測(cè)井資料在復(fù)雜地質(zhì)條件煤炭勘查中的綜合應(yīng)用

周曉林 張應(yīng)文 劉志臣 汪 洋 代璨怡

(貴州省地礦局一〇二地質(zhì)大隊(duì)，貴州省遵義市，563003)

★ 煤炭科技·地質(zhì)與勘探 ★

測(cè)井資料在復(fù)雜地質(zhì)條件煤炭勘查中的綜合應(yīng)用

周曉林 張應(yīng)文 劉志臣 汪 洋 代璨怡

(貴州省地礦局一〇二地質(zhì)大隊(duì)，貴州省遵義市，563003)

應(yīng)用測(cè)井曲線中煤層、巖層在視電阻率、自然伽瑪、伽瑪—伽瑪?shù)任镄詤?shù)曲線上顯示的異常幅度、異常寬度、異常形態(tài)、異常組合特征、特殊異常5個(gè)方面的特征進(jìn)行對(duì)比，研究測(cè)井曲線特征，確立煤系地層中的標(biāo)志層，定位煤系地層中的主要煤層；利用測(cè)井曲線中的特殊異常(異常重復(fù)、測(cè)井特征缺失)判定斷層及其位置；利用測(cè)井參數(shù)響應(yīng)值綜合研究、分析，對(duì)煤系放射性環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)其他有益礦產(chǎn)(如黃鐵礦、煤鈾礦)。測(cè)井結(jié)果與該區(qū)地質(zhì)結(jié)果一致。

測(cè)井曲線特征 煤層 斷層 環(huán)境評(píng)價(jià) 煤炭勘查

貴州是我國(guó)煤炭資源蘊(yùn)藏較為豐富的省份，素有“江南煤海”之譽(yù)，是中國(guó)重要的煤炭生產(chǎn)基地，其中，貴州仁懷—習(xí)水—桐梓地區(qū)煤炭資源豐富，是貴州煤炭重要產(chǎn)區(qū)之一。對(duì)貴州煤層的研究主要集中在煤的普查勘探、區(qū)域地層劃分、煤與瓦斯突出、聚煤規(guī)律、沉積相及巖相古地理等方面，而針對(duì)煤、巖層的測(cè)井曲線物性響應(yīng)特征的對(duì)比方面研究不多。煤田地球物理測(cè)井是煤巖層對(duì)比中重要的、有效的手段，對(duì)煤層的定論是直觀、快捷而準(zhǔn)確的。測(cè)井曲線對(duì)比具有資料及時(shí)、表現(xiàn)直觀、應(yīng)用方便等特點(diǎn)。在同一時(shí)代沉積環(huán)境下，形成的煤層、同類(lèi)巖層大致具有相同的物理特征，測(cè)井曲線的幅值、形態(tài)、組合特征也相同或類(lèi)似。通過(guò)對(duì)研究區(qū)煤、巖層測(cè)井曲線特征對(duì)比并分析研究，對(duì)劃分煤層結(jié)構(gòu)、煤層層位及地質(zhì)構(gòu)造提供可靠的數(shù)據(jù)，具有十分重要的意義。

1 研究區(qū)概況

吳家寨背斜煤炭整裝勘查區(qū)位于貴州省仁懷市北面，所在地為桐梓縣、仁懷市、習(xí)水縣所轄，西起保利煤礦，東至容光鄉(xiāng)風(fēng)水井田，北以永安煤礦為界，南至茅臺(tái)向斜軸。東西長(zhǎng)13 km，南北寬8～15 km，面積為132 km2。勘查區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)黔北臺(tái)隆遵義斷拱，畢節(jié)北東向構(gòu)造變形區(qū)北東部，屬吳家寨背斜北東段及傾伏端。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，主要為北東向展布。北東向的褶皺、斷裂構(gòu)造主要有二郎向斜、楠木臺(tái)背斜、吳家寨背斜、茅臺(tái)向斜、官店向斜及F1、F2、 F3、F4四條斷層。二疊統(tǒng)龍?zhí)督M為本區(qū)含煤地層，上覆地層為長(zhǎng)興組石灰?guī)r，下伏地層為茅口組石灰?guī)r。二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P3l)由一套海陸交互相沉積巖組成，主要由細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、粘土巖、硫鐵礦粘土巖、煤、灰?guī)r及菱鐵質(zhì)巖等巖石組成，分布于吳家寨背斜兩翼，部分被第四系覆蓋、剝蝕，含煤地層平均厚度為72 m，含煤巖系含煤層(線)7～15層，達(dá)可采厚度的有4層, 編號(hào)由上往下依次為C5、C8、C11、C12。煤層平均總厚7.42 m，含煤率為2.26%。

