大柳塔井5-2煤五、六盤區補充勘探成果分析

卞曉順

(神東煤炭集團神東地測公司，內蒙古 鄂爾多斯 017200)

0 引言

大柳塔煤礦大柳塔井田位于陜西省神木市城的西北約52.5 km處，井田東西長10.5～13.9 km，南北寬9.1～10.5 km，面積126.8 km2，已建成的包神鐵路緊沿井田西部邊界通過，在大柳塔設有車站，并由此可沿神朔鐵路(在建)經山西和河北省達黃驊港，包頭至榆林二級公路從井田的西東部通過，向南可達陜西省的榆林和西安。井田處于毛烏素沙漠南緣，海拔1 120～1 280 m，地貌主要為風沙堆積，少量為黃土梁峁區，地表水體主要為井田西界的烏蘭木倫河和東界的勃牛川及王渠水庫。

大柳塔井五、六盤區主要可采煤層為5-2煤，六盤區內5-2煤存在分岔復合區，煤層厚度變化較大，分岔區內鉆孔分布稀疏，原有勘探程度偏低，不能滿足盤區設計需求，為了查明六盤區5-2煤分岔區內煤層厚度變化情況，需進行補充勘探[1-4]。2013年有關部門對五盤區賈家畔煤礦越界開采區進行了直流電法勘探，發現了該區存在低阻異常區域和類似采空區異常區域，同時三維地震勘探探測到五盤區D區和E區發育有WF2正斷層，落差3～4 m，走向約112°。為了驗證五盤區賈家畔煤礦物探異常區是否為采空區，是否有積水，以及五盤區物探斷層(WF2)是否存在，查明斷層的走向、傾向和落差，開展了地面施工鉆孔作業，神東地測公司承擔此次補勘工作。

1 探測區地層

大柳塔五、六盤區位于大柳塔井田的北部，東西長約7.4～12.5 km、南北寬約5.2～5.7 km，面積約42 km2，圖1為補勘區位置示意圖。補勘區地層由老至新有三疊系上統永坪組(T3y)，下侏羅統富縣組(J1f)，侏羅系中下統延安組(J1-2y)，侏羅系中統直羅組(J2z)，第四系(Q)下更新統三門組、中更新統離石組、上更新統薩拉烏蘇組和全新統。

圖1 大柳塔五、六盤區補勘區位置圖

1.1 三疊系上統永坪組(T3y)

三疊系上統永坪組(T3y)為煤系沉積基底，補勘區內地表無出露。其巖性為灰綠色巨厚層狀細、中粒長石石英砂巖，夾灰綠、黑色泥巖、砂質泥巖，地層厚度80～200 m左右。本次利用老孔中有4個孔鉆遇三疊系，但均未穿過永坪組，最深的為淺1孔，鉆遇三疊系永坪組24 m。

1.2 侏羅系下統富縣組(J1f)

巖性主要為灰白色細～中粒砂巖，局部含粉砂巖。區內大部分缺失僅在中部有出露，地表無出露。砂巖之上有2～5 m左右的灰～灰黑色泥巖，含植物化石，局部夾炭質泥巖及薄煤。補勘區內有4個鉆孔鉆穿該地層，揭露該地層厚度為2.0～7.71 m，平均厚度為5.38 m，與下伏永坪組呈假整合接觸。

1.3 侏羅系中下統延安組(J1-2y)

整體概況：該組假整合于永坪組或連續沉積于富縣組之上，為含煤地層。其上部因遭受直羅組河流的沖刷和新生代剝蝕，有不同程度的缺失，沖刷、剝蝕殘余厚度96.62～243.50 m，平均195.24 m。補勘區內鉆穿延安組共計17孔，揭露厚度為19.05～205.1 m，平均151.26 m，巖性以灰白～淺灰色中粒長石砂巖為主，次為灰～深灰色粉砂巖，砂質泥巖、泥巖及煤層、少量炭質泥巖，透鏡狀泥灰巖及膨潤土礦層。含煤地層為大型淺內陸湖泊三角洲沉積，橫向巖性變化大[5-8]，但垂向層序結構清晰，結合巖、煤組合特征、測井物性特征，旋回對比法將之劃分為5個中級旋回巖段，自下而上依次為Ⅰ～Ⅴ段，每段含一個煤組，自上而下編號1～5煤組。補勘區內缺失Ⅴ段1號煤組及Ⅳ段2號煤組一部分。

