大柳塔井5-2煤五、六盘区补充勘探成果分析

卞晓顺

(神东煤炭集团神东地测公司，内蒙古 鄂尔多斯 017200)

0 引言

大柳塔煤矿大柳塔井田位于陕西省神木市城的西北约52.5 km处，井田东西长10.5～13.9 km，南北宽9.1～10.5 km，面积126.8 km2，已建成的包神铁路紧沿井田西部边界通过，在大柳塔设有车站，并由此可沿神朔铁路(在建)经山西和河北省达黄骅港，包头至榆林二级公路从井田的西东部通过，向南可达陕西省的榆林和西安。井田处于毛乌素沙漠南缘，海拔1 120～1 280 m，地貌主要为风沙堆积，少量为黄土梁峁区，地表水体主要为井田西界的乌兰木伦河和东界的勃牛川及王渠水库。

大柳塔井五、六盘区主要可采煤层为5-2煤，六盘区内5-2煤存在分岔复合区，煤层厚度变化较大，分岔区内钻孔分布稀疏，原有勘探程度偏低，不能满足盘区设计需求，为了查明六盘区5-2煤分岔区内煤层厚度变化情况，需进行补充勘探[1-4]。2013年有关部门对五盘区贾家畔煤矿越界开采区进行了直流电法勘探，发现了该区存在低阻异常区域和类似采空区异常区域，同时三维地震勘探探测到五盘区D区和E区发育有WF2正断层，落差3～4 m，走向约112°。为了验证五盘区贾家畔煤矿物探异常区是否为采空区，是否有积水，以及五盘区物探断层(WF2)是否存在，查明断层的走向、倾向和落差，开展了地面施工钻孔作业，神东地测公司承担此次补勘工作。

1 探测区地层

大柳塔五、六盘区位于大柳塔井田的北部，东西长约7.4～12.5 km、南北宽约5.2～5.7 km，面积约42 km2，图1为补勘区位置示意图。补勘区地层由老至新有三叠系上统永坪组(T3y)，下侏罗统富县组(J1f)，侏罗系中下统延安组(J1-2y)，侏罗系中统直罗组(J2z)，第四系(Q)下更新统三门组、中更新统离石组、上更新统萨拉乌苏组和全新统。

图1 大柳塔五、六盘区补勘区位置图

1.1 三叠系上统永坪组(T3y)

三叠系上统永坪组(T3y)为煤系沉积基底，补勘区内地表无出露。其岩性为灰绿色巨厚层状细、中粒长石石英砂岩，夹灰绿、黑色泥岩、砂质泥岩，地层厚度80～200 m左右。本次利用老孔中有4个孔钻遇三叠系，但均未穿过永坪组，最深的为浅1孔，钻遇三叠系永坪组24 m。

1.2 侏罗系下统富县组(J1f)

岩性主要为灰白色细～中粒砂岩，局部含粉砂岩。区内大部分缺失仅在中部有出露，地表无出露。砂岩之上有2～5 m左右的灰～灰黑色泥岩，含植物化石，局部夹炭质泥岩及薄煤。补勘区内有4个钻孔钻穿该地层，揭露该地层厚度为2.0～7.71 m，平均厚度为5.38 m，与下伏永坪组呈假整合接触。

1.3 侏罗系中下统延安组(J1-2y)

整体概况：该组假整合于永坪组或连续沉积于富县组之上，为含煤地层。其上部因遭受直罗组河流的冲刷和新生代剥蚀，有不同程度的缺失，冲刷、剥蚀残余厚度96.62～243.50 m，平均195.24 m。补勘区内钻穿延安组共计17孔，揭露厚度为19.05～205.1 m，平均151.26 m，岩性以灰白～浅灰色中粒长石砂岩为主，次为灰～深灰色粉砂岩，砂质泥岩、泥岩及煤层、少量炭质泥岩，透镜状泥灰岩及膨润土矿层。含煤地层为大型浅内陆湖泊三角洲沉积，横向岩性变化大[5-8]，但垂向层序结构清晰，结合岩、煤组合特征、测井物性特征，旋回对比法将之划分为5个中级旋回岩段，自下而上依次为Ⅰ～Ⅴ段，每段含一个煤组，自上而下编号1～5煤组。补勘区内缺失Ⅴ段1号煤组及Ⅳ段2号煤组一部分。

