寺河矿东五盘2011ZX_CC_01井井喷原因

师素珍1,郭家成1,2,谷剑英1,2,李玉莹1,2,刘中元1,2,冯 健1,2

(1.中国矿业大学(北京) 煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京 100083; 2.中国矿业大学(北京) 地球科学与测绘工程学院,北京 100083)

:寺河东五盘2011ZX_CC_01井在正常钻进至奥陶灰岩时发生井喷,与其相邻12 m的2011ZX_CC_01(W1)井在正常钻进至K2灰岩时发生井喷。为查明井喷发生的原因,从井喷导水通道、水源、以及动力源3个方面展开研究。以地震资料为基础,利用三维地震精细解释技术,对可能存在的导水通道进行分析;利用多属性神经网络反演对矿区的富水性进行研究,分析井喷水的主要来源;利用地质分析方法和叠前同时反演技术,对井喷区的地应力和瓦斯压力进行研究,分析井喷的主要动力来源。研究结果表明:井喷区K2灰岩和奥陶系峰峰组灰岩富水性较好;井喷区处于小西凹背斜轴部和“山字形”构造的平分线上,地应力和瓦斯压力也大,具备井喷发生所需要的动力源;另外井喷区发育有一陷落柱,2011ZX_CC_01井和2011ZX_CC_01(W1)井位于陷落柱之内,由于陷落柱的影响,使得K2灰岩于奥陶系峰峰组灰岩之间水力联系密切,最终导致2011ZX_CC_01和2011ZX_CC_01(W1)发生井喷。

关键词:井喷;富水性;导水通道;瓦斯压力

中图分类号:P631.4

文献标志码:A

文章编号:0253-9993(2018)11-3187-09

Exploration research on 2011ZX_CC_01 well blowout in East Five Panel of Sihe Mine

SHI Suzhen1,GUO Jiacheng1,2,GU Jianying1,2,LI Yuying1,2,LIU Zhongyuan1,2,FENG Jian1,2

(1.State Key Lab of Coal Resources and Safe Mining,China University of Mining and Technology (Beijing),Beijing 100083,China;2.College of Geoscience and Surveying Engineering,China University of Mining and Technology (Beijing),Beijing 100083,China)

Abstract:When the 2011ZX_CC_01 well was in normal drilling to Ordovician limestone,an eruption occurred,and also an eruption occurred in its adjacent 12m 2011ZX_CC_01 (W1) well when it was drilled to K2 limestone.In order to analyze the causes of blowout,the research was carried out from three aspects including the water flow channel,the wellspring water supply,and the power source of the blowout.Based on seismic data,3D seismic fine interpretation technique was used to analyze the possible water diversion channels.The apparent resistivity neural network inversion technique was used to study the water-rich water in the blowout zone and analyzed the main source of water spraying.The geological analysis method and the inversion technique were used to study the crustal stress and the coal seam gas pressure in the blowout area and analyzed the main power source of the blowout.The limestone of K2 limestone and ordovician Fengfeng formation in the blowout zone are water-rich.The blowout zone is located on the bisection line of the anticlinal axis of Xiaoxiwa depression and the “mountain figure” structure.The ground stress and gas pressure are also large with the power source needed for blowout.In addition,there is a collapse column in the blowout zone.The 2011ZX_CC_01 and 2011ZX_CC_01 (W1) well are within the collapse column.Due to the influence of collapse columns,K2 limestone has a close hydraulic relationship with the limestone of ordovician Fengfeng formation.This eventually led to a blowout in well 2011ZX_CC_01 and 2011ZX_CC_01 (W1) well.

