淺析礦井地質(zhì)的電法測井和伽馬法測井

【摘要】地球物理測井是采用地球物理方法劃分鉆孔剖面、評價地層，解決某些地質(zhì)問題的技術(shù)，是礦井地質(zhì)勘探的重要手段。地球物理測井是利用鉆孔剖面中各巖層的不同物性來劃分地質(zhì)剖面，確定煤層的層位厚度和結(jié)構(gòu)，進(jìn)行地層對比，以解決構(gòu)造和沉積方面的問題。

【關(guān)鍵詞】礦井地質(zhì)；電法測井；伽馬法測井

1、電法測井

電法測井是以研究巖石電阻率、電化學(xué)活動性和介電常數(shù)等電學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)的測井方法。它可分為電阻率測井、電化學(xué)測井、感應(yīng)測井、激發(fā)極化測井和介電常數(shù)測井等，在煤田測井中主要應(yīng)用電阻率測并和自然電位測井，其效果最佳。

1.1 電阻率測井

電阻率測井基于在井中測量被鉆孔穿過的礦、巖層的電阻率，并按電阻率的差異，劃分鉆孔地質(zhì)剖面，解決煤礦井下的一些地質(zhì)問題。電阻率測井采用側(cè)向測井。

（1）測向測井原理

因石墨、無煙煤及大部分金屬礦物的電阻率均較低；大部分的造巖礦物，如石英、云母、方解石等電阻率都比較高。大部分火成巖電阻率比較沉積巖的電阻率低于火成巖和變質(zhì)巖，根據(jù)此原理能區(qū)分煤與巖石，劃分巖性。

（2）三側(cè)向測井的原理

側(cè)向測并為減小泥漿分流和圍巖影響，要采用聚焦技術(shù)。三側(cè)向測井不但分辨率還便于校正并求得地層的真電阻率，它被公認(rèn)為電阻率測井中效果最佳、很有前途的測井方法，已廣泛應(yīng)用在煤田測井。

1.2 自然電位測井

在電阻率測井時，有時出現(xiàn)不供電時，在井內(nèi)仍可以測量到電位差，此種存在的自然電位差導(dǎo)致測井人員的重視，由此出現(xiàn)了自然電位測井。自然電位的產(chǎn)生與地層性質(zhì)密切相關(guān)。按自然電位的成因，利用自然電位曲線可劃分煤層，確定儲集層和區(qū)分巖性。

（1）劃分煤層。對變質(zhì)程度較高的煤層，如瘦煤、貧煤和無煙煤等，由于它們有較強(qiáng)的氧化反應(yīng)，呈現(xiàn)較明顯的自然電位異常，自然電位曲線可作為解釋煤層的一種重要輔助曲線。

（2）確定儲集層、區(qū)分巖性。在砂泥巖的剖面上，碎屑巖的自然電位由地層水和泥漿濾液之間的擴(kuò)散與擴(kuò)散吸附作用形成的。此種擴(kuò)散與擴(kuò)散吸附作用的程度，不但與地層水和泥漿濾液之間的鹽濃度差相關(guān)，還與巖石的性質(zhì)相關(guān)。

（3）估計泥質(zhì)含量。一些地區(qū)還采用數(shù)理統(tǒng)計的方法，建立自然電位異常幅度與泥質(zhì)含量的定量關(guān)系，運(yùn)用這種關(guān)系由自然電位異常大小估計巖層的泥質(zhì)。

2、伽馬法測井

電測井方法盡管在煤田測井中廣泛應(yīng)用，而這種方法具有一定的局限性。如在煤、巖電性差異較小時，采用電測井方法就難以區(qū)分煤層和巖層；又如，在下套管井段或遇有嚴(yán)重漏水的干井，電測井就不能進(jìn)行。隨著核物理的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)利用巖石的放射性及各種核物理的性質(zhì)能夠劃分鉆孔地質(zhì)剖面，分析巖層。

