潘謝礦區(qū)深部裂隙發(fā)育特征的垂向測井反演分析

蔡夢雅 （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230032）

1 工程概況

潘謝礦區(qū)位于淮河以北，潘集外圍勘查區(qū)作為其延深勘查區(qū)，主采煤層的埋藏深度均較深（-800m以下），相對礦區(qū)生產(chǎn)礦井的主采煤層處于更深處。根據(jù)潘謝礦區(qū)得太灰底板等高線圖（圖1）定義潘集外圍勘查區(qū)為為深部。深部的水文工程地質(zhì)條件較淺部更為復(fù)雜，主要表現(xiàn)方面為：高地應(yīng)力特征、高承壓水等。近年來潘謝礦區(qū)各礦井開采深度有著越來越大的趨勢[1-2]，則開展深部主采煤層的裂隙發(fā)育特征分析和評價(jià)，對煤礦業(yè)的安全生產(chǎn)有重要的意義。

圖1 潘謝礦區(qū)太灰底板等高線圖

2 深部裂隙發(fā)育的測井反演方法

巖體的富水性在很大程度上由巖體裂隙的發(fā)育程度所決定。在此基礎(chǔ)上，可利用泥質(zhì)含量與孔隙度的關(guān)系對應(yīng)的巖層富水性大小來進(jìn)行分析。煤系地層中砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖組合的4種組合在測井曲線上會反映出4種不同特征。砂巖的視電阻率的曲線特征為中高幅值，伽瑪－伽瑪和自然伽瑪曲線特征則為低幅值，自然電位曲線特征通常為負(fù)異常；泥巖的視電阻率曲線特征為低幅值，伽瑪-伽瑪和自然伽瑪曲線特征為高幅值；粉砂巖的4種參數(shù)曲線的幅值的測井反映特征則是介于砂巖和泥巖的中間；煤層在測井曲線特征為“2高2低”的，具體表現(xiàn)為視電阻率和伽瑪－伽瑪曲線特征均為高幅值，自然伽瑪曲線特征為低值低密度，自然電位曲線特征為負(fù)異常。

泥質(zhì)地層不包含其他放射性礦物時(shí)，巖層的自然放射性主要決定于泥質(zhì)吸附的放射性元素，所以大部分情況下使用自然伽馬測井曲線對巖石中的泥質(zhì)含量值進(jìn)行分析確認(rèn)。根據(jù)大量資料的分析結(jié)果有如下結(jié)論：若巖層的泥質(zhì)含量小于20%，自然伽馬強(qiáng)度和泥質(zhì)含量呈現(xiàn)為線性關(guān)系；若泥質(zhì)含量較大，自然伽馬測井值與泥質(zhì)含量之間會呈現(xiàn)出指數(shù)關(guān)系。泥質(zhì)含量和自然伽馬相對值的經(jīng)驗(yàn)公式如下[3-4]。

式中：Vsh：泥質(zhì)含量（%）；

IGR：自然伽馬相對值，取值范圍為0～1；

GR：自然伽馬測井值；

GRmin：純灰?guī)r的自然伽馬測井值，API；

GRmax：鄰近泥巖層段的自然伽馬測井值，API；

G：Hilchie指數(shù)，不同地層的地質(zhì)年代的值不同（古近系以后的地層取3.7，老地層取2.0）。

3 深部泥質(zhì)含量反演

3.1 深部主采煤層泥質(zhì)含量反演

此次研究對象主要為二疊系及以前的地層，所以確定本次反演G值為2.0，同時(shí)取GRmax為自然伽馬曲線最大值，GRmin為提取出來的自然伽馬離散數(shù)據(jù)的最小值（避免IGR計(jì)算為負(fù)值）。

以深部的二疊系煤系砂巖13-1、11-2和8、3-1煤層頂?shù)装搴畬樱ǘ危榇舜窝芯繉ο?，使在用測井曲線反演的方法基礎(chǔ)上，對煤層頂?shù)装宓牧严栋l(fā)育程度進(jìn)行分析。以揭露煤系砂巖含水層的深度為依據(jù)篩選出 9 個(gè)鉆孔：9-1、10-1、8-1、17-1、6-4、21-2、26-1、4-1、2-1，并這9個(gè)鉆孔的測井曲線進(jìn)行泥質(zhì)含量反演，結(jié)果如表1、表2所示。

