測井曲線在潘一礦13—1煤層識別構(gòu)造煤中的應(yīng)用

竇仲四

摘 要：為預(yù)測未揭露區(qū)煤體結(jié)構(gòu)，根據(jù)鉆孔測井曲線信息，結(jié)合視電阻率電位曲線與伽馬伽馬曲線對煤層內(nèi)不同結(jié)構(gòu)分層物性差異所反映的形態(tài)特征，通過對煤層內(nèi)部的各分層之間的比較、煤層與鄰近鉆孔中同一煤層的比較和煤層與鉆孔內(nèi)的上、下煤層之間進行比較繪制出煤層結(jié)構(gòu)柱狀圖。又以礦井煤層底板等高線圖作為底圖繪制構(gòu)造煤平面分布圖，判識煤層內(nèi)部的構(gòu)造煤分布。

關(guān)鍵詞：構(gòu)造煤；測井曲線；伽馬伽馬曲線

中圖分類號：TD712 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1672-1098（2014）02-0023-05

構(gòu)造煤發(fā)育是引起煤與瓦斯突出的必要條件[1]， 構(gòu)造煤的分布規(guī)律對煤與瓦斯突出有很大控制作用[2]。 而預(yù)測未揭露區(qū)煤體結(jié)構(gòu)始終是困擾煤礦安全生產(chǎn)的一大難題。 在新建礦井、 新水平及新采區(qū)不可能直接觀察到煤層的構(gòu)造煤發(fā)育情況， 而利用上水平或者老區(qū)的資料推測新水平或新區(qū)的構(gòu)造煤發(fā)育情況， 其可靠性較差。 因此， 利用測井曲線判識煤體結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)報告中[3]， 本文應(yīng)用對測井曲線來判識潘一井田內(nèi)13-1煤層的構(gòu)造煤發(fā)育情況。

1 研究區(qū)概況

潘一井田位于淮南復(fù)向斜軸部偏北，潘集背斜南翼及東部轉(zhuǎn)折端，井田內(nèi)有潘一煤礦和潘一東煤礦兩對生產(chǎn)礦井，地層走向自東向西N30°E至N60°W，傾向SE～SW，傾角由淺入深逐漸變緩和（20°～7°）。井田內(nèi)以斜切張扭性斷層為主，壓扭性斷層次之。13-1煤層賦存在二疊系上石盒子組第四含煤段下部，上距三疊系340～360 m，下距太原組頂部石灰?guī)r約330 m， 煤層平均厚度為4.08 m，屬穩(wěn)定煤層，為井田內(nèi)主要可采煤層。煤層結(jié)構(gòu)較簡單，一般含夾矸1～2層，夾矸巖性主要為碳質(zhì)頁巖，次為泥巖，頂板以泥巖為主，次為中砂巖，底板為泥巖。

2 判識原理

在煤田勘探常用的四條測井曲線中，對構(gòu)造煤和非構(gòu)造煤物性差異反映比較明顯的是視電阻率電位曲線（DLW）與伽瑪伽瑪曲線（HGG）[4]。由于構(gòu)造煤的大孔和中孔比非構(gòu)造煤發(fā)育[5-6]，使構(gòu)造煤的含水性增強，導(dǎo)致構(gòu)造煤層位的視電阻率電位曲線幅值相對減?。欢瑫r構(gòu)造煤的密度一般比非構(gòu)造煤的小，易于松垮，所以又導(dǎo)致構(gòu)造煤的伽瑪伽瑪曲線的幅值相對增大；判識構(gòu)造煤就主要依據(jù)這兩條曲線變化。如果某煤層或煤層中的某一分層的這兩條曲線的這種變化特征較明顯，即視電阻率電位曲線幅值相對減小，伽瑪伽瑪曲線的幅值相對增大，就可以判定為構(gòu)造煤，如果這兩條曲線沒有如此對應(yīng)的變化，則屬正常結(jié)構(gòu)煤。

本文依據(jù)測井曲線的形態(tài)特征區(qū)分出三種結(jié)構(gòu)的煤（如圖1）：Ⅰ——正常結(jié)構(gòu)煤；Ⅱ——過渡性結(jié)構(gòu)煤；Ⅲ——構(gòu)造煤。

