测井曲线在潘一矿13—1煤层识别构造煤中的应用

窦仲四

摘 要：为预测未揭露区煤体结构，根据钻孔测井曲线信息，结合视电阻率电位曲线与伽马伽马曲线对煤层内不同结构分层物性差异所反映的形态特征，通过对煤层内部的各分层之间的比较、煤层与邻近钻孔中同一煤层的比较和煤层与钻孔内的上、下煤层之间进行比较绘制出煤层结构柱状图。又以矿井煤层底板等高线图作为底图绘制构造煤平面分布图，判识煤层内部的构造煤分布。

关键词：构造煤；测井曲线；伽马伽马曲线

中图分类号：TD712 文献标志码：A 文章编号：1672-1098（2014）02-0023-05

构造煤发育是引起煤与瓦斯突出的必要条件[1]， 构造煤的分布规律对煤与瓦斯突出有很大控制作用[2]。 而预测未揭露区煤体结构始终是困扰煤矿安全生产的一大难题。 在新建矿井、 新水平及新采区不可能直接观察到煤层的构造煤发育情况， 而利用上水平或者老区的资料推测新水平或新区的构造煤发育情况， 其可靠性较差。 因此， 利用测井曲线判识煤体结构被广泛应用于地质报告中[3]， 本文应用对测井曲线来判识潘一井田内13-1煤层的构造煤发育情况。

1 研究区概况

潘一井田位于淮南复向斜轴部偏北，潘集背斜南翼及东部转折端，井田内有潘一煤矿和潘一东煤矿两对生产矿井，地层走向自东向西N30°E至N60°W，倾向SE～SW，倾角由浅入深逐渐变缓和（20°～7°）。井田内以斜切张扭性断层为主，压扭性断层次之。13-1煤层赋存在二叠系上石盒子组第四含煤段下部，上距三叠系340～360 m，下距太原组顶部石灰岩约330 m， 煤层平均厚度为4.08 m，属稳定煤层，为井田内主要可采煤层。煤层结构较简单，一般含夹矸1～2层，夹矸岩性主要为碳质页岩，次为泥岩，顶板以泥岩为主，次为中砂岩，底板为泥岩。

2 判识原理

在煤田勘探常用的四条测井曲线中，对构造煤和非构造煤物性差异反映比较明显的是视电阻率电位曲线（DLW）与伽玛伽玛曲线（HGG）[4]。由于构造煤的大孔和中孔比非构造煤发育[5-6]，使构造煤的含水性增强，导致构造煤层位的视电阻率电位曲线幅值相对减小；而同时构造煤的密度一般比非构造煤的小，易于松垮，所以又导致构造煤的伽玛伽玛曲线的幅值相对增大；判识构造煤就主要依据这两条曲线变化。如果某煤层或煤层中的某一分层的这两条曲线的这种变化特征较明显，即视电阻率电位曲线幅值相对减小，伽玛伽玛曲线的幅值相对增大，就可以判定为构造煤，如果这两条曲线没有如此对应的变化，则属正常结构煤。

本文依据测井曲线的形态特征区分出三种结构的煤（如图1）：Ⅰ——正常结构煤；Ⅱ——过渡性结构煤；Ⅲ——构造煤。

构造煤主要产生于层滑构造剧烈处[7]。因而在单个井田范围内，或者在各煤层内部，构造煤分布是有局限性的。在利用钻孔测井曲线判识构造煤的过程中，首先要从整体上了解一个井田内正常结构煤的测井曲线的主体形态特征。通过对潘一井田大量测井曲线的观察与分析，得出13-1煤层视电阻率电位曲线DLW曲线、伽玛伽玛曲线HGG基本形态如图2所示。

其次，在此基础上再观察曲线的局部变化。例如视电阻率电位曲线及伽玛伽玛曲线幅值的减少或增大都是相对的，只有通过对比才能识别。本文通过对煤层内部的各分层之间的比较、煤层与邻近钻孔中同一煤层的比较和煤层与本钻孔内的上、下煤层之间进行比较。发现待解释煤层及其各个分层的曲线形态特征及幅值变化大小，从而判识煤体结构，如图3～图4所示。

