煤田勘探階段設(shè)計(jì)鉆孔非取芯段設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)研究

郝琴華

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局325 地質(zhì)隊(duì)，安徽 淮北 235037）

1 概 況

碭山煤田在勘探階段的工作任務(wù)，是在詳查基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)布置更多的鉆孔，對煤層賦存情況進(jìn)一步查明。為了加快勘探進(jìn)度，在勘查程度較高地段的部分設(shè)計(jì)鉆孔可以設(shè)計(jì)成部分非取芯段鉆孔，節(jié)省鉆探時間，加速探礦進(jìn)度。本人根據(jù)多年來的勘查經(jīng)驗(yàn)，在皖北碭山煤田勘探中對鉆孔非取芯段的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，現(xiàn)就注意事項(xiàng)進(jìn)行分析總結(jié)，希望對皖北煤田勘探階段部分設(shè)計(jì)鉆孔中非取芯段的設(shè)計(jì)有所幫助。

2 碭山煤田煤層地質(zhì)

2.1 礦區(qū)地質(zhì)

碭山煤田勘查區(qū)被厚275～417 m 的新生界（Q、N）掩蓋，其下由老到新為石炭系上統(tǒng)太原組（C2t）、二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）和下石盒子組（P1x）、二疊系上統(tǒng)上石盒子組（P2s）、二疊系上統(tǒng)石千峰組(P2sh)，詳見表1。

表1 礦區(qū)地層簡表Table 1 Stratigraphic table of mining area

勘查區(qū)含煤地層為二疊系下石盒子組和山西組，是此次主要的勘查對象。

第四系（Q）：厚121 m，由灰黃色粘質(zhì)砂土，淺棕紅色、棕黃、灰黃色粉質(zhì)粘土、粉砂、細(xì)砂組成，含鈣質(zhì)結(jié)核及鐵錳質(zhì)結(jié)核。

新近系（N）：厚227 m，上部由黃、青雜色、棕黃色粉質(zhì)粘土、粘土夾薄層細(xì)砂組成；下部由灰綠、棕紅、棕黃色粘土、粉質(zhì)粘土和棕黃、棕紅色細(xì)砂組成。

二疊系上統(tǒng)上石盒子組（P2s）：厚530～570 m，上部淺灰色～灰色，中～細(xì)粒長石石英砂巖與灰綠、灰紫色泥巖、粉砂巖互層，局部為深灰色泥巖，含植物碎片化石，厚230～260 m；下部由淺灰～灰綠色中～細(xì)粒長石石英砂巖與綠灰、灰紫色粉砂巖、泥巖組成，泥巖中含大量的紫色斑塊，菱鐵礦鮞粒普遍發(fā)育，灰色泥巖中含有大量的植物化石，該段底為一淺灰、灰白色含礫粗～中粒長石石英砂巖，為礦區(qū)主要標(biāo)志之一，厚270～280 m。

下石盒子組（P1x）：厚160～206 m，由泥巖、粉砂巖、中～細(xì)粒砂巖及煤層組成，為主要含煤段；含煤3 組（8、7、6），其中8、6 煤層一般不可采，7 煤組有71、72 兩個分層，在整個勘查區(qū)都比較穩(wěn)定，全區(qū)大部分可采，是本區(qū)最主要可采煤層。

山西組（P1s）：厚86～108 m，以灰色細(xì)～中粒長石石英砂巖為主，由菱鐵礦顆粒顯示層理；含煤3 組（11、10、9），其中11 煤組和9 煤組為不可采煤層，10 煤組在整個勘查區(qū)比較發(fā)育，有101、102、103 三個分層，101、103 大都不可采，102 是被巖漿巖侵入、侵蝕，變?yōu)樘烊唤?、局部分為兩層，為不穩(wěn)定煤層。

