Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Разработка методики геолого-геофизических исследований параметрических скважин с целью повышения качества и достоверности разведки угольных месторождений

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Разработка методики геолого-геофизических исследований параметрических скважин с целью повышения качества и достоверности разведки угольных месторождений"

Министерство геология СССР -Шучао-производственюй объединение по геофизический работая на нефть ■ газ "Нвфтегвофизика" Всесосзннй научно-исследовательский институт геофизических нетодов разведки (8НИИГео$)»зйка)

На правах рукописи

ДАРАГАН ВЛАДИМИР НИКОЛА ШМ

УДК 550.832:553$93(477.б1/б2)

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ГНЭЛСГО-ГГОФЙЗЙЧ ПЗСИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ СЯВиЗИН С ЦЕЛЬП ПОБИВШИ КАЧЕСТВА И ДОСТОВЕРНОСТИ РАЗВЕДКИ УГОЛЬНЫХ 1ЕСТ0Р01ДЕНИЙ (РА ПРИНТЕ ДОНЕЦКОГО БАССЕЙНА)

Специальность: 04.00.1? - геофизические методы поисков и разведки меоторо*денйй полезных исгопаеннх

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учепои степени кандидата геолого-41инвралогических наук.

Министерство геологии СССР Ваучно-проиэводствендае объединение по геофизическим работа* на нефть и газ "Нзфтегео^иэина" ^сбсоюзний научно-исследовательский институт геофизических методов разведки (ВШ'НГеофизияа)

Ра правах рукописи

длраган владимир шчоллевич

удк 550.832:553.93(477.61/62)

РАЗРАБОТКА ЦЕТОДКШ ГГОЛОГО-ГКШЗИЧ ЮТИ К

исследований паршеттсесетх асптан с цш>о попшгаш

КАЧЕСТВА И ДОСТОВЕРНОСТИ РАЗВЕДКИ УГОЛЬШ МЕСТ0Р01ДЕЙИЙ (РА ПРИМЕРЕ ДО НЕКОГО БАССЕЙНА) '

Специальность: 04.00.12 - геофизические методы поисков и разведки месторождений полезннх ископасинх

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учено я степени кандидата геолого-минералогических нзук

Работа выполнена в Донбасс за опытно-методичеокой партии (ОМП)

Октябрьской опытно-методической вкспедиЦии геофизически«: исследований геологоразведочных скважин (ОКЭГИС) научно-производотвенного объединения "Совзпромгеофизика" Министерства геологии СССР

Научный руководитель - доктор геолого-минералогических наук, заслуженный деятель науки и техники Кона АССР, црофесоор В.В. П>ечухив

Официальные оппоненты - доктор геолого-минералогических наук

В.Ф. Чвреповский - кандидат технических наук П.Т. Котов

Ведущая организация - ПГО "Вэрошиловградгеологкя"

Защита состоится CJ¿C( 990 года в /О часов на заседании специализированного совета Д 071.06.01 при Всесоознон научяо-иоследоватвльскон инотитуте геофиэииских иетодов разведки (ВНрГеофизака) по адресу: IOIOOO, г. Цосква, ул. Чернышевского,22. С диссертацией иокно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан

Учений секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

Н.П. Чиюв

ОШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТ!!. -

Актуальность теин. В настоящее время и Донецком бассейна 'угледобыча производится на болыгих глубинах при, высокой механизации производственных процессов. Такие условия угледобкчи и безопасности проведения работ вызнвапт особые требования к геологической разведке угольных месторождений или их участков. Б связи с этии угольная промышленность повысила требования к качеотву и достоверности геологической разведки угольных месторождений. Углеразведка может выполнить эти требования только при повышении эффективности геофизических методов исследования угольных скважин.

В связи с разработкой новых физических остов угольной промысловой геофизики появилась возможность обеспечить на высоко* техяи» ческой уровне решение всех основных геологических задач с помощьо геофизических методов исследования угольных скважин (П1С), С этой цельо разработаны геолого-геофкзические методики (ГГМ) рзпения разнообразных геологических задач. Для практической реализации этих методик необходимо учитывать конкретные геолого-геофизические условий каждого месторождения (участка разведки). Это обеспечивается с помощьо единичных для каждого участка разведки параметричес-* ких скважин, проходка которых выполняется с полный подъемом ненарушенного керна и проведением литологических и лабораторных его исследований. Данные исследований керна (геологические параметры) увязнваптся на основе разработанных методик с физическими данными,, полученными при геофизических исследованиях этих параметрических скважин. 3 результате этого создастся рабочие палетки, пригодные для решения геологических задач геофизическими методами па данном участке разведки. Все другие разведочные скважины на участке разведки могут буриться без подъема керна, так гак полученные-палетки обеспечивает с такоЯ же достоверность!) и точностьо находить значения всех геологических параметров в разрезах бескэлтових сква-ж. н.

Таким образом параметрические угольные скважины занимает центральное и одно из решающих звеньев в высококачественной геологической документации геофизическими методами разрезов бескерновых разведочных СКВ [Ii tili.

