利用干井測(cè)井曲線確定煤層厚度方法研究＊

吳超凡 郭新強(qiáng) 邱占林

（1.龍巖學(xué)院資源工程系，福建省龍巖市，364012；2.福建省197地質(zhì)大隊(duì)，福建省泉州市，362011）

地球物理測(cè)井是利用煤巖層的地質(zhì)—地球物理特性差異，其具體表現(xiàn)在電阻率電位 （NP）、密度（DEN）、自然放射性 （GR）和自然電位 （SP）之間存在差異，間接地從測(cè)定的某些物理參數(shù)來(lái)獲得地層信息。煤田測(cè)井的重要任務(wù)是煤層定厚解釋，提供可靠的煤層厚度及埋深成果。只有在巖煤層對(duì)比可靠的基礎(chǔ)上，才能提供可靠的勘探區(qū)的數(shù)據(jù)，正確編制出各種地質(zhì)圖件，避免產(chǎn)生錯(cuò)誤的評(píng)價(jià)，提交符合實(shí)際情況的地質(zhì)報(bào)告。前人已研究了測(cè)井與鉆探巖芯資料相結(jié)合的具體方法，也探討了標(biāo)志層法識(shí)別煤層的原則。

在一些山區(qū)煤田，由于斷裂和破碎帶發(fā)育，鉆井泥漿漏失嚴(yán)重，干孔內(nèi)三側(cè)向和聲波時(shí)差曲線均無(wú)法測(cè)量，這給煤巖層識(shí)別以及煤層定厚帶來(lái)困難。本文采用人工放射性和天然放射性曲線對(duì)福建鳳山井田煤巖層進(jìn)行定性與定厚解釋，為勘查區(qū)煤層的對(duì)比及資源量估算提供了較充分依據(jù)。

1 研究區(qū)井田概況

福建鳳山井田位于戴云山脈南麓，區(qū)域構(gòu)造位置屬閩西南坳陷帶東北部，廣豐—龍巖復(fù)式向斜中部東翼，太華—長(zhǎng)塔復(fù)式背斜南段西翼，發(fā)育次級(jí)向、背斜褶曲。受區(qū)內(nèi)一級(jí)構(gòu)造北東向政和—大埔斷裂帶和區(qū)內(nèi)二級(jí)構(gòu)造北西向永安—晉江斷裂帶的控制，次級(jí)斷裂構(gòu)造中等發(fā)育。

區(qū)內(nèi)地層從侏羅系上統(tǒng)南園組 （J3n）至石炭系下統(tǒng)林地組 （C1l）均有出露，受燕山造山運(yùn)動(dòng)及斷裂構(gòu)造的影響和控制部分地層缺失，現(xiàn)存地層由老到新有石炭系下統(tǒng)林地組 （C1l）、二疊系下統(tǒng)文筆山組 （P1w）、童子巖組 （P1t）、二疊系上統(tǒng)翠屏山組 （P2cp）和三疊系下統(tǒng)溪口組（T1x）、侏羅系上統(tǒng)長(zhǎng)林組 （J3c）和南園組 （J3n），其中童子巖組是本區(qū)域主要含煤地層。

該井田均為高變質(zhì)無(wú)煙煤，具有導(dǎo)電性能好、低密度、低放射性的特點(diǎn)，物性反映呈低電阻率、低自然伽馬、高散射伽馬和聲速傳播時(shí)差大的特征，這是測(cè)井曲線精細(xì)解釋的基礎(chǔ)。

2 煤巖層定性和定厚解釋方法

圖1 無(wú)煙煤煤層的物性反映示例

根據(jù)測(cè)井規(guī)范要求，煤層的定性必須有3種以上的物性參數(shù)反映，該井田煤層變質(zhì)程度高，地層亦因熱接觸變質(zhì)普遍弱-中等角巖化，煤巖層不存在較大的物性特征差異和典型的曲線組合特征，而且鳳山井田地層破碎，大部分鉆孔全孔漏水，因此煤、巖層定性、定厚均采用人工放射性曲線和天然放射性曲線。