Key words:well blowout;watery;water course;coal seam gas pressure

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师素珍,郭家成,谷剑英,等.寺河矿东五盘2011ZX_CC_01井井喷原因[J].煤炭学报,2018,43(11):3187-3195.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2018.0271

SHI Suzhen,GUO Jiacheng,GU Jianying,et al.Exploration research on 2011ZX_CC_01 well blowout in East Five Panel of Sihe Mine[J].Journal of China Coal Society,2018,43(11):3187-3195.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2018.0271

收稿日期:2018-02-28

修回日期:2018-09-21

责任编辑:韩晋平

基金项目:国家自然科学基金青年基金资助项目(41702173)

作者简介:师素珍(1983—),女,山西晋中人,博士。E-mail:ssz@cumtb.edu.com

煤炭资源是我国重要的基础能源,但由于开采条件复杂,煤矿事故时有发生,其中最主要的两大矿难是矿井突水和瓦斯突出,据统计,2001—2017年全国67起特大煤矿事故中,瓦斯事故最多占73.13%,其次为水害事故,占13.43%[1]。矿难的发生不仅造成了极大的经济损失,还严重制约了煤矿的正常开采。

2012-03-30T2:00点左右,蓝焰煤层气公司施工的寺河矿东五盘区2011ZX-CC-01井在正常钻进至318 m(进入奥陶系峰峰组2 m)时发生了井喷,水汽混合液柱喷出高度超到了井架27 m。发生井喷过程中,出水量大,井口瓦斯体积分数为92%;后期为进一步了解井喷区域的水文地质特征,在2011ZX_CC_01井向西12 m和西北90 m分别布置了2011ZX_CC_01(W1)和2011ZX_CC_01(W2)井,其中2011ZX_CC_01(W2)井正常钻至峰峰组约20 m,未发生井喷。但2011ZX_CC_01(W1)井于2013-04-13T12:00点左右,在正常钻进至284.5 m(进入太原组K2灰岩上部7 m,大约为15号煤上部17 m)过程中发生了井喷,水汽混合液柱高度超到了井架17 m。现场井喷记录显示:防喷器导管喷出大量泥浆和气体,直至 4月29日下午17:00时,防喷器导管口无水喷出,但瓦斯气量明显,体积分数达到100%。井喷对于煤矿的安全开采产生了严重的影响,查明井喷发生的原因,对于防范矿井水害的发生具有重要意义。

近年来我国在钻井作业过程中发生的井喷现象不在少数,如1991-05-02T2:00点,四川南桐矿砚石台煤矿在钻至295.91 m时发生井喷,喷出的液气混合体高出地面15 m[2]。1998-03-22四川温泉4井钻过程中发生溢流,大量气体通过煤矿采动裂隙进入附近的煤矿,导致矿内作业矿工死亡[3]。2008-08-02凌晨,陕西省煤田地质局一八6队827钻机钻至510 m时,井口突然涌出大量清水和气体形式喷出,水头高度约为1.5 m[4]。2014-04-14金源煤层气公司在LAWLH-028井钻探过程中出现了井喷现象,水柱强劲[5]。 导致井喷发生的原因很多,但根本原因是由于地层的压力大于钻井的静液柱压力,流体从井孔喷出的现象。井喷事故具有突发性,爆发力强、控制难、损失大等特点。井喷事故发生后需要及时分析事故的原因,从根本原因入手,从井喷水来源和井喷动力等方面综合分析,尽量将损失降到最低。