構(gòu)造煤主要產(chǎn)生于層滑構(gòu)造劇烈處[7]。因而在單個井田范圍內(nèi)，或者在各煤層內(nèi)部，構(gòu)造煤分布是有局限性的。在利用鉆孔測井曲線判識構(gòu)造煤的過程中，首先要從整體上了解一個井田內(nèi)正常結(jié)構(gòu)煤的測井曲線的主體形態(tài)特征。通過對潘一井田大量測井曲線的觀察與分析，得出13-1煤層視電阻率電位曲線DLW曲線、伽瑪伽瑪曲線HGG基本形態(tài)如圖2所示。

其次，在此基礎(chǔ)上再觀察曲線的局部變化。例如視電阻率電位曲線及伽瑪伽瑪曲線幅值的減少或增大都是相對的，只有通過對比才能識別。本文通過對煤層內(nèi)部的各分層之間的比較、煤層與鄰近鉆孔中同一煤層的比較和煤層與本鉆孔內(nèi)的上、下煤層之間進行比較。發(fā)現(xiàn)待解釋煤層及其各個分層的曲線形態(tài)特征及幅值變化大小，從而判識煤體結(jié)構(gòu)，如圖3～圖4所示。

3 判識結(jié)果

3.1 構(gòu)造煤在剖面上發(fā)育特征

如圖5所示，構(gòu)造煤發(fā)育厚度占煤層總厚的40%～60%之間的鉆孔有34%。其間除了兩端的構(gòu)造煤極不發(fā)育鉆孔和全孔為構(gòu)造煤的鉆孔外，其他分布的比例基本以0.5為中心呈正態(tài)分布。這也近一步說明，在研究區(qū)內(nèi)約一半的地區(qū)發(fā)育構(gòu)造煤厚度都占到總煤層厚的50%左右。

百分比/%

圖5 構(gòu)造煤占百分比直方圖 13-1煤層構(gòu)造煤發(fā)育的總厚度最大約為8.18 m，最小為約為0.2 m。關(guān)于構(gòu)造煤厚度分布特征如圖6所示，構(gòu)造煤的總厚度基本都大于0.5 m，但主要集中在1.5～3.5 m之間。

厚度/m

圖6 構(gòu)造煤厚度分布直方圖 本區(qū)13-1煤的構(gòu)造煤多分層發(fā)育，大多為1個、2個分層，其次是3個分層，在統(tǒng)計的142個見構(gòu)造煤鉆孔中，分別占到了34.3%、35.2%、18%；極少為4個分層，僅占2%；該煤層的構(gòu)造煤大多分布在煤層的頂部和底部，也有少數(shù)分布在煤層的中部、上部、下部等位置的，構(gòu)造煤在煤層中的分布位置如圖7～圖8所示。

通過統(tǒng)計分析，全區(qū)沒有構(gòu)造煤發(fā)育的鉆孔僅8個，占總鉆孔數(shù)的6%，而且這些鉆孔都是零星分布，連不成片。全層為構(gòu)造煤的鉆孔有22個，占鉆孔總數(shù)的16%，并且這些鉆孔多分布在中部采區(qū)和中東部采區(qū)。而發(fā)育的構(gòu)造煤（III類煤）占煤層總厚30%以上的有100個鉆孔，占所有鉆孔的70%。以上分析揭示，整個潘一井田13-1煤中都發(fā)育有構(gòu)造煤，而且發(fā)育構(gòu)造煤的厚度占煤層總厚的比例較大。

3.2 在平面上構(gòu)造煤發(fā)育特征

為了解構(gòu)造煤在煤層底板等高線圖上的分布，研究其規(guī)律性，以及與井田內(nèi)部的褶曲、斷裂的相互關(guān)系，實現(xiàn)指導(dǎo)礦井安全生產(chǎn)，本文根據(jù)所收集的鉆孔資料及測井曲線解釋，繪制了構(gòu)造煤發(fā)育程度平面分布圖（見圖9）。按照煤層構(gòu)造煤發(fā)育程度劃分出構(gòu)造煤極發(fā)育區(qū)、構(gòu)造煤中等發(fā)育區(qū)、構(gòu)造煤欠發(fā)育區(qū)三種類型，以煤層內(nèi)部的構(gòu)造煤分層累計厚度與非構(gòu)造煤（過渡煤及正常煤）累計厚度的比例劃分出三種類型，以顯示構(gòu)造煤的發(fā)育程度：