2.1 定性解釋

定性解釋就是不作定量計(jì)算，也不涉及層位問(wèn)題，而是著眼于曲線反映，根據(jù)曲線的異常特征分析研究鉆孔剖面，定性地判斷煤層、區(qū)分巖性，確定新老地層界面位置等。

物性差異是煤巖層定性解釋的依據(jù)。煤巖層定性解釋在深度比例尺為1∶200的測(cè)井曲線上進(jìn)行。參與定性解釋的曲線主要有三側(cè)向電阻率 （LL3）曲線、密度 （DEN）曲線、長(zhǎng)源距伽馬-伽馬（GGL）曲線和自然伽馬 （GR）等參數(shù)曲線。利用煤巖層各自的參數(shù)曲線特征并結(jié)合鉆探取芯對(duì)鉆孔剖面進(jìn)行綜合解釋。

該井田童子巖組37＃煤層為主要可采煤層，38＃、43＃煤層為局部可采煤層，煤質(zhì)為無(wú)煙煤，為簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)。煤層在密度曲線呈低異常、長(zhǎng)源距伽馬-伽馬曲線呈高異常和自然伽馬曲線普遍呈低異常的特征，能夠可靠、準(zhǔn)確地劃分無(wú)煙煤煤層，見(jiàn)圖1。

炭質(zhì)泥巖的伽馬-伽馬曲線上雖有較高異常顯示，但曲線幅值受泥質(zhì)含量較多和密度較大的影響，其幅值小于煤層，自然伽馬曲線上因泥質(zhì)含量較多，負(fù)異常不如煤層明顯，易與煤層區(qū)分，見(jiàn)圖2。

粉砂巖、細(xì)砂巖、礫巖則隨著巖石顆粒粒徑變大泥質(zhì)含量減少，密度曲線幅值逐漸升高，且形態(tài)的變化也越來(lái)越劇烈；伽馬-伽馬、自然伽馬曲線幅值則逐漸降低。定性解釋時(shí)既考慮到曲線幅值變化的規(guī)律，也參考鉆探取芯結(jié)果。

灰?guī)r密度幅值較高，伽馬-伽馬、自然伽馬曲線幅值較低，有的自然伽馬值極低。

2.2 定厚解釋

定厚解釋的方法是先定性后定厚解釋，再根據(jù)鉆探和測(cè)井解釋成果對(duì)比采用合理的解釋點(diǎn)，而解釋點(diǎn)即采用分離點(diǎn) （拐點(diǎn)）分層，然后各參數(shù)曲線按各自的解釋原則獨(dú)立解釋，最后取其算術(shù)平均值（深度和厚度）作為解釋成果，其可作為煤巖層對(duì)比及劃分的依據(jù)。解釋原則主要根據(jù)煤炭地球物理測(cè)井規(guī)范 （DZ／T0080-2010）。

圖2 炭質(zhì)泥巖的物性反映示例

2.2.1 煤層定厚解釋原則

煤層的定厚解釋工作在1∶50 放大曲線上進(jìn)行。參與定厚解釋的測(cè)井曲線主要為伽馬-伽馬（長(zhǎng)源距、短源距）、自然伽馬、三側(cè)向電流3種參數(shù)曲線，見(jiàn)圖3。

（1）伽馬-伽馬曲線。對(duì)于長(zhǎng)源距伽馬-伽馬曲線，當(dāng)煤層厚度小于或等于源距L （0.35 m）時(shí)，分層定厚解釋點(diǎn)選擇在曲線幅值的2／3處；當(dāng)煤層厚度大于源距L （0.35m）時(shí)分層定厚解釋點(diǎn)選擇在曲線幅值的1／3處；對(duì)于短源距伽馬-伽馬曲線，分層定厚解釋點(diǎn)選擇在曲線幅值的1／2處。

（2）自然伽馬曲線。分層定厚解釋點(diǎn)選擇在曲線幅值的1／2處。

（3）三側(cè)向電流 （GC）曲線。分層定厚解釋點(diǎn)選擇在曲線幅值的1／2處。

上述3種解釋原則均遵循異常拐點(diǎn)處 （曲線突變區(qū)），但同時(shí)要結(jié)合鉆探資料進(jìn)行綜合分析和解釋。煤層賦存層位和上述解釋的異常部位吻合，可靠性較強(qiáng)。同時(shí)，煤層定厚解釋選擇上述3種參數(shù)曲線中的界面反映較好的兩種參數(shù)曲線按各自獨(dú)立的解釋原則進(jìn)行解釋，取兩種參數(shù)曲線解釋成果（深度、厚度）的算術(shù)平均值作為確定值。