延安组第一段(J1-2y1)：该地层盘区内无出露，由延安组底部至5-2煤层顶部，该段含5号煤组。补勘区的东部(五盘区内)为5-2煤的复合区，岩性主要是灰白色细～中粒长石砂岩及长石石英砂岩，次为浅灰色～深灰色粉砂岩，砂质泥岩夹少量黑色泥岩，炭质泥岩。在补勘区的西北部(六盘区内)为5-2煤的分岔区，分为上、下两个亚旋回，下亚旋回通常是中～厚层状灰白色中～细粒长石砂岩及长石石英砂岩与深灰色粉砂质泥岩互层，含5-2下煤层；上亚旋回以粉砂质泥岩为主，夹白色中厚至薄层状细粒砂岩，波状层理、小型交错层理、透镜状层理甚发育，5-2煤层位于其顶部。

延安组第二段(J1-2y2)：该段自5-2煤顶板至4-2煤顶部，本段下部以中～细粒砂岩为主，上部以灰色砂质泥岩、泥岩、粉砂岩为主，薄煤层及泥灰岩、菱铁质泥岩次之。含瓣鳃类动物化石。旋回结构复杂以4-2、4-3、4-4煤划分为3个亚旋回，但按岩性差异大致可分为上下两个亚旋回。下亚旋回段岩性通常是以灰白色中～细粒砂岩为主夹透镜状泥岩、粉砂岩，4-4煤位于中部。其上泥岩含瓣鳃类化石，系小型延安蚌。局部具迭锥构造的泥灰岩透镜体，偶有蒙脱质粘土岩。上亚旋回段岩性以灰色粉砂岩、灰黑色砂质泥岩、泥岩与浅灰色细粒砂岩不等厚互层组成，含瓣鳃类动物化石，4-2及4-3煤分别位于其顶底部。

延安组第三段(J1-2y3)：自4-2煤顶板至3-1煤顶部，岩性以浅灰色粉砂岩、砂质泥岩及厚层状中～细粒砂岩为主，3-1或3-2煤层位于顶部，缓波状层理，近水平层理及小型交错层理发育，局部具虫孔构造，含大量球状菱铁矿，中部夹煤线及根土岩。

延安组第四段(J1-2y4)：该段自3-1煤顶板至2-2煤顶部，本段大部为单一旋回，2-2煤位于顶部。下部以巨厚层状灰色～灰白色中～粗粒砂岩为主，局部为细粒砂岩、粉砂岩；上部以深灰色～灰色粉砂岩、泥岩为主，含瓣鳃类化石，偶见黑色炭质泥岩及煤线。在2-2煤层下部有一层0～2.10 m厚的蒙脱质粘土岩。细碎屑岩水平层理及波状层理发育。

1.4 侏罗系中统直罗组(J2z)

本组因受后期剥蚀，区内仅残留底部地层，厚度0～46.75 m，平均18.37 m，补勘区内共有6个钻孔钻遇直罗组，厚度0～19.43 m，平均11.86 m，上部以灰绿、蓝灰色泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩为主。下部为灰白色中粗粒长石砂岩、夹绿色泥岩，具大型板状交错层理或块状层理，含植物茎干化石，黄铁矿结核，底部偶见含砾砂岩，与下伏煤系地层呈假整合接触。

1.5 第四系(Q)