Однако в практике углеразведочных работ встретились трудности в гзолого-гоюфизическэй докуиентации параметрических скважин, так как производственные и научные организации использует различные способы исследования параметрических сквааин, направленные на решение отдельных разрозненных геологических задач геофизическими ивтодами, При этой отсутствует научное обоснование количества и. мест заложения параметрических скважин на участке.разведки (местом •рождении), а также необходимой полноты и детальности их исследовав ний, не обеспечена стандартизация измерений физических свойств отложений, отсутствует обоснованные способы комплексной обработки геологических и геофизических материалов, В результате этого затраты на исследования скважин возрастает, а низкий методический уровень работ не обеспечивает необходимой полноты и достоверности опорной геолого-геофизичс :кой информации, что приводит к снижении геологической эффективности геолого-геофизических методик. .

Поэтому разработка научно обоснованной и единой унифицированной методики комплексных геолого-геофизяческих исследований параметрических угольных скважин является актуальной задачей.

Цель работы - разработка и научное обоснование методики комплексного геолого-геофизического изучения параметрических скважин, обеспечивающей повышение эффективности геофизических методов при разведке угольных месторождений.

Основные задачи исследований:

I. Анализ существуощих способов изучения параметрических скважин и возможности их унификации.

?.. Разработка методики получеьия опорных геологических и reo-

физических данных по угольным пластам и вмещавшим породам.

3. Разработка методики комплексной обработки опорной геолого-геофизической информации по угольным пластам и вмещающим породам.

4. Опробование и внедрение в условиях Донецкого бассейна разработанной методики исследований параметрических скважин.

Объектом исследования явились угли и вмещавшие породы, харак-теризушциеся соответственно показателями качества (зольность углей А , их влажность!^, теплотворная способность а* выход летучих веществ V^, толщина пластического слоя У .^отражательная способность витринита R«, , содержание общей серы St , фосфора Р^, углерода с4* водорода Н » , петрографического состава) и показателями вещественного, гранулометрического, химического составов (процентное содержание кластического Скл, глинистого Сгд, карбонатного CR материалов, органического вещества С^р, размер обломочных зерен dg, содержание 14 основных химических окислов). По углям и вмещающим породам исследовались общая пористость 1СП, минералэгическая плотность объемная плотность насыщенных водой S"If и абсолютно сухих $"с пород, удельное электрическое сопротивление^,, интенсивность гамма-излучения , скорость распространения продольных VP и поперечных Vb волн. По вмещавшим породам также изу"...лись механические (пределы прочности на одноосное сжатие €£жи растяаernte и упругие (модуль Шга Е, коэффициент Пуассона J) характеристики.

Общая методика исследований эаклвчалзсь в комплексном геолого-геофизическом изучении разрезов параметрических скважин с учетом петрофизических и литологических закономерностей угленосных отложений, а также особенностей геологического строения изучаемых месторождений. Всего изучено 30 скважин общин метражом 20 тысяч погонных метров, охвативших угленосные отложения от У (Jlj) до Щ (А^) стадий преобразования (стадии приняты по В.В. Гречухину). Выполнены геофизические исследования разрезов скважин методами бокового каротажа, гамыа-каротаяа, плотностного гаима-гамма каротажа, селек-

тквного гамма-гамма каротажа, акустического каротажа и.^идеокаро-тажа, опробования пластов на кабеле, кавернометрии и термометрии. Отобр&но б тыс. проб вмещающих пород и 600 проб угля, увязанных с геофизическими диаграммами.

Научная новизна исследований:

1. Гд базе нового принципа физических основ угольной геофизики, единой классификации углей и пород Донбасса, петрофизической классификации угольных месторождений и классификации типов месторождений по сложности геологического строения унифицирована методика исследований параметрических скважин,

2. Обосновано оптимальное количество и места заложений параметрических скьаяин на участке разведки.

3. Разработана и обоснована методика получения опорной геоло-» го-геофизической информации по отложениям угольных месторождений.

А. Разработана и обоснована методика комплексной обработки опорной геолого-геофизической информации, базируощаяоя на рациональном использовании существующих и предложенных новых способов.

Практическая ценноетт работы заялпчается в том, что разработанная методика обеспечивает создание надзжной геолого-геофизической базы опорных данных, являющейся эталоном для угленосных отложений конкретных угольных месторождений. Это позволяет применять новые методические разработки в угольной геофизике, повышающие качество и достоверность разведки угольных месторождений.

Реализация работы осуществлена в виде методических рекомендаций, которые внедрены в 8 производственных организациях объединений "Лонбассгеология", "Врровилобградгеология", "Укруглегеология" и Центральной геофизической экспедиции Глав КГУ "Укргеология".

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: I) Уи Всесоозном угольном совещании в 1986 году в г. Ростов-на-Дону; 2) 71 конференции молодых ученых Института минеральных ресурсов в 19В6 году в г. Сииферополе; 3)

областной геологической .конференции "Степановокие чтения" в 1986 году в г. Артемовске; 'О У Дальневосточной конференции геологов-угольщиков в 1986 году в г. Артеме Приморского края; 5) школе передового опыта по изучение инженерно-геолорических условий месторождений твердых полезных ископаемых геофизическими иетодами в 1987 году в пос. Зеленой Косковской области; б) У1В сессии научно-координационного Оовета по угольной геофизике Иингео СССР в 1988 году в г. Москве; 7) II Всемирном конгрессе по неметаллическим ископаемым в 1989 году в г. Биенг (Питай); в) конференции по угольной геофизике я 1990 году б г. Воркуте.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ и составлено 3 научно-исследовательских отчета.

