物探綜合測井在礦山豎井勘察中的應(yīng)用

吳高權(quán)，李貴博

（湖南省有色地質(zhì)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(huán)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(yīng)用，并取得了較好的效果。孫中科等[1]在地鐵勘察中應(yīng)用了物探測井方法，較好的解決了一些工程地質(zhì)問題；宋啟文[2]、薛念周[3]通過實踐，運(yùn)用物探測井準(zhǔn)確判定了含水層信息；譚春亮等通過鉆探+物探測井技術(shù)，在覆蓋區(qū)填圖的運(yùn)用中取得較好的效果。根據(jù)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(yīng)用及成果進(jìn)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(shè)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(jù)勘察結(jié)果，鉆探深度范圍內(nèi)場地地層主要由第四系（Q）人工填土層、礫質(zhì)粉質(zhì)黏土層，侏羅系中統(tǒng)塔木蘭溝組（J2tm）安山巖、凝灰?guī)r，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(xiàn)，局部深度可見構(gòu)造破碎帶。

本次物探測井采用數(shù)字綜合測井，所使用的儀器及設(shè)備是河北力時力拓地質(zhì)儀器有限公司生產(chǎn)的PSJ-2數(shù)字綜合測井儀，測井工作采集的數(shù)據(jù)包括：三側(cè)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(shù)；上述參數(shù)均為全孔連續(xù)測量，采樣間隔為0.05m，測井速度不大于8m/min，所有參數(shù)都有是在提升電纜時連續(xù)記錄的。根據(jù)工作區(qū)測井成果，利用自然伽瑪曲線(GR)、三側(cè)向視電阻率曲線(LL3)進(jìn)行巖性的劃分；利用三側(cè)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(fā)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(shù)及測井曲線進(jìn)行溫度梯度的計算和了解孔內(nèi)地溫變化情況；利用自然伽瑪（GR）參數(shù)及曲線對井巷伽瑪放射性進(jìn)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(dāng)巖石破碎或裂隙發(fā)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(tài)為低幅平滑曲線，該特征是劃分破碎帶、裂隙發(fā)育帶最有利的依據(jù)；其聲幅曲線（SOR）、聲波時差曲線（SON）作為劃分破碎帶、裂隙發(fā)育帶的輔助特征。在劃分的破碎帶、裂隙發(fā)育帶基礎(chǔ)上，利用自然電位曲線（SP）和井液電阻率曲線（JY）進(jìn)一步確定含水層；主要表現(xiàn)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(tài)。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(jīng)過對比可知，除基巖構(gòu)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(chǎn)生這一差別的原因可能是因為現(xiàn)場劃分時未計入小于0.5m的裂隙發(fā)育帶及物探成果解譯時產(chǎn)生的細(xì)小誤差。

2.2 波速測試

巖土體波速是最重要的動力學(xué)參數(shù)，聲波測井可根據(jù)聲波時差（SON）參數(shù)，計算得到測深范圍內(nèi)各巖土層的縱波波速值；利用巖體的縱波波速值，結(jié)合室內(nèi)試驗巖塊的縱波波速值，可計算出巖體的完整性指數(shù)。根據(jù)現(xiàn)場測試及室內(nèi)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(jù)表中計算得到的完整性指數(shù)，結(jié)合飽和抗壓強(qiáng)度等參數(shù)采用“BQ法”劃分圍巖級別；不同的圍巖級別其穩(wěn)定性不同，設(shè)計時可以根據(jù)圍巖級別分段設(shè)計井壁的支護(hù)措施，具有較好的指導(dǎo)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(biāo)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(jù)測井結(jié)果鉆孔孔內(nèi)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(jù)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(tǒng)計的數(shù)據(jù)為依據(jù)，計算出鉆孔的地溫梯度為1.2-2.8℃/100米，約900m后井溫達(dá)到28°C以上，到達(dá)孔底時井溫可達(dá)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(yīng)采取適當(dāng)措施以改善施工條件。

表3 孔內(nèi)溫度變化特征表

圖1 孔內(nèi)溫度變化曲線圖

2.4 放射性成果

表4 自然伽馬值統(tǒng)計表

孔內(nèi)放射性根據(jù)自然伽瑪值進(jìn)行分析，自然伽瑪采用密度三側(cè)向組合探管，碘化鈉晶體規(guī)格為：Φ23×40mm，探管下井前用刻度環(huán)或標(biāo)準(zhǔn)源檢查，其響應(yīng)值與基地誤差小于5%。根據(jù)天然伽瑪測井成果，孔內(nèi)最低放射性強(qiáng)度為0.19pa/kg，最高放射性強(qiáng)度為1.81pa/kg，平均值為0.80pa/kg，無放射性異常。統(tǒng)計結(jié)果見表4。

放射性檢測可根據(jù)實際需要采取一種或多種檢測手段，在已有詳細(xì)資料的正在開發(fā)的礦山區(qū)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(jìn)行驗證，以節(jié)約成本及工期，當(dāng)存在異常時應(yīng)進(jìn)行多種方式進(jìn)行驗證。

3 結(jié)語

（1）物探綜合測井用于礦山豎井勘察，結(jié)合其他勘察方法可以較好的解決一些工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)問題，為豎井勘察提供參數(shù)，指導(dǎo)設(shè)計及施工。

（2）物探水文測井劃分含水層和現(xiàn)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(shù)確定含水層的位置及性質(zhì)仍是比較準(zhǔn)確的。

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

（4）井溫及放射性測井可以提前了解豎井施工時的井下環(huán)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(chǎn)風(fēng)險、提高工作效率。