潘謝礦區深部裂隙發育特征的垂向測井反演分析

蔡夢雅 （安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230032）

1 工程概況

潘謝礦區位于淮河以北，潘集外圍勘查區作為其延深勘查區，主采煤層的埋藏深度均較深（-800m以下），相對礦區生產礦井的主采煤層處于更深處。根據潘謝礦區得太灰底板等高線圖（圖1）定義潘集外圍勘查區為為深部。深部的水文工程地質條件較淺部更為復雜，主要表現方面為：高地應力特征、高承壓水等。近年來潘謝礦區各礦井開采深度有著越來越大的趨勢[1-2]，則開展深部主采煤層的裂隙發育特征分析和評價，對煤礦業的安全生產有重要的意義。

圖1 潘謝礦區太灰底板等高線圖

2 深部裂隙發育的測井反演方法

巖體的富水性在很大程度上由巖體裂隙的發育程度所決定。在此基礎上，可利用泥質含量與孔隙度的關系對應的巖層富水性大小來進行分析。煤系地層中砂巖、粉砂巖、粉砂質泥巖、泥巖組合的4種組合在測井曲線上會反映出4種不同特征。砂巖的視電阻率的曲線特征為中高幅值，伽瑪－伽瑪和自然伽瑪曲線特征則為低幅值，自然電位曲線特征通常為負異常；泥巖的視電阻率曲線特征為低幅值，伽瑪-伽瑪和自然伽瑪曲線特征為高幅值；粉砂巖的4種參數曲線的幅值的測井反映特征則是介于砂巖和泥巖的中間；煤層在測井曲線特征為“2高2低”的，具體表現為視電阻率和伽瑪－伽瑪曲線特征均為高幅值，自然伽瑪曲線特征為低值低密度，自然電位曲線特征為負異常。

泥質地層不包含其他放射性礦物時，巖層的自然放射性主要決定于泥質吸附的放射性元素，所以大部分情況下使用自然伽馬測井曲線對巖石中的泥質含量值進行分析確認。根據大量資料的分析結果有如下結論：若巖層的泥質含量小于20%，自然伽馬強度和泥質含量呈現為線性關系；若泥質含量較大，自然伽馬測井值與泥質含量之間會呈現出指數關系。泥質含量和自然伽馬相對值的經驗公式如下[3-4]。

式中：Vsh：泥質含量（%）；

IGR：自然伽馬相對值，取值范圍為0～1；

GR：自然伽馬測井值；

GRmin：純灰巖的自然伽馬測井值，API；

GRmax：鄰近泥巖層段的自然伽馬測井值，API；

G：Hilchie指數，不同地層的地質年代的值不同（古近系以后的地層取3.7，老地層取2.0）。

3 深部泥質含量反演

3.1 深部主采煤層泥質含量反演

此次研究對象主要為二疊系及以前的地層，所以確定本次反演G值為2.0，同時取GRmax為自然伽馬曲線最大值，GRmin為提取出來的自然伽馬離散數據的最小值（避免IGR計算為負值）。

以深部的二疊系煤系砂巖13-1、11-2和8、3-1煤層頂底板含水層（段）為此次研究對象，使在用測井曲線反演的方法基礎上，對煤層頂底板的裂隙發育程度進行分析。以揭露煤系砂巖含水層的深度為依據篩選出 9 個鉆孔：9-1、10-1、8-1、17-1、6-4、21-2、26-1、4-1、2-1，并這9個鉆孔的測井曲線進行泥質含量反演，結果如表1、表2所示。

深部主采煤層頂底板泥質含量反演值 表1

主采煤層頂底板泥質含量反演統計值 表2

根據上表2，利用origin軟件生成深部主采煤層頂板泥質含量平均值圖，見下圖2。

圖2 深部主采煤層頂板泥質反演圖

普遍情況下，泥質含量的多少在一定程度上可以反映出巖石裂隙的發育程度，具體表現為：泥質含量越大，即巖石中泥質體積所占總體積的比值則越大，從而側面反映出巖石的裂隙發育為較差。

由上表和圖分析可知，深部主采煤層頂板泥質反演含量中，泥質含量數值總體上為較接近，具體分析如下：13-1煤層開始向下，泥質含量開始逐漸減小，說明裂隙發育程度表現為逐漸變低，即巖石完整性為越來越高，但到3-1煤層泥質含量突然增大，說明裂隙發育程度表現為突然變高，即總體上深部主采煤層頂板泥質含量呈現減小-增大的規律，裂隙發育程度呈現出變高-變低的規律。深部主采煤層底板泥質反演含量中，泥質含量數值總體上為較接近，具體分析如下：13-1煤層開始，泥質含量表現為逐漸增大，說明裂隙發育程度逐漸變高，即巖石完整性越來越低，但-3-1煤層泥質含量突然減小，說明裂隙發育程度逐漸變低，即巖石完整性越來越高，總體上深部主采煤層底板泥質含量呈現為增大-減小的規律，裂隙發育程度呈現出變低-變高的規律。

3.2 深部太灰泥質含量反演

為研究深部灰巖裂隙發育規律，對各勘探線上的揭露一灰的鉆孔進行篩選后，根據其測井曲線，利用反演公式對深部灰巖的泥質含量進行反演分析，結果如下表3所示。

深部太灰平均泥質含量反演結果 表3

根據上表中的數據，使用suffer軟件生成圖形，得到深部灰巖的平均泥質含量等值線圖，如下圖3。

圖3 深部太灰平均泥質含量等值線圖

根據圖3分析，深部太灰裂隙發育特征總體上表現出一定規律性，在陳橋-潘集背斜南翼的一側，深部太灰平均泥質含量在整體上表現為由西向東逐漸增大的規律，在背斜北翼的一側，深部太灰平均泥質含量則是表現出不同的變化趨勢，由南向北表現為逐漸減小。

F66斷層附近，深部太灰泥質含量普遍增高，出現這種現狀是由于受到斷層的影響，附近巖石裂隙普遍較為發育，則附著放射性物質泥質充填物較多，導致反演的泥質含量表現為含量較高。

4 結論

以潘集外圍勘查區作為整體深部研究對象，通過對深部主采煤層頂底板和太灰的測井曲線進行泥質反演，分析其裂隙發育程度，結果為：垂向上深部主采煤層頂板泥質含量呈現減小-增大的規律，裂隙發育程度呈現出變高-變低的規律；深部主采煤層底板泥質含量呈現為增大-減小的規律，裂隙發育程度呈現出變低-變高的規律；深部灰巖裂隙發育特征不具有規律性，但總體上裂隙發育程度較高，且斷層周圍裂隙發育程度較高。