2 測(cè)井綜合應(yīng)用方法

測(cè)井綜合應(yīng)用方法較多，本區(qū)主要是通過(guò)對(duì)全區(qū)各鉆孔測(cè)井曲線在分布較廣且穩(wěn)定的煤、巖層巖性和物性分析研究入手，從中尋找各煤層、巖層在視電阻率、自然伽瑪、伽瑪-伽瑪?shù)任镄詤?shù)曲線上顯示的異常幅度、異常寬度、異常形態(tài)、異常組合特征、特殊異常5個(gè)方面的特征，利用突變特征及其組合特征對(duì)各煤層、巖層綜合對(duì)比，確定標(biāo)志層及其與主要煤層的相關(guān)性；對(duì)比研究煤田巖層的沉積關(guān)系、巖層厚度變化和巖性變化，研究煤層的分布、厚度、結(jié)構(gòu)及煤質(zhì)變化；在研究各煤層、巖層沉積關(guān)系的基礎(chǔ)上通過(guò)進(jìn)一步對(duì)比研究地層的重復(fù)、缺失和巖性組合規(guī)律來(lái)查明地質(zhì)構(gòu)造，發(fā)現(xiàn)并判定鉆孔存在的斷層；通過(guò)對(duì)各鉆孔測(cè)井響應(yīng)對(duì)全區(qū)進(jìn)行放射性評(píng)價(jià)及對(duì)發(fā)現(xiàn)其他有益礦產(chǎn)提供信息。

3 測(cè)井對(duì)比應(yīng)用

3.1 標(biāo)志層對(duì)比

在進(jìn)行煤、巖層對(duì)比時(shí)，厚度較大、全區(qū)穩(wěn)定分布的主要煤層及厚度、層位穩(wěn)定的巖層可作為主要標(biāo)志層，其他煤層可作為次要或輔助標(biāo)志層。根據(jù)全區(qū)內(nèi)地層的地質(zhì)及地球物理特征，在含煤地層中選取了層位穩(wěn)定、物性特征明顯的標(biāo)志層3層，為煤、巖層對(duì)比提供依據(jù)。

(1)WB1標(biāo)志層(石灰?guī)r)。煤系上部的一層石灰?guī)r，層厚為0.64～5.00 m，全區(qū)穩(wěn)定分布，視電阻率曲線有明顯的多峰正異常反映，阻值很高，裂隙或泥質(zhì)部位電阻率降低，自然伽瑪曲線總體呈U型單峰負(fù)峰異常反映，對(duì)應(yīng)裂隙或泥質(zhì)部位形成小尖峰狀凸起，是判斷C5煤層層位的主要標(biāo)志層。WB1標(biāo)志層、C5煤層測(cè)井曲線特征圖見(jiàn)圖1。

圖1 WB1標(biāo)志層、C5煤層測(cè)井曲線特征圖

(2)WB2標(biāo)志層(C8煤層及底板粘土巖)。C8煤層全區(qū)穩(wěn)定可采，煤層單一，偶含1～2層夾矸，煤層厚度變化較大，為0.80～8.46 m。煤層具有高電阻率、低自然伽瑪、高伽瑪—伽瑪?shù)纫话忝簩游镄蕴卣鳌Ｒ曤娮杪是€、伽瑪—伽瑪曲線均呈一個(gè)寬高峰正異常反映；異常峰頂上由多個(gè)小尖峰組成，在煤層的底板上視電阻率曲線呈“下坡臺(tái)階”狀，自然伽瑪曲線總體呈U型負(fù)峰異常反映。C8煤層底板粘土巖自然伽馬幅值較高，呈明顯的高異常反應(yīng)。WB2標(biāo)志層曲線異常的形態(tài)、幅度等特征基本相似，是判斷C8煤層的主要標(biāo)志層。WB2標(biāo)志層、C8煤層測(cè)井曲線特征見(jiàn)圖2。

圖2 WB2標(biāo)志層、C8煤層測(cè)井曲線特征

(3)WB3標(biāo)志層(C12煤層之下含黃鐵礦粘土巖)。全區(qū)穩(wěn)定分布，厚度為0.60～6.45 m，與上方C12煤層及下面P2m石灰?guī)r組合特征明顯，視電阻率為次高阻、低阻、高阻組合關(guān)系；自然伽瑪為相對(duì)負(fù)異常、相對(duì)最大正異常、相對(duì)最低負(fù)異常組合關(guān)系；伽瑪—伽瑪曲線除在煤層處有相對(duì)正異常反映外，其余巖層無(wú)明顯反映。視電阻率曲線形態(tài)多呈U型反映，自然伽瑪曲線呈多峰凸字型曲線反映，是判斷C12煤層的主要標(biāo)志層。WB3標(biāo)志層、C12煤層測(cè)井曲線特征見(jiàn)圖3。

