卞曉順

(神東煤炭集團(tuán)神東地測公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017200)

0 引言

大柳塔煤礦大柳塔井田位于陜西省神木市城的西北約52.5 km處，井田東西長10.5～13.9 km，南北寬9.1～10.5 km，面積126.8 km2，已建成的包神鐵路緊沿井田西部邊界通過，在大柳塔設(shè)有車站，并由此可沿神朔鐵路(在建)經(jīng)山西和河北省達(dá)黃驊港，包頭至榆林二級公路從井田的西東部通過，向南可達(dá)陜西省的榆林和西安。井田處于毛烏素沙漠南緣，海拔1 120～1 280 m，地貌主要為風(fēng)沙堆積，少量為黃土梁峁區(qū)，地表水體主要為井田西界的烏蘭木倫河和東界的勃牛川及王渠水庫。

大柳塔井五、六盤區(qū)主要可采煤層為5-2煤，六盤區(qū)內(nèi)5-2煤存在分岔復(fù)合區(qū)，煤層厚度變化較大，分岔區(qū)內(nèi)鉆孔分布稀疏，原有勘探程度偏低，不能滿足盤區(qū)設(shè)計(jì)需求，為了查明六盤區(qū)5-2煤分岔區(qū)內(nèi)煤層厚度變化情況，需進(jìn)行補(bǔ)充勘探[1-4]。2013年有關(guān)部門對五盤區(qū)賈家畔煤礦越界開采區(qū)進(jìn)行了直流電法勘探，發(fā)現(xiàn)了該區(qū)存在低阻異常區(qū)域和類似采空區(qū)異常區(qū)域，同時(shí)三維地震勘探探測到五盤區(qū)D區(qū)和E區(qū)發(fā)育有WF2正斷層，落差3～4 m，走向約112°。為了驗(yàn)證五盤區(qū)賈家畔煤礦物探異常區(qū)是否為采空區(qū)，是否有積水，以及五盤區(qū)物探斷層(WF2)是否存在，查明斷層的走向、傾向和落差，開展了地面施工鉆孔作業(yè)，神東地測公司承擔(dān)此次補(bǔ)勘工作。

1 探測區(qū)地層

大柳塔五、六盤區(qū)位于大柳塔井田的北部，東西長約7.4～12.5 km、南北寬約5.2～5.7 km，面積約42 km2，圖1為補(bǔ)勘區(qū)位置示意圖。補(bǔ)勘區(qū)地層由老至新有三疊系上統(tǒng)永坪組(T3y)，下侏羅統(tǒng)富縣組(J1f)，侏羅系中下統(tǒng)延安組(J1-2y)，侏羅系中統(tǒng)直羅組(J2z)，第四系(Q)下更新統(tǒng)三門組、中更新統(tǒng)離石組、上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組和全新統(tǒng)。

圖1 大柳塔五、六盤區(qū)補(bǔ)勘區(qū)位置圖

1.1 三疊系上統(tǒng)永坪組(T3y)

三疊系上統(tǒng)永坪組(T3y)為煤系沉積基底，補(bǔ)勘區(qū)內(nèi)地表無出露。其巖性為灰綠色巨厚層狀細(xì)、中粒長石石英砂巖，夾灰綠、黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖，地層厚度80～200 m左右。本次利用老孔中有4個(gè)孔鉆遇三疊系，但均未穿過永坪組，最深的為淺1孔，鉆遇三疊系永坪組24 m。

1.2 侏羅系下統(tǒng)富縣組(J1f)

巖性主要為灰白色細(xì)～中粒砂巖，局部含粉砂巖。區(qū)內(nèi)大部分缺失僅在中部有出露，地表無出露。砂巖之上有2～5 m左右的灰～灰黑色泥巖，含植物化石，局部夾炭質(zhì)泥巖及薄煤。補(bǔ)勘區(qū)內(nèi)有4個(gè)鉆孔鉆穿該地層，揭露該地層厚度為2.0～7.71 m，平均厚度為5.38 m，與下伏永坪組呈假整合接觸。

