物探數字測井在煤礦勘查中的運用效果

徐安映　陶勇　周高　肖飛　趙昌偉

摘 要：在煤礦勘查中，為了達到資源量計算和礦山開采的要求，其中一個重要環節就是根據物探測井與巖礦芯編錄數據，對礦體空間分布位置和厚度進行對比分析，確定其礦體空間分布位置和厚度，精確地圈定礦體。通過對資料進行分析對比認為，對煤礦勘查來講，選擇物探測井控制礦體空間分布位置和厚度，其運用效果良好。

關鍵詞：煤礦勘查；物探測井；運用對比；貴州納雍舊院

中圖分類號：P618.11 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）05-0166-03

1 區域地質背景

納雍縣法地煤礦區域內出露地層從老到新依次有寒武系、石炭系、二疊系、三疊系，其間缺失奧陶系、志留系和泥盆系，第四系零星分布。區內為沉積巖地層，其巖石主要為碳酸鹽巖，其次為碎屑巖。

在區域構造上，舊院井田及周邊地區主體構造為勺坐背斜，處于揚子準地臺黔北臺隆遵義斷拱貴陽復雜構造變形區和畢節北東向構造變形區交匯地帶。背斜近東西向延伸，長16 km，寬10 km，核部為寒武系下統和石炭系地層，二疊系、三疊系地層分布在背斜兩翼，侏羅系地層局部出露于其北翼；其西端在豬廠附近消失，南翼構造形態被近軸部發育的一系列陡傾斜逆斷層破壞。井田位于勺坐背斜南端，發育斷層，納雍東西向展布的大寨斷層（F1）是井田主要構造；在大寨斷層以南，發育次級斷裂，其中F2、F4斷層斷距>100 m，對煤層破壞較大，導致井田須以F2為界，形成兩個不同的開拓系統。

2 井田地質特征

舊院井田出露地層從老至新有：上二疊統龍潭組、長興組及大隆組，下三疊統飛仙關組、永寧鎮組與第四系。其巖石組合主要為碳酸鹽巖，次為碎屑巖。在井田內，構造總體形態為向南東傾斜的單斜構造，并在靠近F2、F4附近區域有次級斷層分布。巖層傾向南東，105 ？觷～175 ？觷，傾角為6 ？觷～19 ？觷，平均12 ？觷，在北端傾角達61 ？觷；北東端由于受F4斷層的影響，巖層局部向北或北東傾斜。井田北部有一寬緩背斜（聶家箐背斜），巖層呈南東或北西傾向。總體來說，舊院井田的構造類型劃屬簡單到中等復雜類型。

3 煤層及頂底板特征

井田含煤地層為上二疊統龍潭組，完整揭穿含煤地層的鉆孔10個，據統計其厚度極值為307.41～373.39 m，平均值343.04 m，含煤層（線）達29～48層，含可采煤層12～15層，平均含13層可采煤層。本文以M6煤層為例。

M6煤層的特征：煤巖類型為粉煤或塊煤，少量塊煤夾粉煤；頂板巖石為泥質粉砂巖、（含）炭質泥巖，底板巖石為粉砂質泥巖、炭質泥巖；夾矸層數1～3層，夾矸出現比例75%，夾矸厚度0.14～1.09 m，平均厚度0.35 m。

4 M6煤層煤質特征

4.1 宏觀特征

黑色，暗至半亮型，條痕色為褐黑色，主要為粉煤，小部分鉆孔見塊煤。粉煤為粒狀結構，塊煤為木質紋、條帶結構；層理清晰；以階梯狀、貝殼狀端口為主；主要光澤為瀝青、玻璃光澤；煤層內發育裂隙，粉煤、塊煤機械強度差異大，粉煤低易破碎，塊煤高不易破碎。

4.2 化學性質特征

該煤層煤質有15個工程控制。據統計，原煤灰分極值12.26%～31.97%，平均值21.68%，變化系數24.97%；精煤灰分極值6.21%～18.40%，平均值11.26%，變化系數31.70%。原煤灰分大于29.00%的有1個見煤點，高灰煤占比例為6.67%；介于16.01%～29.00%的有13個見煤點，中灰煤占比例為86.66%。