延安組第一段(J1-2y1)：該地層盤區內無出露，由延安組底部至5-2煤層頂部，該段含5號煤組。補勘區的東部(五盤區內)為5-2煤的復合區，巖性主要是灰白色細～中粒長石砂巖及長石石英砂巖，次為淺灰色～深灰色粉砂巖，砂質泥巖夾少量黑色泥巖，炭質泥巖。在補勘區的西北部(六盤區內)為5-2煤的分岔區，分為上、下兩個亞旋回，下亞旋回通常是中～厚層狀灰白色中～細粒長石砂巖及長石石英砂巖與深灰色粉砂質泥巖互層，含5-2下煤層；上亞旋回以粉砂質泥巖為主，夾白色中厚至薄層狀細粒砂巖，波狀層理、小型交錯層理、透鏡狀層理甚發育，5-2煤層位于其頂部。

延安組第二段(J1-2y2)：該段自5-2煤頂板至4-2煤頂部，本段下部以中～細粒砂巖為主，上部以灰色砂質泥巖、泥巖、粉砂巖為主，薄煤層及泥灰巖、菱鐵質泥巖次之。含瓣鰓類動物化石。旋回結構復雜以4-2、4-3、4-4煤劃分為3個亞旋回，但按巖性差異大致可分為上下兩個亞旋回。下亞旋回段巖性通常是以灰白色中～細粒砂巖為主夾透鏡狀泥巖、粉砂巖，4-4煤位于中部。其上泥巖含瓣鰓類化石，系小型延安蚌。局部具迭錐構造的泥灰巖透鏡體，偶有蒙脫質粘土巖。上亞旋回段巖性以灰色粉砂巖、灰黑色砂質泥巖、泥巖與淺灰色細粒砂巖不等厚互層組成，含瓣鰓類動物化石，4-2及4-3煤分別位于其頂底部。

延安組第三段(J1-2y3)：自4-2煤頂板至3-1煤頂部，巖性以淺灰色粉砂巖、砂質泥巖及厚層狀中～細粒砂巖為主，3-1或3-2煤層位于頂部，緩波狀層理，近水平層理及小型交錯層理發育，局部具蟲孔構造，含大量球狀菱鐵礦，中部夾煤線及根土巖。

延安組第四段(J1-2y4)：該段自3-1煤頂板至2-2煤頂部，本段大部為單一旋回，2-2煤位于頂部。下部以巨厚層狀灰色～灰白色中～粗粒砂巖為主，局部為細粒砂巖、粉砂巖；上部以深灰色～灰色粉砂巖、泥巖為主，含瓣鰓類化石，偶見黑色炭質泥巖及煤線。在2-2煤層下部有一層0～2.10 m厚的蒙脫質粘土巖。細碎屑巖水平層理及波狀層理發育。

1.4 侏羅系中統直羅組(J2z)

本組因受后期剝蝕，區內僅殘留底部地層，厚度0～46.75 m，平均18.37 m，補勘區內共有6個鉆孔鉆遇直羅組，厚度0～19.43 m，平均11.86 m，上部以灰綠、藍灰色泥巖、粉砂質泥巖、粉砂巖為主。下部為灰白色中粗粒長石砂巖、夾綠色泥巖，具大型板狀交錯層理或塊狀層理，含植物莖干化石，黃鐵礦結核，底部偶見含礫砂巖，與下伏煤系地層呈假整合接觸。

1.5 第四系(Q)

