摘 要:通过钻探、测井资料及井下揭露情况,对三维地震勘探发现的陷落构造进行验证,根据井下揭露陷落柱的情况及地层、岩石的物理力学性质、水文地质情况,对陷落构造特征作出初步分析,取得了一定地质成果。
关键词:陷落构造;钻探;特征;分析
中图分类号:TD231.6 文献标识码:B 文章编号:1009-9166(2010)020(C)-0192-02
2002年在谢桥煤矿东二采区三维地震勘探工作时,中间资料解释发现了“疑视陷落柱”,由于在淮南矿区在此之前从没有发现过陷落构造,对两处“疑视陷落柱”构造未能作肯定的结论,为此,淮南矿业集团进行了地面钻探,井下打钻以及巷道验证等工作,最终证实陷落柱构造存在。
一、淮南煤田陷落构造的形态特征
(一)平面形态。从三维地震资料分析,谢桥矿1#陷落柱顶部发育到11―2煤,在8煤层的平面形态为椭园形,长轴近南北向,直径280m,短轴近东西向,直径200m。2#陷落柱呈串珠状,其延展方向为NNW由三个相对较宽的陷落区组合成长条状,走向上宽窄不一,见图1。
图1(b)560ms的时间切片
(二)剖面形态。从三维地震的时间剖面看,谢桥矿1#陷落柱基岩段为一上小下大的锥形体,T4、T3波由深部的波形散乱,到浅部的不连续间断。锥体间T4、T3等波与外不连续。时间较锥体外侧明显滞后,反射波的间距越往深部差值越大。陷落构造周围的煤层由于受牵引作用,均向陷落构造中心倾斜,垂直方向上上窄下宽,下陷落差10―30m。见图2。
图2谢桥东二三维地震时间剖面
二、钻探验证情况
在谢桥矿1#陷落柱范围内施工的补Ⅱ5验证孔资料,发现地层有下掉的现象,11―2煤底板之上地层下掉距离较小,11―2煤底板之下地层下掉距离增大;在孔深378.00―758.10m范围内,随着深度的增加,岩层的破碎、无序程度也随之增强;地层与邻近补Ⅱ2孔相比较,整体下降14―38m。
(一)陷落构造内地质及水文地质特征。从补Ⅱ5孔钻探取芯、简易水文观测、孔内异常情况以及数字化测井等方面分析,该陷落构造与补Ⅱ线上的补Ⅱ2孔实际揭露的地层相比,有明显差异,异常情况突出。
在陷落构造南部,距陷落构造边界最近距离为120m,和补Ⅱ5孔相距256m;补Ⅱ2孔揭露煤系地层的13―l煤至1煤,终孔层位为1煤底板。补Ⅱ5孔位居陷落构造中心部位,揭露煤系地层的11―2煤至1煤及石炭系的C31灰岩,终孔层位为C33灰顶板。两钻孔同在一条剖面上,具有很好的地层对比性。
1、煤层厚度及层间距。陷落构造内主要煤层11―2煤、8煤、6煤、4―2煤、1煤均已见到,其层位基本正常;在谢桥矿区基本作为标志层的8煤和1煤顶板的石英砂岩,在该陷落构造内也已出现。分析煤层厚度和煤层间距(见表1),我们发现:8煤、6煤、4―2煤、1煤和补Ⅱ2孔非常吻合,而11―2煤煤厚在补Ⅱ5孔为1.45m,在补Ⅱ2孔仅为0.39m;11―2煤至8煤的煤层间距在补Ⅱ5孔为94.05m,在补Ⅱ2孔仅为78.45m,两者相差15.60m。
2、煤层深度。分析补Ⅱ线剖面,陷落构造内所见煤层:11―2煤煤层实见深度比预计深度下降14.25m,而8煤、6煤、4―2煤、1煤煤层实见深度比预计深度下降32.90―38.15m,具体情况见表2。
煤层层间距对照表表1
补Ⅱ5孔煤层实见深度与预计深度对照表表2
3、陷落构造内风氧化带特征。从补Ⅱ5孔得出:陷落构造中心部位基岩面深度为387.00m,风化带深度为434.80m,风化带厚47.80m,风化带发育较厚。在陷落构造处一般来讲,基岩风化带厚22―34m。
风化带内岩性为风化铝质泥岩、风化花斑泥岩、风化粉细砂岩,土黄色,风化极强烈。泥岩变成粘土状,砂岩手捻即碎,近似砂层状。岩性松软,其强度极低,声波曲线反映,强度值为5―10Mpa(正常值10―20Mpa)。
4、其他基岩岩性特征。根据钻孔取芯及测井资料综合分析,其基岩岩性具有以下特征:
(1)泥岩、砂质泥岩:受力挤压和揉皱现象严重,看不出一点层理,大部分已失去原岩的面貌,有水浸现象,呈深灰色,强度极低,手捏即碎,抗压强度为5―15Mpa,平均8Mpa(正常值30―40Mpa)。见图5。
(2)泥钙质胶结的砂岩:青灰色、灰白色至杂色,岩芯破碎,有泥块充填并胶结,强度极低,平均30Mpa(正常值55―60Mpa),手捻即碎,已受强烈的挤压及水溶蚀作用。
(3)硅质胶结的石英砂岩:灰白色,表面锈黄色,所取岩芯极破碎,多成短柱状或卵石状。少见垂向裂隙(陷落构造外8煤顶板和1煤顶板的石英砂岩垂向裂隙极发育)。从测井曲线分析:破碎的砂岩层间空隙被泥质充填并胶结着,见图6。