Обь ем работы. Диссертация состоит "з введения, 5 глав, за «лечения и содержит 126 страниц текста, 53 рисунка, 10 таблиц и список литературы, содержащий 138 наименований.

Личный вклад. Автором разработаны и усовершенствованы способы и приемы пЬлучения и обработки опорной гволого-геофязической информации по углям и вмещающим породам, а также обосновано оптимальное количество, полнота и детальность исследований параметрических скваяин угольных месторождений.

Диссертация выполнена в период работы автора в Донбасской опытно-методической партии (о МП) Октябрьской ОМЭГЧС (ООИЭГИС) научно-производственного объединения "Союзпромгеофизика" в 1979-89 гг.

Исследования выполнены под научным руководством доктора гсо-лого-минералогических наук, профессора В.В. Гречухина при постоянной научной помощи кандидата геолого-минералогических наук Б.И. Воеводы, которым автор выраяает яскреннее благодарность.

Автор благодарит сотрудников Донбасской ОМП, СОМЭГИО, ВНИИГИС, БНИИГеофизики, ВНИЩТИугля, геологов и геофизиков производственных организаций Донецкого бассейна за помощь, содействие, ценные заме-

- а

чаиия, поддержу и обьективнуо критику.

ШДЕРШИЕ РАБОТЫ

Глава I. Аналитический обзор литературы. Геолого-промышленная оценка угольных месторождений осуществляется с помощьо геологических методик, базирушцихся на фундаментальных трудах многих исследователей по литологии (Н.Б. Вассоевич, O.A. Юмчужников, П.В. Зарицкий, Л.В. Ботвинника, Г.А, Иванов, н.В. Логвиненко, A.B. Иакедонов, А.К. Матвеев, U.U. Страхов, л.Б. Рухин, М.С. Щве-цов и др.), физико-механический свойствам и горно-геологический условиям залегания углевмещаэдих пород (Г.Г. Скворцов, В.Н. Кобра-нова, U.U. Протодьяконов, В.Д. Ломтадзе и др.).

Цетодическме рекомендации и указания по вопросам разведки угольных месторождений применительно к условиям Донецкого бассейна рассматривается в работах В.В, Кирокова, В.Г. Белоконя, П.Л. Левен-птейна, A.B. Иихелиса, М.л. Хацкеля, Б.В. Смирнова, D.H. i В.Н. Нагорных, О.С. Алферова, Б.И. 1урбицкого, В.Е. забигайло, В.Д. Коваленко, O.A. Куща и многих других.

Впервые компдексирование геологических и геофизических методов с цельс решения задач углеразведки по данным ГИС в нашей стране было осуществлено В.В. Гречухиным в 1956-58 гг. на участках бес-кернового бурения Печорского угольного бассейна.

В дальнейшем производилось совершенствование методов ГИС и разработка новых ГГМ изучения угленосных отложений (В.В. П)ечухин, A.A. Климов, С.Б. Иэхин, В.Г. Бакланов, А.Г. Черников, Б.И. Воевода, А.П. Поляков, В.П. Лишин, А.Ф. Косолапов, В.А. Гаранин, В.А. Гоячаренко, Б.Г. и В,Г. Суровцевы, А.Литвин, Г.Я. Рабинович, A.A. Майборода, Ф.Ф. Михайличенко, И.Т. Козельский, В.В. Попов, Н.Е. именно и др.). Физико-геологические основы и технология комплектования геофизических методов на угольных месторождениях разрабатывались B.D. Уайченко.

Большой вклад в создание петрофизичзской основы ГШ в условиях Донецкого бассейна внесли В.В. Гречухин, Б.И. Воевода, Д.В. Савченко и Л.А. Иванов.

По характеру получения опорной геолого-геофизической информации ГГМ разделяются на 2 группы:

1) методики, используюшие опорные данные, осредненные для всего региона или нескольких крупных месторождений и полученные по обычным геологоразведочным скважинам (В.В. Попов, Г.Й. Рабино^ вич, A.A. ГЪлубев, А.Ф. Кооолапов, А.Б. Еайбатчаев);

2) методики, предусматривающие получение опорных данных в специально пробуренных единичных параметрических скважинах на каждом разведочном участке (В.В. гречухин, В.Г. Бакланов, С.Б. Иохин, А.Г. Черников, A.A. Климов, U.A. Гончарзнко, Ф.Ф. Уихайличенко).

' Во втором случае учитываются индивидуальные особенности каждого конкретного участка, поэтому опорные данные являются более надежными и достоверными.

