物探綜合測井在礦山豎井勘察中的應用

吳高權，李貴博

（湖南省有色地質勘查局二四七隊，湖南 長沙 410129）

物探綜合測井作為一種原位測試方法，可以很好的避免因環境變化引起的較大成果誤差或錯誤，在勘察工作中得到了廣泛應用，并取得了較好的效果。孫中科等[1]在地鐵勘察中應用了物探測井方法，較好的解決了一些工程地質問題；宋啟文[2]、薛念周[3]通過實踐，運用物探測井準確判定了含水層信息；譚春亮等通過鉆探+物探測井技術，在覆蓋區填圖的運用中取得較好的效果。根據物探測井取得的成果，本文以甲烏拉礦山豎井勘察項目為例，對物探綜合測井的應用及成果進行介紹，為今后的豎井勘察工作提供參考。

1 工程概況

擬建礦山豎井設計深度945m，鉆孔距井筒中心位置約15m，鉆孔深度約950m，綜合測井深度為10m-947m。根據勘察結果，鉆探深度范圍內場地地層主要由第四系（Q）人工填土層、礫質粉質黏土層，侏羅系中統塔木蘭溝組（J2tm）安山巖、凝灰巖，燕山晚期英安玢巖（γb53）、閃長玢巖（δu53），海西晚期花崗巖（γ43）組成；各個巖性互層出現，局部深度可見構造破碎帶。

本次物探測井采用數字綜合測井，所使用的儀器及設備是河北力時力拓地質儀器有限公司生產的PSJ-2數字綜合測井儀，測井工作采集的數據包括：三側向電阻率（LL3）、自然電位（SP）、天然伽瑪（GR）、井溫（TME）、聲波時差（SON）、聲幅（SOR）等參數；上述參數均為全孔連續測量，采樣間隔為0.05m，測井速度不大于8m/min，所有參數都有是在提升電纜時連續記錄的。根據工作區測井成果，利用自然伽瑪曲線(GR)、三側向視電阻率曲線(LL3)進行巖性的劃分；利用三側向視電阻率曲線(LL3)、聲幅曲線（SOR）、聲波時差曲線（SON）劃分破碎帶、裂隙發育帶；利用自然電位曲線（SP）、井液電阻率曲線（JY）確定含水層；利用井溫測井參數及測井曲線進行溫度梯度的計算和了解孔內地溫變化情況；利用自然伽瑪（GR）參數及曲線對井巷伽瑪放射性進行分析。

2 測井成果綜述

2.1 含水層劃分

無論是什么巖層，當巖石破碎或裂隙發育時，相對原巖最明顯的特征是視電阻率(LL3)明顯降低，曲線形態為低幅平滑曲線，該特征是劃分破碎帶、裂隙發育帶最有利的依據；其聲幅曲線（SOR）、聲波時差曲線（SON）作為劃分破碎帶、裂隙發育帶的輔助特征。在劃分的破碎帶、裂隙發育帶基礎上，利用自然電位曲線（SP）和井液電阻率曲線（JY）進一步確定含水層；主要表現為自然電位曲線（SP）為低值平直狀曲線，井液電阻率曲線（JY）為高值平直狀曲線，二者為鏡像箱形形態。物探測井劃分的含水層及鉆孔編錄劃分的含水層如表1。

表1 含水層信息表

經過對比可知，除基巖構造裂隙含水層厚度劃分有一定的差別外，其他含水層劃分基本一致；產生這一差別的原因可能是因為現場劃分時未計入小于0.5m的裂隙發育帶及物探成果解譯時產生的細小誤差。

2.2 波速測試

巖土體波速是最重要的動力學參數，聲波測井可根據聲波時差（SON）參數，計算得到測深范圍內各巖土層的縱波波速值；利用巖體的縱波波速值，結合室內試驗巖塊的縱波波速值，可計算出巖體的完整性指數。根據現場測試及室內試驗測試成果，主要巖土層巖體及巖塊波速值如表2所示。

表2 巖層波速成果表

根據表中計算得到的完整性指數，結合飽和抗壓強度等參數采用“BQ法”劃分圍巖級別；不同的圍巖級別其穩定性不同，設計時可以根據圍巖級別分段設計井壁的支護措施，具有較好的指導作用。

2.3 井溫測量

本次測井采用井溫組合探管，探管下井前用溫度計標定溫度值，檢查值與計算值相對誤差均小于5%；地溫梯度的計算以100m為單位，根據測井結果鉆孔孔內溫度變化特征如表3及圖1所示。淺部井溫受氣溫影響較大，從井口開始由高到低，高速下降，約100m后井溫趨于正常；根據特征表井溫值從110-910米分別升高了1.2、2.2、2.4、2.0、3.1、2.8、2.8、2.4℃，以統計的數據為依據，計算出鉆孔的地溫梯度為1.2-2.8℃/100米，約900m后井溫達到28°C以上，到達孔底時井溫可達29.9℃，過高的溫度將影響工人的身心健康及工作效率，施工時應采取適當措施以改善施工條件。

表3 孔內溫度變化特征表

圖1 孔內溫度變化曲線圖

2.4 放射性成果

表4 自然伽馬值統計表

孔內放射性根據自然伽瑪值進行分析，自然伽瑪采用密度三側向組合探管，碘化鈉晶體規格為：Φ23×40mm，探管下井前用刻度環或標準源檢查，其響應值與基地誤差小于5%。根據天然伽瑪測井成果，孔內最低放射性強度為0.19pa/kg，最高放射性強度為1.81pa/kg，平均值為0.80pa/kg，無放射性異常。統計結果見表4。

放射性檢測可根據實際需要采取一種或多種檢測手段，在已有詳細資料的正在開發的礦山區域，如無其他異常時，豎井勘察放射性檢測可采用一種方式進行驗證，以節約成本及工期，當存在異常時應進行多種方式進行驗證。

3 結語

（1）物探綜合測井用于礦山豎井勘察，結合其他勘察方法可以較好的解決一些工程地質、水文地質及環境地質問題，為豎井勘察提供參數，指導設計及施工。

（2）物探水文測井劃分含水層和現場編錄劃分含水層雖有差別，但利用視電阻率(LL3)、自然電位曲線（SP）和井液電阻率曲線（JY）等參數確定含水層的位置及性質仍是比較準確的。

（3）通過波速測試，結合室內試驗巖塊的縱波波速值，可以確定巖體的完整性指數，再結合巖石單軸飽和抗壓強度等參數采用“BQ法”劃分圍巖級別，為井壁支護措施的設計與施工提供依據。

（4）井溫及放射性測井可以提前了解豎井施工時的井下環境，為保證施工人員的人身安全及身心健康提前做好勞保措施，以便降低生產風險、提高工作效率。