煤田勘探階段設計鉆孔非取芯段設計注意事項研究

郝琴華

（安徽省地質礦產勘查局325 地質隊，安徽 淮北 235037）

1 概 況

碭山煤田在勘探階段的工作任務，是在詳查基礎上設計布置更多的鉆孔，對煤層賦存情況進一步查明。為了加快勘探進度，在勘查程度較高地段的部分設計鉆孔可以設計成部分非取芯段鉆孔，節省鉆探時間，加速探礦進度。本人根據多年來的勘查經驗，在皖北碭山煤田勘探中對鉆孔非取芯段的設計進行研究，現就注意事項進行分析總結，希望對皖北煤田勘探階段部分設計鉆孔中非取芯段的設計有所幫助。

2 碭山煤田煤層地質

2.1 礦區地質

碭山煤田勘查區被厚275～417 m 的新生界（Q、N）掩蓋，其下由老到新為石炭系上統太原組（C2t）、二疊系下統山西組（P1s）和下石盒子組（P1x）、二疊系上統上石盒子組（P2s）、二疊系上統石千峰組(P2sh)，詳見表1。

表1 礦區地層簡表Table 1 Stratigraphic table of mining area

勘查區含煤地層為二疊系下石盒子組和山西組，是此次主要的勘查對象。

第四系（Q）：厚121 m，由灰黃色粘質砂土，淺棕紅色、棕黃、灰黃色粉質粘土、粉砂、細砂組成，含鈣質結核及鐵錳質結核。

新近系（N）：厚227 m，上部由黃、青雜色、棕黃色粉質粘土、粘土夾薄層細砂組成；下部由灰綠、棕紅、棕黃色粘土、粉質粘土和棕黃、棕紅色細砂組成。

二疊系上統上石盒子組（P2s）：厚530～570 m，上部淺灰色～灰色，中～細粒長石石英砂巖與灰綠、灰紫色泥巖、粉砂巖互層，局部為深灰色泥巖，含植物碎片化石，厚230～260 m；下部由淺灰～灰綠色中～細粒長石石英砂巖與綠灰、灰紫色粉砂巖、泥巖組成，泥巖中含大量的紫色斑塊，菱鐵礦鮞粒普遍發育，灰色泥巖中含有大量的植物化石，該段底為一淺灰、灰白色含礫粗～中粒長石石英砂巖，為礦區主要標志之一，厚270～280 m。

下石盒子組（P1x）：厚160～206 m，由泥巖、粉砂巖、中～細粒砂巖及煤層組成，為主要含煤段；含煤3 組（8、7、6），其中8、6 煤層一般不可采，7 煤組有71、72 兩個分層，在整個勘查區都比較穩定，全區大部分可采，是本區最主要可采煤層。

山西組（P1s）：厚86～108 m，以灰色細～中粒長石石英砂巖為主，由菱鐵礦顆粒顯示層理；含煤3 組（11、10、9），其中11 煤組和9 煤組為不可采煤層，10 煤組在整個勘查區比較發育，有101、102、103 三個分層，101、103 大都不可采，102 是被巖漿巖侵入、侵蝕，變為天然焦、局部分為兩層，為不穩定煤層。

石炭系上統太原組（C2t）：厚164 m，巖性為灰～深灰色生物結構灰巖，含硅質結核泥晶灰巖與灰黑色粉砂巖、泥巖、灰色～中粒長石石英砂巖互層，一般含灰巖9～11 層，灰巖中含較多蜓科化石；含不可采煤層6～8 層；頂部第一層含生物碎屑灰巖為標志層（K1）、泥巖、粉砂巖中富含黃鐵礦小團塊、局部含菱鐵礦，含少量植物碎片化石，中下部含較多腕足類化石。

2.2 煤層及標志層對比

主要從標志層、層間距、煤層頂、底板巖石特征3 個方面進行對比。

2.2.1 標志層

K1：為石炭系太原組頂部第一層灰巖，厚0.30～1.50 m，全區穩定，富含生物碎屑；其頂部為一套瀉湖相黑色泥巖，是下石盒子組與山西組分界線。

K2：為鋁土泥巖，為湖相膠體沉積，灰白色～灰綠色，致密塊狀，具滑感、質純、常具貝殼狀斷口，層位全區穩定，厚度1.20～4.79 m，為下石盒子組與山西組分界的標志。