圖3 煤層定厚解釋分層點(diǎn)示例

2.2.2 巖層定厚解釋原則

巖層定厚解釋工作在1∶200的密度、自然伽馬和聲波時(shí)差曲線上進(jìn)行，其對(duì)巖性變化較大的情況反映靈敏，分層定厚解釋點(diǎn)分別為：

（1）密度曲線 （DEN）：分層定厚解釋點(diǎn)選擇在曲線由緩變陡的拐點(diǎn)處。

（2）自然伽馬曲線 （GR）：分層定厚解釋點(diǎn)選擇在曲線幅值的1／2處。

（3）聲波時(shí)差曲線 （AC）：分層定厚解釋點(diǎn)為曲線幅值的1／2處。

對(duì)于巖層來(lái)說(shuō)，在自然伽馬曲線上呈現(xiàn)較低值，但泥巖、砂巖類曲線異常差異特征表現(xiàn)較為明顯，易于區(qū)別。在密度曲線上異常拐點(diǎn)值突變明顯，尤其在砂巖類曲線上呈現(xiàn)出一種漸變關(guān)系。而在聲波時(shí)差曲線上，砂巖顯示為低時(shí)差異常響應(yīng)，泥巖則為高時(shí)差特征，但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)周波跳躍現(xiàn)象。巖層定厚解釋也是選擇上述3種參數(shù)曲線中的界面反映較好的兩種參數(shù)曲線按各自獨(dú)立的解釋原則進(jìn)行解釋，并取其中兩種參數(shù)曲線解釋成果的算術(shù)平均值作為確定值。

3 煤巖層綜合對(duì)比與分析

測(cè)井曲線對(duì)比采用1∶200深度比例尺的自然伽馬曲線、伽馬-伽馬曲線、密度曲線。對(duì)比采用曲線特征及組合形態(tài)對(duì)比為主，同時(shí)參考曲線幅值、層厚、層間距的特征規(guī)律，并結(jié)合地質(zhì)資料的方式進(jìn)行。在形態(tài)對(duì)比時(shí)既考慮煤巖層在不同曲線上自身的形態(tài)特征，又注意研究煤巖層在不同曲線上的組合特征及其規(guī)律。但煤巖層的綜合對(duì)比與分析還需建立在主要標(biāo)志層的判斷、劃分和比較上，標(biāo)志層在一個(gè)煤田內(nèi)一種參數(shù)或幾種參數(shù)曲線異常形態(tài)特征具有標(biāo)志特征顯著、分布廣泛、易于識(shí)別、相似性明顯和比較穩(wěn)定的特點(diǎn)。標(biāo)志層有可能出現(xiàn)的部位是煤層及其直接頂?shù)装寤蚓嗝簩右欢ň嚯x的其他巖層。經(jīng)仔細(xì)研究，研究區(qū)大致確定了曲線異常特征相對(duì)穩(wěn)定的標(biāo)志層兩層。

（1）標(biāo)志層一：在37＃與38＃煤層之間有一層破碎層，其伽馬-伽馬曲線有一較高的正異常反映。該標(biāo)志在多個(gè)鉆孔存在，圖4為ZK7303號(hào)鉆孔該標(biāo)志層的曲線反映。該標(biāo)志可作為確定37＃煤層與38＃煤層的標(biāo)志。

（2）標(biāo)志層二：在煤系地層結(jié)束時(shí)，在自然伽馬曲線和伽馬-伽馬曲線有一極低負(fù)異常反映。該異常在大部分鉆孔中的曲線幅值明顯低于上、下地層，圖5 為ZK7301 號(hào)鉆孔該標(biāo)志層的曲線反映。該標(biāo)志在多個(gè)鉆孔存在，可作為確定煤系地層結(jié)束的曲線對(duì)比標(biāo)志。

