物探数字测井在煤矿勘查中的应用

杨时强，陈　强，王中伟，翁申富，杨　曼

物探数字测井在煤矿勘查中的应用

杨时强，陈强，王中伟，翁申富，杨曼

（贵州省地矿局106地质大队，贵州遵义563009）

以贵州纳雍县煤矿沙子岭井田为例，应用物探测井与岩矿芯编录成果，对其矿体厚度和空间分布位置进行分析对比，以探寻如何选择矿体厚度和空间分布位置，才能更合理准确地对矿体进行圈定控制，以满足资源量计算和矿山开采的要求。通过资料分析对比认为，对煤矿勘查而言，选择物探测井控制矿体空间分布位置和厚度，效果较为理想。

煤矿；物探测井；应用对比；沙子岭

我国工农业对煤的需求的增大，促成了煤炭资源的大量开发。在煤矿开采过程中或多或少存在矿体厚度和空间分布位置与地质成果资料不吻合的现象。因此，了解一个井田在勘查中如何应用物探测井与钻孔地质编录成果确定矿体厚度和空间分布位置，这对于煤矿开采之前的巷道设计是一个非常重要的因素。贵州省地矿局一O六地质大队提交的《贵州省纳雍县法地勘查区普查地质报告》中，将法地煤矿勘查区划分为“沙子岭井田”和“旧院井田”。该应用以贵州省纳雍县法地煤矿沙子岭井田[1]为例。

1　区域地质特征

图1　贵州省纳雍县沙子岭井田构造纲要图（根据贵州省地矿局106队资料缩编，2014）

区内出露地层从老至新依次有寒武系、石炭系、二叠系、三叠系，其间缺失奥陶系、志留系和泥盆系及第四系。

在区域构造上，沙子岭井田[2]及周边地区位于扬子准地台黔北台隆遵义断拱贵阳复杂构造变形区和毕节北东向构造变形区交汇部位（图1）。区域主体构造为勺坐背斜，背斜轴向近东西方向，延长16km余，南北宽约10km，核部出露最老地层为下寒武统和石炭系，两翼由二叠系、三叠系地层组成，北翼局部出露侏罗系地层；背斜西端倾没于猪厂附近，近轴部南翼由于一系列高角度逆断层的发育，破坏了背斜的构造形态。井田处于勺坐背斜南翼，断裂构造较发育，主构造为纳雍东西向构造带中的大寨断层（F1）；在大寨断层以南，断裂构造较发育，F2、F3断层地层断距大于100m，对煤层破坏较大，造成井田以F2为界，F2两盘煤层不能用同一开拓系统进行开采。

2　井田地质特征

井田内出露地层由老至新有：二叠系上统龙潭组、长兴组、大隆组，三叠系下统飞仙关组、永宁镇组和第四系。其岩石组合以碳酸盐岩为主，其次为碎屑岩沉积。

在沙子岭井田内，构造总体形态为向南西倾斜的单斜构造，并在靠近F2、F3附近区域有次级断层分布。岩层倾向南西，190°～250°，倾角为7°～23°， 平均14°，在北东端最大倾角达35°；北西端由于受F3断层的影响，岩层局部向南或南东倾斜。井田西部有一宽缓背斜（聂家箐背斜），岩层呈南东或北西倾向。总体来说，沙子岭井田的构造类型划属中等偏复杂类型。

3　煤层及顶底板特征

井田含煤地层为二叠系龙潭组，通过对全区完整揭穿含煤岩系的31个钻孔工程统计，井田内含煤岩系（P3l）厚234.63m～373.39m，平均厚度299.45m，共含煤层（线）24～48层， 平均含煤层（线）35层，其中含可采煤层7～17层，平均含13层可采煤层，以M1为例。

4　煤质特征

表1　沙子岭井田M1煤层特征表

4.1物理性质特征

颜色为黑色，条痕褐黑色，暗至半亮型，以粉煤为主，少量钻孔见块煤。粉煤呈粒状结构，块煤呈条带状、木质状结构；具层状构造，以玻璃光泽、沥青光泽为主；断口常呈阶梯状，其次为贝壳状断口；煤层内生裂隙发育，粉煤机械强度较低，较易破碎，块煤机械强度较高，不易破碎。