圖3 WB3標(biāo)志層、C12煤層測(cè)井曲線特征

3.2 煤層特征及序列對(duì)比

通過(guò)測(cè)井曲線特征對(duì)比，可以綜合研究有關(guān)煤層厚度、結(jié)構(gòu)和巖性變化的一些特點(diǎn)。在全區(qū)內(nèi)，C5、C8、C11、C12煤層有以下特征：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，偶含1～2層夾矸；厚度變化較大；各參數(shù)曲線呈單峰狀，C8、C12煤層下部自然伽瑪曲線普遍存在高伽瑪異常反映；C5煤層與P3c/P3l界線之間的層間距相對(duì)穩(wěn)定，為9.31～19.68 m，平均為15.28 m。C5與C8煤層間距為13.75～36.14 m，平均為22.60 m；C8與C11煤層間距為18.85～32.01 m，平均為23.56 m； C11與C12煤層間距為5.84～23.34 m，平均為12.72 m；C12煤層與P3l/P2m界線之間的層間距為1.79～4.78 m，平均為3.33 m，層間距較穩(wěn)定。

(1)C5煤層。位于龍?zhí)督M上部，上距WB1底部0～2.88 m，平均為0.51 m。煤層較厚，且厚度變化較大，一般含夾矸0～1層，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。煤層層位穩(wěn)定，對(duì)比可靠。

(2)C8煤層。位于龍?zhí)督M中部，距C5煤層底板13.75～36.14 m，平均為22.60 m。含夾矸0～2層，煤層結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。該煤層以厚度大、夾矸發(fā)育為特征，局部出現(xiàn)煤層分叉。底板巖性為粘土巖，普遍存在高伽瑪異常反映。煤層層位穩(wěn)定，對(duì)比可靠。

(3)C11煤層。位于龍?zhí)督M中下部，距C8煤層底板18.85～32.01 m，平均為23.56 m。煤層以薄煤層為主，含夾矸0～1層，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。煤層層位穩(wěn)定，對(duì)比可靠。

(4)C12煤層。位于WB3標(biāo)志層之上，距P2m 頂1.79～4.78 m，平均為3.33 m。含夾矸0～2層，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。頂板巖性為泥巖、炭質(zhì)泥巖，底板巖性為含硫鐵礦粘土巖，普遍存在全區(qū)最高的伽瑪異常反映。煤層層位穩(wěn)定，對(duì)比可靠。

3.3 正斷層判定對(duì)比

在鉆孔中，地層出現(xiàn)間距縮短或缺失時(shí)為正斷層。通過(guò)研究鉆孔中地層的變薄、增厚、重復(fù)和缺失在測(cè)井曲線上的特征反映，結(jié)合地層傾角(地層傾角增大將會(huì)拉伸測(cè)井曲線)等其他特征進(jìn)行綜合分析。ZK2503鉆孔與相鄰鉆孔ZK2103對(duì)比，鉆孔ZK2103鉆孔A～B段、C～D段的測(cè)井特征在ZK2503鉆孔中出現(xiàn)缺失，且C6與C8、WB3與C11層間距縮短，對(duì)比解釋推斷為正斷層引起的缺失斷層。正斷層測(cè)井曲線特征見(jiàn)圖4。

圖4 正斷層測(cè)井曲線特征

3.4 逆斷層判定對(duì)比

在鉆孔中，地層出現(xiàn)間距增大或重復(fù)現(xiàn)象時(shí)為逆斷層。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)ZK3701鉆孔地層E～F段與E ′～F′ 段視電阻率、伽瑪—伽瑪和自然伽瑪曲線異常的形態(tài)、幅度等特征基本相似，煤層數(shù)量和巖層基本完整， C8煤層及底板粘土巖異常特征明顯, C8煤層重復(fù)。因此可以解釋推斷有逆斷層穿過(guò)ZK3701鉆孔。

圖5 逆斷層測(cè)井曲線特征

3.5 環(huán)境評(píng)價(jià)及有益礦產(chǎn)

研究區(qū)內(nèi)煤、巖石自然伽瑪強(qiáng)度一般為5.27×10-2～144.98×10-2PA/kg，無(wú)放射性異常，但C12煤層底部含黃鐵礦粘土巖自然伽瑪強(qiáng)度較高，最高達(dá)到13.54 PA/kg，放射性異常，在開(kāi)采C12煤層時(shí)應(yīng)注意對(duì)作業(yè)環(huán)境放射性劑量的監(jiān)測(cè)。

