寸草塔煤礦三盤區物探查明斷層的鉆探驗證

解國強

(神東煤炭集團地測公司，內蒙古 鄂爾多斯 017209)

0 引言

為了使寸草塔煤礦開采接續不受影響，神東煤炭集團于2014年和2016年在寸草塔煤礦三盤區局部地段煤層底板起伏異常區域進行了三維地震勘探，探測到DF1、DF5和DF6等幾條落差大于10 m的斷層。為進一步探明物探斷層在2-2煤、4-2上、5-2煤的位置、產狀、落差及延展范圍，為下一步工作面的合理布置提供地質依據，神東煤炭集團決定施工DF1、DF5、DF6物探斷層探測驗證工程。受神東煤炭集團委托，地測公司承擔本次鉆探施工任務。

1 探測區位置和地質

1.1 探測區位置

勘探區域位于寸草塔煤礦三盤區，由基本獨立的2小塊組成，第一塊位于三盤區中南部，為DF1物探斷層探測驗證區域；第二塊位于三盤區西南部(靠近井田邊界)，為DF5、DF6物探斷層探測驗證區域。每塊形狀為矩形，總計探測面積約4 km2。

1.2 勘探區地質

地層：井田內地層自下而上發育有三疊系上統延長組(T3y)、侏羅系中下統延安組(J1-2y)、侏羅系中統直羅組(J2z)、白堊系下統志丹群(k1zh)、第三系上新統(N2)和第四系(Q)。其中，侏羅系中統延安組為本區的含煤地層(J1-2y)，延安組是大型內陸湖泊三角洲沉積，沉積旋回結構清晰，故可將含煤地層劃分為5個中級旋回(二級)，自下而上劃分為Ⅰ～Ⅴ巖段，含5#～1#煤組，煤層位于各巖段上部或頂部。

構造：本區構造形態總體為一向南西傾斜的近水平產狀的單斜構造。地層走向約NW20°，傾向約SW70°，地層傾角1°。無巖漿巖侵入。據寸草塔煤礦一、二盤區井下開采情況，小斷層較為發育，且方向沒有規律。

物探結果：查明了三盤區物探區內主要可采煤層中落差大于5 m的斷層，對區內落差在3～5 m之間的斷層進行了解釋，查明了斷層在2-2、4-2上、5-2煤層中的性質、落差、延伸方向和范圍。物探區內共計解釋斷層19條，斷層落差H≥10 m的斷層4條，落差5 m≤H<10 m的斷層13條，落差H<5 m的斷層2條。

煤層：區內含煤地層為侏羅系中統延安組(J1-2y)，延安組含煤5組13層，有對比意義11層，從上至下編號為1-2上、1-2、2-2、2-2下、3-1上、3-1、4-2上、4-2、4-3、5-2、5-2下，其中全區可采煤層3層，分別是2-2、4-2上、5-2煤層，局部可采煤層5層，為2-2下、3-1上、3-1、4-2、4-3煤層。其它為不可采煤層。

1.3 鉆探驗證的斷層

DF1正斷層：位于探測區中部，剖面顯示該斷層錯斷2-2、4-2上及5-2煤層。斷層走向為北北東，傾向南西，傾角65°，由測區南向北延伸，2-2煤層斷距在12～22 m、4-2上煤層斷距在8～22 m、5-2煤層斷距在3～20 m，測區內該斷層在2-2煤層中的延展長度為2 430 m，4-2上煤層中的延展長度為2 442 m，5-2煤層中的延展長度為2 444 m。綜合評價該斷層為一可靠斷層。

DF5正斷層：位于探測區西南部，走向N45°E，傾向S45°E，傾角75°，同時錯斷2-2、4-2上、5-2煤層；測區內該斷層在2-2煤層中的落差為0～7 m，4-2上煤層中的落差為0～11 m，5-2煤層中的落差為0～9 m；測區內該斷層在2-2煤層中的延展長度為830 m，4-2上煤層中的延展長度為832 m，5-2煤層中的延展長度為813 m。綜合評價該斷層為一可靠斷層。

DF6正斷層：位于探測區西部(靠近井田邊界)，走向N25°E，傾向S65°E，傾角55°～70°，同時錯斷2-2、4-2上、5-2煤層；測區內該斷層在2-2煤層中的落差為0～26 m，4-2上煤層中的落差為0～25 m，5-2煤層中的落差為0～24 m；測區內該斷層在2-2煤層中的延展長度為2 545 m，4-2上煤層中的延展長度為2 545 m，5-2煤層中的延展長度為2 400 m。綜合評價該斷層為一可靠斷層。

