物探综合测井在矿山竖井勘察中的应用

吴高权，李贵博

（湖南省有色地质勘查局二四七队，湖南 长沙 410129）

物探综合测井作为一种原位测试方法，可以很好的避免因环境变化引起的较大成果误差或错误，在勘察工作中得到了广泛应用，并取得了较好的效果。孙中科等[1]在地铁勘察中应用了物探测井方法，较好的解决了一些工程地质问题；宋启文[2]、薛念周[3]通过实践，运用物探测井准确判定了含水层信息；谭春亮等通过钻探+物探测井技术，在覆盖区填图的运用中取得较好的效果。根据物探测井取得的成果，本文以甲乌拉矿山竖井勘察项目为例，对物探综合测井的应用及成果进行介绍，为今后的竖井勘察工作提供参考。

1 工程概况

拟建矿山竖井设计深度945m，钻孔距井筒中心位置约15m，钻孔深度约950m，综合测井深度为10m-947m。根据勘察结果，钻探深度范围内场地地层主要由第四系（Q）人工填土层、砾质粉质黏土层，侏罗系中统塔木兰沟组（J2tm）安山岩、凝灰岩，燕山晚期英安玢岩（γb53）、闪长玢岩（δu53），海西晚期花岗岩（γ43）组成；各个岩性互层出现，局部深度可见构造破碎带。

本次物探测井采用数字综合测井，所使用的仪器及设备是河北力时力拓地质仪器有限公司生产的PSJ-2数字综合测井仪，测井工作采集的数据包括：三侧向电阻率（LL3）、自然电位（SP）、天然伽玛（GR）、井温（TME）、声波时差（SON）、声幅（SOR）等参数；上述参数均为全孔连续测量，采样间隔为0.05m，测井速度不大于8m/min，所有参数都有是在提升电缆时连续记录的。根据工作区测井成果，利用自然伽玛曲线(GR)、三侧向视电阻率曲线(LL3)进行岩性的划分；利用三侧向视电阻率曲线(LL3)、声幅曲线（SOR）、声波时差曲线（SON）划分破碎带、裂隙发育带；利用自然电位曲线（SP）、井液电阻率曲线（JY）确定含水层；利用井温测井参数及测井曲线进行温度梯度的计算和了解孔内地温变化情况；利用自然伽玛（GR）参数及曲线对井巷伽玛放射性进行分析。

2 测井成果综述

2.1 含水层划分

无论是什么岩层，当岩石破碎或裂隙发育时，相对原岩最明显的特征是视电阻率(LL3)明显降低，曲线形态为低幅平滑曲线，该特征是划分破碎带、裂隙发育带最有利的依据；其声幅曲线（SOR）、声波时差曲线（SON）作为划分破碎带、裂隙发育带的辅助特征。在划分的破碎带、裂隙发育带基础上，利用自然电位曲线（SP）和井液电阻率曲线（JY）进一步确定含水层；主要表现为自然电位曲线（SP）为低值平直状曲线，井液电阻率曲线（JY）为高值平直状曲线，二者为镜像箱形形态。物探测井划分的含水层及钻孔编录划分的含水层如表1。

表1 含水层信息表

经过对比可知，除基岩构造裂隙含水层厚度划分有一定的差别外，其他含水层划分基本一致；产生这一差别的原因可能是因为现场划分时未计入小于0.5m的裂隙发育带及物探成果解译时产生的细小误差。

2.2 波速测试

岩土体波速是最重要的动力学参数，声波测井可根据声波时差（SON）参数，计算得到测深范围内各岩土层的纵波波速值；利用岩体的纵波波速值，结合室内试验岩块的纵波波速值，可计算出岩体的完整性指数。根据现场测试及室内试验测试成果，主要岩土层岩体及岩块波速值如表2所示。

表2 岩层波速成果表

根据表中计算得到的完整性指数，结合饱和抗压强度等参数采用“BQ法”划分围岩级别；不同的围岩级别其稳定性不同，设计时可以根据围岩级别分段设计井壁的支护措施，具有较好的指导作用。

2.3 井温测量

本次测井采用井温组合探管，探管下井前用温度计标定温度值，检查值与计算值相对误差均小于5%；地温梯度的计算以100m为单位，根据测井结果钻孔孔内温度变化特征如表3及图1所示。浅部井温受气温影响较大，从井口开始由高到低，高速下降，约100m后井温趋于正常；根据特征表井温值从110-910米分别升高了1.2、2.2、2.4、2.0、3.1、2.8、2.8、2.4℃，以统计的数据为依据，计算出钻孔的地温梯度为1.2-2.8℃/100米，约900m后井温达到28°C以上，到达孔底时井温可达29.9℃，过高的温度将影响工人的身心健康及工作效率，施工时应采取适当措施以改善施工条件。

表3 孔内温度变化特征表

图1 孔内温度变化曲线图

2.4 放射性成果

表4 自然伽马值统计表

孔内放射性根据自然伽玛值进行分析，自然伽玛采用密度三侧向组合探管，碘化钠晶体规格为：Φ23×40mm，探管下井前用刻度环或标准源检查，其响应值与基地误差小于5%。根据天然伽玛测井成果，孔内最低放射性强度为0.19pa/kg，最高放射性强度为1.81pa/kg，平均值为0.80pa/kg，无放射性异常。统计结果见表4。

放射性检测可根据实际需要采取一种或多种检测手段，在已有详细资料的正在开发的矿山区域，如无其他异常时，竖井勘察放射性检测可采用一种方式进行验证，以节约成本及工期，当存在异常时应进行多种方式进行验证。

3 结语

（1）物探综合测井用于矿山竖井勘察，结合其他勘察方法可以较好的解决一些工程地质、水文地质及环境地质问题，为竖井勘察提供参数，指导设计及施工。

（2）物探水文测井划分含水层和现场编录划分含水层虽有差别，但利用视电阻率(LL3)、自然电位曲线（SP）和井液电阻率曲线（JY）等参数确定含水层的位置及性质仍是比较准确的。

（3）通过波速测试，结合室内试验岩块的纵波波速值，可以确定岩体的完整性指数，再结合岩石单轴饱和抗压强度等参数采用“BQ法”划分围岩级别，为井壁支护措施的设计与施工提供依据。

（4）井温及放射性测井可以提前了解竖井施工时的井下环境，为保证施工人员的人身安全及身心健康提前做好劳保措施，以便降低生产风险、提高工作效率。