目前,国内学者在矿井水害方面已经做了大量研究,研究的方向主要集中在矿井水来源和矿井水的动力源两个方面。在矿井水源研究方面,刘杰刚等综合运用分层聚类、逐步判别分析方法的计算原理,建立了岱庄煤矿的多元统计分析模型,实验表明可以有效的识别出矿井水源[6];李继君、陈祖云、闫志刚、冯东梅[7-10]等采用支持向量机算法,建立了突水水源的支持向量机识别模型,通过试验证明了利用支持向量机能有效识别突水水源;魏永强等采用神经网络技术,结合影响突水水源的多种综合因素,建立神经网络模型,对样本进行训练得到突水模型,利用突水模型有效地对矿井水源进行了判别[11]。在矿井水动力源的研究方面,已有的研究主要针对地应力和煤层瓦斯压力的影响因素进行研究。在地应力研究方向,已形成了多种地应力的测量方法。到目前为止,地应力的研究方法一般可分为4类[12]:一是水力压裂应力测量,如蔡美峰等[13]通过水力压裂和套孔应力解除法对矿山与水力建设现场进行了地应力测量,为建设工程的开展提供了大量的有效数据;二是利用地质和地震资料定性分析法,包括火山颈、取芯收获率、断层类型等;三是岩芯测量法,岩芯测量在室内进行,如姜永东等[14]通过对定向岩芯取样,利用岩石的 Kaiser效应声发射信号,得到了各方向的单向正应力值;四是地应力计算法,包括地应力场有限元数值模拟、地应力测井解释和钻进参数反演等,如潘一山等[15]采用空心包体应力解除法和有限元软件相结合,对大安山煤矿地应力的测量进行相互论证。现在的测量方法都是基于有关物理量来推算地应力,其预测精度受到计算方法影响较大[16]。因此,多数情况下都是基于地质构造对地应力的大小进行定性分析。在瓦斯压力研究方向,国内外研究学者也做了大量的研究,目前瓦斯压力测定技术主要分为两种,一种是通过从岩巷向煤层打孔,用固体物封孔来测定瓦斯压力[17],另一种是通过煤的可燃基瓦斯含量反算瓦斯压力,并通过灰分、温度等参数对瓦斯压力进行校正,从而得到原煤的瓦斯压力[18]。由于寺河矿井是属于高瓦斯矿井,可以在进行瓦斯含量预测的基础上进行瓦斯压力的分析,可以有效的节约勘探成本。而在瓦斯含量预测方面,目前主要分为AVO反演和地震叠前或叠后反演进行煤层含气量预测两类。彭苏萍等认为高含气量的煤层一般能形成较强的AVO 异常,低含气量的煤层AVO异常很小,利用AVO反演技术预测煤层含气量是一种可行的办法[19-22]。黄饶、李凌高、赵剑等通过对钻井岩石物理的分析,计算得到含气量与物性参数之间的关系,通过地震叠后或叠前反演的方法进行储层的含气量预测,取得了很好的效果[23-25]

笔者以地质资料为基础,从地震勘探的角度出发,对井喷区进行了精细的三维地震解释,分析可能由于断层或陷落柱发育形成的导水通道;利用多属性神经网络反演方法对井喷区的井喷水来源进行研究,分析确定井喷区域的水源位置;从地应力和瓦斯压力角度出发,利用地应力分析和叠前同时反演的方法分析了井喷的动力来源,为煤矿后续的安全开采提供一定的依据。

1 地质概况

1.1 区域地质概况

寺河矿井位于山西省晋城市西偏北,行政区划属山西省晋城市所辖,跨沁水、阳城、泽州3县。井田主要可采煤层为山西组3号煤层和太原组15号煤层。

井田地处太行山南段西侧,沁水复式向斜盆地的南端东翼,井田基本构造形态与区域构造一致,主要构造形迹近南北向,其形成原因主要受新华夏系和晋东南山字形构造体系影响,在区域内形成了纵横交错的地质构造景观,为该区域主要褶断构造的次生构造,如图1所示。

图1 寺河矿区构造纲要
Fig.1 Structure outline map of the Sihe mining area

1.2 水文地质概况

寺河矿区位于沁河与固县河在端氏交汇处的下游沁河段,属于径流滞缓区。沁河由端氏以南纵贯井田中部,从嘉峰镇殷庄旁的工业广场流出井田,井田内流域长度约11 km。区域水文地质单元属延河泉域,延河泉域是一个完整的岩溶水系统,其东临三姑泉岩溶水系统,延河泉域系统面积为3 000 km2,泉域的东边界为晋获断裂带,西边界为震旦系变质岩,南边为山西与河南交界的天然分水岭。由于受地层岩性、地质构造、岩溶发育、地形和水文网的控制,整个泉域构成一个完整的从补给、径流到排泄的地下水流域。中奥陶统厚层石灰岩是组成延河泉域的主要含水层,沁水向斜使泉域地层构成南部向北、东西两侧向中间倾斜的储水构造,如图2所示。