1.3 侏羅系中下統(tǒng)延安組(J1-2y)

整體概況：該組假整合于永坪組或連續(xù)沉積于富縣組之上，為含煤地層。其上部因遭受直羅組河流的沖刷和新生代剝蝕，有不同程度的缺失，沖刷、剝蝕殘余厚度96.62～243.50 m，平均195.24 m。補(bǔ)勘區(qū)內(nèi)鉆穿延安組共計(jì)17孔，揭露厚度為19.05～205.1 m，平均151.26 m，巖性以灰白～淺灰色中粒長石砂巖為主，次為灰～深灰色粉砂巖，砂質(zhì)泥巖、泥巖及煤層、少量炭質(zhì)泥巖，透鏡狀泥灰?guī)r及膨潤土礦層。含煤地層為大型淺內(nèi)陸湖泊三角洲沉積，橫向巖性變化大[5-8]，但垂向?qū)有蚪Y(jié)構(gòu)清晰，結(jié)合巖、煤組合特征、測井物性特征，旋回對比法將之劃分為5個(gè)中級旋回巖段，自下而上依次為Ⅰ～Ⅴ段，每段含一個(gè)煤組，自上而下編號1～5煤組。補(bǔ)勘區(qū)內(nèi)缺失Ⅴ段1號煤組及Ⅳ段2號煤組一部分。

延安組第一段(J1-2y1)：該地層盤區(qū)內(nèi)無出露，由延安組底部至5-2煤層頂部，該段含5號煤組。補(bǔ)勘區(qū)的東部(五盤區(qū)內(nèi))為5-2煤的復(fù)合區(qū)，巖性主要是灰白色細(xì)～中粒長石砂巖及長石石英砂巖，次為淺灰色～深灰色粉砂巖，砂質(zhì)泥巖夾少量黑色泥巖，炭質(zhì)泥巖。在補(bǔ)勘區(qū)的西北部(六盤區(qū)內(nèi))為5-2煤的分岔區(qū)，分為上、下兩個(gè)亞旋回，下亞旋回通常是中～厚層狀灰白色中～細(xì)粒長石砂巖及長石石英砂巖與深灰色粉砂質(zhì)泥巖互層，含5-2下煤層；上亞旋回以粉砂質(zhì)泥巖為主，夾白色中厚至薄層狀細(xì)粒砂巖，波狀層理、小型交錯(cuò)層理、透鏡狀層理甚發(fā)育，5-2煤層位于其頂部。

延安組第二段(J1-2y2)：該段自5-2煤頂板至4-2煤頂部，本段下部以中～細(xì)粒砂巖為主，上部以灰色砂質(zhì)泥巖、泥巖、粉砂巖為主，薄煤層及泥灰?guī)r、菱鐵質(zhì)泥巖次之。含瓣鰓類動(dòng)物化石。旋回結(jié)構(gòu)復(fù)雜以4-2、4-3、4-4煤劃分為3個(gè)亞旋回，但按巖性差異大致可分為上下兩個(gè)亞旋回。下亞旋回段巖性通常是以灰白色中～細(xì)粒砂巖為主夾透鏡狀泥巖、粉砂巖，4-4煤位于中部。其上泥巖含瓣鰓類化石，系小型延安蚌。局部具迭錐構(gòu)造的泥灰?guī)r透鏡體，偶有蒙脫質(zhì)粘土巖。上亞旋回段巖性以灰色粉砂巖、灰黑色砂質(zhì)泥巖、泥巖與淺灰色細(xì)粒砂巖不等厚互層組成，含瓣鰓類動(dòng)物化石，4-2及4-3煤分別位于其頂?shù)撞俊?/p>

延安組第三段(J1-2y3)：自4-2煤頂板至3-1煤頂部，巖性以淺灰色粉砂巖、砂質(zhì)泥巖及厚層狀中～細(xì)粒砂巖為主，3-1或3-2煤層位于頂部，緩波狀層理，近水平層理及小型交錯(cuò)層理發(fā)育，局部具蟲孔構(gòu)造，含大量球狀菱鐵礦，中部夾煤線及根土巖。