3 判识结果

3.1 构造煤在剖面上发育特征

如图5所示，构造煤发育厚度占煤层总厚的40%～60%之间的钻孔有34%。其间除了两端的构造煤极不发育钻孔和全孔为构造煤的钻孔外，其他分布的比例基本以0.5为中心呈正态分布。这也近一步说明，在研究区内约一半的地区发育构造煤厚度都占到总煤层厚的50%左右。

百分比/%

图5 构造煤占百分比直方图 13-1煤层构造煤发育的总厚度最大约为8.18 m，最小为约为0.2 m。关于构造煤厚度分布特征如图6所示，构造煤的总厚度基本都大于0.5 m，但主要集中在1.5～3.5 m之间。

厚度/m

图6 构造煤厚度分布直方图 本区13-1煤的构造煤多分层发育，大多为1个、2个分层，其次是3个分层，在统计的142个见构造煤钻孔中，分别占到了34.3%、35.2%、18%；极少为4个分层，仅占2%；该煤层的构造煤大多分布在煤层的顶部和底部，也有少数分布在煤层的中部、上部、下部等位置的，构造煤在煤层中的分布位置如图7～图8所示。

通过统计分析，全区没有构造煤发育的钻孔仅8个，占总钻孔数的6%，而且这些钻孔都是零星分布，连不成片。全层为构造煤的钻孔有22个，占钻孔总数的16%，并且这些钻孔多分布在中部采区和中东部采区。而发育的构造煤（III类煤）占煤层总厚30%以上的有100个钻孔，占所有钻孔的70%。以上分析揭示，整个潘一井田13-1煤中都发育有构造煤，而且发育构造煤的厚度占煤层总厚的比例较大。

3.2 在平面上构造煤发育特征

为了解构造煤在煤层底板等高线图上的分布，研究其规律性，以及与井田内部的褶曲、断裂的相互关系，实现指导矿井安全生产，本文根据所收集的钻孔资料及测井曲线解释，绘制了构造煤发育程度平面分布图（见图9）。按照煤层构造煤发育程度划分出构造煤极发育区、构造煤中等发育区、构造煤欠发育区三种类型，以煤层内部的构造煤分层累计厚度与非构造煤（过渡煤及正常煤）累计厚度的比例划分出三种类型，以显示构造煤的发育程度：

1） 构造煤极发育区——该区域内煤层全部属构造煤，或者煤层中的构造煤分层累计厚度占煤层总厚大于60%；

2） 构造煤中等发育区——该区域内煤层中的构造煤分层累计厚度占煤层总厚的30%～60%之间；

3） 构造煤欠发育区——该区域内煤层中未见构造煤，煤层全部属正常煤，或者煤层中的构造煤分层累计厚度小于30%。

构造煤平面分布图采用矿井煤层底板等高线图作为底图[8]。首先将测井曲线解释的构造煤层位及厚度以小柱状形式，绘制在煤层底板等高线图的钻孔位置旁，按照相同类型的钻孔勾绘构造煤发育分布区域，并以不同色彩标识出三种不同发育程度类型区。在编图中两种类型之间的分界点取两钻孔之间的1/2处。

必需指出，取两钻孔之间的1/2处为两类型的分界点是人为定的标准，只能近似地反映构造煤发育程度类型区的分布状况。煤层内部构造煤分层的变化往往很剧烈，间距几百米的勘探钻孔不一定能控制构造煤的变化。因此，本论文提交的点上的钻孔测井曲线判识结果比较可靠；而平面分布图，当钻孔之间的间距过大时主要反映构造煤发育程度的趋势。

另外， 在构造煤发育程度平面分布图中， 除了煤层露头和井田边界外， 在井田内部也有几块空白， 这主要是由于这一地区没有钻孔控制， 或者本文所搜集的钻孔资料里没有测井曲线资料。因此，在井田内的空白， 属于没有构造煤判识依据的区域。

