立井井筒預(yù)想柱狀圖的繪制方法探討

摘 要：介紹了地質(zhì)參數(shù)的確定方法，通過邏輯推理得出繪制立井井筒預(yù)想柱狀圖的通用公式，對運(yùn)用通用公式繪制預(yù)想柱狀圖的細(xì)節(jié)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：立井；井筒預(yù)想柱狀圖；地質(zhì)參數(shù)；通用公式

井筒預(yù)想柱狀圖是井筒施工的直接依據(jù)，立井井筒鑿井使用的預(yù)想柱狀圖的繪制方法為文章討論的內(nèi)容。井筒施工的技術(shù)指導(dǎo)主要源于相應(yīng)井筒的檢查孔，利用好井筒檢查孔的地質(zhì)資料，為鑿井提供可靠的地質(zhì)、工程及水文地質(zhì)資料極為重要?，F(xiàn)如今，繪制和檢驗井筒預(yù)想柱狀圖的方法通用性不強(qiáng)，給大眾對井筒預(yù)想柱狀圖的繪制帶來不便，故文章整理了過去繪制井筒預(yù)想柱狀圖的思路和方法，供同行交流和探討。

1 立井井筒預(yù)想柱狀圖的繪制方法

立井井筒預(yù)想柱狀圖的繪制是利用井筒檢查孔所獲得的綜合柱狀圖，通過邏輯推理得出井筒檢查孔綜合柱狀上各巖層在井筒豎直孔上的投影，由投影組成的圖即為井筒的預(yù)想柱狀圖。在預(yù)想柱狀圖的繪制過程中，涉及地質(zhì)參數(shù)的確定、通用公式的邏輯推理等環(huán)節(jié)。

1.1 地層三要素的確定

鑒于以往在淮北地區(qū)提交的《地質(zhì)報告》所繪制的松散層水文地質(zhì)剖面圖，三隔以上各含、隔水層厚度比較穩(wěn)定、深度變化不大；四含因受古地形影響，厚度和深度變化雖然較大，但四含厚度小，對整體影響不大，故井筒松散層地質(zhì)參數(shù)取值0°進(jìn)行討論。利用礦區(qū)或采區(qū)的《地質(zhì)報告》可對井筒基巖段地層三要素進(jìn)行確定。

巖層走向用γ表示，巖層傾向用φ表示，地層傾角用θ表示。γ值和θ值可從礦區(qū)或采區(qū)的《地質(zhì)報告》中獲取，γ值從煤層等高線平面圖上可直接量??；如果區(qū)域范圍內(nèi)《地質(zhì)報告》不夠詳細(xì)或區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，可利用三角函數(shù)進(jìn)行推理計算出θ值；γ值與φ值相差90°或270°，γ值確定后，結(jié)合煤層等高線平面圖，φ值便可確定。逆傾向用ω表示，逆傾向與傾向存在180°的關(guān)系，即：

ω=φ+180° （1.1）

1.2 通用公式的邏輯推理和確定

立井井筒預(yù)想柱狀圖的繪制分兩步驟進(jìn)行，第一步：斜孔換算成豎直孔；第二步：豎直孔平移。

1.2.1 斜孔換算成豎直孔

斜孔換算成豎直孔的過程為立井井筒檢查孔上各巖層豎直后厚度累加的過程。巖層豎直換算的過程需要確定巖層的傾斜參數(shù)，傾斜參數(shù)包含巖層的傾斜度和傾斜方位。利用測斜記錄可得到控制點(diǎn)的傾斜參數(shù)，各巖層傾斜參數(shù)的選定源于控制點(diǎn)的傾斜參數(shù)，通過就近原則，可采取各巖層的傾斜參數(shù)。

（1）松散層。據(jù)1.1討論的內(nèi)容，松散層地質(zhì)參數(shù)取值0°，故松散層各層段豎直換算的過程僅與傾斜度有關(guān)。設(shè)某層段的厚度為L，豎直方向上的厚度為h，采取的的傾斜度為α，則有h=L*cosα，厚度累加的過程為：

hi=Li*cosαi （1.2）

（2）基巖。給定某一巖層厚度為L，采用的傾斜度為α，傾斜方位為β，結(jié)合地層參數(shù)，可繪制出圖1。

在圖1中，A為巖層頂板，B為巖層底板，面BCE為由B確定的傾向面，其中E為A在該傾向面的豎直投影點(diǎn)。過A、E兩點(diǎn)有無數(shù)個地質(zhì)剖面，當(dāng)該剖面與地層走向線垂直時，則有圖中所示的面AEC，C為巖層底板B在由E點(diǎn)確定的傾斜線上的垂直投影，D為巖層底板B在豎直線AE上的垂直投影，連接C和D，則有面BCD，面BCD即為水平面，∠DCE則為地層傾角θ。如圖所示，在E點(diǎn)建立坐標(biāo)系，可以看出D指向C的方位為巖層的逆傾向ω，D指向B的方向為巖層的傾斜方位β，因此∠BDC=β-ω，把式（1.1）帶入，則有：