2 勘探工作

2.1 勘探手段的選擇及工程布置

根據勘探目的及地形地質特征，本次勘探手段選擇以機械取芯鉆探為主，輔以地球物理測井等手段進行。本次探測驗證工程孔的布置原則是在物探斷層的上盤和下盤各布置若干個鉆孔，盡量和已知鉆孔形成對孔，達到探測驗證的目的。因位于DF1斷層上盤距斷層面平均約100 m位置22301回風順槽已經形成(2-2煤已經揭露)，故DF1斷層的上盤不再布置鉆孔，其斷層下盤設計鉆孔3個，分別是BT6、BT7、BT8；鉆孔DF6斷層設計鉆孔4個，其中BT1和BT2號孔為對孔，BT3和老孔CK7號孔為對孔，BT4和老孔CK15號孔為對孔；DF5斷層設計鉆孔1個，孔號BT5，與老孔B89號孔組成對孔。

2.2 勘探工程及質量評定

工程測量：本次物探斷層鉆探驗證工程的測量工作由地測公司測量隊完成。平場初期及開孔前利用4個D級GPS控制點作為起算點，使用RTK測量確定8個鉆孔的位置，測量精度符合規范要求，達到優良精度。

鉆探工程：本次勘探工作自2017年3月5日開始，至2017年7月21日結束，完成鉆孔8個，鉆探工作量2 326.31 m，孔徑均為φ113 mm，其中BT1、BT2、BT3、BT7、BT8終孔層位為2-2煤底板下10 m；BT4、BT5終孔層位為5-2下煤底板下10 m；BT6終孔層位為5-2煤底板下10 m。全部鉆孔均進行了地球物理測井工作，工作量2 313實測米。鉆探工程量及質量情況統計表見表1。

煤層：本次勘探竣工鉆孔煤層質量按照2007年國家安全生產監督管理總局頒發的《煤炭地質勘查鉆孔質量標準》(MT/T1042-2007)，對厚度≥0.8 m的煤層逐層進行評定，本次可采見煤點共27層次，其中優質16層次，合格11層次，優質合格率為100%。煤層質量統計見表1。

鉆孔巖芯采取率：勘探設計要求煤系地層巖芯采取率≥70%，非煤系地層巖芯采取率≥60%。實際煤系地層采取率達到65%～95%，非煤系地層采取率達到51%～62%，達到《煤炭地質勘查鉆孔質量標準》(MT/T1042-2007)甲乙級孔的要求。

表1 鉆探工程量及質量情況統計表

孔斜：測斜結果表明，本次竣工的8個鉆孔孔斜度在0.00°～3.28°之間，均在設計要求(5°)以內。

終孔層位：本階段施工所有鉆孔終孔層位均達到設計要求。

簡易水文：本次竣工鉆孔全部進行了簡易水文觀測，水位觀測率，消耗量觀測率達到設計要求。8個鉆孔簡易水文觀測質量均達到乙級及以上標準。

鉆孔封閉：本階段施工的所有鉆孔均按工程設計及鉆探“規程”要求封閉。根據勘探區內的實際地質情況，采用水灰比為1∶0.7純水泥漿封閉，封閉質量合格。施工鉆孔孔口埋設永久性水泥柱標志，寫明孔號。本次鉆探施工，未對本階段施工鉆孔進行啟封檢查。

原始記錄：竣工的8個鉆孔原始數據齊全，原始記錄數據齊全，地層、煤層巖芯鑒定描述合理，判層準確。鉆具丈量符合質量要求，鉆具累計數據與丈量數據超差時，進行了合理平差。

地球物理測井：勘探8個鉆孔測井任務由神華地勘公司承擔，均進行了地球物理測井(電測井)工作，總工程量為2 313 m。測井使用PSJ-2型儀器，采用電阻率，散射伽瑪(長、短源矩)，自然伽瑪等4種曲線對煤巖層進行地質解釋，確定煤層深度、厚度及結構，根據曲線的物性特征，即曲線幅值、幅寬、形態及組合規律進行煤巖層對比，同時測量鉆孔的天頂角及方位角，確定鉆孔的偏斜度及偏斜方向，所測煤層均達優質標準，測井均達甲級標準。測井工作的各項成果、質量較好，可供編制工程總結。

質量評定：8個鉆孔鉆探和測井質量等級經驗收，3個孔為甲級，5個孔為乙級，見表1。

2.3 探測成果

本次物探斷層驗證工程共施工8個鉆孔，通過鉆孔的巖芯寫實情況及對煤層厚度與底板高程的對比，結合物探成果，確定了物探斷層發育情況鉆孔揭露斷層方式分為5種類型，分別為a、b、c、d、e型，如圖1所示。

