寸草塔煤矿三盘区物探查明断层的钻探验证

解国强

(神东煤炭集团地测公司，内蒙古 鄂尔多斯 017209)

0 引言

为了使寸草塔煤矿开采接续不受影响，神东煤炭集团于2014年和2016年在寸草塔煤矿三盘区局部地段煤层底板起伏异常区域进行了三维地震勘探，探测到DF1、DF5和DF6等几条落差大于10 m的断层。为进一步探明物探断层在2-2煤、4-2上、5-2煤的位置、产状、落差及延展范围，为下一步工作面的合理布置提供地质依据，神东煤炭集团决定施工DF1、DF5、DF6物探断层探测验证工程。受神东煤炭集团委托，地测公司承担本次钻探施工任务。

1 探测区位置和地质

1.1 探测区位置

勘探区域位于寸草塔煤矿三盘区，由基本独立的2小块组成，第一块位于三盘区中南部，为DF1物探断层探测验证区域；第二块位于三盘区西南部(靠近井田边界)，为DF5、DF6物探断层探测验证区域。每块形状为矩形，总计探测面积约4 km2。

1.2 勘探区地质

地层：井田内地层自下而上发育有三叠系上统延长组(T3y)、侏罗系中下统延安组(J1-2y)、侏罗系中统直罗组(J2z)、白垩系下统志丹群(k1zh)、第三系上新统(N2)和第四系(Q)。其中，侏罗系中统延安组为本区的含煤地层(J1-2y)，延安组是大型内陆湖泊三角洲沉积，沉积旋回结构清晰，故可将含煤地层划分为5个中级旋回(二级)，自下而上划分为Ⅰ～Ⅴ岩段，含5#～1#煤组，煤层位于各岩段上部或顶部。

构造：本区构造形态总体为一向南西倾斜的近水平产状的单斜构造。地层走向约NW20°，倾向约SW70°，地层倾角1°。无岩浆岩侵入。据寸草塔煤矿一、二盘区井下开采情况，小断层较为发育，且方向没有规律。

物探结果：查明了三盘区物探区内主要可采煤层中落差大于5 m的断层，对区内落差在3～5 m之间的断层进行了解释，查明了断层在2-2、4-2上、5-2煤层中的性质、落差、延伸方向和范围。物探区内共计解释断层19条，断层落差H≥10 m的断层4条，落差5 m≤H<10 m的断层13条，落差H<5 m的断层2条。

煤层：区内含煤地层为侏罗系中统延安组(J1-2y)，延安组含煤5组13层，有对比意义11层，从上至下编号为1-2上、1-2、2-2、2-2下、3-1上、3-1、4-2上、4-2、4-3、5-2、5-2下，其中全区可采煤层3层，分别是2-2、4-2上、5-2煤层，局部可采煤层5层，为2-2下、3-1上、3-1、4-2、4-3煤层。其它为不可采煤层。

1.3 钻探验证的断层

DF1正断层：位于探测区中部，剖面显示该断层错断2-2、4-2上及5-2煤层。断层走向为北北东，倾向南西，倾角65°，由测区南向北延伸，2-2煤层断距在12～22 m、4-2上煤层断距在8～22 m、5-2煤层断距在3～20 m，测区内该断层在2-2煤层中的延展长度为2 430 m，4-2上煤层中的延展长度为2 442 m，5-2煤层中的延展长度为2 444 m。综合评价该断层为一可靠断层。

DF5正断层：位于探测区西南部，走向N45°E，倾向S45°E，倾角75°，同时错断2-2、4-2上、5-2煤层；测区内该断层在2-2煤层中的落差为0～7 m，4-2上煤层中的落差为0～11 m，5-2煤层中的落差为0～9 m；测区内该断层在2-2煤层中的延展长度为830 m，4-2上煤层中的延展长度为832 m，5-2煤层中的延展长度为813 m。综合评价该断层为一可靠断层。

DF6正断层：位于探测区西部(靠近井田边界)，走向N25°E，倾向S65°E，倾角55°～70°，同时错断2-2、4-2上、5-2煤层；测区内该断层在2-2煤层中的落差为0～26 m，4-2上煤层中的落差为0～25 m，5-2煤层中的落差为0～24 m；测区内该断层在2-2煤层中的延展长度为2 545 m，4-2上煤层中的延展长度为2 545 m，5-2煤层中的延展长度为2 400 m。综合评价该断层为一可靠断层。