图2 寺河矿区泉域示意
Fig.2 Spring field of Sihe mining area

井喷所在深度主要含水层有石炭系上统太原组碎屑岩、碳酸盐岩类裂隙岩溶含水层组以及奥陶系中统下马家沟和峰峰组碳酸盐岩类岩溶裂隙含水层,主要隔水层有石炭系上统太原组顶部泥质隔水层和石炭系中统铝质泥岩隔水层,如图3所示。

图3 井喷段主要隔水层、含水层
Fig.3 Main aquifer and aquifer of the blowout section

K2灰岩位于石炭系太原组下部,其全区发育稳定,上距3号煤层底板61.4~91.9 m,平均74.25 m;距9号煤层底板13.8~35.2 m,平均23.21 m。该层灰岩厚6.1~17.60 m,平均11.00 m,其中,厚度10 m以上的有27孔,占81.82%,据区内K2含水层抽水试验资料,单位涌水量0.003 2~0.046 L/(s·m),水位标高水位标高440.28~601.78 m。总体上属弱含水层,但在局部适宜部位K2灰岩有弱富水的可能。

峰峰组灰岩位于奥陶系上部,距15号煤层底板9.17~35.48 m,平均厚度22.15 m;主要由厚层状石灰岩、泥灰岩、角砾状石灰岩及白云质灰岩组成。岩溶裂隙发育程度差,裂隙多被方解石充填,顶部裂隙中偶见铝土充填和黄铁矿结核,裂隙充填的方解石脉中偶见小溶孔。据区内抽水试验资料,单位涌水量在0.000 59~0.002 5 L/(s·m),渗透系数为0.002 03~0.289 00 m/d,水位标高449.70~546.54 m,显示其以弱富水性为主,但在井喷区域,部分钻孔在进入峰峰组一定进尺后开始明显漏失,这些钻孔基本都在离沁河较近的区域,即位于径流条件较好的强径流带上,溶蚀现象发育,峰峰组的富水性会相应增加,有可能小范围内形成峰峰组岩溶裂隙富水区。

2 三维地震勘探

2.1 煤层时间等值线绘制

时间等值线是以时间为量纲,它反映了目的层的基本构造(褶曲等),为了对井喷区目的层位的起伏形态有清晰的认识,利用层位自动追踪的构造解释方法,对15号煤层进行20 m×20 m的层位追踪解释工作,结合时间域建立的空间构造体系,选取合适的网格化参数和平滑参数完成等时平面图的绘制。如图4所示,图中红色代表地层深度大,蓝色代表地层深度小,井喷区所在区域埋深较大;测区内褶曲较为为发育,工区从西到东依次表现为背斜—向斜—背斜—向斜,主轴方向以北东向为主。

图4 寺河矿井15号煤层时间等值线
Fig.4 Coal seam time contour map of Sihe mining

2.2 井喷区陷落柱解释

陷落柱具有大小不等、孤立出现、分布规律性差等特点,它除了破坏煤层连续性外,更主要的是作为岩溶水的导水通道,诱发矿井生产安全事故。基于三维地震解释技术对勘探区内构造进行了精细解释,发现井喷区附近断层发育较为密集,并且在井喷区域发现有一直径约为200 m的陷落柱,如图5所示,其中井喷的2011ZX_CC_01井和2011ZX_CC_01(W1)井均位于陷落柱影响范围内,2011ZX_CC_01(W2)井位于陷落柱之外,陷落柱周围的断层较为发育,分别有DF6,DF8,DF10,DF22和DF245条断层,陷落柱剖面如图6所示。