∠BDC=β-φ-180°

在ΔABD中，AD=AB*cosα=L*cosα

BD=AB*sinα=L*sinα

在ΔBCD中，CD=BD*cos∠BDC=L*sinα*cos（β-φ-180°）=-L*sinα*cos（β-φ）

在ΔDCE中，DE=CD*tanθ=-L*sinα*cos（β-φ）*tanθ

巖層豎直后的直線AE=AD+DE=L*cosα-L*sinα*cos（β-φ）*tanθ

令A(yù)E=h，基巖段巖層豎直厚度累加公式為：

hi=Li*cosαi-Li*sinαi*cos（βi-φ）*tanθ（1.3）

1.2.2 豎直孔平移

（1）松散層平移方法

依據(jù)1.2.1的分析過程，松散層豎直后做厚度累加利用的初始位置為井筒檢查孔井口，松散層地質(zhì)參數(shù)取值0°，故松散層做水平平移至井筒中心即可。

（2）基巖平移方法

基巖段平移的方法為先做水平平移，再做豎直平移的過程。前者巖層深度不變，后者巖層深度有變化。

設(shè)井筒預(yù)想柱狀上存在一個點(diǎn)A，井筒檢查孔預(yù)想豎直孔上必定存在一個相應(yīng)的點(diǎn)，設(shè)為B。過點(diǎn)A引一條走向線，該走向線上任意一點(diǎn)的深度必定與A點(diǎn)的深度相等，由于傾向與走向存在垂直的關(guān)系，故過B點(diǎn)引向該走向線的垂直線所指的方位即為巖層傾向或逆傾向，交點(diǎn)設(shè)為C，D為B點(diǎn)在由A點(diǎn)確定的水平面上的垂直投影點(diǎn)，依上所述可以繪出圖2。

從圖2中可以看出∠BCD為地層傾角θ，∠ADC為面ABD和面BCD的夾角，設(shè)為Ψ。由于A、B、D點(diǎn)都是豎直孔上的點(diǎn)，故A點(diǎn)的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)與井筒井口坐標(biāo)一致；B、D點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)與井筒檢查孔基巖界面的坐標(biāo)一致，在井筒和井筒檢查孔基巖界面坐標(biāo)已知的情況下，可以計算出A指向D或D指向A的方位和AD的值，AD值設(shè)為d。

在ΔADC中，CD=AD*cos∠ADC=d*cosΨ

在ΔBCD中，BD=CD*tanθ=d*cosΨ*tanθ

令0°≤Ψ≤90°時，則有

BD=±d*cosΨ*tanθ （1.4）

BD即為基巖段需要做豎直平移的值。式中d值需要通過井筒檢查孔基巖界面的坐標(biāo)進(jìn)行計算。利用井筒檢查孔井口坐標(biāo)，通過各層段頂?shù)装宀捎玫膬A斜參數(shù)可計算出井筒檢查孔上任意相應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)。

1.2.3 通用公式的確立

就基巖段而言，令各巖層底板在井筒預(yù)想柱狀上的深度為Hi，則有Hi=hi+BD，把式（1.3）、（1.4）帶入公式，則有：

Hi=Li*cosαi-Li*sinαi*cos（βi-φ）*tanθ±d*cosΨ*tanθ

0°≤Ψ≤90°（1.5）

式中H：井筒檢查孔上相應(yīng)巖層底板深度投影在井筒預(yù)想柱狀上的預(yù)想深度；L：巖層厚度；α：巖層傾斜度；β：巖層傾斜方位；φ：地層傾向；θ：地層傾角；d：井筒檢查孔基巖界面到井筒中心的垂直距離；Ψ：由井筒檢查孔基巖界面和井筒中心確定的豎直平面與地層

傾向的夾角（0°≤Ψ≤90°）。

式（1.5）中，令θ=0°，則有Hi=Li*cosαi，故松散層的也適用于式（1.5），因此式（1.5）可作為通用公式。

2 細(xì)節(jié)探討

（1）式（1.5）中，各巖層傾斜參數(shù)的采取，采用就近原則，故各巖層的傾斜參數(shù)與控制點(diǎn)的參數(shù)息息相關(guān)。松散層豎直過程使用θ=0°進(jìn)行計算，且只做水平平移；對于某些巖層采用的傾斜參數(shù)為0°時，巖層為豎直巖層，直接參與平移即可；相對于井筒檢查孔，當(dāng)井筒位于傾向下方時采用“+”，當(dāng)井筒位于傾向上方時采用“-”。

（2）井筒預(yù)想柱狀上，由于松散層和基巖段地層傾角采取不同的參數(shù)，故基巖段做豎直平移后，與松散層必然存在銜接的問題，解決的辦法為利用松散層底部受古地形影響比較大的原理，通過改變直接與基巖接觸的土（或砂）層的厚度，使兩者形成銜接。

（3）利用檢查孔、預(yù)想立井的柱狀，可繪制地質(zhì)剖面圖，剖面圖中對于某一巖層的視傾角在圖2中為∠BAD，利用視傾角與地層傾角存在的關(guān)系，可計算出視傾角的值，當(dāng)在剖面圖上量取得到的值與計算出來的值相差不大時，各參數(shù)選擇合理，反之，選擇的地質(zhì)參數(shù)有誤或出入較大。

（4）對于巨厚巖層，其傾斜參數(shù)的采取對結(jié)果影響較大，應(yīng)以控制點(diǎn)的傾斜參數(shù)對巖層分段進(jìn)行計算；對于地層復(fù)雜，各層段地層傾角變化幅度較大時，θ通過分段取值的辦法可提高繪制井筒預(yù)想柱狀的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：黃樹衛(wèi)（1978-），男，廣西環(huán)江人，工程師，現(xiàn)從事水文與煤田地質(zhì)勘探工作。