測井曲線在地層劃分中的應(yīng)用

李宇剛，高 雪

(陜西省一三一煤田地質(zhì)有限公司，陜西 韓城 715400)

0 引言

小壕兔井田為隱伏形煤田，地表多為風(fēng)積沙、薩拉烏蘇組湖積層、保德組黏土所覆蓋。區(qū)內(nèi)地層巖性單一，水文地質(zhì)工程條件簡單。經(jīng)以往地質(zhì)勘查，井田內(nèi)煤系地層埋深基本在380 m以下，各組段地層物性條件好、測井曲線反映明顯。井田內(nèi)地層產(chǎn)狀近水平，無斷裂和褶皺構(gòu)造。本文就測井曲線在小壕兔井田地層劃分中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 測井儀器

1.1 儀器設(shè)備

我公司測井使用儀器為北京中地英捷物探儀器研究所生產(chǎn)的PSJ-2型數(shù)字測井系統(tǒng)。測井系統(tǒng)采用Visual C++編程，能夠?qū)⒕赂魈焦軠y量的地層數(shù)據(jù)及時(shí)準(zhǔn)確地反饋到地面采集儀，通過電腦同步顯示鉆孔煤、巖數(shù)據(jù)曲線，具有精度高、分辨率高、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、采集多種物性參數(shù)、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，并及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收、曲線顯示、打印及現(xiàn)場數(shù)據(jù)的回放，保證現(xiàn)場初步解釋的順利完成。本區(qū)測井工作使用的主要儀器設(shè)備清單見表1。

表1 測井主要儀器設(shè)備一覽

表中所有儀器在使用前均進(jìn)行了全面系統(tǒng)的檢查，并按《煤田地球物理測井規(guī)范》(DZ/T 0080—2010)和《煤層氣測井作業(yè)規(guī)程》(Q-CUCBM-0401-2002)中的技術(shù)參數(shù)要求進(jìn)行了調(diào)試、校驗(yàn)和標(biāo)定，所有儀器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求，保證全區(qū)測井工作所獲取的測井?dāng)?shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠。

1.2 參數(shù)的選擇

根據(jù)本區(qū)地質(zhì)任務(wù)要求，最終確定本區(qū)測井的主要測井參數(shù)為：側(cè)向電阻率、自然電位、自然伽瑪、人工放射性、井徑、井斜等，另外對部分鉆孔進(jìn)行聲速測井、簡易測溫、水文鹽化測井，具體測井任務(wù)選擇的參數(shù)如下。

常規(guī)測井：人工伽瑪(長源距GGFR、短源距GGNR)、自然伽瑪(NGO1)、側(cè)向電阻率(GR01)、視電阻率(RS01)、自然電位(SLFP)等。

工程測井：聲速(單收時(shí)差SON1)、井斜(頂角、方位角)、井溫、井徑等。

水文測井：井液電阻率。

測井曲線的形態(tài)特征如下。

1.2.1 人工伽瑪曲線的形態(tài)特征

由于煤層和巖層之間密度差異較大，使人工伽瑪(長、短源距伽瑪曲線)，在煤巖層位置的幅值有較大差異，煤層在長、短源距伽瑪曲線上反映較為明顯，而巖層的不同巖性，由于密度差異不是很大，故曲線幅值變化較為平緩，起伏波動較小，只能對砂巖類及泥巖類進(jìn)行大致劃分。長、短源距伽瑪曲線是煤層定性、定厚的主要曲線。

1.2.2 自然伽瑪曲線的形態(tài)特征

自然伽瑪在煤層位置反映幅值很小，所以煤層在自然伽瑪曲線上能以明顯的低幅值異常與圍巖區(qū)分開，而巖層不同巖性的自然伽瑪強(qiáng)度值主要取決于巖層中的泥質(zhì)含量，從粗粒砂巖到泥巖是隨泥質(zhì)含量的增加其自然伽瑪強(qiáng)度值也相應(yīng)的增大。故自然伽瑪曲線亦是劃分煤、巖層的主要定性、定厚曲線之一。

1.2.3 電阻率曲線的形態(tài)特征

煤巖層的電阻率值差異較大，煤層頂、底板多為砂質(zhì)泥巖或粉砂巖類，煤層高阻值異常明顯，有利于解釋劃分煤層。在不同巖性之間，隨著粒度由粗變細(xì)，其電阻率值由大到小呈有規(guī)律的變化。電阻率曲線是煤、巖層重要的定性、定厚曲線之一。

1.2.4 聲波單收時(shí)差曲線的形態(tài)特征

煤與多數(shù)圍巖存在著速度差異，所以可以利用聲波單收時(shí)差曲線將煤從圍巖中劃分出來。

1.2.5 自然電位曲線的形態(tài)特征

煤層和中、粗粒砂巖在自然電位曲線上一般為負(fù)異常反映，在細(xì)粒、粉砂巖、泥巖層段其值接近零值，所以自然電位僅作為煤層的定性曲線。

1.3 測井處理軟件

測井處理軟件使用的是北京中地英捷物探儀器研究所研發(fā)的“ZDWT固體礦產(chǎn)測井?dāng)?shù)據(jù)處理解釋系統(tǒng)”。該系統(tǒng)是一個(gè)基于WINDOWS操作系統(tǒng)下使用先進(jìn)的編程工具M(jìn)icrosoft Visual C++開發(fā)的適用于煤田和其它固體礦產(chǎn)測井?dāng)?shù)據(jù)的綜合處理軟件。該軟件集測井?dāng)?shù)據(jù)庫管理、原始數(shù)據(jù)讀入、成果數(shù)據(jù)導(dǎo)出、曲線計(jì)算、校正與刻度、插值與濾波、煤質(zhì)分析、屏幕編輯與解釋、成果輸出等測井常規(guī)處理于一體的擁有自主知識版權(quán)的固體礦產(chǎn)測井?dāng)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