石炭系上統(tǒng)太原組（C2t）：厚164 m，巖性為灰～深灰色生物結(jié)構(gòu)灰?guī)r，含硅質(zhì)結(jié)核泥晶灰?guī)r與灰黑色粉砂巖、泥巖、灰色～中粒長石石英砂巖互層，一般含灰?guī)r9～11 層，灰?guī)r中含較多蜓科化石；含不可采煤層6～8 層；頂部第一層含生物碎屑灰?guī)r為標(biāo)志層（K1）、泥巖、粉砂巖中富含黃鐵礦小團(tuán)塊、局部含菱鐵礦，含少量植物碎片化石，中下部含較多腕足類化石。

2.2 煤層及標(biāo)志層對比

主要從標(biāo)志層、層間距、煤層頂、底板巖石特征3 個方面進(jìn)行對比。

2.2.1 標(biāo)志層

K1：為石炭系太原組頂部第一層灰?guī)r，厚0.30～1.50 m，全區(qū)穩(wěn)定，富含生物碎屑；其頂部為一套瀉湖相黑色泥巖，是下石盒子組與山西組分界線。

K2：為鋁土泥巖，為湖相膠體沉積，灰白色～灰綠色，致密塊狀，具滑感、質(zhì)純、常具貝殼狀斷口，層位全區(qū)穩(wěn)定，厚度1.20～4.79 m，為下石盒子組與山西組分界的標(biāo)志。

K3：為一套淺灰、灰白色含礫粗～中粒砂巖，主要成份以石英為主，長石次之，鈣質(zhì)膠結(jié)，硬度大，具板狀斜層理；位于上石盒子組中部。

2.2.2 層間距

10 煤組下距灰?guī)r標(biāo)志層（K1）40～58 m，一般45 m 左右；上距標(biāo)志層（K2）61～82 m。

7 煤組下距標(biāo)志層（K2）28～44 m，上距標(biāo)志層（K3）130～180 m。

2.2.3 煤層頂、底板巖石特征對比

71煤層之上通常為富含植物葉莖化石的黑灰色泥巖，有時含有黃鐵礦細(xì)晶，煤層底板一般為灰黑色泥巖，部分為細(xì)粉砂巖，都含有植物碎片化石。

72煤層頂板通常為富含植物葉莖化石的黑灰色泥巖，水平層理發(fā)育，少部分為粉砂巖；該煤層底板一般為灰黑色泥巖，有時含黃礦結(jié)核，部分為細(xì)粉砂巖，都含有植物根、莖碎片化石。

102煤層被巖漿巖侵蝕，頂板通常為灰色泥巖，少部分為粉砂巖或者輝綠巖，泥巖和粉砂巖中含有植物化石，水平層理發(fā)育；煤層底板一般為灰色細(xì)砂巖、泥巖，也含有植物根、莖碎片化石。

3 設(shè)計(jì)鉆孔非取芯段注意事項(xiàng)

在勘探階段為了加速鉆探進(jìn)度，在了解地層層序和煤層賦在狀態(tài)條件下，只要能保證鉆孔中覆蓋層與基巖接觸帶、重要標(biāo)志層、煤層、斷層等這些重要信息不被打丟，在部分勘查程度較高地段設(shè)計(jì)鉆孔可以不進(jìn)行全孔取芯，在重要信息層位之間可以直接不取芯鉆進(jìn)，節(jié)省鉆進(jìn)時間。但不取芯段的位置選取十分重要，稍有不慎，會打丟地質(zhì)信息，成為報(bào)廢孔。下面根據(jù)筆者多年來的勘查經(jīng)驗(yàn)，分析總結(jié)一些不取芯段設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)以供參考。

3.1 熟悉礦區(qū)地層層序

對礦區(qū)地層分布情況由上到下要十分熟悉，不僅要熟悉地層層序，還要對每層的巖性了如指掌。需要從普查到詳查階段一直參與鉆孔編錄，要做到看到從鉆孔中取上來的幾米巖芯，就能大致判斷它所處的地層中的相應(yīng)位置，斷定鉆進(jìn)到哪個地層位置，距離標(biāo)志層或者煤層還有多少距離，對非取芯鉆進(jìn)起到指導(dǎo)作用。

