测井技术在矿山水文地质条件监测工作中的应用分析

2020-12-25刘振山姬彦雷

世界有色金属 2020年7期

刘振山，姬彦雷，许颜

（河南省煤田地质局物探测量队，河南郑州 450009）

目前，我国对于矿山水文地质工作的重视程度不断地提高，相应的对于水文地质勘探技术也有了更高的要求，不仅要保证勘探结果的精确可靠，还需要充分适应矿区的环境特征和能源开采的具体要求，才能够进一步确保勘探工作的整体质量。测井技术是对于水文地质勘探技术的总称，在当前资源日益匮乏的情形下，测井技术在井下水文勘探、开发、保护等方面都有着积极的作用，在水工环境地质工作中的应用还能够有效避免井下水环境对于矿山开采带来的不利影响，因此不管是为了提高矿山水文地质条件监测工作的整体成效还是环境保护，测井技术都具有着较高的应用价值。

1 测井技术在矿山水文地质条件监测工作中的作用

1.1 为水文地质条件监测工作提供了便利

通过测井技术的应用，可以有效提高矿山水文地质勘探结果的精度，保证勘探结果的可靠性，进而为勘探人员提供有效的依据，以方便解决勘探工作中存在的问题。勘探任务以及测井参数的不同，所适用的测井技术也各不相同，如在水文地质条件监测作业中应用较为广泛的自然扩散法便是为了了解井下含水层的分布结构等信息，可以快速勘查出地下水的流量流向等数据。自然扩散法的主要作用便是针对测井中盐化泥浆的电阻率进行分析，以及测试其扩散规律，从而获得区段水文地质条件的监测信息，自然扩散法还氛围横、纵向扩散法两种测井方式，横向扩散法主要用于快速且精准地找出含水层位置和分布情况，纵向扩散法则主要用于反馈含水层中较为细节的信息。若是通过自然扩散法来获得的水力曲线信息未产生交叉，那便代表着水的下渗较快，水力曲线不仅可以评估水的下渗速度，同时还能评测井下水的涌水量[1]。

1.2 明确钻孔深度，解决钻孔作业中存在的各项问题

通过测井技术的应用，不仅能实现含水层的高效定位，同时还能够为钻探工作提供有效依据，有利于控制钻孔作业的深度，特别是针对一些含水层取芯难度较大的岩层，测井技术则能够有效解决这一问题，充分发挥其技术优势。在钻孔过程中，应用测井技术能够明确地下水的分布信息，避免钻孔作业涉及到井下水文地质的情况。同时，钻孔作业的深度掌控针对水文地质条件监测作业来说具有重大意义，若想将钻孔深度把控在合理的区间，仅仅凭借人力估算无法完成，也无法实现精确的深度规划，而测井技术的应用则能够完美地解决这一问题，保证钻孔作业能够越过含水层，避免钻孔作业对井下地质构造带来的影响。

1.3 有效处理井壁受损问题

在进行测井钻孔施工时，对井壁带来的损害不可避免，甚至还有可能会出现井壁结构大块脱落等问题，若不及时处理则直接影响钻孔作业的进展。

针对井壁受损问题，需要及时进行扫孔清理，在确保扫孔清理完毕后才能继续开展钻孔作业，以免井壁再次大规模脱块为钻孔作业带来的不利影响。而在清孔过程中，本身就具有一定难度，特别是深钻孔的扫孔清理，本身就是较为费时的工作，因此在清孔之前必须确定好含水层的分布情况和厚度，通过测井曲线来确定含水层信息，避免在清孔过程中含水层所带来的的影响。

2 测井技术在矿山地质工作中的具体应用

2.1 工程概况

某工程主要区段处于一处山脉斜坡，整体为西北倾斜，根据该区段的矿山水文地质信息，地下水主要分布于西北倾斜方向，而矿区则处于净流区中。在矿层中还发育着裂隙水位，由于矿山采掘的影响，部分地下水域遭受严重污染，而为了勘测出该区段井下水的受污染程度，根据相关技术要求应用测井技术来检测水文地质问题，利用分层式抽水试验来构建水文信息监测系统。