4.2化学性质特征

原煤灰分为16.12%~39.52 %，平均27.14%，变化系数为20.11%；浮煤灰分6.61%~31.93%，平均14.39%，变化系数35.57 %。该煤层有28个工程控制，原煤灰分＞29.00%的有8工程，高灰煤占28.57%；16.01～29.00%的有20个工程，中灰煤占71.43%。

表2　沙子岭井田M1煤层空间分布位置和厚度对比表

5　煤层空间位置和厚度的确定

5.1岩矿芯编录

5.1.1煤层空间位置的确定

为确保煤层空间分布位置接近于实际，钻孔在钻进过程中每100m和进入矿层顶板均要进行孔深校正，每100m孔深校正如误差在允许范围内，则不进行误差匹配，但进入矿层顶板时一定要进行误差匹配处理。

5.1.2煤层厚度的确定

煤层厚度确定涉及几个方面的问题：

1）顶末缺失量。由于井田煤层硬度低、极易破碎和磨损，煤层顶板为泥岩或炭质泥岩，见煤层顶板时钻杆呈弯曲钻进，当钻进至煤层时钻杆有一个弯曲释放即钻杆拉伸过程，当感觉变软时煤层已经钻进至一定深度。本井田在总结前人工作的基础上，顶末缺失量的计算标准为<500m的钻孔为10cm，500m以上的钻孔为20cm。

2）底初缺失量。由于井田煤层硬度低，在煤层中钻杆属伸直钻进，煤层底板为泥岩或炭质泥岩，当钻进至煤层底板时钻杆有一个弯曲过程，当感觉变硬时底板已经钻进至一定深度。该井田在总结前人工作的基础上，底初缺失量的计算标准为<500m的钻孔为10cm，500m以上的钻孔为20cm。

3）煤层及直接顶底板采取率也是确定煤层厚度的一个重要因素，当煤芯采取率在95%以上时，计算出的煤层厚度就接近真实值。本井田煤层以粉煤为主，煤芯采取率一般在80%～90%之间，这就给煤层厚度的确定造成了一定的误差。

5.2物探数字测井

众所周知，物探测井是地球物理勘查中的一个独特方法和手段[3]，在煤田钻孔测井工作中得到了广泛的应用。我队在地质勘探沙子岭井田的同时，也开展了煤田物探测井工作，并取得了良好的测井效果。

鉴于井田煤层与其顶底板泥岩等存在着物理性质上的明显差异，因此出现测井异常值曲线，从而在判定煤层、确定其深度和厚度等方面，都发挥了重要作用。

5.2.1测井仪器和技术方法

测井设备采用目前国内较先进的重庆地质仪器厂生产的JGS-1型智能工程测井仪，其工作原理为电脑控制、数字连续记录、一次性成图。

全部钻孔均采用10cm测量间距，从孔口测至孔底，主要含煤孔段或可疑孔段重复测量，曲线连续记录视煤异常点。若测井过程中因孔内、设备、供电等原因造成探测工作终断，曲线质量达不到要求时，均重新探测，直至合格为止。

探测仪器、探管每月按规范要求进行刻度校正，NR(视电阻率)、GG(密度‘人工放射性’)、GR(自然伽玛)曲线的相对误差值不大于5%，曲线间的深度绝对误差均[4]不超过±0.25m。