Практикуемые в настоящее время способы исследования параметри-■ ческих скважин предусматривают получение опорной геолого-геофизичес-*. кой информации, предназначенной для решения с помощь" методов ГНС ряда геологических задач: литологии, зольности углей, физико-механических свойств вмещающих пород, их устойчивости и выбросоопаснос-ти. Однако сбор данных производится по разрозненным задачам, часто необоснованно, с низкой геологической и экономической эффективностью. При этой технология получения опорной информации изложена в схематичной фopнei а целый ряд задач остается ."ерешепным или требуется дополнительная методическая проработка. 1С числу таких задач отно- . сятся: обоснование количества и мест заложения параметрических сква*-жин на участке разведки; обоснование необходимой полноты и детальности геолого-геофизических исследований этих скважин; разработка новых и совершенствование практикуемых способов, обеспечивающих

получение достоверной опорной информации и ее комплексную обработку; объединение этапов исследования параметрических скважин в единый технологический цикл; унификация методики. Решение этих задач и составляет предмет диссертации.

Глава 2. Закономерности изменения литологических и петрофизи-ческих характеристик угленосных отложения как научная основа унификации методики комплексных геолого-Геофизических исследований параметрических скважин. В результате анализа литологических и пет-рофизических изменение угленосных отложений выделены положения, на основе которых может создаваться унифицированная методика исследования параметрических скважин. К таким положениям относятся: новый принцип физических оонов угольной геофизики, петрофиэическая классификация угольных месторождений С&.'В. Гречухин, 1980); классификация угольных месторождений по сложности геологического строения (Инструкция по применение классификации запасов к месторождениям углей, 1983); рвзработанная в результате проведенных исследований , единая бассейновая классификация углей и вмещающих пород и выявленные закономерности их встречаемости в угленосных разрезах бассейна.

Установлено, что условия однозначного решения методами ГИС ряда геологических задач достигается на основе нового принципа физических основ угольной геофизики. В соответствии с данным принципом в параметрической скважине влияние геологических факторов на ^иэичеокие свойства пород разделяетей на две составлявшие: первичную (генетическую) н вторичную (эпигенетическую). Разделение производится количественно и отражается в исходных опорных данных. Практически оно сводится к выделении в параметрических скважинах лито-.лого-геофизических ступеней (ЛГС) - интервалов разреза, в которых изменение величины вторичной составляющей физических свойств однотипных пород не превышает точности их измерения геофизическими методами в разрезах скважин. Каждая выделенная б разрззе изегорокде-

-и -

ния ЛГС нумеруется, как первая, вторая и т.д. В прадедах такой ступени осуществляется Ьднозначпая связь физических свойств пород с их вещественный составов, что позволяет решать разнообразные геологические задачи по данным ГИС.

Выявлено, что вид исходных геолого-геофизических данных, предназначенных для решения однотипной геологической задачи на различных угольных иестороядепиях, определяется их петрофизичвским клао-сом. В главе приводятся результаты районирования бассейна по пет-рофизическим классам угольных месторождений.

Анализ особенностей геологического строения угольных месторождений показал, что сложность .их строения является фактором, опрв-деляощии оптимальное количество параметрических скважин и процедуру их документации.

Следуощим положением является единая классификация углей и вмещавших пород Донбасса, разработанная айторЬы а результате выполненных комплексных литологичеСких й петрофизических исследований отложений каменноугольных и антрацитовых кеоторождений. В классификации учтено все многообразие литологичеоких разностей, вы'-' деляемых в разрезах месторождений петрографическими и геофизическими методами. Каядый литотип охарактеризован 2Я покаг~телями вещественного, • гранулометрического и химического составов и физических свойств. Всходя из этого, выделенные породы пменуотся не литологи-ческими, а петрофизическини типами (петротипами). Ш основе обобщения полученных результатов составлен перечень из 28 петротипов углевмещаощих пород и б петротипов углей и углистых пород, а всего 34 петротипа вместо 5 литотипов, выделяемых практикуемыми методами разведки.

По результатам литологическях исследований 10 тысяч метров разреза отложений каобона в различных районах Донецкого бассейна впервые изучена встречаемость в угленосных разрезах 34-х типов пород и углей. Основными (10-42^) литологическлии разностями по сум-

иарной мощности и количеству слоев является большинство некарбонатных терригеиных пород. Редксвстречаемыми (0.01-10$) является средне- и крупнозернистые песчаники, конгломераты, карбонатные породы и породы промежуточного состава, а также угли и углистые породы.

Глава 3. разработка методики геолого-геофизичвской документации параметрических скважин. Сформулированы основные задачи, решаг емые в параметрических скважинах:

1) создание геолого-геофизической базы опорных данных разве-дуемых отложений (методические скважины); .

2) оценка точности геологических решений по ГГИ и определение степени подготовленности служб углеразведки к работе по этим методикам (контрольные скважины). ■

Исследованиями установлено, что оптимальное количество методических параметрических скважин на участке определяется следующими факторами: суммарным охватом этими скважинами всего стратиграфического разреза и всех зон эпигенеза пород (метаморфизма углей) разведуеиой толщи, а также воего многообразия ли то логических разностей.

Охват отложений по стратиграфии и диапазону эпигенетических преобразований пород зависит от мощности стратиграфического интервала, величины зон эпигенеза пород (метаморфизма углей), угля падения пород и поверхности равного эпигенеза пород, глубины разведочных скважин и площади участка разведки.. Б результате моделирования различных ситуаций геологического строения угольных месторождений, разработана палетка для огределения оптимального количества параметрических скважин на участке разведки. Палетка предусматривает определение числа зтих скважин при различной степени сложности тектонического строения разведуеиых отлокеняй.