K3：為一套淺灰、灰白色含礫粗～中粒砂巖，主要成份以石英為主，長石次之，鈣質膠結，硬度大，具板狀斜層理；位于上石盒子組中部。

2.2.2 層間距

10 煤組下距灰巖標志層（K1）40～58 m，一般45 m 左右；上距標志層（K2）61～82 m。

7 煤組下距標志層（K2）28～44 m，上距標志層（K3）130～180 m。

2.2.3 煤層頂、底板巖石特征對比

71煤層之上通常為富含植物葉莖化石的黑灰色泥巖，有時含有黃鐵礦細晶，煤層底板一般為灰黑色泥巖，部分為細粉砂巖，都含有植物碎片化石。

72煤層頂板通常為富含植物葉莖化石的黑灰色泥巖，水平層理發育，少部分為粉砂巖；該煤層底板一般為灰黑色泥巖，有時含黃礦結核，部分為細粉砂巖，都含有植物根、莖碎片化石。

102煤層被巖漿巖侵蝕，頂板通常為灰色泥巖，少部分為粉砂巖或者輝綠巖，泥巖和粉砂巖中含有植物化石，水平層理發育；煤層底板一般為灰色細砂巖、泥巖，也含有植物根、莖碎片化石。

3 設計鉆孔非取芯段注意事項

在勘探階段為了加速鉆探進度，在了解地層層序和煤層賦在狀態條件下，只要能保證鉆孔中覆蓋層與基巖接觸帶、重要標志層、煤層、斷層等這些重要信息不被打丟，在部分勘查程度較高地段設計鉆孔可以不進行全孔取芯，在重要信息層位之間可以直接不取芯鉆進，節省鉆進時間。但不取芯段的位置選取十分重要，稍有不慎，會打丟地質信息，成為報廢孔。下面根據筆者多年來的勘查經驗，分析總結一些不取芯段設計注意事項以供參考。

3.1 熟悉礦區地層層序

對礦區地層分布情況由上到下要十分熟悉，不僅要熟悉地層層序，還要對每層的巖性了如指掌。需要從普查到詳查階段一直參與鉆孔編錄，要做到看到從鉆孔中取上來的幾米巖芯，就能大致判斷它所處的地層中的相應位置，斷定鉆進到哪個地層位置，距離標志層或者煤層還有多少距離，對非取芯鉆進起到指導作用。

3.2 了解可采煤層及局部可采煤層的賦存狀態

本區有哪些可采煤層和不可采煤層，賦存在哪個地層的哪個部位，要做到心中有數。如碭山煤田勘查區的7 煤組是主要可采煤層，賦存于下石盒子組黑色泥巖中，下距K2標志層28～44 m，一般35 m 左右，上距K3標志層130～180 m，一般155 m左右。10 煤組是局部可采煤層，賦存于山西組灰色泥砂巖中，下距K1標志層45 m 左右，上距K2標志層61～82 m。所以見到K3標志層時，就知道大約再鉆進150 m 左右就能見7 煤組，見到K2標志層時，再鉆進70 m 左右就能見到10 煤組。若鉆進到K2標志層時一直沒有見到煤，說明7 煤層被打丟了；同理，鉆進到K1標志層時，其上部80 m內沒有見到煤，說明10 煤被打丟了。

3.3 熟悉煤層頂底板巖性特征

煤層頂底板巖性特征是識別煤層的重要標志，也是做好水、工、環工作的重要取芯段，所以一定不能打丟。煤層頂底板各20 m 范圍內要全取芯，20 m 開外可以作為非取芯段。碭山煤田勘查區7煤層之上通常為富含植物葉莖化石的黑灰色泥巖，如果在非取芯鉆進時發現鉆探泥漿返水上來變黑，根據前后孔資料對比情況，若判斷為7 煤頂黑灰色泥巖，立即變為取芯鉆進，以免把7 煤頂板打丟。10 煤層被巖漿巖侵蝕，頂板通常為灰色泥巖，少部分為粉砂巖或者輝綠巖、泥巖和粉砂巖中含有植物化石，水平層理發育。若鉆進到K2標志層以下50 m 時就取芯查看，發現上述10 煤頂板巖性時，立即由非取芯鉆進改為取芯鉆進。

