯样品进行分段时，根据岩芯样品对应测得的变量段内的差异性最小且各段间的差异性最大的原则，求取岩芯样品对应测得的变量的段内离差平方和最小且各段之间的段间离差平方和最大时的分割点得到岩芯样品的最优分段；

设有n个有序排列的岩芯样品，每个岩芯样品测得p个变量，所有岩芯样品对应测得的变量用数据矩阵的形式表示为：

式中，x

岩芯样品对应测得的变量的总离差平方和的分解式为：

T＝W+B(1)

式中，T为总离差平方和；W为段内离差平方和；B为段间离差平方和；

如图2所示，n个岩芯样品分为K段，若每个岩芯样品只取一个变量，则段内离差平方和为：

式中，岩芯样品分为K段，每段中的岩芯样品个数为n

段间离差平方和为：

式中，岩芯样品分为K段，每段中的岩芯样品个数为n

通过公式(1)、(2)和(3)计算，找出使段内离差平方和W最小，且段间离差平方和最大时即段内离差平方

步骤三，基于步骤二所有钻孔岩芯样品的最优分段，对矿区做沉积分析，在地层层序界面识别、体系域界面识别、准层序划分与对比及建立层序地层格架的基础上，得到矿区不同沉积体系类型的平面展布和垂向演化特征，从而得出各个煤层的发育特征即分布范围及厚度范围；具体包括：

步骤3.1，通过步骤二的钻孔岩芯样品的最优分段，得出每个钻孔内部地层的最优分层；将每一条勘探线上的钻孔布设在一个平面，根据岩层的标志层，划分出对应地层所属的地质年代；

步骤3.2，地层层序界面识别：根据物探数据中的三维地震剖面、岩芯样品及测井曲线，通过地层的间断沉积类型和特征、地层间断面上的上超、下超、顶超及销蚀现象，确定地层层序界面；

步骤3.3，体系域界面识别：根据初始洪泛面(fs)和最大洪泛面(mfs)，结合煤层是初始洪泛面和最大洪泛面中间的产物，并依据沉积体系域的特征和规律性确定体系域界面；

步骤3.4，准层序划分与对比：准层序是具有相似沉积特征的地层，每一个含煤旋回作为一个准层序，煤层顶界面作为准层序界面；对比不同钻孔的准层序组，得出地层的分布和演化规律；

步骤3.5，建立层序地层格架：根据步骤3.2、3.3和3.4确定的层序界面、体系域界面以及准层序的划分和对比，将地层划分为一个完整的三级层序，并建立层序地层格架；

步骤3.6，重复以上步骤，得出矿区所有勘探线剖面的层序地层模式图，将所有地层模式图放在三维空间中，连接对应地层及煤层(做连井剖面对比)，即可得出矿区所有煤层的厚度范围及矿区分布范围(即发育特征)；如表1所示。

如图3所示，为一条勘探线的层序地层模式图，反映这一剖面内地层在不同时间不同尺度下的沉积演化过程，可见全局稳定发育较厚煤层有：9#煤层和16#煤层。

如图4所示，举例演示连井剖面方法，可以得出每一个地层的分布及厚度变化范围。

如图5所示，根据沉积分析结果，得出不同煤层的分布范围：5#煤层在部分地区分布的范围，14#煤层几乎在全局分布的范围。

表1煤层发育特征

步骤四，利用矿区所有钻孔见煤点的已知煤厚点，构建实验变差函数，为所有待估点煤厚值计算加权系数，再通过加权平均法计算每个待估点处的煤厚值，并通过克里金插值推断其延展范围，利用步骤三所得沉积分析的煤层分布范围及厚度范围修正以上计算结果，得出符合实际情况的煤层分布范围及待估点的煤层厚度(即煤层发育特征)；具体包括：

步骤4.1，构建实验变差函数并计算加权系数：以滞后距h为X轴、以已知煤厚点煤层厚度的变差函数C(h)为Y轴，把每一个点投影到所建立的坐标系中，得到变差函数点云图；把X轴分成固定间隔的区间，对落入每个区间段的C(h)值求平均，将求取的平均值作为相应区段中点的

所述已知煤厚点煤层厚度的变差函数C(h)为：

式中，Z(x

步骤4.2，利用加权平均法，计算每个待估点的煤厚值：

式中，Z

步骤4.3，根据步骤三沉积分析所得的煤层分布范围及厚度范围，步骤4.2得出的煤厚值(及煤层分布范围)进行人为修正，排除插值过渡外推造成的误差，使其更加符合沉积演化规律，得出待估点的煤层厚度为H

步骤五，将各个煤层划分为块段，根据步骤四得到的待估点的煤层厚度并采用算术平均法计算各块段的平均煤层厚度，再根据煤炭储量计算公式得到精准的煤炭储量，为煤矿开发投资提供可靠的依据：

按照各煤层的地质条件及特征，根据自身特点将其划分为煤层块段，分别将每个块段用算术平均法计算储量；如图6所示，

各块段的平均煤层厚度为：

式中，

总储量的计算公式为：

式中，Q为煤层总储量，t；J为块段个数，个；S

本发明通过对地质勘探资料的收集与分析，通过还原原始地层发育及演化规律，结合聚煤特征规律，精准计算煤炭储量。使用该方法，可以提高煤炭储量计算的准确性，而且可以更好地理解矿区的地质特征和沉积规律，有助于更好地开发利用煤炭资源。