地球物理測井技術在煤田勘探中的應用

董順華

(貴州省煤田地質(zhì)局水源隊，貴陽 550000)

地球物理測井技術在煤田勘探中的應用

董順華

(貴州省煤田地質(zhì)局水源隊，貴陽 550000)

對地球物理測井的技術方法及應用進行分析，包括自然電位測井、三側(cè)向電阻率測井、自然伽馬測井(巖性判斷、巖層泥質(zhì)含量估算、地層對比)、密度測井、聲波測井。通過對地球物理測井的認識，了解五種常用煤田地球物理測井的技術方法及適用條件，分析其在煤田地質(zhì)勘探中的應用。

地球物理測井；煤田勘探；應用技術

煤田地球物理測井是在鉆孔內(nèi)進行的地球物理測量工作，通過研究鉆孔內(nèi)各煤巖層的各項地球物理特征(如電性、磁性、放射性等)在測井曲線上的反映，進而劃分煤、巖層界面并確定巖性；進行相關的巖性分析與計算；以及通過鉆孔曲線綜合對比了解勘探區(qū)地質(zhì)構造等，在煤田地質(zhì)勘探中起著相當重要的作用。

在煤田測井中，根據(jù)煤巖層的物性特征，采用了不同的測井方法、探測儀器和解釋手段。為滿足煤田地質(zhì)勘探的需要，主要以自然電位測井、三側(cè)向電阻率測井、自然伽馬測井、密度測井和聲波測井這幾種常規(guī)的測井方法解決相關的地質(zhì)問題。

1 地球物理測井的技術方法及應用分析

1.1 自然電位測井

巖石的自然電位由以下幾種物理、化學現(xiàn)象引起：第一，地層水中的離子向鉆井液中擴散及鉆井液中的離子向地層水中擴散，即擴散電位；第二，巖石顆粒對離子的吸附作用，即吸附電位；第三，在巖石與其周圍的介質(zhì)接觸而產(chǎn)生氧化還原反應，即氧化還原電位；第四，地層水向井內(nèi)及鉆井濾液向孔隙巖石中過濾，即過濾電位。這幾種現(xiàn)象引起的自然電位取決于巖石的巖性、礦物成分及其物理性質(zhì)，以及地層水和鉆井液的物理、化學性質(zhì)。

自然電位測井在煤田測井中的作用：第一，在沉積巖中產(chǎn)生自然電位是由離子擴散吸附作用造成，巖石的擴散吸附與巖石的性質(zhì)有關，另外，自然電位曲線在滲透層上有明顯的異常反映，因此，可用其判斷巖性,劃分滲透層；第二，劃分煤層：在高變質(zhì)煙煤和無煙煤上自然電位有異常；第三，在煤層氣測井中利用自然電位估算巖石泥質(zhì)含量，估算地層滲透率，確定滲透層的厚度，等等。

由于產(chǎn)生巖石自然界電位現(xiàn)象的復雜性和多樣性，尤其測量方法影響因素的復雜性極難克服，有時所測自然電位曲線效果不夠理想，通常須配合其他測井參數(shù)才能有效解決地質(zhì)問題。

1.2 三側(cè)向電阻率測井

側(cè)向電阻率測井是煤田測井中解決煤系地層中薄煤層以及煤中夾矸的一種行之有效的方法。該方法使用的供電電極的電流是聚焦的，且集中成水平狀垂直于鉆孔流入地層，有效解決了低阻鉆井液和高阻薄巖層對電流的分流作用，該方法能真實反映地層巖石的變化，分層能力較高，解決地質(zhì)問題效果較理想。

使用該方法測井還應注意電極系的選擇要合適，主電極長度不宜太大，絕緣環(huán)厚度盡量小一些，電極系直徑盡可能大一些。這樣會更有利于薄層劃分和所測視電阻率值更接近真電阻礙率值。

通過對鉆孔三側(cè)向電阻率曲線分析，研究其鉆孔縱向電阻率變化特征，劃分地層巖性以及厚度等；另外利用三側(cè)向電阻率進行巖層真電阻率的估算；在測井曲線綜合對比中作為主要參數(shù)，在劃分煤層層位以及分析地質(zhì)構造方面有著重要作用。

1.3 自然伽馬測井

自然伽馬測井是測量巖石自然放射性強度的一種測量方法。在煤田勘探過程中，通過自然伽馬測井曲線對巖性劃分，估算地層中巖石的泥質(zhì)含量以及對比井間地層剖面。

1.3.1 巖性判斷

煤系地層中沉積巖石的放射性強度的大小，主要取決于巖石顆粒大小和泥質(zhì)成分的多少。顆粒越小，泥質(zhì)成分越多，吸附的放射性礦物質(zhì)越多，曲線異常反映越大。巖石放射性強度依礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖的順序遞增，此外石灰?guī)r、白云巖的自然伽馬最低，黏土層最高，泥質(zhì)灰?guī)r及泥質(zhì)白云巖居中。一般可根據(jù)自然伽馬曲線幅度大小劃分巖性。