核測井是以巖層自然或人工放射性為基礎(chǔ)的測井方法，即放射性測井。核測井種類很多，按其探測的射線類型分類，應(yīng)分為伽馬法和中子法。伽馬法包括自然伽馬、密度測井、選擇伽馬-伽馬和巖性密度等測井方法；中子法包括中子―伽馬、中子―中子、中子俘獲伽馬能譜等測井方法。一些方法在煤田勘探中也取得了非常好的效果，放射性測井是煤田測井中的重要方法，效果最佳的是人工伽馬測井。

2.1 密度測井

由于煤系地層中煤層與巖層有明顯的密度差異，所以密度測井是判別煤層的最好方法。它還為計算巖石孔隙度和預(yù)測煤層灰分、水分，以及研究巖石力學(xué)性質(zhì)提供必需的密度資料，煤田測井的重要方法之一。煤的密度較小，巖石的密度較大，它們二者能明確區(qū)分。密度測井的應(yīng)用如下：

（1）解釋煤層、區(qū)分巖性及劃分鉆孔地質(zhì)剖面。煤系地層中以煤層的密度為最小，在煤巖之間形成密度差。在密度測井曲線上，煤層常以呈現(xiàn)顯著的異常，成為煤田測井中解釋煤層的有效方法。

（2）確定巖層的孔隙度。為計算儲集層的水、氣的含量，要確定儲集層的孔隙度，這是水文與工程測井中的重要任務(wù)。密度測井是按巖石密度與孔隙度的密切關(guān)系確定地層孔隙度。

（3）劃分巖溶、裂隙發(fā)育帶和破碎帶。它們一般是巖體因地質(zhì)作形成的，不論充滿氣體、流體或充填泥質(zhì)礦物，密度急劇下降，在密度測井曲線上出現(xiàn)顯著異常，這對劃分巖溶、裂隙發(fā)育帶和破碎帶有利。

（4）研究煤的灰分和發(fā)熱量。煤巖化驗資料表明，煤的密度和灰分、水分的變化又會影響煤的發(fā)熱量，這是密度測井確定煤灰分與發(fā)熱量的依據(jù)。在一個礦區(qū)，在煤種固定、水分較少時，煤的密度一般取決于灰分，且隨灰分增加而增大。煤中灰分增加，等于純煤所占的分量減小，即煤的碳與氫含量降低，因此煤的發(fā)熱量隨灰分的增加而減小。

（5）計算巖石力學(xué)參數(shù)。利用密度、電阻率、井徑、聲波測井曲線與巖樣試驗資料，能解釋巖石原生狀態(tài)下的力學(xué)特性。利用測井資料可作出煤層頂、底板巖石力學(xué)參數(shù)等值線圖，為煤礦設(shè)計、巷道掘進(jìn)與支護(hù)提供保證。密度測井能研究巖層隨深度的垂直變化，用于壓實的預(yù)測，配合其他測井曲線又可用來進(jìn)行地應(yīng)力大小和方向的預(yù)測。

2.2 選擇伽馬―伽馬測井和巖性密度測井

（1）選擇伽馬―伽馬測井

選擇伽馬-伽馬測井是以光電效應(yīng)為基礎(chǔ)的另一種人工伽馬測井方法，它采用的儀器裝備與密度測井一致，而方法原理不同，這是要區(qū)分巖性、預(yù)測煤層灰分和劃分復(fù)雜煤層結(jié)構(gòu)。選擇伽馬―伽馬測井曲線，是要反映介質(zhì)的有效原子序數(shù)的變化，劃分煤層、研究煤層的結(jié)構(gòu)確定其灰分含量。

（2）巖性密度測井

這是以光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)為理論基礎(chǔ)，同時記錄地層的光電吸收截面指數(shù)Pe和電子密度指數(shù)ρo的又一種人工伽馬測井方法。利用Pe―ρe交繪圖技術(shù)區(qū)分巖性，按體積模型的參數(shù)廠求泥質(zhì)含量，并求黏土礦物成分，在煤田測井中也應(yīng)用以求煤層的灰分。

參考文獻(xiàn)：

[1] 曹靜等：簡述幾種測井方法的原理和特點(diǎn)，科技經(jīng)濟(jì)市場，2009.6.

[2] 楊孝楠：探究測井技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展，商情，2012.28.