图9 潘一井田构造煤发育分布图

在井田西部采区（F4断层以北至潘一煤矿与潘三煤矿井田技术边界）：中上部，构造煤欠发育，虽然有FW2、F132影响，但是，由于断层落差不大，层滑构造较少，煤层基本保持原生结构。这一区域发育的构造煤厚度均在钻孔总煤厚的30%以下。在本区深部，以及与中部采区分界的F4断层附近构造煤极其发育。由这一区域的构造煤发育情况可以看出，断层构造导致煤层层间滑动是构造煤发育的主控因素。

在井田中部采区（F4断层与F5断层之间）：在本区的构造煤发育可以分为四部分。首先在本区浅部，煤层露头至-550 m等高线附近，为构造煤中等发育区。VI-VII-5和VI-13两个钻孔，因为在F4断层附近，所以构造煤较为发育，其构造煤厚度占煤层总厚的53%和56%。其他区域构造较为简单。在V-VI勘探线中上部，即F7断层至煤层露头之间，为构造煤欠发育区。总体而言，这一区域构造简单，构造煤中等发育，且煤层厚度稳定，均在4.5 m左右。在本区的中部，即-550～-700 m等高线之间，构造煤极为发育，也是本井田构造煤最为发育的块段之一。在这一条带形区域内，共有钻孔21个，其中14个钻孔揭露的13-1煤全层均为构造煤。在V-VI勘探线至IV-V勘探线之间，小断层极为发育，分别为F121、F122、F123、F124，走向近东西向。所以可以认为，本区内由于断层较发育，煤层层间滑动较多，导致构造煤极为发育。但是在这一条带区域的西侧，VII——V-VI勘探线之间，虽然构造煤极为发育钻孔揭露煤层也全为构造煤，但是，据以往勘探资料和生产实践资料，本区内无大的断层，更没有小构造发育。所以对本区内的构造煤发育原因有待进一步论证。在中部采区的-700 m等高线以下，以V-VI 勘探线为界，左右两边的煤体结构发育有所不同。在左边，V-VI至VII 勘探线之间，是属于构造煤欠发育区。在这一条带状区域内，煤层厚度较为稳定，均在5 m以上，发育的构造煤厚度占煤层总厚的比重也不高。在区域内也没发现有断层发育。但是，从测井曲线判识的结果来看，虽然构造煤欠发育，但，本区内的五个钻孔过渡型煤的厚度，占的比重较大。所以，本区内具体类型划分尚存争议。在这一条带区域右边，即V-VI——IV 勘探线之间，为构造煤中等发育区。

在井田的东部采区（F5断层以东，III勘探线以西）：构造煤在这一区域内极为发育，这与本区复杂的构造有关系。在本区浅部，有F2和F3断层，及其它小断层错综复杂，相互挫断，这就使得本区浅部构造煤极其发育。只有在-450 m水平，有一小条带，其构造煤厚度发育较薄，均低于全煤层厚度的30%。在本区-530 m水平以下，小构造逐渐减少，构造煤由极发育，转变为中等发育。

4 结论

本文揭示了井田内13-1煤层的构造煤较为发育，其厚度占煤层总厚的比重较大。 在剖面图上， 13-1煤层内构造煤多分层发育，多为一到两个分层，最多为四个分层；且构造煤多发育在煤层的顶部和底部。在平面上，构造煤发育主要受断裂、褶曲等构造影响，在断层附近及井田东部的构造转折部位构造煤较为发育，且厚度较大。根据构造煤厚度占煤层厚度的比例划分出构造煤极发育区，构造煤中等发育区和构造煤欠发育区，给煤矿开采及防治煤与瓦斯突出工作提供一定的指导意义。

参考文献：

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[2] 邵强，王恩营.构造煤分部规律对煤与瓦斯突出规律的控制[J].煤炭学报， 2010， 35（2）：250-253.

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[8] 张宏敏，毛政利.煤层底板等高线图上的构造分析[J].煤炭技术， 2006， 25（8）：103-105.

（责任编辑：李 丽）