物探数字测井在煤矿勘查中的运用效果

徐安映　陶勇　周高　肖飞　赵昌伟

摘 要：在煤矿勘查中，为了达到资源量计算和矿山开采的要求，其中一个重要环节就是根据物探测井与岩矿芯编录数据，对矿体空间分布位置和厚度进行对比分析，确定其矿体空间分布位置和厚度，精确地圈定矿体。通过对资料进行分析对比认为，对煤矿勘查来讲，选择物探测井控制矿体空间分布位置和厚度，其运用效果良好。

关键词：煤矿勘查；物探测井；运用对比；贵州纳雍旧院

中图分类号：P618.11 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）05-0166-03

1 区域地质背景

纳雍县法地煤矿区域内出露地层从老到新依次有寒武系、石炭系、二叠系、三叠系，其间缺失奥陶系、志留系和泥盆系，第四系零星分布。区内为沉积岩地层，其岩石主要为碳酸盐岩，其次为碎屑岩。

在区域构造上，旧院井田及周边地区主体构造为勺坐背斜，处于扬子准地台黔北台隆遵义断拱贵阳复杂构造变形区和毕节北东向构造变形区交汇地带。背斜近东西向延伸，长16 km，宽10 km，核部为寒武系下统和石炭系地层，二叠系、三叠系地层分布在背斜两翼，侏罗系地层局部出露于其北翼；其西端在猪厂附近消失，南翼构造形态被近轴部发育的一系列陡倾斜逆断层破坏。井田位于勺坐背斜南端，发育断层，纳雍东西向展布的大寨断层（F1）是井田主要构造；在大寨断层以南，发育次级断裂，其中F2、F4断层断距>100 m，对煤层破坏较大，导致井田须以F2为界，形成两个不同的开拓系统。

2 井田地质特征

旧院井田出露地层从老至新有：上二叠统龙潭组、长兴组及大隆组，下三叠统飞仙关组、永宁镇组与第四系。其岩石组合主要为碳酸盐岩，次为碎屑岩。在井田内，构造总体形态为向南东倾斜的单斜构造，并在靠近F2、F4附近区域有次级断层分布。岩层倾向南东，105 ？觷～175 ？觷，倾角为6 ？觷～19 ？觷，平均12 ？觷，在北端倾角达61 ？觷；北东端由于受F4断层的影响，岩层局部向北或北东倾斜。井田北部有一宽缓背斜（聂家箐背斜），岩层呈南东或北西倾向。总体来说，旧院井田的构造类型划属简单到中等复杂类型。

3 煤层及顶底板特征

井田含煤地层为上二叠统龙潭组，完整揭穿含煤地层的钻孔10个，据统计其厚度极值为307.41～373.39 m，平均值343.04 m，含煤层（线）达29～48层，含可采煤层12～15层，平均含13层可采煤层。本文以M6煤层为例。

M6煤层的特征：煤岩类型为粉煤或块煤，少量块煤夹粉煤；顶板岩石为泥质粉砂岩、（含）炭质泥岩，底板岩石为粉砂质泥岩、炭质泥岩；夹矸层数1～3层，夹矸出现比例75%，夹矸厚度0.14～1.09 m，平均厚度0.35 m。

4 M6煤层煤质特征

4.1 宏观特征

黑色，暗至半亮型，条痕色为褐黑色，主要为粉煤，小部分钻孔见块煤。粉煤为粒状结构，块煤为木质纹、条带结构；层理清晰；以阶梯状、贝壳状端口为主；主要光泽为沥青、玻璃光泽；煤层内发育裂隙，粉煤、块煤机械强度差异大，粉煤低易破碎，块煤高不易破碎。

4.2 化学性质特征

该煤层煤质有15个工程控制。据统计，原煤灰分极值12.26%～31.97%，平均值21.68%，变化系数24.97%；精煤灰分极值6.21%～18.40%，平均值11.26%，变化系数31.70%。原煤灰分大于29.00%的有1个见煤点，高灰煤占比例为6.67%；介于16.01%～29.00%的有13个见煤点，中灰煤占比例为86.66%。