含黃鐵礦粘土巖層頂板為C12煤層及炭質(zhì)泥巖，底板為茅口組石灰?guī)r，大部分厚度為2～5 m，個(gè)別地段大于10 m；經(jīng)取樣測(cè)試分析，含黃鐵礦粘土巖中黃鐵礦品位不高且變化較大，普遍為7%～13%不等，均達(dá)不到工業(yè)品位的要求，無(wú)開(kāi)采利用價(jià)值。

在16個(gè)鉆孔中，有13個(gè)鉆孔中C12煤層底部的黃鐵礦粘土巖存在放射性異常(γ< 3.5 PA/kg時(shí)為正常孔；3.5 PA/kg< γ<7 PA/kg時(shí)為潛在煤鈾礦化孔；γ>7 PA/kg時(shí)為潛在煤鈾礦孔)，其中，3.5 PA/kg< γ<7 PA/kg的潛在礦化孔6個(gè)，γ最大值為6.88 PA/kg，γ平均值為6.37 PA/kg，異常層段厚度為0.45～5.85 m，平均厚度為2.65 m；γ>7 PA/kg的潛在異常孔7個(gè)，γ最大值為18.54 PA/kg，γ平均值為12.36 PA/kg；異常層段厚度為0.50～5.90 m，平均厚度為1.76 m。在相鄰的桐梓縣容光井田(位于研究區(qū)外西南附近，自然伽瑪高值異常地層層位與研究區(qū)相同)經(jīng)對(duì)異常層段取樣作放射性元素測(cè)試分析，樣品主要含放射性元素鈾，鈾含量達(dá)工業(yè)品位的要求。由此可以推斷研究區(qū)內(nèi)含黃鐵礦粘土巖自然伽瑪高值異常是由放射性元素鈾引起的，為尋找煤系鈾礦找礦靶區(qū)提供重要信息。

4 結(jié)論

(1)在復(fù)雜地質(zhì)條件煤炭勘探中綜合應(yīng)用地球物理測(cè)井技術(shù)，全面掌握了該區(qū)煤巖層賦存規(guī)律，通過(guò)對(duì)研究區(qū)內(nèi)各鉆孔測(cè)井曲線的詳細(xì)分析、研究和對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)對(duì)比標(biāo)志層，通過(guò)綜合應(yīng)用總結(jié)了煤層測(cè)井特征及對(duì)該區(qū)煤層進(jìn)行了有效序列對(duì)比。

(2)通過(guò)對(duì)測(cè)井曲線的綜合對(duì)比，全區(qū)標(biāo)志層定位依據(jù)充分；煤層編號(hào)及煤層序列對(duì)比準(zhǔn)確、可靠；結(jié)合地質(zhì)資料進(jìn)行綜合判斷斷層位置及斷層性質(zhì)依據(jù)充分，測(cè)井結(jié)果與地質(zhì)結(jié)果具有一致性，以進(jìn)一步提高了測(cè)井資料解釋的 可信度、可靠性。

(3)為尋找其他有益礦產(chǎn)(煤鈾礦床等)提供了信息。

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(責(zé)任編輯 郭東芝)

Comprehensive application of well logging data in coal exploration in complicated geological condition area

Zhou Xiaolin, Zhang Yingwen, Liu Zhichen, Wang Yang, Dai Canyi

(The 102 Geological Brigade of Guizhou Geology and Mineral Resources Exploration and Development Bureau, Zunyi, Guizhou 563003, China)

The characteristics of amplitude, width, form, combination feature of abnormal segment and special abnormal segment displayed in apparent resistivity, natural gamma, gamma-gamma and other physical property parameters curves of coal seam and rock stratum in logging curve were contrasted to study the features of logging curve and determine the marker bed and main seam of measured coal strata, and the special abnormal segments of logging curve such as abnormal repetition, logging feature deficiency were used to predicate fault and its location, then response values of logging parameters were comprehensively studied and analyzed to evaluate radiation environment in measured coal strata and discover other useful mineral resources, such as pyrite and uranium ore. The logging result was in accordance with geological result in this area.

logging curve characteristics, coal seam, fault, environmental evaluation, coal exploration

貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局地質(zhì)科學(xué)研究項(xiàng)目(黔地礦科合〔2014〕04號(hào))，貴州省仁懷市吳家寨背斜煤炭整裝勘查項(xiàng)目

周曉林，張應(yīng)文，劉志臣等. 測(cè)井資料在復(fù)雜地質(zhì)條件煤炭勘查中的綜合應(yīng)用[J]. 中國(guó)煤炭，2017,43(2)：23-27，32. Zhou Xiaolin, Zhang Yingwen, Liu Zhichen, et al. Comprehensive application of well logging data in coal exploration in complicated geological condition area[J]. China Coal, 2017, 43(2):23-27，32.

P624

A

周曉林(1963-)，男，貴州凱里人，物探工程師，主要從事地球物理勘探和管理工作。