以上兩個(gè)標(biāo)志層在整個(gè)井田中較為穩(wěn)定，具有較高的可靠性，根據(jù)這些標(biāo)志層基本能夠區(qū)分出勘探區(qū)內(nèi)主采煤層。

對(duì)于單孔的測(cè)井曲線解釋，只能了解一個(gè)鉆孔所穿過(guò)地層的縱向巖層排列順序、埋深和巖性及煤層的埋藏情況。但是，在一定的勘探范圍內(nèi)，同一時(shí)代及相似沉積環(huán)境下所形成的地層在巖性和物性上具有大致相同的特征；不同時(shí)代的地層，其沉積特征的變化和地層的組合關(guān)系具有一定的規(guī)律，并在巖性上表現(xiàn)出某些差異。上述特征反映到測(cè)井曲線上就是在曲線的幅值、形態(tài)、組合方式上有一定的規(guī)律，以及某些特殊物性標(biāo)志層的出現(xiàn)，這些特征在全區(qū)范圍內(nèi)存在并可追蹤。

為了解整個(gè)井田的地下地質(zhì)條件，對(duì)勘探區(qū)的各個(gè)鉆孔測(cè)井曲線進(jìn)行綜合分析，由點(diǎn)到線、由線到面研究和掌握全區(qū)各煤巖層的聯(lián)系和分布規(guī)律。圖6為鳳山井田童子巖組第1段煤巖層測(cè)井曲線對(duì)比圖，根據(jù)標(biāo)志層一基本可以區(qū)分37＃和38＃煤層（見(jiàn)圖4），標(biāo)志層二可確定煤系地層結(jié)束的位置（見(jiàn)圖5）。標(biāo)志層一和標(biāo)志層二在整個(gè)井田范圍內(nèi)具有良好的可比性和穩(wěn)定性，其對(duì)應(yīng)的放射性異常也較為明顯 （見(jiàn)圖6）。因此，通過(guò)標(biāo)志層對(duì)比劃分來(lái)達(dá)到煤巖層的綜合判定，找出井田內(nèi)各鉆孔物性異常差異特征相似的層位，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合判斷，從而確定煤巖層的位置。并可通過(guò)該測(cè)井曲線對(duì)比基本能夠掌握全區(qū)煤層的分布規(guī)律、煤層的層位、厚度、結(jié)構(gòu)和煤質(zhì)的變化及標(biāo)志層的發(fā)育和變化情況。此外，利用測(cè)井曲線進(jìn)行地層對(duì)比還可驗(yàn)證和提高測(cè)井解釋工作的質(zhì)量，避免由于層位判斷不準(zhǔn)產(chǎn)生的解釋錯(cuò)誤。

圖5 測(cè)井對(duì)比標(biāo)志層二的曲線特征

圖6 鳳山井田童子巖組第1段煤巖層測(cè)井曲線對(duì)比圖

4 結(jié)語(yǔ)

鳳山井田地層破碎，大部分鉆孔全孔漏水，未獲得電性和聲速曲線，煤巖層的定性、定厚只能采用人工放射性和天然放射性曲線，并輔以密度曲線。通過(guò)對(duì)該區(qū)地質(zhì)和地球物理測(cè)井資料的分析，以及對(duì)煤巖層識(shí)別和定厚解釋，得出以下認(rèn)識(shí)：

（1）分析該井田內(nèi)地層的測(cè)井資料，結(jié)合鉆孔巖芯資料，可以確定本區(qū)曲線特征相對(duì)穩(wěn)定的兩個(gè)標(biāo)志層，根據(jù)這些標(biāo)志層基本能夠區(qū)分出勘探區(qū)內(nèi)主采煤層。

（2）鳳山井田煤巖層測(cè)井曲線對(duì)比分析結(jié)果表明，按物性特征解釋劃分的鉆孔巖性剖面與鉆探取芯結(jié)果基本吻合。采用測(cè)井曲線標(biāo)志及測(cè)井曲線的綜合對(duì)比進(jìn)行巖煤層對(duì)比是可靠的，為勘查區(qū)煤層的對(duì)比及資源量估算提供了較充分依據(jù)。

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