图5 陷落柱及断层平面分布
Fig.5 Plane distribution of collapse column and fault

图6 井喷区陷落柱解释
Fig.6 Explain the collapse column in the blowout area

据区内陷落柱形成年代分析认为,该陷落柱可能形成于二叠纪以后,第四系以前,且很大程度上为充水型岩溶陷落柱。该陷落柱发育是以奥灰岩层中地下水强烈交替为条件,以岩溶发育为基础,以岩体自重应力、地应力集中以及溶洞内的真空负压三重作用为动力经过迅速垮落、间歇、溶蚀、搬运、塌陷、冒落等周而复始过程,分阶段逐步形成的。据钻井资料显示,陷落柱内部充填物多为砂岩或泥岩碎块,棱角明显,形状不规则,且局部为泥质所胶结,使得陷落柱内不同部位(柱体内部和柱体周缘)上下含水层间的水力联系具有一定的差异性。这在一定程度上可以解释为什么不同部位的钻孔钻至不同层位发生井喷。

3 井喷水来源分析

由于煤系地层沉积的稳定性,同一地层的视电阻率值在一般情况下变化不大,但是当存在富水性的断层构造或其他良导电地质体时(充水溶洞、断层破碎带、裂隙、陷落柱富水等),会导致电阻率在横向上出现异常。因此,可以根据电阻率来分析煤系地层的富水性。为了查明井喷区域目的层富水情况及井喷水来源,以三维地震数据和视电阻率测井曲线为基础,采用多属性神经网络方法对井喷区的富水性进行了研究分析。

3.1 多属性神经网络反演富水性分析

多属性神经网络是一种利用神经网络结构进行数学内插的方法,使用了一系列的地震资料进行神经网络训练,训练的过程是寻找最优的权值,最后将训练出的关系应用于整个地震数据体。其优点一是可直接在地震勘探的基础上进行富水性分析,可很大程度上提高勘探效率,二是该方法以视电阻率测井曲线和丰富的地震资料(原生地震数据体、反演数据体等)为样本进行神经网络训练,其预测结果相对准确可靠。

将视电阻率曲线和优选后的地震属性作为样本,经过神经网络训练,得到视电阻率的神经网络训练模型,最后选择15号煤层上下各50 ms作为反演时窗,得到了最终的视电阻率数据体。图7为井喷区域的inline方向的电阻率剖面图,红色曲线为2011ZX_CC_01(W1)井的视电阻率曲线。可以看出:15号煤层的视电阻率高于底板砂泥岩但低于顶板K2灰岩的视电阻率。K2灰岩的视电阻率值在横向上有很好的连续性,但是在井喷区域附近,出现了明显的低值异常,图7中黑色圈画区域,有类似于井喷通道的视电阻率异常区域,该异常区域可能导致各层位水力联系紧密。

图7 2011ZX_CC_01(W1)井视电阻率剖面
Fig.7 Apparent resistivity profile of 2011ZX_CC_01(W1) well

图8 煤层上部K2灰岩和煤层下部奥陶灰岩视电阻率平面
Fig.8 Resistivity level of K2 limestone in the roof of coal seam and ordovician limestone in coal seam floor

图8分别为15号煤层上部K2灰岩和下部峰峰组灰岩的视电阻率切片图,由图8可以看出,2011ZX-CC-01(W1)井井喷区域的K2灰岩和峰峰组灰岩都出现了视电阻偏低的情况,说明井喷区域的K2灰岩与峰峰组灰岩富水性较好,井喷水源可能来自于这两套灰岩的岩溶水,分析认为井喷区视电阻率异常可能与陷落柱发育有关,受陷落柱井喷区内峰峰组岩溶含水层和太原组岩溶含水层在一定程度上发生水力联系,这为岩溶地下水通过钻孔喷出地表提供了可能。