Исследования показали, что охват отложений по лито логическому

составу обеспечивается теии скважинами, в которых определяются стратиграфические и эпигенетические показатели разведуеных отложений участка;

разработанная технология получения опорных данных по угольным пластам базируется на комплексировании данных бурения о детальными диалогическими, углепетрографическими, угле химическими, петрофизическими и геофизическими исследованиями.

На основе анализа полноты изучения разрезов угольных пластов геолого-геофизическими методами при выходе керна от 30 до 100% и учете возможностей современных технических средств обосновано минимально допустимый выход керна равный 90#. В этом случае разработанная технология позволяет после точной увязки всех слоев и породных прослоев угольного пласта, выделенных по керну и геофизическим диаграммам, целенаправленно отбирать пробы из угольных пачек различного состава. При этом по каждой пробе в лаборатории определяют А^, 6"н , углепетрографический состав, а по объединенным пробам остальные показатели качества углей С®*, У , 2ч >

РА . с^, йН).

Технологией предусмотрено выполнение наряду с керновым и грунтонооное опробование. Привязку грунтоносных проб к геофизическим диаграммам рекомендуется выполнять о учетои данных зольности по каждому бойку. Зольность всех проб из каждой однородной угольной, 'пачки или породного прослоя, выделяемых по каротажу, должны находится в качественном соответствии с геофизическими данными. Одиночные пробы, зольность которых резко противоречит данным ГИС, исключается из рассмотрения, таким образом показано, что зольность по бойкам должна контролироваться геофизическими данными, а не наоборот,' как предлагалось ранее. В этом случае грунтоносная проба, увязанная о геофизическими диаграммами, будет являться не только геологическим, га и геофизическим параметром. Предусмотренные в техно-

-in -

логии "жесткая" увязка геологических и геофизических разрезов; обратная связь всех последующих видов 'работ с предыдущими, оперативная корректировка их результатов обеспечивают получение достоверной и представительной reo лого-геофизической информации по всему возможному набору типов углей и углистых пород.

Разработана и обоснована технология получения опорной геоло — го-геофизичзской информации по углевмещапщим .породам. Она представляет собой единое целое взаимосвязанных и взаимо,контролирующих следующих основных видев работ: бурения, литологического изучения керна, геофизических исследований разрезов скважин, отбора проб и лабораторных их исследований.

Необходимыми условиями разработанной технологии является: 90-100 - процентный выход.керна, полное изучение каждого литоти-па в ЛГС, охват всего бозмокного набора разностей пород опробованием и изучением физийо-механлческих свойств и петрографии с осуществлением точной привязки керновых проб'к геофизическим диаграммам. Выполнение перечисленных условий, наряду с заложенной в технология обратной связи всех последующих этапов с предыдущими и оперативной корректировкой их результатов, ббеспечивает достаточную полноту и достоверность опорных данных. ■ •

В главе проанализированы и оценены практикуемые-способы опробования углевмещающих пород. Доказано, что эти способы не позволяет полностью охватить изучением весь Возможный набор литологических разностей,-поскольку практикуется выполнять отбор проб либо через равные промежутки разреза, либо всплоипую в ограниченных интервалах разреза. Исследованиями установлено, что при визуальном изучении керна обеспечивается опробование большинства основных лятотипов и только 50% редковстречаемых. Предложено новый способ опробования, который сводится к полевому изучению в интервалах разреза слоев по-* род, выделенных по данным Г1!С. Это позволяет с помощью геофиэичес-

ких диаграмм выявить слои тех типов пород, которые не устанавливаются по керну, обеспечив таким образом охват вс~го возможного набора литологических разностей геолого-геофизичаским изучением.

С цедьв обеспечения отбора представительных проб и достоверного определения их геологических параметров рекомендовано изучать слои однородных по составу различных типов пород. ГЦ?и отсутствии однородных слоев отдельных типов пород, обоснована возможность опробования из интервалов тонкого (мощность слойков менее 5 мм) равномерного переслаивания пород, средневзвешенный состав которых идентичен составу однородных слоев требуемых разновидностей пород. В результате исследований на каменноугольных и антрацитовых месторождениях доказано, что средние значения, диапазон изменения и характер распределения физических и механических параметров однотип-! ных по составу однородных и тонкопереслаиващихся пород являится практически одинаковыми.

Определены количественные критерии детальности опробования углевыещающих пород. Так, например, доказано, что в пределах каждой выделенной в разрезе параметричеокой скважины ЛГС по каждому петротипу необходимо исследовать не менее чем 4 слоя.

Анализ изменчивости физико-механических свойств и показателей вещественного состава пород позволил установить оптимальное количество проб из одного слоя. Доказано, что представительность однородного слоя обеспечивается одной пробой на физико-механические испытания и одник шифом на изучение состава, а по интервалам топ-копресланващмхся пород соответственно одной пробой и тремя шдкфаьи.