1） 構(gòu)造煤極發(fā)育區(qū)——該區(qū)域內(nèi)煤層全部屬構(gòu)造煤，或者煤層中的構(gòu)造煤分層累計厚度占煤層總厚大于60%；

2） 構(gòu)造煤中等發(fā)育區(qū)——該區(qū)域內(nèi)煤層中的構(gòu)造煤分層累計厚度占煤層總厚的30%～60%之間；

3） 構(gòu)造煤欠發(fā)育區(qū)——該區(qū)域內(nèi)煤層中未見構(gòu)造煤，煤層全部屬正常煤，或者煤層中的構(gòu)造煤分層累計厚度小于30%。

構(gòu)造煤平面分布圖采用礦井煤層底板等高線圖作為底圖[8]。首先將測井曲線解釋的構(gòu)造煤層位及厚度以小柱狀形式，繪制在煤層底板等高線圖的鉆孔位置旁，按照相同類型的鉆孔勾繪構(gòu)造煤發(fā)育分布區(qū)域，并以不同色彩標(biāo)識出三種不同發(fā)育程度類型區(qū)。在編圖中兩種類型之間的分界點取兩鉆孔之間的1/2處。

必需指出，取兩鉆孔之間的1/2處為兩類型的分界點是人為定的標(biāo)準(zhǔn)，只能近似地反映構(gòu)造煤發(fā)育程度類型區(qū)的分布狀況。煤層內(nèi)部構(gòu)造煤分層的變化往往很劇烈，間距幾百米的勘探鉆孔不一定能控制構(gòu)造煤的變化。因此，本論文提交的點上的鉆孔測井曲線判識結(jié)果比較可靠；而平面分布圖，當(dāng)鉆孔之間的間距過大時主要反映構(gòu)造煤發(fā)育程度的趨勢。

另外， 在構(gòu)造煤發(fā)育程度平面分布圖中， 除了煤層露頭和井田邊界外， 在井田內(nèi)部也有幾塊空白， 這主要是由于這一地區(qū)沒有鉆孔控制， 或者本文所搜集的鉆孔資料里沒有測井曲線資料。因此，在井田內(nèi)的空白， 屬于沒有構(gòu)造煤判識依據(jù)的區(qū)域。

圖9 潘一井田構(gòu)造煤發(fā)育分布圖

在井田西部采區(qū)（F4斷層以北至潘一煤礦與潘三煤礦井田技術(shù)邊界）：中上部，構(gòu)造煤欠發(fā)育，雖然有FW2、F132影響，但是，由于斷層落差不大，層滑構(gòu)造較少，煤層基本保持原生結(jié)構(gòu)。這一區(qū)域發(fā)育的構(gòu)造煤厚度均在鉆孔總煤厚的30%以下。在本區(qū)深部，以及與中部采區(qū)分界的F4斷層附近構(gòu)造煤極其發(fā)育。由這一區(qū)域的構(gòu)造煤發(fā)育情況可以看出，斷層構(gòu)造導(dǎo)致煤層層間滑動是構(gòu)造煤發(fā)育的主控因素。