3.2 了解可采煤層及局部可采煤層的賦存狀態(tài)

本區(qū)有哪些可采煤層和不可采煤層，賦存在哪個地層的哪個部位，要做到心中有數(shù)。如碭山煤田勘查區(qū)的7 煤組是主要可采煤層，賦存于下石盒子組黑色泥巖中，下距K2標(biāo)志層28～44 m，一般35 m 左右，上距K3標(biāo)志層130～180 m，一般155 m左右。10 煤組是局部可采煤層，賦存于山西組灰色泥砂巖中，下距K1標(biāo)志層45 m 左右，上距K2標(biāo)志層61～82 m。所以見到K3標(biāo)志層時，就知道大約再鉆進(jìn)150 m 左右就能見7 煤組，見到K2標(biāo)志層時，再鉆進(jìn)70 m 左右就能見到10 煤組。若鉆進(jìn)到K2標(biāo)志層時一直沒有見到煤，說明7 煤層被打丟了；同理，鉆進(jìn)到K1標(biāo)志層時，其上部80 m內(nèi)沒有見到煤，說明10 煤被打丟了。

3.3 熟悉煤層頂?shù)装鍘r性特征

煤層頂?shù)装鍘r性特征是識別煤層的重要標(biāo)志，也是做好水、工、環(huán)工作的重要取芯段，所以一定不能打丟。煤層頂?shù)装甯?0 m 范圍內(nèi)要全取芯，20 m 開外可以作為非取芯段。碭山煤田勘查區(qū)7煤層之上通常為富含植物葉莖化石的黑灰色泥巖，如果在非取芯鉆進(jìn)時發(fā)現(xiàn)鉆探泥漿返水上來變黑，根據(jù)前后孔資料對比情況，若判斷為7 煤頂黑灰色泥巖，立即變?yōu)槿⌒俱@進(jìn)，以免把7 煤頂板打丟。10 煤層被巖漿巖侵蝕，頂板通常為灰色泥巖，少部分為粉砂巖或者輝綠巖、泥巖和粉砂巖中含有植物化石，水平層理發(fā)育。若鉆進(jìn)到K2標(biāo)志層以下50 m 時就取芯查看，發(fā)現(xiàn)上述10 煤頂板巖性時，立即由非取芯鉆進(jìn)改為取芯鉆進(jìn)。

3.4 了解礦區(qū)覆蓋層深度及各標(biāo)志層大致深度

覆蓋層與基巖接觸帶部位及各標(biāo)志層是判定地層和煤層的重要依據(jù)，這些部位及上下巖石必須全部取出，供地質(zhì)人員綜合研究之用。所以，設(shè)計(jì)鉆孔時，一定要對比前后左右鉆孔資料，大致判斷這部位的相應(yīng)深度，并在此上下留足夠空間取芯，確保覆蓋層與基巖接觸帶部位及各標(biāo)志層不被打丟。

3.5 多參考相鄰鉆孔信息

一定要參考設(shè)計(jì)鉆孔所在勘探線上前后2 個鉆孔中的信息，并將左右勘探線上相鄰鉆孔信息作為輔助參考。

設(shè)計(jì)鉆孔時，覆蓋層深度、各標(biāo)志層深度、各煤層深度、地質(zhì)界線等信息主要是從設(shè)計(jì)鉆孔所在勘探線前后2 個鉆孔相應(yīng)信息綜合平均而來，再從相鄰勘探線上最近鉆孔信息加以佐證，最后確定整個設(shè)計(jì)鉆孔的全部內(nèi)容。所以設(shè)計(jì)鉆孔的前后左右鉆孔信息是設(shè)計(jì)鉆孔的最基本信息來源。

