地層物性特征在金沙縣龍鳳煤礦中的應用

程瑪莉　 劉坤

摘 要：不同巖性層（組）的視電阻率、自然伽瑪、中子孔隙度測井曲線存在不同形態(tài)特征。根據(jù)這些差異，結合鉆探成果資料，在龍鳳煤礦區(qū)范圍內對測井曲線進行綜合對比。通過對礦區(qū)鉆孔測井資料分析，歸納出該區(qū)龍?zhí)督M含煤巖層及茅草鋪組、夜郎組、長興組非含煤巖層的物性特征，確定了礦區(qū)含煤巖層中煤層的位置及煤層對比的標志層位，并在物性曲線上討論了長興組和龍?zhí)督M的地層分界線。

關鍵詞：物性特征；地層界線；含煤巖層；金沙縣

Application of Strata Physical Characteristics in Longfeng Coal Mine， Jinsha County

Cheng Mali Liu Kun*

College of Resources and Environment Guizhou Institute of Technology GuizhouGuiyang 550003

Abstract：Abstract： Logging curves， including apparent resistivity， natural gamma and neutron porosity， exhibit different physical characteristics in different rock layers （group）. According to those differences， logging curves are correlated comprehesively in Longfeng Coalmine on the basis of drolling data. By analysing of boreholes logged data within the ore district， the physical properties of coalbearing strata as Longtan formation and noncoal stratas including Maocaopu formation， Yelang formation， Changxing formation， were summed up. The location of coal beds in coalbearing strata and sign layers for comparison were determined， besides， stratigraphic boundary between Longtan Formation and Changxing Formation was also discussed on the curves.

Keywords：physical characteristics；Stratigraphic boundary；Coal seams；Jinsha County

龍鳳煤礦位于貴州畢節(jié)地區(qū)金沙縣西南部，含煤巖系為上二疊系統(tǒng)的龍?zhí)督M（P2l），地層厚度103.50～130.50m，平均118.50m，巖性為一套海陸交互相、多個旋回沉積組成的灰～灰黑色泥巖、炭質泥巖、煤層、粉砂質泥巖、灰～褐灰色細砂巖、灰～深灰色硅質灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r，通常含12～15層煤，其中7、8、9、11、12五層煤為主要可采煤層，全區(qū)較穩(wěn)定[1]。上覆地層為上二疊統(tǒng)長興組（P2c）的灰～深灰色厚層狀石灰?guī)r，下部含團塊狀燧石結核及燧石條帶，局部夾有機質條帶及炭質泥巖薄層，富含動物化石和化石碎屑。龍?zhí)督M與長興組呈整合接觸。下伏地層為下二疊統(tǒng)茅口組（P1m）的淺灰、灰白色厚層、塊狀灰?guī)r，見少量白云質灰?guī)r、白云巖，中部及下部含燧石團塊與燧石條帶，二者呈平行不整合接觸[2]。巖性不同反映出電阻率的差異，因此各個層位在測井曲線上的形態(tài)特征也不同，因此，對測井曲線進行分析研究，對煤礦的開發(fā)具有重要意義。

1 地層物性特征

1.1 茅草鋪組（T1m）

巖性主要為灰色、深灰色薄至中厚層石灰?guī)r、泥灰?guī)r、厚層白云巖和白云質灰?guī)r。石灰?guī)r中發(fā)育縫合線構造。

物性特征：本組地層上部為風化段，電阻率值與密度值均較低。本組其余巖性段以石灰?guī)r為主，在視電阻率曲線上具有較高的幅值，密度大于下伏地層，而自然電位曲線在涌、漏水處具有較為明顯的負異常，自然伽瑪曲線幅值較低，中子孔隙度曲線幅值低。如果巖層中裂隙和溶洞發(fā)育時，則視電阻率曲線值較低，密度曲線值增大，自然伽瑪曲線較高（圖1）。

1.2 夜郎組（T1y）

該組在礦區(qū)范圍分布最廣泛，依巖性的不同總體可分為可分為三段，從老到新為：

1.2.1 沙堡灣段（T1y1）

巖性主要為黃綠色薄層泥巖、粉砂質、鈣質泥巖。

物性特征：以泥巖為主，視電阻率曲線為平直低阻，自然伽瑪、中子孔隙度曲線幅值都高于上下地層，泥巖物性特征明顯。該段厚度穩(wěn)定，為良好的物性標志層（圖1）。

1.2.2 玉龍山段（T1y2）

巖性主要為碳酸鹽巖。上部為淺灰色厚層灰?guī)r，頂部見一層厚約1m鮞狀灰?guī)r；中部為淺灰灰色中厚層灰?guī)r，偶夾碎屑巖、同生角礫巖；下部為淺灰灰色中厚層灰?guī)r；下部為灰、深灰色薄層中厚層泥質灰?guī)r，間夾薄層泥巖。