(4)C31灰岩:岩石破碎,所取岩芯均成小块状,采取率很低(C31灰岩厚度2.75m,岩芯采取0.70m,采取率为25%)。从测井资料上看,其曲线反映正常,说明未充填其他杂质,岩性单一。
(5)C3l,灰岩至C33灰顶板间岩石:岩石完整,层面清晰,和陷落构造外同一层段岩石相同(C32灰未见,可能是自然缺失,有待进一步查证)。
5、陷落构造内水文地质特征.通过补115孔钻进时简易水文观测,其特点如下:
(1)孔深446.00m冲洗液全漏,至终孔776.80m;
(2)孔内水位:见C31灰岩前孔内干燥无水,揭露C31灰岩(孔深760.00m),24小时后水位埋深560.00m,48小时后水位埋深485.00m,呈缓慢上升之趋势。测井前自孔口向孔内灌水,其水位在485m基本不动,保持动态稳定。
6、岩石的稳定性特征.陷落构造内泥岩及砂岩等均受力并产生严重破坏。其强度已大大降低;同时钻孔在施工过程中有掉钻现象、垮孔及掉块严重、经常卡钻;井径曲线显示:35%左右孔段的孔径大于200mm,5%左右孔段的孔径大于500mm,并超过测井仪器有效施测范围。综上分析陷落构造内岩石属极不稳定类型。
三、井下巷道实际揭露陷落柱情况
谢桥2#陷落柱:井下顺槽揭露的陷落柱及影响长度约230米,其中80米为全岩。揭露的陷落柱东边界陷落柱特征明显,破碎带内为1米以上的细砂岩块、粉细砂粒及泥土充填,呈松散堆积,且较潮湿。
工作面揭露陷落柱内部堆积物特征:
(一)柱内岩石破碎,多具有棱角大
(二)柱内岩层均为上覆岩层,在柱边常见8煤顶板岩石
(三)充填无多于泥、砂物或煤泥,充填于岩块之间
(四)柱内压实程度较密实,半固结
(五)岩块表面或充填物空隙间之间常见水锈痕迹
(六)孔隙间常见黄铁矿结晶体。见图9
(七)含水性弱,基本不导水
四、陷落构造内异常情况分析
第一,从岩性特征分析:淮南地区陷落构造内整体岩层受力挤压现象明显,泥岩松软,砂岩呈短柱状或卵石状,但未见断层角砾岩,井下揭露柱内岩层均为上覆岩层,在柱边常见8煤顶板岩石,故不是断层构造引起的。
第二,从发育层位和地质剖面上分析:目前淮南地区发现的陷落构造,发育层位一般从11―2―1煤以下,陷落构造基岩段地层整体“塌陷”趋势明显,“塌陷”深度为14.25―38.15m。随着深度的变化,由于“塌陷”的面积不一样,其对岩石的影响程度不一样。根据目前地面钻孔资料将其“塌陷”从下至上分为三个区带:
第一区带:孔深为758.10m(1灰)以下岩层,属较大面积的整体“塌陷”,因此岩石基本保持原岩的面貌,层理清晰,岩石完整。“塌陷”深度34m左右。
第二区带:孔深为11―2煤底板至758.10m的岩层,因整体“塌陷”面积相对缩小,陷落构造内所有岩层受力挤压,造成岩石变形破坏,泥岩变形失去原岩面貌,砂岩破碎非常严重,而煤层具有缓冲外界作用力的特点,除煤质上稍有变化外,其层位、层间距基本正常。“塌陷”深度34m左右。井下揭露:柱内岩石破碎,多具有棱角大,岩性均为上覆岩层,在柱边常见本煤层顶板岩石,岩块之间为泥、砂物或煤泥充填,岩块表面或充填物空隙间之间常见水锈痕迹,孔隙间或砂岩块表面常见黄铁矿结晶体。柱内压实程度较密实,半固结。
第三区带:孔深387.00(基岩面)―11―2煤底板的岩层,“塌陷”柱体面积较小,由于允许“塌陷”空间体积的缩小,因此其“塌陷”深度仅为14.25m左右,这和该陷落构造内风氧化带相对较厚基本统一起来。
第三,从陷落构造内所取岩石的裂隙分布、裂隙发育程度、裂隙产状上分析,并和其他正常岩石比较,其接受外界作用力的性质是不一样的。
第四,水文地质特征分析:见C31灰岩前(孔深378.00―755.35m)煤系地层,孔内干燥无水,说明其为一独立的水文地质单元。水平上与附近煤系砂岩含水层不产生水力联系;垂向上各砂岩之间的煤与软泥岩具有隔水作用。见C31灰岩后,孔内水位上升至485.00m后稳定,说明陷落构造内太原群灰岩又是一个水文地质单元,其水文地质情况不清。(灰岩含水层向上涌水,而煤系砂岩含水层吸水,在孔深485.00m左右水位形成动态平衡,只是一种说法)。
结束语:三维勘探在淮南矿区首次发现陷落柱,对研究淮南矿区的构造发展史、防治水工作以及安全生产等具有重要的意义。在钻探验证的基础上,淮南矿区潘三矿12318工作面也揭露了陷落构造,进一步证实淮南矿区存在陷落构造。
作者单位:淮南矿业集团
作者简介:吕霖(1957― ),女,安徽泾县人,高级工程师,煤田地质与勘探专业。
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文