第四系(Q)由老到新为下更新统三门组，中更新统离石组，上更新统萨拉乌苏组和全新统。

第四系下更新统三门组(Q1s)：本组不整合覆于直罗组或延安组之上。岩性为砂砾石，夹多层砂质粘土。砂砾石层的上部以粗砂为主，含少量石英质细砾，分选性中等，磨圆度次圆状，粗砂成分以石英为主，少量长石和白云母片，中下部以砾卵石为主，粒径一般10～250 mm，砾卵石之间为松散状粗砂填隙物，砾卵石成份复杂，主要为石英、火成岩、片麻岩、燧石等。砂质粘土呈浅红色，富含钙质结核。

第四系中更新统离石组(Q2l)：底部为砂砾石层，分选差，砾石多呈圆状，粒径2～10 mm。上部以风积黄土为主，其间夹2～4层浅红色古土壤层，富含钙质结核，柱状节理发育。

第四系上更新统萨拉乌苏组(Q3s)：主要分布于河、沟处。下部以浅黄色、土黄色粉砂、细砂为主，具单斜层理及水平层理，顶部含薄层泥炭(局部地方)。以灰褐色粘土质中细砂、细砂为主，该组疏松透水性较强，厚度变化受古地形的制约[9-12]。

第四系全新统(Q4)：分为冲洪积层和风积层。冲洪积层(Q4al、Q4pl)主要分布于勃牛川河谷及其较大支沟中。洪积层为杂色砾卵石，砾径一般2～50 mm，最大者达150 mm以上，分选极差，磨圆度较好，多呈次圆及圆状。卵砾石之间充填物为中细砂、粉砂及粘土质。冲积层下部为中细砂和砂砾石，上部为浅黄色中细砂、粉砂质粘土、粘土质粉砂。

风积层(Q4eol)广布于补勘区表层，由浅黄色细砂、粉砂组成，分选性较好。

2 探测区构造

补勘区内地层近似水平，为一倾向南西的单斜，倾角多1°左右。从煤层底板等高线上看，尚分布有一些宽缓的波状起伏，起伏大小不一，补勘区内分布有几条大型正断层。断层主要参数见表1，分布图如图2所示。

2.1 蛮兔塔断层(F1)

蛮兔塔断层(F1)主要分布在大柳塔井田五盘区，该断层由蛮兔塔进入本井田，沿活朱太沟北侧延伸至六盘区，延伸长度约4.7 km(本次补勘区内)，走向N50°W～N66°W，倾向210°±，倾角75°±，该断层延伸各段均有不同程度的控制，断层下盘有22、J51号孔，平行于断层走向分布，断层上盘有J52号孔，在蛮兔塔露天区施工2对钻孔(J27与J31、J26与J24)，J25号孔穿过断层破碎带，该孔中见到断层上盘的4-2、4-3、4-4煤层，5-2煤层缺失，下盘为永坪组砂岩，断层破碎带可见到由石英砂岩角砾经后期钙质固结形成的断层角砾岩。断层落差由东南向北西逐渐变小(蛮兔塔附近75 m±)，直至尖灭。因工程控制网度偏稀，故该断层基本查明。

2.2 三不拉沟北侧断层(F2)

该断层贯穿五盘区沿走向延伸至六盘区中部，自井田东南浅3孔以北650 m处进入井田，延伸至6线以北，长度约11 km。该断层仅切割到5-2煤层，走向NWW，倾向SSW，倾角约70°～80°。由5对钻孔(D166与D167、D161与J169、D155与D180、D187与D205、J144与J158)控制，该断层在补勘区内5-2煤落差约为0～28.6 m，该断层自西北向东南落差由大变小，该断层属查明断层。

表1 补勘区内断层特征一览表

图2 补勘区内主要断层分布图

2.3 三不拉沟北侧断层(F3)

三不拉沟北侧断层主要分布在五盘区南部，自井田东南角浅3号孔北120 m处进入井田，井田内延伸长度约7 km，总体走向N70°W左右，倾向20°左右，倾角70°左右，由钻孔D165与D181、D160与D206、D178与D179控制，该断层在补勘区内5-2煤落差约为0～51 m，落差自西北向东南由小变大。该断层属于查明断层。