3.2 水化学实验分析

为了验证视电阻率神经网络反演的可靠性,对井喷区域的2个水文孔2011ZX-CC-01(W1)和2011ZX-CC-01(W2)进行水样采集,运用水化学分类的方法,对井喷水可能来源进行研究分析。对发生井喷的2011ZX-CC-01(W1)井以及未发生井喷的2011ZX-CC-01(W2)井分别进行水化学分析,发现2011ZX-CC-01(W1)井的井喷水的浓度平均值为29.6 mg/L,而2011ZX-CC-01(W2)井在太原组灰岩和峰峰组灰岩中的浓度平均值分别为73.5和6.2 mg/L,2011ZX-CC-01(W1)井的井喷水的的浓度介于太原组灰岩和峰峰组之间,说明2011ZX-CC-01(W1)井的井喷水可能来自于这两套灰岩的岩溶水的混合体。

4 井喷动力源分析

井喷动力源是发生井喷的必要条件,根据现场井喷记录显示,2011ZX_CC_01井及其水文井2011ZX_CC_01(W1)井在井喷过程中是以水汽混合液柱形式喷出,而且2011ZX_CC_01(W1)井在防喷器关闭后还出现了漏气的情况,说明井喷区不仅有较大的水压力,还有较大的瓦斯压力。因此,导致此次井喷的动力源除了有地应力的影响还可能有瓦斯压力的影响。

4.1 地应力分析

图9 交叉断层和小西凹背斜对地应力的影响
Fig.9 Influence of cross faults and Xiaoxiao anticline on ground stress

地层深部岩体存在天然的地应力场,主要以自重和构造应力为主,地应力的大小取决于深度、孔隙压力以及不同空间和时间上地质构造运动的作用。地质构造,尤其是断层的发育是影响地应力场的重要地质因素。井喷孔区域地质构造相对较为复杂,根据井喷区域的地质构造分析,认为造成井喷区应力集中主要有以下两个原因:① 2011ZX-CC-01井位于五门山断裂带和西哄哄断裂带之间山字形的中轴角平分线上,由于两条断裂带的共同作用,会导致其对角线上的地应力增加,如图9(a)所示;② 2011ZX-CC-01井位于潘河南边、小西凹背斜轴部,由于受到构造的影响,在褶皱翼部为压剪性,在褶皱核部为张性,导致井喷区域应力集中,如图9(b)所示。

4.2 煤层瓦斯压力分析

4.2.1 井喷区瓦斯压力交会分析

对工区已知资料(表1)进行分析发现瓦斯含量与瓦斯压力存明显的线性关系,如图10所示。而国内外大量研究学者分析认为,煤层的含气量与煤层的密度、纵横波速度之间存在密切的联系,因此,煤层瓦斯压力也与煤层的密度、纵横波速度之间也必然存在某种联系。

表1 15号煤层瓦斯含量和瓦斯压力统计
Table 1 Statistical table of gas content and gas pressure in coal seam

钻孔编号瓦斯含量/(m3·t-1)瓦斯压力/MPa2011ZX-CC-0121.122.382011ZX-CC-0219.001.992011ZX-CC-0322.562.462011ZX-CC-0417.701.952011ZX-CC-0524.042.812013ZX-FC-0225.882.93

图10 煤层瓦斯含量与瓦斯压力交会关系
Fig.10 Relationship between gas content and gas pressure in coal seam

对矿区的15号煤层瓦斯压力与煤层的密度、纵波速度等进行交会分析(图11),从图11可看出,煤层瓦斯压力与煤层的密度、纵波速度之间是成负相关的关系,相关性较好;煤层密度、纵波速度越大,煤层瓦斯压力越小,反之,煤层密度、纵波速度越小,煤层瓦斯压力越大。

图11 煤层瓦斯压力与煤层密度、煤层纵波速度交会关系
Fig.11 Relationship between gas pressure and density,p_wave velocity in coal seam