延安組第四段(J1-2y4)：該段自3-1煤頂板至2-2煤頂部，本段大部為單一旋回，2-2煤位于頂部。下部以巨厚層狀灰色～灰白色中～粗粒砂巖為主，局部為細(xì)粒砂巖、粉砂巖；上部以深灰色～灰色粉砂巖、泥巖為主，含瓣鰓類化石，偶見黑色炭質(zhì)泥巖及煤線。在2-2煤層下部有一層0～2.10 m厚的蒙脫質(zhì)粘土巖。細(xì)碎屑巖水平層理及波狀層理發(fā)育。

1.4 侏羅系中統(tǒng)直羅組(J2z)

本組因受后期剝蝕，區(qū)內(nèi)僅殘留底部地層，厚度0～46.75 m，平均18.37 m，補(bǔ)勘區(qū)內(nèi)共有6個(gè)鉆孔鉆遇直羅組，厚度0～19.43 m，平均11.86 m，上部以灰綠、藍(lán)灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為主。下部為灰白色中粗粒長石砂巖、夾綠色泥巖，具大型板狀交錯(cuò)層理或塊狀層理，含植物莖干化石，黃鐵礦結(jié)核，底部偶見含礫砂巖，與下伏煤系地層呈假整合接觸。

1.5 第四系(Q)

第四系(Q)由老到新為下更新統(tǒng)三門組，中更新統(tǒng)離石組，上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組和全新統(tǒng)。

第四系下更新統(tǒng)三門組(Q1s)：本組不整合覆于直羅組或延安組之上。巖性為砂礫石，夾多層砂質(zhì)粘土。砂礫石層的上部以粗砂為主，含少量石英質(zhì)細(xì)礫，分選性中等，磨圓度次圓狀，粗砂成分以石英為主，少量長石和白云母片，中下部以礫卵石為主，粒徑一般10～250 mm，礫卵石之間為松散狀粗砂填隙物，礫卵石成份復(fù)雜，主要為石英、火成巖、片麻巖、燧石等。砂質(zhì)粘土呈淺紅色，富含鈣質(zhì)結(jié)核。

第四系中更新統(tǒng)離石組(Q2l)：底部為砂礫石層，分選差，礫石多呈圓狀，粒徑2～10 mm。上部以風(fēng)積黃土為主，其間夾2～4層淺紅色古土壤層，富含鈣質(zhì)結(jié)核，柱狀節(jié)理發(fā)育。

第四系上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組(Q3s)：主要分布于河、溝處。下部以淺黃色、土黃色粉砂、細(xì)砂為主，具單斜層理及水平層理，頂部含薄層泥炭(局部地方)。以灰褐色粘土質(zhì)中細(xì)砂、細(xì)砂為主，該組疏松透水性較強(qiáng)，厚度變化受古地形的制約[9-12]。

第四系全新統(tǒng)(Q4)：分為沖洪積層和風(fēng)積層。沖洪積層(Q4al、Q4pl)主要分布于勃牛川河谷及其較大支溝中。洪積層為雜色礫卵石，礫徑一般2～50 mm，最大者達(dá)150 mm以上，分選極差，磨圓度較好，多呈次圓及圓狀。卵礫石之間充填物為中細(xì)砂、粉砂及粘土質(zhì)。沖積層下部為中細(xì)砂和砂礫石，上部為淺黃色中細(xì)砂、粉砂質(zhì)粘土、粘土質(zhì)粉砂。

風(fēng)積層(Q4eol)廣布于補(bǔ)勘區(qū)表層，由淺黃色細(xì)砂、粉砂組成，分選性較好。

2 探測區(qū)構(gòu)造

補(bǔ)勘區(qū)內(nèi)地層近似水平，為一傾向南西的單斜，傾角多1°左右。從煤層底板等高線上看，尚分布有一些寬緩的波狀起伏，起伏大小不一，補(bǔ)勘區(qū)內(nèi)分布有幾條大型正斷層。斷層主要參數(shù)見表1，分布圖如圖2所示。