5 煤层厚度和空间分布位置的确定

5.1 岩矿芯编录

5.1.1 厚度的确定

煤层厚度确定涉及以下几个方面的问题。

①顶末缺失率。井田煤层机械强度低，磨损较严重，易破碎，顶板岩性为泥（页）岩或炭质泥岩，钻杆在从顶板进入煤层时有一个从弯曲变为拉伸的过程，在这个过程中，工作人员在感觉变软时钻杆已经钻进至煤层一定深度。本井田根据前人工作总结的经验，确定顶末缺失率的计算标准为<500 m的钻孔为10 cm，>500 m的钻孔为20 cm。

②底初缺失率。同理由于井田煤层机械强度低，底板岩性为泥（页）岩或炭质泥岩，钻杆在从煤层进入底板时有一个从拉伸变为弯曲的过程，在这个过程中，工作人员在感觉变硬时钻杆已经钻进至底板一定深度。本井田根据前人工作总结的经验，确定底初缺失率的计算标准为<500 m的钻孔为10 cm，>500 m的钻孔为20 cm。

③由于该井田煤层以粉煤为主，煤芯获得率一般介于80%～90%，对煤层厚度的确定造成了一定的误差。一般只有煤芯获得率达到95%以上时，才更能接近煤层厚度真实值。

5.1.2 空间分布位置的确定

钻孔每钻进100 m及进入矿层顶板或钻进至底板都进行孔深校正，每校正100 m的孔深误差在允许范围之内的不进行误差匹配，但钻进至矿层顶板时必须对误差进行匹配处理，如此方能确保接近真实的煤层空间分布位置。

5.2 物探数字测井

众所周知，物探测井是地球物理勘查中的一个独特方法和手段，在煤田钻孔测井工作中同样也得到了广泛的应用。我队在地质勘探旧院井田的同时，也开展了煤田物探测井方面的工作，测井结果数据显示非常好。

井田煤层与其顶底板泥岩等在物理性质上存在着明显差异，因此出现测井异常值曲线，从而在判定煤层、确定其深度和厚度等方面，物探测井的运用效果非常理想。

5.2.1 测井设备和技术方法

本井田采用目前国内较先进的重庆地质仪器厂生产的JGS-1A型智能工程测井仪系列仪器设备进行测井工作，数据采集由电脑连续记录，全部信息数字化。运用智能控制、数据连续记忆、一次性成图的工作原理。

为使测井数据合符要求，钻孔测量间距精度规定为0.05 m，从孔口测至孔底，在含煤孔段或存疑孔段进行重复测量，连续记录曲线视煤异常点。探测工作若因设备、孔内、供电等原因造成中断，曲线质量不理想，则要求重新探测。

按规范要求定期对探管和探测设备的刻度进行校正，曲线的NR（视电阻率）、GG（伽马·伽马）、GR（自然·伽玛）的相对误差值不大于5%，其间的深度绝对误差均不得超过±0.25 m。

