潘谢矿区深部裂隙发育特征的垂向测井反演分析

蔡梦雅 （安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 230032）

1 工程概况

潘谢矿区位于淮河以北，潘集外围勘查区作为其延深勘查区，主采煤层的埋藏深度均较深（-800m以下），相对矿区生产矿井的主采煤层处于更深处。根据潘谢矿区得太灰底板等高线图（图1）定义潘集外围勘查区为为深部。深部的水文工程地质条件较浅部更为复杂，主要表现方面为：高地应力特征、高承压水等。近年来潘谢矿区各矿井开采深度有着越来越大的趋势[1-2]，则开展深部主采煤层的裂隙发育特征分析和评价，对煤矿业的安全生产有重要的意义。

图1 潘谢矿区太灰底板等高线图

2 深部裂隙发育的测井反演方法

岩体的富水性在很大程度上由岩体裂隙的发育程度所决定。在此基础上，可利用泥质含量与孔隙度的关系对应的岩层富水性大小来进行分析。煤系地层中砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩组合的4种组合在测井曲线上会反映出4种不同特征。砂岩的视电阻率的曲线特征为中高幅值，伽玛－伽玛和自然伽玛曲线特征则为低幅值，自然电位曲线特征通常为负异常；泥岩的视电阻率曲线特征为低幅值，伽玛-伽玛和自然伽玛曲线特征为高幅值；粉砂岩的4种参数曲线的幅值的测井反映特征则是介于砂岩和泥岩的中间；煤层在测井曲线特征为“2高2低”的，具体表现为视电阻率和伽玛－伽玛曲线特征均为高幅值，自然伽玛曲线特征为低值低密度，自然电位曲线特征为负异常。

泥质地层不包含其他放射性矿物时，岩层的自然放射性主要决定于泥质吸附的放射性元素，所以大部分情况下使用自然伽马测井曲线对岩石中的泥质含量值进行分析确认。根据大量资料的分析结果有如下结论：若岩层的泥质含量小于20%，自然伽马强度和泥质含量呈现为线性关系；若泥质含量较大，自然伽马测井值与泥质含量之间会呈现出指数关系。泥质含量和自然伽马相对值的经验公式如下[3-4]。

式中：Vsh：泥质含量（%）；

IGR：自然伽马相对值，取值范围为0～1；

GR：自然伽马测井值；

GRmin：纯灰岩的自然伽马测井值，API；

GRmax：邻近泥岩层段的自然伽马测井值，API；

G：Hilchie指数，不同地层的地质年代的值不同（古近系以后的地层取3.7，老地层取2.0）。

3 深部泥质含量反演

3.1 深部主采煤层泥质含量反演

此次研究对象主要为二叠系及以前的地层，所以确定本次反演G值为2.0，同时取GRmax为自然伽马曲线最大值，GRmin为提取出来的自然伽马离散数据的最小值（避免IGR计算为负值）。

以深部的二叠系煤系砂岩13-1、11-2和8、3-1煤层顶底板含水层（段）为此次研究对象，使在用测井曲线反演的方法基础上，对煤层顶底板的裂隙发育程度进行分析。以揭露煤系砂岩含水层的深度为依据筛选出 9 个钻孔：9-1、10-1、8-1、17-1、6-4、21-2、26-1、4-1、2-1，并这9个钻孔的测井曲线进行泥质含量反演，结果如表1、表2所示。

深部主采煤层顶底板泥质含量反演值 表1

主采煤层顶底板泥质含量反演统计值 表2

根据上表2，利用origin软件生成深部主采煤层顶板泥质含量平均值图，见下图2。

图2 深部主采煤层顶板泥质反演图

普遍情况下，泥质含量的多少在一定程度上可以反映出岩石裂隙的发育程度，具体表现为：泥质含量越大，即岩石中泥质体积所占总体积的比值则越大，从而侧面反映出岩石的裂隙发育为较差。

由上表和图分析可知，深部主采煤层顶板泥质反演含量中，泥质含量数值总体上为较接近，具体分析如下：13-1煤层开始向下，泥质含量开始逐渐减小，说明裂隙发育程度表现为逐渐变低，即岩石完整性为越来越高，但到3-1煤层泥质含量突然增大，说明裂隙发育程度表现为突然变高，即总体上深部主采煤层顶板泥质含量呈现减小-增大的规律，裂隙发育程度呈现出变高-变低的规律。深部主采煤层底板泥质反演含量中，泥质含量数值总体上为较接近，具体分析如下：13-1煤层开始，泥质含量表现为逐渐增大，说明裂隙发育程度逐渐变高，即岩石完整性越来越低，但-3-1煤层泥质含量突然减小，说明裂隙发育程度逐渐变低，即岩石完整性越来越高，总体上深部主采煤层底板泥质含量呈现为增大-减小的规律，裂隙发育程度呈现出变低-变高的规律。

3.2 深部太灰泥质含量反演

为研究深部灰岩裂隙发育规律，对各勘探线上的揭露一灰的钻孔进行筛选后，根据其测井曲线，利用反演公式对深部灰岩的泥质含量进行反演分析，结果如下表3所示。

深部太灰平均泥质含量反演结果 表3

根据上表中的数据，使用suffer软件生成图形，得到深部灰岩的平均泥质含量等值线图，如下图3。

图3 深部太灰平均泥质含量等值线图

根据图3分析，深部太灰裂隙发育特征总体上表现出一定规律性，在陈桥-潘集背斜南翼的一侧，深部太灰平均泥质含量在整体上表现为由西向东逐渐增大的规律，在背斜北翼的一侧，深部太灰平均泥质含量则是表现出不同的变化趋势，由南向北表现为逐渐减小。

F66断层附近，深部太灰泥质含量普遍增高，出现这种现状是由于受到断层的影响，附近岩石裂隙普遍较为发育，则附着放射性物质泥质充填物较多，导致反演的泥质含量表现为含量较高。

4 结论

以潘集外围勘查区作为整体深部研究对象，通过对深部主采煤层顶底板和太灰的测井曲线进行泥质反演，分析其裂隙发育程度，结果为：垂向上深部主采煤层顶板泥质含量呈现减小-增大的规律，裂隙发育程度呈现出变高-变低的规律；深部主采煤层底板泥质含量呈现为增大-减小的规律，裂隙发育程度呈现出变低-变高的规律；深部灰岩裂隙发育特征不具有规律性，但总体上裂隙发育程度较高，且断层周围裂隙发育程度较高。