在井田中部采區(qū)（F4斷層與F5斷層之間）：在本區(qū)的構(gòu)造煤發(fā)育可以分為四部分。首先在本區(qū)淺部，煤層露頭至-550 m等高線附近，為構(gòu)造煤中等發(fā)育區(qū)。VI-VII-5和VI-13兩個鉆孔，因為在F4斷層附近，所以構(gòu)造煤較為發(fā)育，其構(gòu)造煤厚度占煤層總厚的53%和56%。其他區(qū)域構(gòu)造較為簡單。在V-VI勘探線中上部，即F7斷層至煤層露頭之間，為構(gòu)造煤欠發(fā)育區(qū)?？傮w而言，這一區(qū)域構(gòu)造簡單，構(gòu)造煤中等發(fā)育，且煤層厚度穩(wěn)定，均在4.5 m左右。在本區(qū)的中部，即-550～-700 m等高線之間，構(gòu)造煤極為發(fā)育，也是本井田構(gòu)造煤最為發(fā)育的塊段之一。在這一條帶形區(qū)域內(nèi)，共有鉆孔21個，其中14個鉆孔揭露的13-1煤全層均為構(gòu)造煤。在V-VI勘探線至IV-V勘探線之間，小斷層極為發(fā)育，分別為F121、F122、F123、F124，走向近東西向。所以可以認(rèn)為，本區(qū)內(nèi)由于斷層較發(fā)育，煤層層間滑動較多，導(dǎo)致構(gòu)造煤極為發(fā)育。但是在這一條帶區(qū)域的西側(cè)，VII——V-VI勘探線之間，雖然構(gòu)造煤極為發(fā)育鉆孔揭露煤層也全為構(gòu)造煤，但是，據(jù)以往勘探資料和生產(chǎn)實踐資料，本區(qū)內(nèi)無大的斷層，更沒有小構(gòu)造發(fā)育。所以對本區(qū)內(nèi)的構(gòu)造煤發(fā)育原因有待進一步論證。在中部采區(qū)的-700 m等高線以下，以V-VI 勘探線為界，左右兩邊的煤體結(jié)構(gòu)發(fā)育有所不同。在左邊，V-VI至VII 勘探線之間，是屬于構(gòu)造煤欠發(fā)育區(qū)。在這一條帶狀區(qū)域內(nèi)，煤層厚度較為穩(wěn)定，均在5 m以上，發(fā)育的構(gòu)造煤厚度占煤層總厚的比重也不高。在區(qū)域內(nèi)也沒發(fā)現(xiàn)有斷層發(fā)育。但是，從測井曲線判識的結(jié)果來看，雖然構(gòu)造煤欠發(fā)育，但，本區(qū)內(nèi)的五個鉆孔過渡型煤的厚度，占的比重較大。所以，本區(qū)內(nèi)具體類型劃分尚存爭議。在這一條帶區(qū)域右邊，即V-VI——IV 勘探線之間，為構(gòu)造煤中等發(fā)育區(qū)。

在井田的東部采區(qū)（F5斷層以東，III勘探線以西）：構(gòu)造煤在這一區(qū)域內(nèi)極為發(fā)育，這與本區(qū)復(fù)雜的構(gòu)造有關(guān)系。在本區(qū)淺部，有F2和F3斷層，及其它小斷層錯綜復(fù)雜，相互挫斷，這就使得本區(qū)淺部構(gòu)造煤極其發(fā)育。只有在-450 m水平，有一小條帶，其構(gòu)造煤厚度發(fā)育較薄，均低于全煤層厚度的30%。在本區(qū)-530 m水平以下，小構(gòu)造逐漸減少，構(gòu)造煤由極發(fā)育，轉(zhuǎn)變?yōu)橹械劝l(fā)育。

4 結(jié)論

本文揭示了井田內(nèi)13-1煤層的構(gòu)造煤較為發(fā)育，其厚度占煤層總厚的比重較大。 在剖面圖上， 13-1煤層內(nèi)構(gòu)造煤多分層發(fā)育，多為一到兩個分層，最多為四個分層；且構(gòu)造煤多發(fā)育在煤層的頂部和底部。在平面上，構(gòu)造煤發(fā)育主要受斷裂、褶曲等構(gòu)造影響，在斷層附近及井田東部的構(gòu)造轉(zhuǎn)折部位構(gòu)造煤較為發(fā)育，且厚度較大。根據(jù)構(gòu)造煤厚度占煤層厚度的比例劃分出構(gòu)造煤極發(fā)育區(qū)，構(gòu)造煤中等發(fā)育區(qū)和構(gòu)造煤欠發(fā)育區(qū)，給煤礦開采及防治煤與瓦斯突出工作提供一定的指導(dǎo)意義。

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（責(zé)任編輯：李 麗）