物性特征：以高阻、中高阻幅值變化的鋸齒狀的視電阻率曲線為特征，泥灰?guī)r的電阻率曲線呈鋸齒狀的較低阻幅值變化為特征，自然伽瑪、視密度、中子孔隙度變化小。自然伽瑪曲線幅值低于下伏地層，呈明顯的階梯式的變化（圖1）。

1.2.3 九級灘段（T1y3）

巖性主要為紫紅色、暗紫色夾黃綠色粉灰質泥巖、泥巖、粉砂巖，中下部夾中厚層泥灰?guī)r、灰?guī)r。

物性特征：根據(jù)物性的變化情況，結合巖性層序特征將地層分為上、下兩部分。

上部：巖性以泥、砂巖互層為主，中子曲線幅值較高、自然伽瑪曲線值較高、視電阻率曲線低、自然電位曲線有一定異常，各種參數(shù)曲線波動總體較圓滑。

下部：見5層較穩(wěn)定泥灰?guī)r。以較高幅值視電阻率曲線為明顯的特征，自然電位曲線呈鈍鋸齒狀負異常，自然伽瑪曲線呈低幅值夾高幅值反映明顯，是良好的物性標志層。底界的視電阻率曲線幅值與下覆地層有明顯的差異，自然伽瑪曲線幅值和中子曲線幅值都高于下伏地層，呈較明顯臺階而相區(qū)別（圖1）。

1.3 長興組（P2c）

巖性為灰深灰色厚層灰?guī)r，下部見團塊狀燧石結核及燧石條帶，局部含薄層炭質泥巖。

物性特征：該組以石灰?guī)r為主，視電阻率曲線呈鴕峰狀的高阻，中子孔隙度、自然伽瑪曲線幅值低于上、下地層，為明顯的灰?guī)r物性特征。本組地層厚度穩(wěn)定，是良好的物性標志層（圖1）。

1.4 龍?zhí)督M（P2l）

為礦區(qū)的含煤巖系，巖性主要為灰灰黑色泥巖、炭質泥巖、粉砂質泥巖、灰褐灰色細砂巖、灰深灰色硅質灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r及多層煤層、煤線。泥灰?guī)r為本組煤層對比的標志層，通常見9～11層泥灰?guī)r（L1、L2、L3上、L3下、L4、L5、L9上、L9下、L11、L12上、L12），尤以位于本組中上部的L2、L4泥灰?guī)r全礦區(qū)發(fā)育穩(wěn)定，為良好的標志層。

物性特征：根據(jù)煤系地層的巖性、巖相組合及含煤性特征，含煤巖系自上而下劃分為二段（圖2）：（1）P2l2：見L1、L2、L3上、L3下、L4和L5六層泥灰?guī)r標志層，其中L2、L4和L5泥灰?guī)r全區(qū)發(fā)育較穩(wěn)定，為良好的標志層，L3上、L3下見相變現(xiàn)象，但其由于發(fā)育穩(wěn)定，可作為地層對比的標志層。該段賦存有4、5上、5、5下、6、6下、7、7下、8上、8、9等煤層，其中6、7為較穩(wěn)定～不穩(wěn)定煤層，5、5上、5下、6下、7下和8上為不穩(wěn)定～極不穩(wěn)定煤層，其厚度、結構變化較大，由剖面和平面對比可以發(fā)現(xiàn)5、6煤層具有分岔合并現(xiàn)象，合并后定為6煤層；6、7煤層也具有分岔合并現(xiàn)象，合并后定為7煤層；在井田的中西及南部5、5下、6、6下煤層具有沖刷和沉缺的現(xiàn)象。在6、6下煤層的頂?shù)装l(fā)育一層（泥巖或炭質泥巖）具有較高放射性異常，它是判定6、6下煤層層位的物性標志，煤層具有較高的電阻率、較高的中子孔隙度、較低的自然伽瑪、較小的密度物性特征而區(qū)別于其他巖性層，煤層在各參數(shù)曲線上特征明顯，厚度和性質可靠，結合穩(wěn)定發(fā)育的標志層，煤層層位的確定比較可靠（圖2）。在9煤層底板見L9上、L9下兩層泥灰?guī)r，其厚度及分布較穩(wěn)定，為9煤層的標志層，而9煤層在為穩(wěn)定～較穩(wěn)定煤層，為礦區(qū)的主采煤層，其厚度結構變化較小，由剖面和平面對比可以發(fā)現(xiàn)8、9煤層具有分岔合并現(xiàn)象，合并后定為9煤層，8、9煤層合并區(qū)主要分布在井田中北部，8、9煤層合并區(qū)煤層穩(wěn)定，且全部可采，8、9煤層分岔區(qū)不可采點主要因為沉缺和沖刷造成的；無論是分岔還是合8、9兩煤層的物性特征曲線形態(tài)組合是穩(wěn)定的，尤其在自然伽瑪值形成一個具有雙“W”的組合形態(tài)，且物性特征穩(wěn)定，可確定9煤的層位（圖3）。