为了确保探测记录的完整性及数据不致丢失，必须严格控制探测速度，即10cm的测量间距其测速控制在5.50～6.50m/min之间。

5.2.2煤层空间位置和厚度的确定

煤层的定厚解释是在定性解释后的基础上，采用1:50深度比例尺曲线，按不同的曲线解释原则确定，主要是通过以下曲线各自的定厚原则进行定厚：

1）NR曲线形态幅度值厚度≥40mm，解释点为拐点；曲线形态幅度值厚度＜40mm的低矮层则按幅度值的1/2～1/3处划定。

2） GG曲线形态幅度值厚度≥40mm，解释点为幅度值的1/3处；形态厚度＜40mm的低矮层则按幅度值2/3处划定。

3）GR曲线解释点按形态幅度值的2/3处划定，当顶底板围岩为高伽玛值时解释点相应上移。

以上三种曲线参数各自的定深定厚出现误差值时，进行算术平均后，取其平均值为最终的深度和厚度值。从而确保了煤层空间分布位置和厚度的准确性和可靠性。

表3　煤层空间分布位置和厚度质量标准表［3］

图2　沙子岭煤矿ZK404钻孔编录与物探测井对比图

6　两种方法进行煤层对比

6.1对比结果

从表1和图2、图3不难看出，物探测井与岩矿芯编录的煤层空间分布位置和厚度均存在一定差异。ZK404顶板界线提升了0.07m，底板界线降低了0.01m，煤层厚度增加了0.10m；ZK205顶板界线降低了0.10m， 底板界线提升了0.22m，煤层厚度减少了0.25m，其误差均在允许范围之内(表2)。

6.2 存在问题及原因

上述两种方法确定的煤层空间分布位置和厚度不一致的原因是：

1）钻孔在钻进过程中每一次的孔深校正均采用人工方法，又加上进入矿层顶板时立杆数有50根以上，多个小误差积累成大误差的结果；

2）对顶末底初缺失量尚无精确的数据可供借鉴；

3）井田煤层采取率一般都在80%～90%之间，也造成了一定的误差。

图3　沙子岭煤矿ZK205钻孔编录与物探测井对比图

6.3物探测井的优点

前已述及，物探测井采用先进仪器JGS-1型智能工程测井仪、电脑控制、数字连续记录、一次性成图，其优点是：

1）它弥补了在钻探施工中打丢或打薄可采煤层，而影响准确划定煤层埋藏深度及厚度的不足；

2）对所测煤层提供了详细的物性资料参数，为准确确定可采煤层在地层中的空间位置提供了依据；3）所采用的测井方法能满足地质勘探要求，对煤层的定性、定厚解释准确。

综上所述，在煤矿勘查中，在岩矿芯编录和物探测井不超差的基础上，充分研究资料，利用物探测井成果确定煤层的空间分布位置和厚度，确保了提交成果的准确性和可靠性。

6.4解决问题的方法

在煤矿勘查中，钻孔穿过所有的可采见煤点且钻孔质量全部符合钻探质量标准，物探测井定性定深定厚解释全部符合测井质量标准，在不超差(表2)时进行合理取舍[5]，选择物探测井定深定厚解释。如超差时要查明原因或检查验证，其补救方法如下：

1）重新换人进行终孔孔深校正；

2）在重新进行探测仪器、探管校正后，再作物探测井定深定厚解释；

3）如上述两种方法都达不到预期效果时，则更换物探测井仪和人员重作测井定深定厚解释，直到解决问题为止。

7　结语

笔者认为，在煤矿勘查过程中，煤层的定深定厚是一个非常重要的因素，它直接影响到煤矿资源量计算和开采之前的巷道设计方案，为了更加准确、可靠的提供煤层空间分布位置和厚度，由于物探测井采用先进仪器，在不超差时选择物探测井定深定厚解释成果。如超差时要认真仔细地查明原因或检查验证，为煤矿开采之前的巷道设计和开采方案提供更加准确、可靠的数据资料。

致谢:本文在撰写过程中，承蒙高级工程师朱成林的大力支持，在此深表谢意。

[1] 赵阳，陈建庚. 贵州纳雍县煤炭资源及其开发[J]. 贵州地质，2001，18（4）：271～273.

[2] 贵州省地质局. 1:20万区域地质调查报告(毕节幅)[R]. 1976.

[3] 当代中国的地质事业编辑委员会. 当代中国的地质事业[M]. 北京: 中国社会科学出版社，1990.

[4] 张应文，王亮，周晓林，等. 数字测井技术在黔北桐梓地区煤田勘探中的应用[J]. 贵州地质，2007，24（4）：291～294.

[5] 煤炭工业部. 煤田勘探钻孔质量标准[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

杨时强（1979－），男，贵州思南县人，地质工程师，从事地质矿产勘查工作