3.4 了解礦區覆蓋層深度及各標志層大致深度

覆蓋層與基巖接觸帶部位及各標志層是判定地層和煤層的重要依據，這些部位及上下巖石必須全部取出，供地質人員綜合研究之用。所以，設計鉆孔時，一定要對比前后左右鉆孔資料，大致判斷這部位的相應深度，并在此上下留足夠空間取芯，確保覆蓋層與基巖接觸帶部位及各標志層不被打丟。

3.5 多參考相鄰鉆孔信息

一定要參考設計鉆孔所在勘探線上前后2 個鉆孔中的信息，并將左右勘探線上相鄰鉆孔信息作為輔助參考。

設計鉆孔時，覆蓋層深度、各標志層深度、各煤層深度、地質界線等信息主要是從設計鉆孔所在勘探線前后2 個鉆孔相應信息綜合平均而來，再從相鄰勘探線上最近鉆孔信息加以佐證，最后確定整個設計鉆孔的全部內容。所以設計鉆孔的前后左右鉆孔信息是設計鉆孔的最基本信息來源。

3.6 鉆孔中非取芯段過程

通過上述注意事項，設計鉆孔所有內容基本確定，對鉆孔設計基本定型。在達到勘探階段孔距要求的部分地段設計孔中可以采取非取芯直接鉆進，加速鉆進速度，且不影響勘探效果。

以碭山煤田勘查區第6 勘探線中H64 設計鉆孔為例，具體分析非取芯段的設計過程。

根據勘探線上鉆孔H65 和鉆孔勘811 信息，結合地震資料，再參考第7 線和第5 線相鄰鉆孔信息，大致可以確定設計的設計鉆孔H64 主要深度中的標志層、各煤層等深度位置。于是，由H65孔，把標志層K3、71、72煤層、標志K2、102煤層、標志層K1等信息通過設計鉆孔H64 向勘811鉆孔中相應位置順勢相連。這樣，設計鉆孔H64 中重要標志層和煤層等信息一目了然，如圖1 所示。

圖1 碭山煤田6 線剖面圖Fig.1 Profile of line 6 in Dangshan coalfield

通過上述操作，確定了設計鉆孔中各標志層及煤層深度，這樣就可以對該孔的取芯段和非取芯段進行劃分。就H64 設計孔而言：

（1）開孔到362.30 m 為非取芯段，即覆蓋層372.3 m 向上推10 m。

（2）362.30～392.3 m 為取芯段，即覆蓋層372.3 m 向上推10 m，K3標志向下延伸20 m，以保存覆蓋上下信息及K3標志層信息。

（3）392.3～452.6 m 為非取芯段，即71煤層（472.6 m）向上推20 m，保證71煤層不被打丟，并保留煤層頂板信息。該非取芯段操作時，每鉆進40 m 左右就要取5 m 長巖芯上來檢查，看看與設計層位巖性是否一致。

（4）452.6～520 m 為取芯段，主要是確保71、72煤層及標志K2不被打丟，且保證它們頂底板信息不缺失。

（5）520～570 m 為非取芯段，即102煤層上推15 m 左右。

（6）570～601.30 m 為取芯段，即保證102煤層及頂底板都被取出。

（7）601.30～620 m 為非取芯段。

（8）620～640 m 為取芯段，保證K1被安全取出，并能見到太原組灰巖。

（9）非取芯段過長時，鉆進到20 m 就要取出5 m 巖芯上來，根據巖性，判斷它屬于哪個層位，距離標志層或者煤還有多深，從而決定下一個非取芯段的長度。

具體非取芯情況如圖2 所示。

圖2 H64 設計鉆孔非取芯段示意Fig.2 Non-coring section of H64 design drilling hole

4 結論

在碭山煤田勘探階段的勘查程度較高地段設計鉆孔時，部分鉆孔沒必要全取芯，可設計成部分非取芯段鉆孔。設計非取芯段主要考慮以下因素。

（1）對勘探區情況要充分了解，如對礦區地層層序要十分熟悉；對本區的各煤層賦存狀態要十分清楚；熟悉煤層頂底板巖性特征；對礦區覆蓋層深度及各標志層大致深度十分清楚。

（2）必須參考設計鉆孔所在勘探線上前后2個鉆孔中的信息，并將左右勘探線上相鄰鉆孔信息作為輔助參考。

（3）非取芯段過長時，鉆進到20 m 就要取出5 m 巖芯上來判斷巖性層位。