2.1 蠻兔塔斷層(F1)

蠻兔塔斷層(F1)主要分布在大柳塔井田五盤區(qū)，該斷層由蠻兔塔進(jìn)入本井田，沿活朱太溝北側(cè)延伸至六盤區(qū)，延伸長度約4.7 km(本次補(bǔ)勘區(qū)內(nèi))，走向N50°W～N66°W，傾向210°±，傾角75°±，該斷層延伸各段均有不同程度的控制，斷層下盤有22、J51號孔，平行于斷層走向分布，斷層上盤有J52號孔，在蠻兔塔露天區(qū)施工2對鉆孔(J27與J31、J26與J24)，J25號孔穿過斷層破碎帶，該孔中見到斷層上盤的4-2、4-3、4-4煤層，5-2煤層缺失，下盤為永坪組砂巖，斷層破碎帶可見到由石英砂巖角礫經(jīng)后期鈣質(zhì)固結(jié)形成的斷層角礫巖。斷層落差由東南向北西逐漸變小(蠻兔塔附近75 m±)，直至尖滅。因工程控制網(wǎng)度偏稀，故該斷層基本查明。

2.2 三不拉溝北側(cè)斷層(F2)

該斷層貫穿五盤區(qū)沿走向延伸至六盤區(qū)中部，自井田東南淺3孔以北650 m處進(jìn)入井田，延伸至6線以北，長度約11 km。該斷層僅切割到5-2煤層，走向NWW，傾向SSW，傾角約70°～80°。由5對鉆孔(D166與D167、D161與J169、D155與D180、D187與D205、J144與J158)控制，該斷層在補(bǔ)勘區(qū)內(nèi)5-2煤落差約為0～28.6 m，該斷層自西北向東南落差由大變小，該斷層屬查明斷層。

表1 補(bǔ)勘區(qū)內(nèi)斷層特征一覽表

圖2 補(bǔ)勘區(qū)內(nèi)主要斷層分布圖

2.3 三不拉溝北側(cè)斷層(F3)

三不拉溝北側(cè)斷層主要分布在五盤區(qū)南部，自井田東南角淺3號孔北120 m處進(jìn)入井田，井田內(nèi)延伸長度約7 km，總體走向N70°W左右，傾向20°左右，傾角70°左右，由鉆孔D165與D181、D160與D206、D178與D179控制，該斷層在補(bǔ)勘區(qū)內(nèi)5-2煤落差約為0～51 m，落差自西北向東南由小變大。該斷層屬于查明斷層。

2.4 前石畔斷層(F6)

該斷層主要分布于六盤區(qū)南部，發(fā)育自J54號孔東南180 m始，沿北西向延伸至陳家坡進(jìn)入前石畔井田，本次補(bǔ)勘區(qū)內(nèi)延展長度約6.8 km。傾向207°±，傾角75°±，斷層落差最大20 m，向北西、東南逐漸變小至尖滅。與F1、F7呈雁列。該斷層基本查明。

2.5 李家村正斷層(F7)

該斷層主要位于六盤區(qū)的南部，發(fā)育自活朱太溝南側(cè)蠻兔塔附近，沿北西向延伸至李家村一帶。補(bǔ)勘區(qū)內(nèi)延伸長度約4.0 km，傾向205°±，傾角75°±。斷層落差最大約14 m±，向北西、東南逐漸變小至尖滅。與F1、F6斷層呈雁行排列。該斷層基本查明。