第四系(Q)由老到新為下更新統三門組，中更新統離石組，上更新統薩拉烏蘇組和全新統。

第四系下更新統三門組(Q1s)：本組不整合覆于直羅組或延安組之上。巖性為砂礫石，夾多層砂質粘土。砂礫石層的上部以粗砂為主，含少量石英質細礫，分選性中等，磨圓度次圓狀，粗砂成分以石英為主，少量長石和白云母片，中下部以礫卵石為主，粒徑一般10～250 mm，礫卵石之間為松散狀粗砂填隙物，礫卵石成份復雜，主要為石英、火成巖、片麻巖、燧石等。砂質粘土呈淺紅色，富含鈣質結核。

第四系中更新統離石組(Q2l)：底部為砂礫石層，分選差，礫石多呈圓狀，粒徑2～10 mm。上部以風積黃土為主，其間夾2～4層淺紅色古土壤層，富含鈣質結核，柱狀節理發育。

第四系上更新統薩拉烏蘇組(Q3s)：主要分布于河、溝處。下部以淺黃色、土黃色粉砂、細砂為主，具單斜層理及水平層理，頂部含薄層泥炭(局部地方)。以灰褐色粘土質中細砂、細砂為主，該組疏松透水性較強，厚度變化受古地形的制約[9-12]。

第四系全新統(Q4)：分為沖洪積層和風積層。沖洪積層(Q4al、Q4pl)主要分布于勃牛川河谷及其較大支溝中。洪積層為雜色礫卵石，礫徑一般2～50 mm，最大者達150 mm以上，分選極差，磨圓度較好，多呈次圓及圓狀。卵礫石之間充填物為中細砂、粉砂及粘土質。沖積層下部為中細砂和砂礫石，上部為淺黃色中細砂、粉砂質粘土、粘土質粉砂。

風積層(Q4eol)廣布于補勘區表層，由淺黃色細砂、粉砂組成，分選性較好。

2 探測區構造

補勘區內地層近似水平，為一傾向南西的單斜，傾角多1°左右。從煤層底板等高線上看，尚分布有一些寬緩的波狀起伏，起伏大小不一，補勘區內分布有幾條大型正斷層。斷層主要參數見表1，分布圖如圖2所示。

2.1 蠻兔塔斷層(F1)

蠻兔塔斷層(F1)主要分布在大柳塔井田五盤區，該斷層由蠻兔塔進入本井田，沿活朱太溝北側延伸至六盤區，延伸長度約4.7 km(本次補勘區內)，走向N50°W～N66°W，傾向210°±，傾角75°±，該斷層延伸各段均有不同程度的控制，斷層下盤有22、J51號孔，平行于斷層走向分布，斷層上盤有J52號孔，在蠻兔塔露天區施工2對鉆孔(J27與J31、J26與J24)，J25號孔穿過斷層破碎帶，該孔中見到斷層上盤的4-2、4-3、4-4煤層，5-2煤層缺失，下盤為永坪組砂巖，斷層破碎帶可見到由石英砂巖角礫經后期鈣質固結形成的斷層角礫巖。斷層落差由東南向北西逐漸變小(蠻兔塔附近75 m±)，直至尖滅。因工程控制網度偏稀，故該斷層基本查明。

2.2 三不拉溝北側斷層(F2)

該斷層貫穿五盤區沿走向延伸至六盤區中部，自井田東南淺3孔以北650 m處進入井田，延伸至6線以北，長度約11 km。該斷層僅切割到5-2煤層，走向NWW，傾向SSW，傾角約70°～80°。由5對鉆孔(D166與D167、D161與J169、D155與D180、D187與D205、J144與J158)控制，該斷層在補勘區內5-2煤落差約為0～28.6 m，該斷層自西北向東南落差由大變小，該斷層屬查明斷層。

表1 補勘區內斷層特征一覽表

圖2 補勘區內主要斷層分布圖

2.3 三不拉溝北側斷層(F3)

三不拉溝北側斷層主要分布在五盤區南部，自井田東南角淺3號孔北120 m處進入井田，井田內延伸長度約7 km，總體走向N70°W左右，傾向20°左右，傾角70°左右，由鉆孔D165與D181、D160與D206、D178與D179控制，該斷層在補勘區內5-2煤落差約為0～51 m，落差自西北向東南由小變大。該斷層屬于查明斷層。