2 勘探工作

2.1 勘探手段的选择及工程布置

根据勘探目的及地形地质特征，本次勘探手段选择以机械取芯钻探为主，辅以地球物理测井等手段进行。本次探测验证工程孔的布置原则是在物探断层的上盘和下盘各布置若干个钻孔，尽量和已知钻孔形成对孔，达到探测验证的目的。因位于DF1断层上盘距断层面平均约100 m位置22301回风顺槽已经形成(2-2煤已经揭露)，故DF1断层的上盘不再布置钻孔，其断层下盘设计钻孔3个，分别是BT6、BT7、BT8；钻孔DF6断层设计钻孔4个，其中BT1和BT2号孔为对孔，BT3和老孔CK7号孔为对孔，BT4和老孔CK15号孔为对孔；DF5断层设计钻孔1个，孔号BT5，与老孔B89号孔组成对孔。

2.2 勘探工程及质量评定

工程测量：本次物探断层钻探验证工程的测量工作由地测公司测量队完成。平场初期及开孔前利用4个D级GPS控制点作为起算点，使用RTK测量确定8个钻孔的位置，测量精度符合规范要求，达到优良精度。

钻探工程：本次勘探工作自2017年3月5日开始，至2017年7月21日结束，完成钻孔8个，钻探工作量2 326.31 m，孔径均为φ113 mm，其中BT1、BT2、BT3、BT7、BT8终孔层位为2-2煤底板下10 m；BT4、BT5终孔层位为5-2下煤底板下10 m；BT6终孔层位为5-2煤底板下10 m。全部钻孔均进行了地球物理测井工作，工作量2 313实测米。钻探工程量及质量情况统计表见表1。

煤层：本次勘探竣工钻孔煤层质量按照2007年国家安全生产监督管理总局颁发的《煤炭地质勘查钻孔质量标准》(MT/T1042-2007)，对厚度≥0.8 m的煤层逐层进行评定，本次可采见煤点共27层次，其中优质16层次，合格11层次，优质合格率为100%。煤层质量统计见表1。

钻孔岩芯采取率：勘探设计要求煤系地层岩芯采取率≥70%，非煤系地层岩芯采取率≥60%。实际煤系地层采取率达到65%～95%，非煤系地层采取率达到51%～62%，达到《煤炭地质勘查钻孔质量标准》(MT/T1042-2007)甲乙级孔的要求。

表1 钻探工程量及质量情况统计表

孔斜：测斜结果表明，本次竣工的8个钻孔孔斜度在0.00°～3.28°之间，均在设计要求(5°)以内。

终孔层位：本阶段施工所有钻孔终孔层位均达到设计要求。

简易水文：本次竣工钻孔全部进行了简易水文观测，水位观测率，消耗量观测率达到设计要求。8个钻孔简易水文观测质量均达到乙级及以上标准。

钻孔封闭：本阶段施工的所有钻孔均按工程设计及钻探“规程”要求封闭。根据勘探区内的实际地质情况，采用水灰比为1∶0.7纯水泥浆封闭，封闭质量合格。施工钻孔孔口埋设永久性水泥柱标志，写明孔号。本次钻探施工，未对本阶段施工钻孔进行启封检查。

原始记录：竣工的8个钻孔原始数据齐全，原始记录数据齐全，地层、煤层岩芯鉴定描述合理，判层准确。钻具丈量符合质量要求，钻具累计数据与丈量数据超差时，进行了合理平差。

地球物理测井：勘探8个钻孔测井任务由神华地勘公司承担，均进行了地球物理测井(电测井)工作，总工程量为2 313 m。测井使用PSJ-2型仪器，采用电阻率，散射伽玛(长、短源矩)，自然伽玛等4种曲线对煤岩层进行地质解释，确定煤层深度、厚度及结构，根据曲线的物性特征，即曲线幅值、幅宽、形态及组合规律进行煤岩层对比，同时测量钻孔的天顶角及方位角，确定钻孔的偏斜度及偏斜方向，所测煤层均达优质标准，测井均达甲级标准。测井工作的各项成果、质量较好，可供编制工程总结。

质量评定：8个钻孔钻探和测井质量等级经验收，3个孔为甲级，5个孔为乙级，见表1。

2.3 探测成果

本次物探断层验证工程共施工8个钻孔，通过钻孔的岩芯写实情况及对煤层厚度与底板高程的对比，结合物探成果，确定了物探断层发育情况钻孔揭露断层方式分为5种类型，分别为a、b、c、d、e型，如图1所示。