2.6 WF2斷層

2013年神華地勘公司對大井五、六盤區(qū)進(jìn)行三維地震勘探，勘探成果顯示五盤區(qū)D區(qū)和E區(qū)均發(fā)育有WF2正斷層，走向約112°，傾角62°～77°，本次補(bǔ)勘共施工兩對對孔(D219與D220、D221與D222)進(jìn)行驗(yàn)證，證實(shí)該斷層存在，推斷兩區(qū)的斷層應(yīng)為同一斷層，在補(bǔ)勘區(qū)內(nèi)延伸長度約為1.9 km，鉆孔控制的5-2煤落差分別為7.6 m、7.1 m，該斷層已查明。

3 勘探工作及質(zhì)量評述

根據(jù)本次補(bǔ)勘工程的目的任務(wù)，結(jié)合補(bǔ)勘區(qū)的地質(zhì)條件，決定了勘探手段以機(jī)械鉆探為主，輔之以煤田地球物理測井、鉆探和測井資料相互驗(yàn)證。

3.1 鉆探工程

本次補(bǔ)充勘探工程，共施工鉆孔23個(gè)，總進(jìn)尺為3 308.15 m，其中六盤區(qū)D207～D214，D216～218為探煤孔，共11個(gè)，進(jìn)尺1 679.14 m；五盤區(qū)D219～222為斷層驗(yàn)證孔，共4個(gè)，進(jìn)尺為555.22 m；T39～T46為物探異常驗(yàn)證孔，共有8個(gè)，進(jìn)尺為1 073.79 m。本次施工鉆孔均為φ113 mm孔徑，終孔層位為5-2煤底板下10 m。

本次施工的23個(gè)鉆孔，除了5個(gè)物探異常驗(yàn)證孔沒有參加評級外，其余鉆孔質(zhì)量均為乙級，參加驗(yàn)收的38層可采煤層中，優(yōu)質(zhì)4層，合格34層，無不合格煤層。所有鉆孔用1∶2水泥漿封孔，孔口埋樁留標(biāo)。

3.2 測量工程及煤田地球物理測井

測量工程：本次補(bǔ)勘工程測量工作由神東地測公司測量隊(duì)承擔(dān)，使用動(dòng)態(tài)GPS(RTK)測量鉆孔孔位23個(gè)。坐標(biāo)系統(tǒng)為1954年北京坐標(biāo)系，1985年黃海高程系，測量精度符合規(guī)程要求。

煤田地球物理測井：本次補(bǔ)勘施工的23個(gè)鉆孔中，有18個(gè)孔進(jìn)行了煤田地球物理測井。測井承擔(dān)單位為神華地質(zhì)勘查有限責(zé)任公司，各孔施測物性參數(shù)曲線4條，分別為視電阻率曲線、雙源距人工伽瑪值及密度曲線、自然伽瑪曲線、自然電位曲線，同時(shí)，進(jìn)行了孔斜施測。15個(gè)探煤孔及3個(gè)物探驗(yàn)證孔孔斜全部符合鉆孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。18個(gè)鉆孔實(shí)測2 553.55 m，全部為甲級孔，38層可采煤層全部為優(yōu)質(zhì)煤，見表2。

表2 補(bǔ)勘測井質(zhì)量情況表

4 結(jié)論

(1)通過本次補(bǔ)充勘探，對大柳塔煤礦大柳塔井5-2煤五、六盤區(qū)地質(zhì)情況有了進(jìn)一步的了解和掌握，完成了補(bǔ)勘任務(wù)，達(dá)到了預(yù)期的目的。

(2)本次補(bǔ)充勘探工程，施工鉆孔23個(gè)，其中11個(gè)探煤孔，8個(gè)物探異常驗(yàn)證孔，4個(gè)斷層探測孔，總工程量為3 308.15 m。

(3)本次補(bǔ)充勘探工程質(zhì)量可靠，施工的8個(gè)異常區(qū)驗(yàn)證孔，僅有1個(gè)鉆孔(T46)與5-2煤采空區(qū)貫通，且無水。

(4)本次補(bǔ)充勘探驗(yàn)證了五盤區(qū)D區(qū)、E區(qū)物探WF2斷層存在，確定了斷層的走向、傾向、落差等斷層要素。