物探數字測井在煤礦勘查中的應用

楊時強，陳　強，王中偉，翁申富，楊　曼

物探數字測井在煤礦勘查中的應用

楊時強，陳強，王中偉，翁申富，楊曼

（貴州省地礦局106地質大隊，貴州遵義563009）

以貴州納雍縣煤礦沙子嶺井田為例，應用物探測井與巖礦芯編錄成果，對其礦體厚度和空間分布位置進行分析對比，以探尋如何選擇礦體厚度和空間分布位置，才能更合理準確地對礦體進行圈定控制，以滿足資源量計算和礦山開采的要求。通過資料分析對比認為，對煤礦勘查而言，選擇物探測井控制礦體空間分布位置和厚度，效果較為理想。

煤礦；物探測井；應用對比；沙子嶺

我國工農業對煤的需求的增大，促成了煤炭資源的大量開發。在煤礦開采過程中或多或少存在礦體厚度和空間分布位置與地質成果資料不吻合的現象。因此，了解一個井田在勘查中如何應用物探測井與鉆孔地質編錄成果確定礦體厚度和空間分布位置，這對于煤礦開采之前的巷道設計是一個非常重要的因素。貴州省地礦局一O六地質大隊提交的《貴州省納雍縣法地勘查區普查地質報告》中，將法地煤礦勘查區劃分為“沙子嶺井田”和“舊院井田”。該應用以貴州省納雍縣法地煤礦沙子嶺井田[1]為例。

1　區域地質特征

圖1　貴州省納雍縣沙子嶺井田構造綱要圖（根據貴州省地礦局106隊資料縮編，2014）

區內出露地層從老至新依次有寒武系、石炭系、二疊系、三疊系，其間缺失奧陶系、志留系和泥盆系及第四系。

在區域構造上，沙子嶺井田[2]及周邊地區位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部位（圖1）。區域主體構造為勺坐背斜，背斜軸向近東西方向，延長16km余，南北寬約10km，核部出露最老地層為下寒武統和石炭系，兩翼由二疊系、三疊系地層組成，北翼局部出露侏羅系地層；背斜西端傾沒于豬廠附近，近軸部南翼由于一系列高角度逆斷層的發育，破壞了背斜的構造形態。井田處于勺坐背斜南翼，斷裂構造較發育，主構造為納雍東西向構造帶中的大寨斷層（F1）；在大寨斷層以南，斷裂構造較發育，F2、F3斷層地層斷距大于100m，對煤層破壞較大，造成井田以F2為界，F2兩盤煤層不能用同一開拓系統進行開采。

2　井田地質特征

井田內出露地層由老至新有：二疊系上統龍潭組、長興組、大隆組，三疊系下統飛仙關組、永寧鎮組和第四系。其巖石組合以碳酸鹽巖為主，其次為碎屑巖沉積。

在沙子嶺井田內，構造總體形態為向南西傾斜的單斜構造，并在靠近F2、F3附近區域有次級斷層分布。巖層傾向南西，190°～250°，傾角為7°～23°， 平均14°，在北東端最大傾角達35°；北西端由于受F3斷層的影響，巖層局部向南或南東傾斜。井田西部有一寬緩背斜（聶家箐背斜），巖層呈南東或北西傾向。總體來說，沙子嶺井田的構造類型劃屬中等偏復雜類型。

3　煤層及頂底板特征

井田含煤地層為二疊系龍潭組，通過對全區完整揭穿含煤巖系的31個鉆孔工程統計，井田內含煤巖系（P3l）厚234.63m～373.39m，平均厚度299.45m，共含煤層（線）24～48層， 平均含煤層（線）35層，其中含可采煤層7～17層，平均含13層可采煤層，以M1為例。

4　煤質特征

表1　沙子嶺井田M1煤層特征表

4.1物理性質特征

顏色為黑色，條痕褐黑色，暗至半亮型，以粉煤為主，少量鉆孔見塊煤。粉煤呈粒狀結構，塊煤呈條帶狀、木質狀結構；具層狀構造，以玻璃光澤、瀝青光澤為主；斷口常呈階梯狀，其次為貝殼狀斷口；煤層內生裂隙發育，粉煤機械強度較低，較易破碎，塊煤機械強度較高，不易破碎。