4.2.2 井喷区瓦斯压力预测

利用线性回归对瓦斯压力与密度、纵横波速度之间的关系进行线性拟合,得到瓦斯压力与密度、纵波速度之间的关系;通过叠前同时反演的方法得到纵横波阻抗及密度数据体,提取15号煤层的密度、纵波阻抗岩层切片,如图12所示,并利用密度、纵波速度与瓦斯压力的关系,对15号煤层的瓦斯压力进行预测,流程如图13所示。

图12 15号煤层密度切片和煤层纵波阻抗切片
Fig.12 Plan of 15th coal seam density and impedance

井喷区15号煤层的瓦斯压力最终预测结果如图14所示,图14中红色代表瓦斯压力相对较高区域,紫色代表瓦斯压力相对较低区域,从预测结果上分析认为,井喷区的瓦斯压力相对较大,瓦斯压力会对井喷产生一定的影响,是井喷的主要动力源之一。

图13 瓦斯压力预测流程
Fig.13 Gas pressure prediction flow diagram

4.2.3 井喷区瓦斯压力预测误差分析

为了对预测结果的可靠性进行分析,分别提取各井口处的预测瓦斯压力值与实际钻孔测量值进行误差分析,见表2。由表2可看出,利用叠前同时反演的方法进行瓦斯压力预测的结果与实际钻孔测量值基本吻合,预测结果误差都小于10%,说明利用该方法进行瓦斯压力预测具有一定的可靠性,预测结果对于实际生产具有一定的指导意义。

图14 井喷区煤层瓦斯压力平面
Fig.14 Plane map of pressure in blowout area

表2 煤层瓦斯压力压力预测误差统计
Table 2 Error statistics table of gas content and gas pressure in coal seam

钻孔编号实测瓦斯压力/MPa预测瓦斯压力/MPa误差/%2011ZX-CC-012.382.442.522011ZX-CC-021.991.923.522011ZX-CC-032.462.728.942011ZX-CC-041.951.903.592011ZX-CC-052.812.655.702013ZX-FC-022.932.814.10

5 结 论

(1)视电阻率神经网络反演结果分析认为,井喷区的K2灰岩与峰峰组灰岩的视电阻率值偏低,说明井喷区太原组K2灰岩与峰峰组灰岩的富水性有所增强。在视电阻率神经网络反演剖面上发现有类似于井喷通道的视电阻率异常区,连通了太原组K2灰岩与峰峰组灰岩,利用水化学成分分析也发现2011ZX_CC_01(W1)井井喷水中的平均浓度值介于太原组K2灰岩和峰峰组灰岩之间,说明太原组灰岩和峰峰组灰岩之间水力联系紧密。

(2)井喷区位于晋获断裂带和东西哄哄断裂带之间山字形的中轴角平分线上,且同时处于小西凹背斜轴部,导致井喷区地应力集中;另外,利用叠前同时反演的方法对井喷区瓦斯压力进行预测分析,发现井喷区瓦斯压力相对较高;因此,认为地应力和瓦斯压力是导致井喷的主要动力来源。

(3)井喷区发育一个较大的陷落柱,陷落柱的发育导致井喷区K2灰岩溶含水和峰峰组岩溶水在一定程度上发生水力联系,受此陷落柱的影响,2011ZX-CC-01井和2011ZX-CC-01(W1)井发生了井喷事故,但由于陷落柱内局部为泥质所胶结,使得陷落柱内不同部位(柱体内部和柱体周缘)上下含水层间的水力联系具有一定的差异性。导致两口井在钻孔钻至不同层位发生井喷。2011ZX-CC-01(W2)井位于陷落柱影响范围之外未发生井喷。

(4)本研究方法主要以地质构造分析为基础,通过对地震资料的进一步挖掘,在断层、陷落柱和瓦斯压力等方面对井喷的原因进行了分析。因此,地震资料的分辨率会可能对分析的准确性产生一定的影响,还需进行后续的验证工作,建议在井喷孔在勘查区东部和北部进行进一步钻探,验证富水性和瓦斯压力变化情况。

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