深部主采煤層頂?shù)装迥噘|(zhì)含量反演值 表1

主采煤層頂?shù)装迥噘|(zhì)含量反演統(tǒng)計(jì)值 表2

根據(jù)上表2，利用origin軟件生成深部主采煤層頂板泥質(zhì)含量平均值圖，見下圖2。

圖2 深部主采煤層頂板泥質(zhì)反演圖

普遍情況下，泥質(zhì)含量的多少在一定程度上可以反映出巖石裂隙的發(fā)育程度，具體表現(xiàn)為：泥質(zhì)含量越大，即巖石中泥質(zhì)體積所占總體積的比值則越大，從而側(cè)面反映出巖石的裂隙發(fā)育為較差。

由上表和圖分析可知，深部主采煤層頂板泥質(zhì)反演含量中，泥質(zhì)含量數(shù)值總體上為較接近，具體分析如下：13-1煤層開始向下，泥質(zhì)含量開始逐漸減小，說明裂隙發(fā)育程度表現(xiàn)為逐漸變低，即巖石完整性為越來越高，但到3-1煤層泥質(zhì)含量突然增大，說明裂隙發(fā)育程度表現(xiàn)為突然變高，即總體上深部主采煤層頂板泥質(zhì)含量呈現(xiàn)減小-增大的規(guī)律，裂隙發(fā)育程度呈現(xiàn)出變高-變低的規(guī)律。深部主采煤層底板泥質(zhì)反演含量中，泥質(zhì)含量數(shù)值總體上為較接近，具體分析如下：13-1煤層開始，泥質(zhì)含量表現(xiàn)為逐漸增大，說明裂隙發(fā)育程度逐漸變高，即巖石完整性越來越低，但-3-1煤層泥質(zhì)含量突然減小，說明裂隙發(fā)育程度逐漸變低，即巖石完整性越來越高，總體上深部主采煤層底板泥質(zhì)含量呈現(xiàn)為增大-減小的規(guī)律，裂隙發(fā)育程度呈現(xiàn)出變低-變高的規(guī)律。

3.2 深部太灰泥質(zhì)含量反演

為研究深部灰?guī)r裂隙發(fā)育規(guī)律，對各勘探線上的揭露一灰的鉆孔進(jìn)行篩選后，根據(jù)其測井曲線，利用反演公式對深部灰?guī)r的泥質(zhì)含量進(jìn)行反演分析，結(jié)果如下表3所示。

深部太灰平均泥質(zhì)含量反演結(jié)果 表3

根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)，使用suffer軟件生成圖形，得到深部灰?guī)r的平均泥質(zhì)含量等值線圖，如下圖3。

圖3 深部太灰平均泥質(zhì)含量等值線圖

根據(jù)圖3分析，深部太灰裂隙發(fā)育特征總體上表現(xiàn)出一定規(guī)律性，在陳橋-潘集背斜南翼的一側(cè)，深部太灰平均泥質(zhì)含量在整體上表現(xiàn)為由西向東逐漸增大的規(guī)律，在背斜北翼的一側(cè)，深部太灰平均泥質(zhì)含量則是表現(xiàn)出不同的變化趨勢，由南向北表現(xiàn)為逐漸減小。

F66斷層附近，深部太灰泥質(zhì)含量普遍增高，出現(xiàn)這種現(xiàn)狀是由于受到斷層的影響，附近巖石裂隙普遍較為發(fā)育，則附著放射性物質(zhì)泥質(zhì)充填物較多，導(dǎo)致反演的泥質(zhì)含量表現(xiàn)為含量較高。

4 結(jié)論

以潘集外圍勘查區(qū)作為整體深部研究對象，通過對深部主采煤層頂?shù)装搴吞业臏y井曲線進(jìn)行泥質(zhì)反演，分析其裂隙發(fā)育程度，結(jié)果為：垂向上深部主采煤層頂板泥質(zhì)含量呈現(xiàn)減小-增大的規(guī)律，裂隙發(fā)育程度呈現(xiàn)出變高-變低的規(guī)律；深部主采煤層底板泥質(zhì)含量呈現(xiàn)為增大-減小的規(guī)律，裂隙發(fā)育程度呈現(xiàn)出變低-變高的規(guī)律；深部灰?guī)r裂隙發(fā)育特征不具有規(guī)律性，但總體上裂隙發(fā)育程度較高，且斷層周圍裂隙發(fā)育程度較高。