Проведенные исследования позволили конкретизировать условия стандартизации измерений физических свойств угчей.и пород.'При этом доказана необходимость учета скважиншх условий, минерализации пластовых вод, температуры пород, петрографических показателей (Скд|

.Згл, Ск, Сорг, А3, типов цемента), прказателей эпи-, метагенеза (стадия, ступень), состояния и сохранности керновых проб и способов измерения физических параметров. Это позволяет достичь однозначности определений и повысить достоверность опорной геолого-геофкзической информации, что обеспечивает тесные корреляционные связи между геологическими и геофизическими характеристиками отложений, На бсйове анализа поэтапного получения опорной информации выявлены причины образования погрешностей и даны рекомендации по их устранению. Определены форма хранения получаемой информации, необходимые для ручной и машинной обработки. ,

Глава ¿4, Разработка методики комплексной обработки геолого-геофизической информации параметрических сквавин. На основе результатов исследований параметрических скваиин, в разведочных скважинах по данным ГИС определяотся геометрические параметры (мощность, строение) угольных пластов.и их показатели качества, выполняется , детальное литологическое расчленение разрезов с определением вещественного состава и физико-механических свойств углевмещаэдих пород, изучение и прогноз устойчивости боковых пород кровли и почвы угольных пластов в горных выработках, выявление зон выбросоопао-ных и тектонически нарушенных пород. •

¿¡оказана эффективность использования радиометрических методов для определения геометрических параметров угольных пластов на стадии низкометаморфиэованных углей (угли марок БД, Д), методов электрометрии на стадии среднеиетаморфизованных углей (Г, Ж, К, ОС, Т), а также методов бокового каротажа и селективного гамма-гамма каротажа на стадии антрацитовых углей.

Проанализированы различные методы определения зольности углей. Установлено, что на различных угольных месторождениях нетод естественной радиоактивности является наиболее приемлямым для определения зольности по пластам простого строения, а метод опорной пачки -

для пластов сложного строения. Преимущество последнего метода

\

заключается в том, что он позволяет по известной зольности любой однородной угольной пачки одного из угольных пластов в разрезе скважины достоверно определять зольность остальных пачек не только данного пласта, но и всех других угольных пластов в разрезо данной скважины. Основой указанного способа являются вависимости относительных значений данных бокового и селективного гамма-гамма каротажа слоев, составляющих угольный пласт,от их зольности. Выявлено, что такие зависимости необходимо устанавливать отдельно для углей1, обогащенных кварцем, пиритом или кальцитом, что значительно повышает достоверность определения зольности этих углей.

Определение других показателей качества углей по их физическим свойствам практически не состоятельно, так как возможное влияние их на физические свойства многократно перекрывается влиянием изменения их зольности.

Ранее В.В. Гречухиным установлено, что для определения пока-

1

зателей качества регионально метаморфизованных углей ( 101 , Л а Л. Л** ) можно использовать физические свойства вмещающих пород на том основании, что формирование углей и вмещающих их пород происходило под влиянием одних и тех же термобарических условий, что обусловило парагенетические связи физических свойств этих пород с показателями качества углей. Выполненные автором исследования позволили установить необходимость конкретизации данных связей по материалам параметрических скважин для каждого участка разведки.

Для изучения других показателей качества углей (содержание сери, фосфора, химических окислов золы, редких и токсичных элементов) выявлена возможность использования их среднепластовых значений, которые ногут быть получены не менее, чем по 10 пластопересе-ченипм разведочных сквакин при условии их равномерного расположения по го-ощади месторождения.

- ТЛ -

При изучении литологии, вещественного состава и физико-механических свойств углевмещающих пород.практикуется использовать многомерные корреляционные связи физических параметров этих пород с иХ геологическими характеристиками. Автором разработан новый способ установления этих связей. Отличительной особенностью этого' способа является то, что выход на эти связи обеспечивается в результате первоначального изучения генетических закономерностей . изменения кгждого физического параметра пород'от одного из показателей их вещественного состава (Скл, С^,, Ск) путем установления парных связей. Вторая особенность разработанного способа позволяет выйти на достоверные корреляционные связи, несмотря на недостаток геолого-геофизичесной информация по отдельным типам пород в пределах конкретной ЛГС, идя этого изучение генетических изменений фи-, зических свойств пород выполняется комплексно по всем ЛГС, используя при этом графики Изменения физических свойств аргиллитов (слан« цев глинистых), однотипных песчаников и известняков по разрезу раз», ведуемого месторождения.

Многомерные корреляционные связи между геологическими и геофизическими параметрами отложений устанавливаются для каждой ЛГС и представляются в виде палеток или уравнений регрессии. П"и интерпретации разпеза разведочной сквтакны следует пользоваться палеткой соответствующей ЛГС.-С целью определения номера " ЛГС в любом интервале (или точке) разведочной скважины разработан способ'уче- . та пространственных эпигенетических изменений угленосных отложений участка разведки. Он заключается в структурно-геологическом картировании по участку поверхности равного метаморфизма углей (эпигенеза пород), в результате чего строится ее гипсометрический план. Определив по параметрическим скнакинам местоположение ЛГС относительно картируемой поверхности, во всех остальных скважинах номер ЛГС любой искомой точки устанавливается путем определения соотношения этсй точки с картируемой поверхностью.