DF1断层：根据物探成果，位于物探DF1断层上盘距断层面平均约100 m位置22301回风顺槽已经形成(2-2煤已经揭露)，故DF1断层的上盘没有布置钻孔，在其断层下盘施工了3个钻孔，孔号分别是BT6、BT7、BT8，3个钻孔探测正常，揭露断层方式为a型，经过煤岩层对比，结合物探成果，经2-2煤层底板标高计算分析，2-2煤底板标高相差24～28 m。通过BT6号和CK43号钻孔的各煤层底板标高对比探得此处断层直接错断2-2煤、4-2上煤和5-2煤层，两孔相距约380 m，减掉地层自然倾斜落差(根据两孔中间揭露的煤层底板变化，求得地层倾角约1°)，4-2上煤底板标高相差约18 m，5-2煤底板标高相差约20 m。通过老钻孔B99号和CK42号钻孔的各煤层底板标高对比探得此处断层直接错断4-2上煤和5-2煤层，B99钻孔没有揭露2-2煤，判断此孔在此处打在了断层面上，揭露断层方式为C型，两孔相距约417 m，减掉地层自然倾斜落差(根据两孔中间揭露的煤层底板变化，求得地层倾角<1°)，4-2上煤底板标高相差约21 m，5-2煤底板标高相差约19 m。由此，DF1断层走向、落差、倾角与物探结果基本一致。DF1断层物探验证对孔断层落差见表2。

DF5断层：根据物探成果在断层上盘布置了一个钻孔，孔号BT5，与B89号钻孔组成对孔，两孔相距127 m，地层倾角小于1°。钻孔探测正常，揭露断层方式为e型，经过煤岩层对比，结合物探成果，经各煤层底板标高计算分析，探得断层直接错断了2-2煤、4-2上煤和5-2煤层，DF5断层为正断层。2-2煤底板标高相差约14 m，4-2上煤底板标高相差约7 m，5-2煤底板标高相差约9 m。断层走向、落差、倾角与物探结果基本一致。DF5断层物探验证对孔断层落差见表3。

a-a型；b-b型；c-c型；d-d型；e-e型图1 钻孔揭露断层方式

上盘钻孔孔号煤层底板标高/m22301回风顺槽底板标高/m下盘钻孔孔号煤层煤层底板标高距离/m底板落差/m1 019.45BT62-21 046.0617124.221 008BT72-21 036.687728.68 1 012BT82-21 036.0418424.04 CK43944.46BT64-2上967.27288.618.60 890.785-2915.2426220.63 CK42939.67B994-2上967.4441720.77886.935-2912.618.67

表3 DF5断层物探验证对孔断层落差表

DF6断层：根据物探成果在断层上下盘布置了4个钻孔，其中BT1和BT2号孔为对孔，BT3和老孔CK7号孔为对孔，BT4和老孔CK15号孔为对孔。钻孔探测正常，BT3和老孔CK7号孔、BT4和老孔CK15号孔揭露断层方式为e型，经过煤岩层对比，结合物探成果，经各煤层底板标高计算分析，DF6断层为正断层。BT1和BT2号孔揭露了1-2上煤、1-2煤、2-2煤，根据3层煤的底板标高、煤层结构、顶底板岩性、连续性和地层倾角，综合判断断层在此处落差变小至歼灭，BT3和老孔CK7号孔2-2煤底板标高相差14 m。通过BT4号和CK15号钻孔的各煤层底板标高对比探得断层直接错断2-2煤、4-2上煤和5-2煤层，两孔相距160 m，地层倾角小于1°，2-2煤底板标高相差约18 m，4-2上煤底板标高相差约19 m，5-2煤底板标高相差约19 m。断层走向、落差、倾角与物探结果基本一致。DF6断层物探验证对孔断层落差见表4。

表4 DF6断层物探验证对孔断层落差表

3 结论

(1)查明了DF1、DF5、DF6断层在2-2煤、4-2上煤和 5-2煤的位置、产状、落差及延展长度。本次探测成果确定的DF1断层走向、落差、倾角及延展长度与物探结果基本一致，2-2煤底板落差24～28 m，大于物探成果解释的12～22 m落差；本次探测成果确定的DF5断层走向、落差、倾角及延展长度与物探结果基本一致，2-2煤底板落差14 m，大于物探成果解释的7 m落差；本次探测成果确定的DF6断层走向、落差、倾角及延展长度与物探结果基本一致，在北北东方向物探边界处落差变小至歼灭，小于物探成果解释的12 m落差，缩小了DF6断层在北北东方向的延展长度。

(2)通过本次补勘，对DF1、DF5、DF6断层发育情况有了进一步的了解和掌握，有效地证实了物探方法的准确度，并对物探方法起到了补充作用，两者结合使得工程地质勘察的准确度有了进一步的提高。

(3)根据此次探测成果确定的DF1、DF5、DF6断层发育情况，设计工作面时应合理布置，以提高资源回采率；靠近断层区域掘进时加强支护。

(4)物探断层成果中，断层已经错断了勘探区下部几个主要煤层的，布置对孔进行钻探验证时，确定一个孔为浅孔，一个孔为深孔，深孔既能起到验证物探断层的作用，也可以起到探煤的作用。