劉志友 喬世科 王宜慶 鐘明峰 馬文文

摘要：煤田測井作為煤田物探一種很成熟的勘探技術(shù)在煤田勘探領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，其主要任務(wù)是確定煤層層位及其深度、厚度、結(jié)構(gòu);劃分鉆孔地質(zhì)剖面,進(jìn)行巖性分析;通過多孔測井曲線對比,掌握巖煤層變化規(guī)律，計(jì)算巖煤層的力學(xué)參數(shù)等等。因勘探區(qū)物性差異明顯，該區(qū)利用視電阻率、自然伽馬、伽馬—伽馬、聲波等測井參數(shù)劃分煤層及巖性效果顯著。

關(guān)鍵詞數(shù)字測井煤田地質(zhì)煤層解釋

中圖分類號： P631.8+11文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

Abstract: coal as geophysical well logging coal a very mature exploration technology in coal field exploration areas to be a wide range of applications, its main task is to determine a coal layer upon layer and depth, thickness and structure; Divided drilling geological profile, and for lithologic analysis; Through the porous logging curve contrast, grasps the rock seam change rule, the calculation of the mechanical parameters of rock seam, and so on. Because of the exploration area property differences are significant, the use of apparent resistivity, natural gamma ray, gamma gamma, sound waves-well logging parameters division and lithology of coal seam effect is remarkable.

Key words digital logging geology explain coal seam

1.阿倉河南煤田地質(zhì)概況及地球物理特征

本區(qū)屬祁連地層區(qū)，中祁連分區(qū)，木里—熱水地層小區(qū)（插圖1）。

區(qū)域出露的地層主要有古元古界、奧陶系、志留系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系和第四系。其中三疊系、侏羅系沉積保存較完整，分布廣泛；志留系為碳酸巖、碎屑巖建造；石炭系為海相、海陸交互相沉積建造；二疊系為海盆邊緣相紫紅色碎屑巖建造；三疊系遍布中祁連，中下統(tǒng)為海相、海陸交互相沉積建造，上統(tǒng)以陸相碎屑巖建造為主，夾有海相灰?guī)r薄層；侏羅系中下統(tǒng)為陸相山間盆地型，以湖相為主的含煤建造，上統(tǒng)主要為湖相細(xì)碎屑巖建造；古近系為干旱內(nèi)陸盆地碎屑巖建造；第四系遍布全區(qū)，為冰川、冰水堆積及現(xiàn)代沖洪積物。

2. 地球物理特征

該區(qū)細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖均具低電阻特征，中、粗砂巖據(jù)中等電阻特征。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：隨著粒級的變粗電阻率有增大的趨勢，即ρ粗砂巖≥ρ中砂巖≥ρ細(xì)砂巖、ρ粉砂巖≥ρ泥巖。地層自然放射性強(qiáng)度按煤層、粗砂巖、中砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖的順序遞增。其中，煤層有較明顯的低自然伽瑪異常。這也就使得自然伽瑪這一參數(shù)成為區(qū)內(nèi)煤層定性、定厚以及劃分巖性的主要參數(shù)之一。區(qū)內(nèi)的煤系地層中（侏羅系），以煤層的密度最低，其密度值在1.03-1.70g/cm3之間。反映在伽瑪-伽瑪測井曲線上：同一孔中煤層段的計(jì)數(shù)率(CPS)值同其它地層相比要高出3—10倍，表現(xiàn)為明顯的正異常。這也就使伽瑪-伽瑪測井的計(jì)數(shù)率(CPS)成為解釋煤層的最主要參數(shù)。如下表1：

表1阿倉河南煤礦普查測井物性統(tǒng)計(jì)

伽瑪-伽瑪測井曲線對圍巖也有不同程度的反映,但由于密度差異不大，其計(jì)數(shù)率差異也不甚明顯。同一種巖性在不同孔內(nèi)伽瑪-伽瑪計(jì)數(shù)率值也不完全一致，而是有一定的變化范圍，反映區(qū)內(nèi)巖石在不同部位其砂、泥、水含量及孔隙度、膠結(jié)程度存在差異。

3 使用儀器及參數(shù)選擇

根據(jù)以往測井資料，該區(qū)核測井、電測井對反映煤層均有較好效果，根據(jù)地質(zhì)工作要求，測井使用儀器及參數(shù)方法選擇見下表2、表3：

表2 阿倉河南煤礦普查測井使用儀器設(shè)備情況表

表3阿倉河南煤礦普查測井選擇方法及參數(shù)表

儀器在測井工作開始之前，送至生產(chǎn)廠家進(jìn)行檢修、刻度及標(biāo)定，只有在儀器工作正常情況下方可投入野外生產(chǎn)。野外工作期間，按照DZ/T0080—93《煤田地球物理測井規(guī)范》定期對儀器進(jìn)行了刻度、校驗(yàn)，儀器刻度、校驗(yàn)間隔一般為3—4個月。

4資料解釋及實(shí)際應(yīng)用

4.1煤層解釋

4.1．1定性解釋

定性解釋主要是綜合分析研究各種測井資料，劃分煤層、巖層及各種伴生有益礦產(chǎn)。在測井曲線上，若同時具有高電阻、高伽瑪—伽瑪特征的層位即為煤層。在井徑正常地段，煤層部位同時具有低聲波波速、負(fù)自然電位特征。根據(jù)本區(qū)測井結(jié)果，對于結(jié)構(gòu)簡單煤層，長、短源距、自然伽瑪、電位電阻率、自然電位等測井參數(shù)均有較好反映，對煤層界面反映均較清楚（見插圖2），此時，長、短源距、自然伽瑪、電位電阻率、自然電位均可作為煤層解釋參數(shù)。對復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層，尤其當(dāng)井徑不正常時，煤層解釋依靠參數(shù)選擇為為長、短源距，自然伽瑪、電位電阻率、自然電位解釋時作為參照參數(shù)。