Дня оценки достоверности определения показателей вещественного состава и физико-механических свойств пород по геофизический данный используются контрольные параметрические скважины. По этим скважинам арбитражной комиссией сопоставляется данные вещественно-* го состава и фиэико-механичесчпх свойств пород, определенные независимо по керну и по геофизике, в результате чего определяется дор~

г

товерность геофизических методик.

Обосновано пои изучении и прогнозе устойчивости кровель и почв угольных пластов в горных выработках использование наряду с традиционными литологияескими и прочностными их индикаторами тагае гео-фкзичеоких относительных параметров - удельного олектросопротивле-ния,' скорости распространения упругих продольных волн и приведенного диаметра скважины. По этим данным по каждому пластопересечо-нию строятся нормальные литолого-прочностные разрезы, охватывающие интервал кровли, равный десятикратной мощности угольного пласта, и интервал почвы, равный пятикратной его мощности. В соответствии о геолого-геофизической классификацией (В.В. Гречухин, А.А. Ялицрв е и др., 1983 г.) определяются классы устойчивости боковых пород. На основе этого отроятся прогнозные карты устойчивости непостредст-венной кровли (почвы,) и обрупаемости основной кроми угольного пласта.

Установлена аномальные изменения параметров и в песчаниках, которые свидетельствуют о способности этих типов пород к выбросоопаснооти. Определены количественные связи не только увеличения с увеличением степени лыбросоопасности излко- средче-зернкстых песчаников, но и уменьшение УР . Использование этих связей, полученных по материалам параметрических скважин конкретного участка разведки, позволяет прогнозировать выбросоопасность песчаников.

Установлено, что для выявления тектонических напустения в ргз-ведочгах скважинах, применяя изустный способ послойной корреляции геолсто-Реофизических р?зп-;зов скважин, необходимо использовать в

качестве эталонного разреза разрез параметрической скважины. При этом нарушения выявляет по следувщим признакам: I) повторение одноименных пластов-в разрезе скважины; 2) выпадение из разреза определенных пластов; 3) незакономерное изменение мощностей пород между коррелируемыми пластами, зарегистрированными в различных окванш-нах.

Глава "5." Результаты опробования и внедрения методики геолого -геофизических исследований параметрических скважин. Опробование разработанной методики осуществлено при разведке четырех участков (Бутовский-Глубокий / 2, поле шахты "Суходольская Восточная", поле шахты им. ХХШ съезда КПСС, ЕЬржиковский-Северный.) и исследовании трех глубоких скважин Донбасса (Макеевская Ц-1027, Очеретинстая К-900 и Чистякове юя С-1379).

Внедрение методики исследований параметрических скважин выполнено в производственных организациях объединений "Донбассгеология" и "Воропшловградгеология" и Центральной геофизической экспедиции Глав КГУ "Укргеология" при проведении Всесопзного эксперимента по бескерновону бурению на участках Свндовской, Петрэвский-2 и Успенс-кий-йшый.

В процессе опробования и внедрения методики сотрудниками производственных организаций освоена методика комплексных геолого-геофи-эических исследований параметрических скважин.

Геологическая эффективность методики заключается в значительном улучшении качества опробования углей и вмещаощих их пород и увеличении при этом количестве различных типов пород и углей, охваченных всесторонним изучением. Применение же методики при комплексной обработке геофизических данных углей и вмещавших пород обеспечивает повышение детальности расчленения угленосных разрезов (в 5 раз), высокуи точность (соизмеримус с лабораторной) определения показателей вещественного состава углей и пород, физяко-механических

свойств пород и повыше нив надежности прогноза горно-геологических условий угольных месторождений.

Экономический эффект от внедрения методики в Павлоградской ГРУ на участке Свидовско« за счет сокращения средств па лабораторные исследования в разведочных скважинах составляет 30 тыс. руб., а при распространении данного опита на весь Донецкий бассейн составит около 500 тыс. руб. Так как параметрические скважшш обеспечивают возможность проведения разведки месторождения при бескерновои бурении разведочных скважин, то ото существенно увеличит экономическую эффективность.

Ente более значительный эффект будет получен в угольной промышленности за счет более высокого качества и достоверности геологических данных о шахтных поляк, полученных с помощью геофизических методов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

D результате выполненных исследований получены следующие основные результаты:

I. Выполнены обзор и анализ существующих способов получения опорной геолого-геофизической информации и ее комплексной обработки.

?. Обосновано разделение минерального состава пород на пластическую, глинистую, карбонатную и органическую компоненты, содержание которых обусловливают генетические изменения физических свойств угленосных отложений.

Э. Ра основе анализа литологического состава угленосных отло-кений Донецкого бассейна установлена закономерность распространения 3'¡ типов пород и углей, выделяемых по данным петрографии и методов ['НС, из которых наиболее встречаемыми является аргиллиты (сланцы глинистые), алевролиты (сланцы песчаные), песчаники мелкозернистые, содержащие до Ю- карбонатного материала, тогда как

угли, карбонатные и крупнозернистые породы, а также породы промежуточного состава относятся к редковстречаемым;

1. обоснована унификация разработанной методики исследования параметрических скважин.