2.4 前石畔断层(F6)

该断层主要分布于六盘区南部，发育自J54号孔东南180 m始，沿北西向延伸至陈家坡进入前石畔井田，本次补勘区内延展长度约6.8 km。倾向207°±，倾角75°±，断层落差最大20 m，向北西、东南逐渐变小至尖灭。与F1、F7呈雁列。该断层基本查明。

2.5 李家村正断层(F7)

该断层主要位于六盘区的南部，发育自活朱太沟南侧蛮兔塔附近，沿北西向延伸至李家村一带。补勘区内延伸长度约4.0 km，倾向205°±，倾角75°±。断层落差最大约14 m±，向北西、东南逐渐变小至尖灭。与F1、F6断层呈雁行排列。该断层基本查明。

2.6 WF2断层

2013年神华地勘公司对大井五、六盘区进行三维地震勘探，勘探成果显示五盘区D区和E区均发育有WF2正断层，走向约112°，倾角62°～77°，本次补勘共施工两对对孔(D219与D220、D221与D222)进行验证，证实该断层存在，推断两区的断层应为同一断层，在补勘区内延伸长度约为1.9 km，钻孔控制的5-2煤落差分别为7.6 m、7.1 m，该断层已查明。

3 勘探工作及质量评述

根据本次补勘工程的目的任务，结合补勘区的地质条件，决定了勘探手段以机械钻探为主，辅之以煤田地球物理测井、钻探和测井资料相互验证。

3.1 钻探工程

本次补充勘探工程，共施工钻孔23个，总进尺为3 308.15 m，其中六盘区D207～D214，D216～218为探煤孔，共11个，进尺1 679.14 m；五盘区D219～222为断层验证孔，共4个，进尺为555.22 m；T39～T46为物探异常验证孔，共有8个，进尺为1 073.79 m。本次施工钻孔均为φ113 mm孔径，终孔层位为5-2煤底板下10 m。

本次施工的23个钻孔，除了5个物探异常验证孔没有参加评级外，其余钻孔质量均为乙级，参加验收的38层可采煤层中，优质4层，合格34层，无不合格煤层。所有钻孔用1∶2水泥浆封孔，孔口埋桩留标。

3.2 测量工程及煤田地球物理测井

测量工程：本次补勘工程测量工作由神东地测公司测量队承担，使用动态GPS(RTK)测量钻孔孔位23个。坐标系统为1954年北京坐标系，1985年黄海高程系，测量精度符合规程要求。

煤田地球物理测井：本次补勘施工的23个钻孔中，有18个孔进行了煤田地球物理测井。测井承担单位为神华地质勘查有限责任公司，各孔施测物性参数曲线4条，分别为视电阻率曲线、双源距人工伽玛值及密度曲线、自然伽玛曲线、自然电位曲线，同时，进行了孔斜施测。15个探煤孔及3个物探验证孔孔斜全部符合钻孔质量标准规定。18个钻孔实测2 553.55 m，全部为甲级孔，38层可采煤层全部为优质煤，见表2。

表2 补勘测井质量情况表

4 结论

(1)通过本次补充勘探，对大柳塔煤矿大柳塔井5-2煤五、六盘区地质情况有了进一步的了解和掌握，完成了补勘任务，达到了预期的目的。

(2)本次补充勘探工程，施工钻孔23个，其中11个探煤孔，8个物探异常验证孔，4个断层探测孔，总工程量为3 308.15 m。

(3)本次补充勘探工程质量可靠，施工的8个异常区验证孔，仅有1个钻孔(T46)与5-2煤采空区贯通，且无水。

(4)本次补充勘探验证了五盘区D区、E区物探WF2断层存在，确定了断层的走向、倾向、落差等断层要素。