2.4 前石畔斷層(F6)

該斷層主要分布于六盤區南部，發育自J54號孔東南180 m始，沿北西向延伸至陳家坡進入前石畔井田，本次補勘區內延展長度約6.8 km。傾向207°±，傾角75°±，斷層落差最大20 m，向北西、東南逐漸變小至尖滅。與F1、F7呈雁列。該斷層基本查明。

2.5 李家村正斷層(F7)

該斷層主要位于六盤區的南部，發育自活朱太溝南側蠻兔塔附近，沿北西向延伸至李家村一帶。補勘區內延伸長度約4.0 km，傾向205°±，傾角75°±。斷層落差最大約14 m±，向北西、東南逐漸變小至尖滅。與F1、F6斷層呈雁行排列。該斷層基本查明。

2.6 WF2斷層

2013年神華地勘公司對大井五、六盤區進行三維地震勘探，勘探成果顯示五盤區D區和E區均發育有WF2正斷層，走向約112°，傾角62°～77°，本次補勘共施工兩對對孔(D219與D220、D221與D222)進行驗證，證實該斷層存在，推斷兩區的斷層應為同一斷層，在補勘區內延伸長度約為1.9 km，鉆孔控制的5-2煤落差分別為7.6 m、7.1 m，該斷層已查明。

3 勘探工作及質量評述

根據本次補勘工程的目的任務，結合補勘區的地質條件，決定了勘探手段以機械鉆探為主，輔之以煤田地球物理測井、鉆探和測井資料相互驗證。

3.1 鉆探工程

本次補充勘探工程，共施工鉆孔23個，總進尺為3 308.15 m，其中六盤區D207～D214，D216～218為探煤孔，共11個，進尺1 679.14 m；五盤區D219～222為斷層驗證孔，共4個，進尺為555.22 m；T39～T46為物探異常驗證孔，共有8個，進尺為1 073.79 m。本次施工鉆孔均為φ113 mm孔徑，終孔層位為5-2煤底板下10 m。

本次施工的23個鉆孔，除了5個物探異常驗證孔沒有參加評級外，其余鉆孔質量均為乙級，參加驗收的38層可采煤層中，優質4層，合格34層，無不合格煤層。所有鉆孔用1∶2水泥漿封孔，孔口埋樁留標。

3.2 測量工程及煤田地球物理測井

測量工程：本次補勘工程測量工作由神東地測公司測量隊承擔，使用動態GPS(RTK)測量鉆孔孔位23個。坐標系統為1954年北京坐標系，1985年黃海高程系，測量精度符合規程要求。

煤田地球物理測井：本次補勘施工的23個鉆孔中，有18個孔進行了煤田地球物理測井。測井承擔單位為神華地質勘查有限責任公司，各孔施測物性參數曲線4條，分別為視電阻率曲線、雙源距人工伽瑪值及密度曲線、自然伽瑪曲線、自然電位曲線，同時，進行了孔斜施測。15個探煤孔及3個物探驗證孔孔斜全部符合鉆孔質量標準規定。18個鉆孔實測2 553.55 m，全部為甲級孔，38層可采煤層全部為優質煤，見表2。

表2 補勘測井質量情況表

4 結論

(1)通過本次補充勘探，對大柳塔煤礦大柳塔井5-2煤五、六盤區地質情況有了進一步的了解和掌握，完成了補勘任務，達到了預期的目的。

(2)本次補充勘探工程，施工鉆孔23個，其中11個探煤孔，8個物探異常驗證孔，4個斷層探測孔，總工程量為3 308.15 m。

(3)本次補充勘探工程質量可靠，施工的8個異常區驗證孔，僅有1個鉆孔(T46)與5-2煤采空區貫通，且無水。

(4)本次補充勘探驗證了五盤區D區、E區物探WF2斷層存在，確定了斷層的走向、傾向、落差等斷層要素。