4.2化學性質特征

原煤灰分為16.12%~39.52 %，平均27.14%，變化系數為20.11%；浮煤灰分6.61%~31.93%，平均14.39%，變化系數35.57 %。該煤層有28個工程控制，原煤灰分＞29.00%的有8工程，高灰煤占28.57%；16.01～29.00%的有20個工程，中灰煤占71.43%。

表2　沙子嶺井田M1煤層空間分布位置和厚度對比表

5　煤層空間位置和厚度的確定

5.1巖礦芯編錄

5.1.1煤層空間位置的確定

為確保煤層空間分布位置接近于實際，鉆孔在鉆進過程中每100m和進入礦層頂板均要進行孔深校正，每100m孔深校正如誤差在允許范圍內，則不進行誤差匹配，但進入礦層頂板時一定要進行誤差匹配處理。

5.1.2煤層厚度的確定

煤層厚度確定涉及幾個方面的問題：

1）頂末缺失量。由于井田煤層硬度低、極易破碎和磨損，煤層頂板為泥巖或炭質泥巖，見煤層頂板時鉆桿呈彎曲鉆進，當鉆進至煤層時鉆桿有一個彎曲釋放即鉆桿拉伸過程，當感覺變軟時煤層已經鉆進至一定深度。本井田在總結前人工作的基礎上，頂末缺失量的計算標準為<500m的鉆孔為10cm，500m以上的鉆孔為20cm。

2）底初缺失量。由于井田煤層硬度低，在煤層中鉆桿屬伸直鉆進，煤層底板為泥巖或炭質泥巖，當鉆進至煤層底板時鉆桿有一個彎曲過程，當感覺變硬時底板已經鉆進至一定深度。該井田在總結前人工作的基礎上，底初缺失量的計算標準為<500m的鉆孔為10cm，500m以上的鉆孔為20cm。

3）煤層及直接頂底板采取率也是確定煤層厚度的一個重要因素，當煤芯采取率在95%以上時，計算出的煤層厚度就接近真實值。本井田煤層以粉煤為主，煤芯采取率一般在80%～90%之間，這就給煤層厚度的確定造成了一定的誤差。

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[3]，在煤田鉆孔測井工作中得到了廣泛的應用。我隊在地質勘探沙子嶺井田的同時，也開展了煤田物探測井工作，并取得了良好的測井效果。

鑒于井田煤層與其頂底板泥巖等存在著物理性質上的明顯差異，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，都發揮了重要作用。

5.2.1測井儀器和技術方法

測井設備采用目前國內較先進的重慶地質儀器廠生產的JGS-1型智能工程測井儀，其工作原理為電腦控制、數字連續記錄、一次性成圖。

全部鉆孔均采用10cm測量間距，從孔口測至孔底，主要含煤孔段或可疑孔段重復測量，曲線連續記錄視煤異常點。若測井過程中因孔內、設備、供電等原因造成探測工作終斷，曲線質量達不到要求時，均重新探測，直至合格為止。

探測儀器、探管每月按規范要求進行刻度校正，NR(視電阻率)、GG(密度‘人工放射性’)、GR(自然伽瑪)曲線的相對誤差值不大于5%，曲線間的深度絕對誤差均[4]不超過±0.25m。

為了確保探測記錄的完整性及數據不致丟失，必須嚴格控制探測速度，即10cm的測量間距其測速控制在5.50～6.50m/min之間。

5.2.2煤層空間位置和厚度的確定

煤層的定厚解釋是在定性解釋后的基礎上，采用1:50深度比例尺曲線，按不同的曲線解釋原則確定，主要是通過以下曲線各自的定厚原則進行定厚：

1）NR曲線形態幅度值厚度≥40mm，解釋點為拐點；曲線形態幅度值厚度＜40mm的低矮層則按幅度值的1/2～1/3處劃定。

2） GG曲線形態幅度值厚度≥40mm，解釋點為幅度值的1/3處；形態厚度＜40mm的低矮層則按幅度值2/3處劃定。

3）GR曲線解釋點按形態幅度值的2/3處劃定，當頂底板圍巖為高伽瑪值時解釋點相應上移。

以上三種曲線參數各自的定深定厚出現誤差值時，進行算術平均后，取其平均值為最終的深度和厚度值。從而確保了煤層空間分布位置和厚度的準確性和可靠性。

表3　煤層空間分布位置和厚度質量標準表［3］

圖2　沙子嶺煤礦ZK404鉆孔編錄與物探測井對比圖

6　兩種方法進行煤層對比

6.1對比結果

從表1和圖2、圖3不難看出，物探測井與巖礦芯編錄的煤層空間分布位置和厚度均存在一定差異。ZK404頂板界線提升了0.07m，底板界線降低了0.01m，煤層厚度增加了0.10m；ZK205頂板界線降低了0.10m， 底板界線提升了0.22m，煤層厚度減少了0.25m，其誤差均在允許范圍之內(表2)。