5 煤層厚度和空間分布位置的確定

5.1 巖礦芯編錄

5.1.1 厚度的確定

煤層厚度確定涉及以下幾個方面的問題。

①頂末缺失率。井田煤層機械強度低，磨損較嚴重，易破碎，頂板巖性為泥（頁）巖或炭質泥巖，鉆桿在從頂板進入煤層時有一個從彎曲變為拉伸的過程，在這個過程中，工作人員在感覺變軟時鉆桿已經鉆進至煤層一定深度。本井田根據前人工作總結的經驗，確定頂末缺失率的計算標準為<500 m的鉆孔為10 cm，>500 m的鉆孔為20 cm。

②底初缺失率。同理由于井田煤層機械強度低，底板巖性為泥（頁）巖或炭質泥巖，鉆桿在從煤層進入底板時有一個從拉伸變為彎曲的過程，在這個過程中，工作人員在感覺變硬時鉆桿已經鉆進至底板一定深度。本井田根據前人工作總結的經驗，確定底初缺失率的計算標準為<500 m的鉆孔為10 cm，>500 m的鉆孔為20 cm。

③由于該井田煤層以粉煤為主，煤芯獲得率一般介于80%～90%，對煤層厚度的確定造成了一定的誤差。一般只有煤芯獲得率達到95%以上時，才更能接近煤層厚度真實值。

5.1.2 空間分布位置的確定

鉆孔每鉆進100 m及進入礦層頂板或鉆進至底板都進行孔深校正，每校正100 m的孔深誤差在允許范圍之內的不進行誤差匹配，但鉆進至礦層頂板時必須對誤差進行匹配處理，如此方能確保接近真實的煤層空間分布位置。

5.2 物探數字測井

眾所周知，物探測井是地球物理勘查中的一個獨特方法和手段，在煤田鉆孔測井工作中同樣也得到了廣泛的應用。我隊在地質勘探舊院井田的同時，也開展了煤田物探測井方面的工作，測井結果數據顯示非常好。

井田煤層與其頂底板泥巖等在物理性質上存在著明顯差異，因此出現測井異常值曲線，從而在判定煤層、確定其深度和厚度等方面，物探測井的運用效果非常理想。

5.2.1 測井設備和技術方法

本井田采用目前國內較先進的重慶地質儀器廠生產的JGS-1A型智能工程測井儀系列儀器設備進行測井工作，數據采集由電腦連續記錄，全部信息數字化。運用智能控制、數據連續記憶、一次性成圖的工作原理。

為使測井數據合符要求，鉆孔測量間距精度規定為0.05 m，從孔口測至孔底，在含煤孔段或存疑孔段進行重復測量，連續記錄曲線視煤異常點。探測工作若因設備、孔內、供電等原因造成中斷，曲線質量不理想，則要求重新探測。

按規范要求定期對探管和探測設備的刻度進行校正，曲線的NR（視電阻率）、GG（伽馬·伽馬）、GR（自然·伽瑪）的相對誤差值不大于5%，其間的深度絕對誤差均不得超過±0.25 m。