2.2 地质条件监测

该区段的开采主界面为奥陶系，在0m～450m之间，奥陶的均厚在450m左右，根据底层组合大致可以将其划分为四个层面，其中1层～2层均未含水，3层～4层含水，隔水层主要便是泥质石灰岩，为了有效改善井下水受污染情况，预计将上部水位封闭，下入一根330mm的套管，下方注入水泥。奥陶系上部岩层中具有石膏层，也需要下入套管进行封闭，并在周边下入275mm的井管。

2.3 含水层的划分

（1）含水层与富水层。矿层较为发育地区有着明显的含水特点，但却并不是每个区段都有矿井水分布，通过还扩散曲线来对矿层的含水量进行勘测，如其中某个测井的岩溶发育，实际出水量仅有9.3m3/h，而周边的另一测井不属于岩溶发育段，而出水量却在60.5m3/h左右。基于此，矿层出水量与地质发育状态并没有直接性的联系。

（2）裂缝。在矿区中，盐酸盐层中具有多个岩溶通道，在这一环境下，矿层的机械力则可能会相对较差，在钻进时容易受到影响产生裂隙，这些裂隙则很容易产生裂隙带，从而归于一个整体。若溶洞的空间比价较低，电阻值为矿层与水的均值，那么这一区段的溶蚀裂隙则带有视电阻值，钻进孔中的电阻值一般小于200Ω；最后，小溶蚀裂隙带。在致密溶蚀裂隙带盐酸层中很有可能会发育小溶隙带，而因为溶隙度的不同，在测试曲线中的表现也会存在明显的区别，在测试曲线中，若致密性盐酸的绝对值较大，溶隙在矿层中部时，电阻率会下降，并形成阻值较大的凹齿状，若是这种凹齿状在岩层中形成，那么高峰阻值便会上下浮动，自然伽马强度也会小于4γ，通常情况下扩大值能够达到100mm左右[2]。

（3）致密岩层中含有多个小溶隙，在测试曲线中并不明显，因此常常不能及时发现，不过若是这些小溶隙出水，那么扩散曲线则会发生明显的变动，而若是电阻曲线仍然保持稳定没有变动，则可以通过井下探测工作来找出其中的出水口。

2.4 碳酸盐岩层溶隙带的厚度测试

可以利用视电阻来测试地面厚度，利用试验孔来明确测试曲线的层次性特征，为了有效提高溶洞溶隙带的测试精度，引用多种测井曲线方法来测试厚度，之后进行对比，从而得出分层的误差，通过1:200的曲线测定误差，对于大口径325mm的误差则需要保证大于小孔径127mm。若曲线比例为1:50，那么其精度会更高，常见的测井方式能够准确测出矿层的基本特性，并且判别矿层中有无水分，若存储空间中具有含水层，那么则需要利用专业的测井技术来分析出含水层的分布及结垢情况[3]。

案例：在41m左右处存在充水溶洞，中间部位的孔深较为密集。通过测井技术来完成该工程区段的地质条件的测量，并对测量数据进行记录，以及测量结果数据的整合与分析。上含水层的水位比下含水层的水位参数要高，同时上含水层的涌水会流入下含水层，在实际测井作业中，可以通过伽马参数和视电阻率曲线参数来完成地质结构的统筹分析，能够更加快速地确定吸水层以及补水层的结构和分布，进而测量孔深[4]。

在运用测井技术时，技术人员必须根据工程的实际情况以及面临的实际问题来构建完善的测定结构以及监管体系，保证测井数据的准确性以及结果分析的可靠性，只有进一步提高测定的质量以及参数分析的准确性，才能够加强工程整体的安全性，进一步展现测井技术的实用性价值。期间需要制定好工程测井以及技术测定的方向，明确测量期间的各项指标要求，从本质上确保数据与信息的可靠性[5]。