DF1斷層：根據物探成果，位于物探DF1斷層上盤距斷層面平均約100 m位置22301回風順槽已經形成(2-2煤已經揭露)，故DF1斷層的上盤沒有布置鉆孔，在其斷層下盤施工了3個鉆孔，孔號分別是BT6、BT7、BT8，3個鉆孔探測正常，揭露斷層方式為a型，經過煤巖層對比，結合物探成果，經2-2煤層底板標高計算分析，2-2煤底板標高相差24～28 m。通過BT6號和CK43號鉆孔的各煤層底板標高對比探得此處斷層直接錯斷2-2煤、4-2上煤和5-2煤層，兩孔相距約380 m，減掉地層自然傾斜落差(根據兩孔中間揭露的煤層底板變化，求得地層傾角約1°)，4-2上煤底板標高相差約18 m，5-2煤底板標高相差約20 m。通過老鉆孔B99號和CK42號鉆孔的各煤層底板標高對比探得此處斷層直接錯斷4-2上煤和5-2煤層，B99鉆孔沒有揭露2-2煤，判斷此孔在此處打在了斷層面上，揭露斷層方式為C型，兩孔相距約417 m，減掉地層自然傾斜落差(根據兩孔中間揭露的煤層底板變化，求得地層傾角<1°)，4-2上煤底板標高相差約21 m，5-2煤底板標高相差約19 m。由此，DF1斷層走向、落差、傾角與物探結果基本一致。DF1斷層物探驗證對孔斷層落差見表2。

DF5斷層：根據物探成果在斷層上盤布置了一個鉆孔，孔號BT5，與B89號鉆孔組成對孔，兩孔相距127 m，地層傾角小于1°。鉆孔探測正常，揭露斷層方式為e型，經過煤巖層對比，結合物探成果，經各煤層底板標高計算分析，探得斷層直接錯斷了2-2煤、4-2上煤和5-2煤層，DF5斷層為正斷層。2-2煤底板標高相差約14 m，4-2上煤底板標高相差約7 m，5-2煤底板標高相差約9 m。斷層走向、落差、傾角與物探結果基本一致。DF5斷層物探驗證對孔斷層落差見表3。

a-a型；b-b型；c-c型；d-d型；e-e型圖1 鉆孔揭露斷層方式

上盤鉆孔孔號煤層底板標高/m22301回風順槽底板標高/m下盤鉆孔孔號煤層煤層底板標高距離/m底板落差/m1 019.45BT62-21 046.0617124.221 008BT72-21 036.687728.68 1 012BT82-21 036.0418424.04 CK43944.46BT64-2上967.27288.618.60 890.785-2915.2426220.63 CK42939.67B994-2上967.4441720.77886.935-2912.618.67

表3 DF5斷層物探驗證對孔斷層落差表

DF6斷層：根據物探成果在斷層上下盤布置了4個鉆孔，其中BT1和BT2號孔為對孔，BT3和老孔CK7號孔為對孔，BT4和老孔CK15號孔為對孔。鉆孔探測正常，BT3和老孔CK7號孔、BT4和老孔CK15號孔揭露斷層方式為e型，經過煤巖層對比，結合物探成果，經各煤層底板標高計算分析，DF6斷層為正斷層。BT1和BT2號孔揭露了1-2上煤、1-2煤、2-2煤，根據3層煤的底板標高、煤層結構、頂底板巖性、連續性和地層傾角，綜合判斷斷層在此處落差變小至殲滅，BT3和老孔CK7號孔2-2煤底板標高相差14 m。通過BT4號和CK15號鉆孔的各煤層底板標高對比探得斷層直接錯斷2-2煤、4-2上煤和5-2煤層，兩孔相距160 m，地層傾角小于1°，2-2煤底板標高相差約18 m，4-2上煤底板標高相差約19 m，5-2煤底板標高相差約19 m。斷層走向、落差、傾角與物探結果基本一致。DF6斷層物探驗證對孔斷層落差見表4。

表4 DF6斷層物探驗證對孔斷層落差表

3 結論

(1)查明了DF1、DF5、DF6斷層在2-2煤、4-2上煤和 5-2煤的位置、產狀、落差及延展長度。本次探測成果確定的DF1斷層走向、落差、傾角及延展長度與物探結果基本一致，2-2煤底板落差24～28 m，大于物探成果解釋的12～22 m落差；本次探測成果確定的DF5斷層走向、落差、傾角及延展長度與物探結果基本一致，2-2煤底板落差14 m，大于物探成果解釋的7 m落差；本次探測成果確定的DF6斷層走向、落差、傾角及延展長度與物探結果基本一致，在北北東方向物探邊界處落差變小至殲滅，小于物探成果解釋的12 m落差，縮小了DF6斷層在北北東方向的延展長度。

(2)通過本次補勘，對DF1、DF5、DF6斷層發育情況有了進一步的了解和掌握，有效地證實了物探方法的準確度，并對物探方法起到了補充作用，兩者結合使得工程地質勘察的準確度有了進一步的提高。

(3)根據此次探測成果確定的DF1、DF5、DF6斷層發育情況，設計工作面時應合理布置，以提高資源回采率；靠近斷層區域掘進時加強支護。

(4)物探斷層成果中，斷層已經錯斷了勘探區下部幾個主要煤層的，布置對孔進行鉆探驗證時，確定一個孔為淺孔，一個孔為深孔，深孔既能起到驗證物探斷層的作用，也可以起到探煤的作用。