（2）P2l1：該段發(fā)育有L9上、L9下、L11、L12上和L12五層泥灰?guī)r標志層，在礦區(qū)范圍發(fā)育穩(wěn)定，為主要標志層；10、11上、11、11下、12上、12煤層，其中10、11、12煤層層位較穩(wěn)定穩(wěn)定，這三層煤的頂、底圍巖及煤層內部都含有較高的放射性，在自然伽瑪曲線為較高幅值的物性特征（圖3）；在本段的上部見穩(wěn)定的L9上、L9下灰?guī)r和一層未定名的煤層，在10煤層的下部發(fā)育有L11泥灰?guī)r、在11的上部或下部常出現(xiàn)11上、11下兩煤層，其穩(wěn)定性較差。12煤層局部具有分岔合并的現(xiàn)象，常分岔成12上、12兩層，在12上煤層的頂板發(fā)育有L12上、L12兩層泥灰?guī)r標志層，但有時L12上相變?yōu)殁}質砂巖。其中L12灰?guī)r與12煤層在自然伽瑪曲線上組成一個灰?guī)r低幅值、煤層高幅值的物性組合特征，其物性特征是非常明顯的，是確定12煤層的良好物性標志層（圖3）。

煤層的物性特征曲線反映明顯，具有較高的電阻率、較低的自然伽瑪、較小的密度和較高的中子孔隙度的物性特征與其它巖性易于區(qū)分，定性定厚可靠，而灰?guī)r、泥灰?guī)r發(fā)育較穩(wěn)定，可對比確定煤層層位，是良好的標志層。

2 地層物性特征的應用

由于不同巖性段、層的物理性質不同，通過地球物理方法測定而得的各類物理參數(shù)曲線形態(tài)特征各異。不同巖性組合而成的地層段出現(xiàn)不同形態(tài)的曲線組合特征。反之，相似層位或層段，在一定范圍內，由于物源、沉積相與成巖條件相似，具有相同或相似的巖性組合，物性和化學特征也大致相同或相似，測井曲線變化形態(tài)特征或形態(tài)組合特征亦相同或相似。因此，應用測井曲線的形態(tài)變化特征、組合特征及其變化規(guī)律，可掌握煤層及標志層厚度、巖性巖相上的變化，增加或加強了煤礦地層對比方法或手段，并成為某些煤礦的主要地層對比方法。地球物理測試方法在龍鳳煤礦中的應用有以下幾個方面：

2.1 地質界線的劃分

長興組為厚層灰?guī)r，視電阻率曲線呈鴕峰狀的高阻、中子孔隙度、自然伽瑪幅值均為低異常；龍?zhí)督M視電阻率曲線反映為阻值起點相對較低，但變化范圍比較寬，曲線形態(tài)表現(xiàn)為高阻煤層異常與低阻非煤層異常相間。根據(jù)這一物性特征差異將長興組與龍?zhí)督M地質界線劃分。此外，依據(jù)上述物性特征，可將茅草鋪組與夜郎組、夜郎組與長興組進行劃分。

2.2 煤層的確定

通過煤層物性曲線特征分析可看出，5、6、7、8、9煤層具有低自然伽瑪、低密度、較低的縱波速度、中低電阻率、較高中子孔隙度的物性特征；11、12煤層具有較高中子孔隙度、自然伽瑪、中低電阻率、低密度及較低縱波速度物性特征，但由于煤層中含有的鎵含量達到了工業(yè)品位要求，最大值為85μg/g，其余元素均未達到工業(yè)品位要求，所以在自然伽瑪曲線上有特殊高異常。因煤層及上、下圍巖的組合，11煤層在自然伽瑪曲線上形成一個“筆架峰”的組合形態(tài)，而12煤層在自然伽瑪曲線上形成一個“雙駝峰”的組合形態(tài)[2]（圖 4）。

3 結論

由于測井曲線具有較好的連續(xù)性，不受巖心采樣率的影響，不受人為因素干擾或較小，有較強可比性等特點，因此，對煤巖層進行綜合分析對比時，利用好測井曲線，可以提高對比的可靠程度[3][4]。

通過對龍鳳煤礦測井曲線的綜合分析，得出如下結論：

（1）根據(jù)物性特征的不同，劃分出礦區(qū)地層（茅草鋪組、夜郎組、長興組、龍?zhí)督M）；

（2）龍?zhí)督M含煤巖系測井曲線形態(tài)特征與上覆地層長興組非含煤巖系測井曲線形態(tài)特征不同，根據(jù)兩者的不同可以較好的劃分含煤巖系和上覆地層的界線；

（3）在煤系中，煤層和煤層上下圍巖在自然伽瑪、密度、電阻率、中子孔隙度和縱波速度存在較大差異，由此可以確定各個煤層在鉆孔中的位置；

（4）各個煤層的標志層在測井曲線上的特征明顯，易于進行礦區(qū)的測井曲線對比。

參考文獻：

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基金項目：2016年貴州省科技基金重點項目（黔科合基礎[2016]1404）

作者簡介：程瑪莉（1986），女，山西襄汾人，碩士，研究方向：沉積礦床。

*通訊作者：劉坤。