必须严格控制测绳拉放速度，0.05 m的探测间距测速保持在5.50～6.50 m/min以内，以确保数据不丢失及数据采集记录完整。

5.2.2 空间分布位置与厚度的确定

在对煤层进行定性解释后的基础上，选用1：50深度比例尺曲线，按不同的曲线对煤层的定厚进行解释，定厚过程主要是通过以下曲线各自的定厚原则进行：

①NR曲线形态其幅值厚度若达到或超过40 mm，形态拐点为其解释点，若其幅值厚度低于40 mm，则在幅值的12～13处进行划定。

②GG曲线形态其幅值厚度若达到或超过40 mm，选择幅值的1/3处作为其解释点，若其幅值厚度低于40 mm，则在幅值的2/3处进行划定。

③GR曲线形态选择其幅值的2/3处划定为解释点，若顶、底板围岩伽玛值高时上移其解释点。

为了保证煤层厚度和空间分布位置的准确度和可靠度，上述三种曲线各自取得的定深定厚数据若出现误差，则通过算术平均方法，取其平均值作为最终的定深及定厚结果。

6 两种方法煤层对比

6.1 对比结果

旧院井田M6煤层空间分布位置和厚度对比见表1，旧院井田ZK1002、ZK1105钻孔编录与物探测井对比如图1所示，ZK1002顶板位置降低了0.05 m，底板位置降低了0.13 m，煤层厚度增加了0.08 m；ZK1105顶板位置提升了0.24 m，底板位置提升了0.18 m，煤层厚度增加了0.06 m，说明岩矿芯编录的煤层空间分布位置和厚度与物探测井均存在一定误差，其误差范围均未超过规范要求，见表1、表2。

6.2 存在问题与原因

上述两种方法确定的煤层空间分布位置与厚度不一致的原因：

①由于进入矿层顶板时钻杆数已超过50根，且每一次孔深校正都采用人工完成，导致累加多个小误差铸成大误差的结果；②尚无精确的数据判定井田煤层顶末底初缺失率；③井田煤层获得率一般介于80%～90%的范围，也导致了一定的误差。

6.3 物探测井的优点

如前所述，测井设备采用先进仪器JGS-1A型智能工程测井仪、智能控制、数据连续记忆、一次性成图，其优点有：

①运用的物探测井方法能对煤层的定性、定厚进行准确解释，达到煤矿在地质勘探阶段的要求；②为准确判定可采煤层在地层中的空间分布位置提供了详细可靠的物性特征参数依据；③为防止在钻井施工中打丢或打薄可采煤层，影响准确划定煤层埋藏深度及厚度方面提供了可行的技术措施。

岩矿芯编录和物探数字测井技术误差在规范要求范围内，合理研究资料数据，运用物探数字测井成果确定煤层的空间分布位置和厚度，能保证煤矿在勘查中提交资料的可靠性和准确性。

6.4 解决问题的措施

岩矿芯编录和物探数字测井在误差范围（表1）内时进行合理取舍，并且钻孔已打穿全部可采见煤点且施工质量全部满足钻探质量指标，测井对煤层的定性定深定厚解释全部达到测井质量要求，应首选物探测井定深定厚解释。如超过误差规定范围则要找出原因所在，及时选择合理方法补救：

首先是更换工作人员进行终孔孔深验正；其次要对探管、探测设备进行重新校正，方能开展测井定深定厚解释工作；如果测试结果均不理想，则更换物探设备和操作员重新开展物探测井工作，直到物探测井定深定厚解释达到要求。

7 结 语

笔者认为，为了满足煤矿资源量计算和开采之前的巷道布置方案相关要求，确保煤层空间分布位置和厚度的准确性及可靠性，选用先进设备进行物探数字测井，在不超差时采用物探测井定深定厚解释成果是切实可行的。如超过误差允许范围则要详细查明原因并予以纠正，提供更加准确、可靠的数据资料作为依据，方能保证煤矿在开采之前的巷道布置和开采方案准确无误。

致谢：本文在撰写过程中承蒙我队退休高级工程师朱成林的悉心指导和总工程师翁申富的大力支持，在此一并致谢。

参考文献：

[1] 陶勇，朱华，周高，等.贵州省纳雍县法地煤矿旧院井田勘探报告[R].贵州省地质矿产勘查开发局106地质大队，2009.

[2] 当代中国的地质事业编辑委员会.当代中国的地质事业[M].北京：中国社会科学出版社，1990.

[3] 张应文，王亮，周晓林，等.数字测井技术在黔北桐梓地区煤田勘探中的应用[J].贵州地质，2007，（4）.