1.3.2 巖層泥質(zhì)含量估算

沉積巖層的放射性主要受泥質(zhì)含量的影響。因此，通過自然伽馬測井曲線對泥質(zhì)含量估算，通過下面公式測量一級近似地估計泥質(zhì)的含量：

公式中的GR目的層表示準備計算泥質(zhì)含量的目的層的放射性強度；GR泥巖層表示區(qū)域內(nèi)放射性強度最高的泥巖層的放射性強度；GR純地層表示區(qū)域內(nèi)放射性強度最低的純地層的放射性強度。

在不同區(qū)域和不同層系的地層中，巖層的放射性強度與泥質(zhì)含量的關系存在一定差異，因此，最好通過實驗提前找出不同地區(qū)巖層的放射性強度與泥質(zhì)含量的關系。

1.3.3 地層對比

通過自然伽馬測井曲線進行地層對比主要有以下幾方面優(yōu)勢：第一，通常情況下，自然伽馬測井曲線讀數(shù)與巖石空隙中的流體性質(zhì)不存在直接關系；第二，一般不受泥漿性質(zhì)的影響；第三，能夠更加容易地找到標志層。

1.4 密度測井

密度測井又稱伽馬伽馬測井，它是測量由伽馬源釋放出的伽馬射線與鉆孔內(nèi)巖石發(fā)生康普頓效應之后所產(chǎn)生的散射伽馬射線強度，從而求取巖石的體積密度。在沉積巖中，巖石的密度與其組成礦物成分、壓實程度以及膠結(jié)程度有關，不同巖石的密度不相同。在煤系地層中，煤層與其他巖石密度相差較大，伽馬伽馬測井正是利用這一差異便可準確地劃分煤層。

為使伽馬伽馬曲線幅度變化能真實地反映巖石密度變化，在測量時應注意影響密度測井的因素：第一，要選擇合適的測井速度，保證測井曲線質(zhì)量；第二，測井探險管盡量使用偏心力臂，盡可能地減少鉆孔不規(guī)則對測井的影響；第三，為提高測量精度，一般采用半衰期較長的中等能量的伽馬源，這樣可減少由小源強造成的漲落誤差，也可彌補由大源強造成的儀器靈敏度下降的問題；第四，為提高儀器的分辨率，應采用合理的源距，一般選用鉛屏厚度大于10cm的正源距。

伽馬伽馬曲線在應用方面主要有：第一，確定巖性，劃分煤層；第二，確定巖石的孔隙度，密度測井實為孔隙度測井，通過公式進行運算杰求得巖石的孔隙度，該方法在煤層氣和頁巖氣測井中應用較多；第三，根據(jù)統(tǒng)計學原理，可確定煤層灰分。

1.5 聲波測井

聲波測井也是一種孔隙度測井，它是利用聲波在巖石中傳播性質(zhì)來研究巖石巖性的一種測井方法。聲波測井主要包括聲速測井、聲波聲幅測井等，在煤田測井中主要應用的是聲速測井。

同其他測井方法一樣，聲波測井曲線同樣受井徑的影響、源距的影響、周波跳躍的影響等，因此，在數(shù)據(jù)采集和資料分析時應充分考慮上述影響。

聲波測井利用巖石的聲速不同可劃分巖性；巖石中的聲波傳播速度取決于巖石的密度，可根據(jù)聲速測井求出巖石的孔隙度；可利用聲波時差曲線的高異劃分煤層、破碎帶等。

在煤田測井中自然電位或聲波時差一般采用其中的一種，測井時選擇自然電位還是聲波時差，要根據(jù)勘查區(qū)煤層的煤類特征來選擇，自然電位對于煙煤的反映不是很好，而對于無煙煤的反映卻很好，所以，要根據(jù)勘查區(qū)煤巖層物性特征選擇參數(shù)。

2 結(jié)語

通過對上述幾種煤田測井方法的認識與分析，每種測井參數(shù)在反映巖層物性特征方面?zhèn)戎攸c各有不同，因此，我們在利用和分析測井資料時應互相參照、取長補短、去偽存真，才能取得接近實際地質(zhì)情況的合理的解釋成果，以更好地服務煤田地質(zhì)勘探。

[1] 梁奉雷，張坤，景強. 聲波測井在黃河北煤田勘探中的應用[J]. 山東煤炭科技，2013,(04):7-8.

[2] 劉建強.地球物理測井在煤田地質(zhì)勘探中的應用[J].科技信息，2008，(32)：269.

Application of geophysical well logging technology in coalfield exploration

DONG Shun-hua

(Water Resources Team of Guizhou Coal Geological Bureau, Guiyang 550000)

The technical methods and application of geophysical well logging were analyzed in this paper, including spontaneous potential logging, three lateral resistivity log, acoustic log, natural gamma ray logging (estimation of lithology, shale content estimation of stratum, stratigraphic correlation), density log and acoustic logging. Through the cognition of geophysical well logging, technical methods and applicable conditions of five common geophysical well logging were discussed and the application in coalfield exploration was analyzed.

Geophysical well logging; Coalfield exploration; Applied technology

2016-10-24

董順華(1968-)，女，學士。

P62

B

1674-8646(2016)22-0024-02