必須嚴格控制測繩拉放速度，0.05 m的探測間距測速保持在5.50～6.50 m/min以內，以確保數據不丟失及數據采集記錄完整。

5.2.2 空間分布位置與厚度的確定

在對煤層進行定性解釋后的基礎上，選用1：50深度比例尺曲線，按不同的曲線對煤層的定厚進行解釋，定厚過程主要是通過以下曲線各自的定厚原則進行：

①NR曲線形態其幅值厚度若達到或超過40 mm，形態拐點為其解釋點，若其幅值厚度低于40 mm，則在幅值的12～13處進行劃定。

②GG曲線形態其幅值厚度若達到或超過40 mm，選擇幅值的1/3處作為其解釋點，若其幅值厚度低于40 mm，則在幅值的2/3處進行劃定。

③GR曲線形態選擇其幅值的2/3處劃定為解釋點，若頂、底板圍巖伽瑪值高時上移其解釋點。

為了保證煤層厚度和空間分布位置的準確度和可靠度，上述三種曲線各自取得的定深定厚數據若出現誤差，則通過算術平均方法，取其平均值作為最終的定深及定厚結果。

6 兩種方法煤層對比

6.1 對比結果

舊院井田M6煤層空間分布位置和厚度對比見表1，舊院井田ZK1002、ZK1105鉆孔編錄與物探測井對比如圖1所示，ZK1002頂板位置降低了0.05 m，底板位置降低了0.13 m，煤層厚度增加了0.08 m；ZK1105頂板位置提升了0.24 m，底板位置提升了0.18 m，煤層厚度增加了0.06 m，說明巖礦芯編錄的煤層空間分布位置和厚度與物探測井均存在一定誤差，其誤差范圍均未超過規范要求，見表1、表2。

6.2 存在問題與原因

上述兩種方法確定的煤層空間分布位置與厚度不一致的原因：

①由于進入礦層頂板時鉆桿數已超過50根，且每一次孔深校正都采用人工完成，導致累加多個小誤差鑄成大誤差的結果；②尚無精確的數據判定井田煤層頂末底初缺失率；③井田煤層獲得率一般介于80%～90%的范圍，也導致了一定的誤差。

6.3 物探測井的優點

如前所述，測井設備采用先進儀器JGS-1A型智能工程測井儀、智能控制、數據連續記憶、一次性成圖，其優點有：

①運用的物探測井方法能對煤層的定性、定厚進行準確解釋，達到煤礦在地質勘探階段的要求；②為準確判定可采煤層在地層中的空間分布位置提供了詳細可靠的物性特征參數依據；③為防止在鉆井施工中打丟或打薄可采煤層，影響準確劃定煤層埋藏深度及厚度方面提供了可行的技術措施。

巖礦芯編錄和物探數字測井技術誤差在規范要求范圍內，合理研究資料數據，運用物探數字測井成果確定煤層的空間分布位置和厚度，能保證煤礦在勘查中提交資料的可靠性和準確性。

6.4 解決問題的措施

巖礦芯編錄和物探數字測井在誤差范圍（表1）內時進行合理取舍，并且鉆孔已打穿全部可采見煤點且施工質量全部滿足鉆探質量指標，測井對煤層的定性定深定厚解釋全部達到測井質量要求，應首選物探測井定深定厚解釋。如超過誤差規定范圍則要找出原因所在，及時選擇合理方法補救：

首先是更換工作人員進行終孔孔深驗正；其次要對探管、探測設備進行重新校正，方能開展測井定深定厚解釋工作；如果測試結果均不理想，則更換物探設備和操作員重新開展物探測井工作，直到物探測井定深定厚解釋達到要求。

7 結 語

筆者認為，為了滿足煤礦資源量計算和開采之前的巷道布置方案相關要求，確保煤層空間分布位置和厚度的準確性及可靠性，選用先進設備進行物探數字測井，在不超差時采用物探測井定深定厚解釋成果是切實可行的。如超過誤差允許范圍則要詳細查明原因并予以糾正，提供更加準確、可靠的數據資料作為依據，方能保證煤礦在開采之前的巷道布置和開采方案準確無誤。

致謝：本文在撰寫過程中承蒙我隊退休高級工程師朱成林的悉心指導和總工程師翁申富的大力支持，在此一并致謝。

參考文獻：

[1] 陶勇，朱華，周高，等.貴州省納雍縣法地煤礦舊院井田勘探報告[R].貴州省地質礦產勘查開發局106地質大隊，2009.

[2] 當代中國的地質事業編輯委員會.當代中國的地質事業[M].北京：中國社會科學出版社，1990.

[3] 張應文，王亮，周曉林，等.數字測井技術在黔北桐梓地區煤田勘探中的應用[J].貴州地質，2007，（4）.