4.1．2定厚解釋

煤層定厚解釋是在1:50回放曲線上進(jìn)行的，根據(jù)煤層與不同巖層物性反映特征，結(jié)合基準(zhǔn)孔所取得的各項(xiàng)參數(shù)及大量的測井實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，煤層定厚解釋原則如下表4、（見插圖2）。

表4 煤層定厚解釋原則確定如下：

煤層視厚度（m） 電位電阻率 密度 自然伽瑪 聲波時差 自然電位

＜0.80 半幅值點(diǎn) 2/5幅值點(diǎn) 3/5幅值點(diǎn) 3/5幅值點(diǎn) 半幅值點(diǎn)

≥0.80 跟部拐點(diǎn) 1/3幅值點(diǎn) 半幅值點(diǎn) 半幅值點(diǎn) 半幅值點(diǎn)

4.1．3夾矸定性解釋原則

該區(qū)夾矸解釋主要依靠參數(shù)為長、短源距，根據(jù)實(shí)驗(yàn)孔及其它孔統(tǒng)計(jì)結(jié)果，在煤層中長、短源距計(jì)數(shù)率出現(xiàn)明顯下降的地段（伽瑪—伽瑪（長）小于600CPS、伽瑪—伽瑪（短）小于1800CPS）即可解釋為夾矸，在井徑正常地段，夾矸部位同時具有低電阻、高自然γ、高縱波波速特征。

插圖2 鉆孔煤層部位各參數(shù)反映情況圖

根據(jù)試驗(yàn)孔及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出煤層及巖石測井曲線組合特征如下表5，見插圖2。

表5煤層及巖石測井曲線組合特征表

巖性 煤 中、粗粒砂巖 細(xì)砂巖 粉砂巖 炭質(zhì)泥巖 泥巖

測井曲

線特征 高電阻；低聲波波速；低自然電位； 中、高電阻；中、高聲波波速 低電阻；高聲波波速 低電阻；高聲波波速 低電阻；中聲波波速 低電阻；中聲波波速

通過聲波等參數(shù)還可以進(jìn)行巖石力學(xué)性質(zhì)分析,計(jì)算出各段巖石的聲波傳播速度、楊氏模量、體積模量、泊松比、切變模量、巖石強(qiáng)度，聲波測量的鉆孔均對地層進(jìn)行巖石力學(xué)性質(zhì)計(jì)算，巖石力學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)情況見表6。

表6 巖體力學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

計(jì)算結(jié)果顯示:該區(qū)煤層巖石強(qiáng)度最低，巖石強(qiáng)度指數(shù)為90MPa左右，其次為炭質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖、中砂巖，粗砂巖、礫巖巖石強(qiáng)度最高，達(dá)到180 MPa。根據(jù)巖石力學(xué)性質(zhì)計(jì)算結(jié)果，該區(qū)碳質(zhì)泥巖屬軟弱地層，其巖石強(qiáng)度指數(shù)小于160 MPa，粉砂巖、細(xì)砂巖巖石強(qiáng)度中等，巖石強(qiáng)度指數(shù)為160-175 MPa。中細(xì)砂巖、中砂巖、粉砂巖巖石強(qiáng)度中等但巖石強(qiáng)度差異不大。

4.1.3井徑對煤層解釋的影響

由于巖性及巖石強(qiáng)度的差異以及各鉆探施工隊(duì)的鉆探工藝、鉆孔孔徑不盡相同，所使用的泥漿原料和配比也存在差異，鉆孔孔徑擴(kuò)大現(xiàn)象普遍，少數(shù)鉆孔甚至較為嚴(yán)重，給煤（巖）層的定性、定厚解釋帶來不同程度的影響。視電阻率、自然伽瑪與伽瑪-伽瑪參數(shù)是本區(qū)測井資料解釋的主要參數(shù)，但由于井壁不完整導(dǎo)致井徑擴(kuò)大的井段就會出現(xiàn)高伽瑪-伽瑪計(jì)數(shù)率、低視電阻率異常，這些異常同煤層部位伽瑪-伽瑪CPS異常特征相似，但表現(xiàn)為低阻及高自然伽瑪API值特征，解釋時必須要有井徑曲線佐證，否則很可能將井徑擴(kuò)大引起的異常解釋為煤層。井徑擴(kuò)大對電阻率及伽瑪-伽瑪參數(shù)的影響見插圖3。

插圖3 鉆孔井徑擴(kuò)大對電阻率、長短源距伽瑪-伽瑪參數(shù)的影響

5小結(jié)

煤田測井在煤田勘探領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，通過上述成果表明，可以利用視電阻率、聲波、自然電位等測井參數(shù)劃分煤層效果顯著。由于煤層與其圍巖相比具有“一高兩低”（高電阻、低密度、低自然伽瑪）的物性特征。通過解釋進(jìn)而掌握地下煤層變化規(guī)律，通過各種參數(shù)曲線的幅值獨(dú)立、組合形態(tài)特征解釋各種地質(zhì)屬性進(jìn)而掌握地下煤層變化規(guī)律、構(gòu)造、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)情況。綜合解釋必須要多參數(shù)綜合解釋，因?yàn)閰?shù)間互補(bǔ)性很強(qiáng)，但是必須把握每一種參數(shù)在綜合解釋中的主次地位和所占的比例，才能得到比較接近實(shí)際，與實(shí)際地質(zhì)相結(jié)合的測井成果。

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作者簡介

劉志友1980年出生 男 中國地質(zhì)大學(xué) 大學(xué)本科 主要從事地球物理測井工作。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請用PDF形式查看。