3.6 鉆孔中非取芯段過程

通過上述注意事項(xiàng)，設(shè)計(jì)鉆孔所有內(nèi)容基本確定，對鉆孔設(shè)計(jì)基本定型。在達(dá)到勘探階段孔距要求的部分地段設(shè)計(jì)孔中可以采取非取芯直接鉆進(jìn)，加速鉆進(jìn)速度，且不影響勘探效果。

以碭山煤田勘查區(qū)第6 勘探線中H64 設(shè)計(jì)鉆孔為例，具體分析非取芯段的設(shè)計(jì)過程。

根據(jù)勘探線上鉆孔H65 和鉆孔勘811 信息，結(jié)合地震資料，再參考第7 線和第5 線相鄰鉆孔信息，大致可以確定設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)鉆孔H64 主要深度中的標(biāo)志層、各煤層等深度位置。于是，由H65孔，把標(biāo)志層K3、71、72煤層、標(biāo)志K2、102煤層、標(biāo)志層K1等信息通過設(shè)計(jì)鉆孔H64 向勘811鉆孔中相應(yīng)位置順勢相連。這樣，設(shè)計(jì)鉆孔H64 中重要標(biāo)志層和煤層等信息一目了然，如圖1 所示。

圖1 碭山煤田6 線剖面圖Fig.1 Profile of line 6 in Dangshan coalfield

通過上述操作，確定了設(shè)計(jì)鉆孔中各標(biāo)志層及煤層深度，這樣就可以對該孔的取芯段和非取芯段進(jìn)行劃分。就H64 設(shè)計(jì)孔而言：

（1）開孔到362.30 m 為非取芯段，即覆蓋層372.3 m 向上推10 m。

（2）362.30～392.3 m 為取芯段，即覆蓋層372.3 m 向上推10 m，K3標(biāo)志向下延伸20 m，以保存覆蓋上下信息及K3標(biāo)志層信息。

（3）392.3～452.6 m 為非取芯段，即71煤層（472.6 m）向上推20 m，保證71煤層不被打丟，并保留煤層頂板信息。該非取芯段操作時，每鉆進(jìn)40 m 左右就要取5 m 長巖芯上來檢查，看看與設(shè)計(jì)層位巖性是否一致。

（4）452.6～520 m 為取芯段，主要是確保71、72煤層及標(biāo)志K2不被打丟，且保證它們頂?shù)装逍畔⒉蝗笔А?/p>

（5）520～570 m 為非取芯段，即102煤層上推15 m 左右。

（6）570～601.30 m 為取芯段，即保證102煤層及頂?shù)装宥急蝗〕觥?/p>

（7）601.30～620 m 為非取芯段。

（8）620～640 m 為取芯段，保證K1被安全取出，并能見到太原組灰?guī)r。

（9）非取芯段過長時，鉆進(jìn)到20 m 就要取出5 m 巖芯上來，根據(jù)巖性，判斷它屬于哪個層位，距離標(biāo)志層或者煤還有多深，從而決定下一個非取芯段的長度。

具體非取芯情況如圖2 所示。

圖2 H64 設(shè)計(jì)鉆孔非取芯段示意Fig.2 Non-coring section of H64 design drilling hole

4 結(jié)論

在碭山煤田勘探階段的勘查程度較高地段設(shè)計(jì)鉆孔時，部分鉆孔沒必要全取芯，可設(shè)計(jì)成部分非取芯段鉆孔。設(shè)計(jì)非取芯段主要考慮以下因素。

（1）對勘探區(qū)情況要充分了解，如對礦區(qū)地層層序要十分熟悉；對本區(qū)的各煤層賦存狀態(tài)要十分清楚；熟悉煤層頂?shù)装鍘r性特征；對礦區(qū)覆蓋層深度及各標(biāo)志層大致深度十分清楚。

（2）必須參考設(shè)計(jì)鉆孔所在勘探線上前后2個鉆孔中的信息，并將左右勘探線上相鄰鉆孔信息作為輔助參考。

（3）非取芯段過長時，鉆進(jìn)到20 m 就要取出5 m 巖芯上來判斷巖性層位。