6.2 存在問題及原因

上述兩種方法確定的煤層空間分布位置和厚度不一致的原因是：

1）鉆孔在鉆進過程中每一次的孔深校正均采用人工方法，又加上進入礦層頂板時立桿數有50根以上，多個小誤差積累成大誤差的結果；

2）對頂末底初缺失量尚無精確的數據可供借鑒；

3）井田煤層采取率一般都在80%～90%之間，也造成了一定的誤差。

圖3　沙子嶺煤礦ZK205鉆孔編錄與物探測井對比圖

6.3物探測井的優點

前已述及，物探測井采用先進儀器JGS-1型智能工程測井儀、電腦控制、數字連續記錄、一次性成圖，其優點是：

1）它彌補了在鉆探施工中打丟或打薄可采煤層，而影響準確劃定煤層埋藏深度及厚度的不足；

2）對所測煤層提供了詳細的物性資料參數，為準確確定可采煤層在地層中的空間位置提供了依據；3）所采用的測井方法能滿足地質勘探要求，對煤層的定性、定厚解釋準確。

綜上所述，在煤礦勘查中，在巖礦芯編錄和物探測井不超差的基礎上，充分研究資料，利用物探測井成果確定煤層的空間分布位置和厚度，確保了提交成果的準確性和可靠性。

6.4解決問題的方法

在煤礦勘查中，鉆孔穿過所有的可采見煤點且鉆孔質量全部符合鉆探質量標準，物探測井定性定深定厚解釋全部符合測井質量標準，在不超差(表2)時進行合理取舍[5]，選擇物探測井定深定厚解釋。如超差時要查明原因或檢查驗證，其補救方法如下：

1）重新換人進行終孔孔深校正；

2）在重新進行探測儀器、探管校正后，再作物探測井定深定厚解釋；

3）如上述兩種方法都達不到預期效果時，則更換物探測井儀和人員重作測井定深定厚解釋，直到解決問題為止。

7　結語

筆者認為，在煤礦勘查過程中，煤層的定深定厚是一個非常重要的因素，它直接影響到煤礦資源量計算和開采之前的巷道設計方案，為了更加準確、可靠的提供煤層空間分布位置和厚度，由于物探測井采用先進儀器，在不超差時選擇物探測井定深定厚解釋成果。如超差時要認真仔細地查明原因或檢查驗證，為煤礦開采之前的巷道設計和開采方案提供更加準確、可靠的數據資料。

致謝:本文在撰寫過程中，承蒙高級工程師朱成林的大力支持，在此深表謝意。

[1] 趙陽，陳建庚. 貴州納雍縣煤炭資源及其開發[J]. 貴州地質，2001，18（4）：271～273.

[2] 貴州省地質局. 1:20萬區域地質調查報告(畢節幅)[R]. 1976.

[3] 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.

[4] 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，2007，24（4）：291～294.

[5] 煤炭工業部. 煤田勘探鉆孔質量標準[R]. 1978.

The Application of Geophysical Digital Logging to Coal Exploration

YANG Shi-qiang CHEN Qiang WANG Zhong-wei WENG Shen-fu YANG Man
（No. 106 Geological Party， Guizhou Bureau of Geology and Mineral Resources， Zunyi， Guizhou563009）

This article has discussion on the application of geophysical digital logging to coal exploration by the example of the Shaziling well field in Nayong Coal Mine， Guizhou. The study indicates that geophysical logging can obtain good results for distribution and thickness of coal beds.

coal mine； geophysical logging； application； Shaziling

P631.3+22；P618.11

A

1006-0995（2015）03-0448-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.03.031

2014-06-17

楊時強（1979－），男，貴州思南縣人，地質工程師，從事地質礦產勘查工作