5. Разработаны условия стандартизации измерений физических свойств угленосных отложений, позволяющие получить кондиционные данные, необходимые для раскрытия петрофизических закономерностей угленосных отложений и решения геологических зада^ геофизическими методами.

6. Обооновано оптимальное количество параметрических скважин, что представлено соответствующей палеткой.

7. Разработана технология"получения опорной геолого-геофизической информации, лредотавляодая синтез этапов полевого и лабораторного изучения к4рна и геофизических исследований разрезов скважин. '

6. Разработана методика комплексной обработки опорных г'еоло-*-гических и геофизических данных, базирующаяся на рациональном ис-~ пользовании существующих и предложенных автором способов.

9. Методика геолого-геофизических исследований параметрических сквакин реализована в виде методических рекомендаций в организациях объединений "Донбассгеология", "Ворошиловградгеология", "Укруглегеология" и Центральной геофизической экспедиции Глав КГУ "Укргерлогия", которые ими успешно освоены и использованы при разведке семи угольных месторождений и исследовании трех глубоких скважин бассейна. Установлена геологическая и экономическая эффективность от внедрения результатов исследования.

10. Составлено методическое руководство по комплексным геолого-геофизическим исследованиям параметрических угольных скважин.

Исходя из полученных результатов на защиту выносится:

Методика комплексных геолого-геофизических исследований пара-

метрических скважин, базируощаяся на учете петрофизических и ли-* тологи^еских закономерностей угленосных формаций.

Основное содержание диссертации освещено в следуащих опубликованных работах:

1. Петрофизические исследования угленосных отложений Донецкого бассейна - II., Недра, Советская геология, Л II, 1965, с. 69102 (совместно с Гречухиным В.В., Воеводой Б.И., Савченко A.B., Ивановым л.А.).

2. Петрофизическое нартирование эпигенетических изменений угленосных отложений при их геолого-геофизическом изучении - Те-эисы доклада на 1У конференции молодых ученых "Вопросы геологии и технологии минерального сырья". Симферополь, депонир. в BTOUCe,

» Э24-11Г, 1986, с. 70-82 (совместно о Ивановым Л.А.).

3. Опыт изучения генетических закономерностей физических свойств угленосных отложений Дэнецкого бассейна - Там же, с. 126130 (совместно с Ивановым Л.А., Савченко A.B.).

4. Изменение физических свойств угленосных пород в зонах-разрывных тектонических нарушений. - Тезисы доклада на областной геологической конференции "Сгепановские чтения". Артемовск, ПГО "Дон-бассгеология". 23-25 апреля 1986, с. 125-127 (совместно с Воеводой Б. И.).

5. Геолого-геофизическая документация методических параметрических углеразведочных скважин. - Там же, с. 1*й-1'1б (совиестно с Воеводой Б.И., Савченко A.B., Ивановым Л.А.).

6. Результаты петрофиэических исследований глубоких оквахин Донецкого бассейна. - Тезисы доклада на УЕ Всесоознои угольной совещании "Основные направления научно-технического прогресса при. поисках и разведке твердых горючих ископаемых". 4.1. Ростов-на-До-ЧУ, т?НЧГт,Иуголь, 9-Ц сентября 1986, с. 88 (совместно о Ивановым Л.А., Поеводой Б.Ч., Савченко A.B., Гречухиним П.В. ).

7. Пэтро;изическая характеристика owioaeimü с коксугвдшися

-2t -

углями Донбасса. - М., Недра, Оэветская геология, X: 9, 1986, с. 'Л-tno (совместно с. гречухиным В.В., Воеводой Б.И., Савченко A.B., Ивановым Л." А.),

В, Генерализованная классификация углендсинх пород и углей.-V., Недра, Литология и ползэнне ископаемые. JT I, 1987, с. 00-93 (совместно с Гречухиным П.В., Климовым A.A., Баклановым В.Г., Черниковым А.Г., Воеводой р. Г,, Поляковым Л.П.).

9. Лито логические и петро^иэические исследования отложений антрацитовых месторождений Донбасса. - !,!., Недра, Литология и полезны« ископаемые, S ц, 1987, с. 53-70 (совместно с Гречухиным R.B. ГоелодоП Б.!'., Савченко Л.Я., Ивановым Т.Л.).

10. Опит применения геолого-геофизической методики изучения горно-геологических условий месторождений Донецкого бассейна.-!,!., сб. научных трудов "Изучение инженерно-геологических условий месторождений твердых полезных ископаемых геофизическими методами", 1989, с. 39-П7 (совместно с Воеводой F.H., Савченко Л.В., Ивановым Л. Л., Гречухиным В.B.J.

11. Выявление сопутствующих нерудных полезных ископаемых в угленосных-отложениях геофизическими методами. - Доклад на II Всемирном конгрессе по неметаллическим ископаемым. Биенг', Ни тай, 198?, с. 295-300 (совместно с Воеводой, Б.П., Ивановым Г. А"., Гречухиным В, ТО,

12. Гранулометрические и петрофизические характеристики угленосных пород донецкого бассейна. - П., Недра, Советская геология, ■1 I, 1990, с. 67-76 (совместно с Гречухиным П.В., 15 а но выи Л.Л., Воеводой Б.ТТ., Савченко A.B.).

, V