2 實(shí)際應(yīng)用

2.1 煤層解釋

煤層的定性、定厚解釋是煤田測井的最主要目的，在常規(guī)所測的5種參數(shù)曲線，即人工伽瑪、自然伽瑪、電阻率、聲速時(shí)差及自然電位在煤、巖層位置均有較明顯的異常反應(yīng)，特別是人工伽瑪、自然伽瑪和側(cè)向電阻率曲線在煤層上反應(yīng)規(guī)律性強(qiáng)，異常特征十分明顯，可有效確定煤層。

2.1.1 煤層定性解釋

煤層物性為高人工伽瑪、高側(cè)向電阻率、低自然伽瑪，自然電位為負(fù)異常、聲速時(shí)差曲線為高異常的物性反映，煤層與圍巖物性差異顯著，特征明顯、界面清晰。煤層的夾矸在側(cè)向電阻率曲線，短源距曲線上表現(xiàn)較明顯，依據(jù)這些物性特征可以對煤層作出可靠的定性解釋,如圖1所示。

圖1 煤層測井曲線形態(tài)Fig.1 Logging curve form of coal seam

2.1.2 煤層定厚劃分

煤層與頂?shù)装鍘r性在密度、自然伽瑪、側(cè)向電阻率及聲波時(shí)差曲線上都有較大區(qū)別。通過全區(qū)多個(gè)勘探線曲線對比，得出以下規(guī)律。

本區(qū)煤層為高電阻值，阻值為300～800 Ω·M，電阻率曲線均以突出的高異常反映，與圍巖有很大區(qū)別。厚煤層更為突出，薄煤層受井液電阻率及低阻圍巖影響，但在曲線上均有較明顯的異常；煤層均為低密度，密度值為1.18～1.48 g/cm3之間，人工伽瑪測井曲線在煤層均以明顯高幅值反映，一般為3 000～5 000 CPS，薄煤層受圍巖影響，但幅值仍高于圍巖值，幅值較大；煤層的自然放射性含量很弱，一般在2～25 API，自然伽瑪曲線以明顯的低幅值反映；煤層在自然電位曲線上，一般為負(fù)異常反映；煤層的聲波速度低，聲波時(shí)差為420～500 μs/m，在聲波時(shí)差曲線上以較高異常反映。

通過煤層的物理特征，初步確定解釋原則，然后再結(jié)合地質(zhì)編錄煤層的數(shù)據(jù)進(jìn)行參照對比，最終確定煤層解釋原則的工作方法，確定煤層解釋劃分的原則見表2。

表2 煤層定厚劃分原則

2.2 巖層解釋

本區(qū)地層穩(wěn)定，巖層物性特征明顯，巖層主要以粗粒砂巖、中粒砂巖、細(xì)粒砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖及泥巖組成。

砂巖的電阻率為中高值反映，粗粒砂巖及中粒砂巖為最高，細(xì)粒砂巖居中，粉砂巖、砂質(zhì)泥巖及泥巖為低阻反映；自然電位曲線對砂巖及泥巖反映較為平穩(wěn)，粗粒、中粒砂巖自然電位曲線以較大的負(fù)異常反映，細(xì)粒砂巖反映幅值小，粉砂巖及泥巖的自然電位接近于零電位；自然伽瑪曲線在粗、中、細(xì)粒砂巖以低值反映，細(xì)粒砂巖及粉砂巖均以中幅值反映，泥巖及砂質(zhì)泥巖以高幅值反映。隨著泥質(zhì)增高，天然放射性物質(zhì)的含量增大，曲線幅值隨著含泥量增多而增高；聲速曲線上，粗、中粒砂巖聲波傳播速度快，聲波時(shí)差曲線幅值小，粉砂巖及泥巖聲波速度低，聲波時(shí)差曲線幅值較大。測井曲線反映如圖2所示。主要巖層參數(shù)響應(yīng)見表3。

圖2 各地層測井曲線形態(tài)Fig.2 Logging curve form of each formation

表3 主要巖層物性參數(shù)測井響應(yīng)值統(tǒng)計(jì)

根據(jù)本區(qū)地層的物性變化規(guī)律和不同巖性各參數(shù)曲線的反映特征，以側(cè)向電阻率和自然伽瑪為主，輔以自然電位、聲波時(shí)差曲線進(jìn)行巖層解釋劃分，初步劃分出鉆孔地層巖性剖面，然后與鉆探柱狀及地質(zhì)編錄的巖層資料進(jìn)行詳細(xì)對比，標(biāo)注出兩者的差異巖層，對照鉆探采取的巖芯進(jìn)行現(xiàn)場共同判定，統(tǒng)一差異巖層的巖性，對解釋的巖性剖面進(jìn)行修改補(bǔ)充，完成巖性的剖面解釋工作，確定巖性剖面解釋劃分原則見表4。

表4 巖性剖面劃分原則

2.3 水文測井

水文擴(kuò)散法測井要求鉆孔不能是泥漿孔，必須是清水孔，否則測出的井液電阻率是不真實(shí)的，所有鉆孔均在抽水試驗(yàn)結(jié)束后再進(jìn)行鹽化測井。

首先測一條清水井液電阻率數(shù)值，由于清水的導(dǎo)電性較差，因而電阻率值較高，然后在井液電阻率探管及下部電纜上系緊鹽袋，對全孔進(jìn)行鹽化(鹽化過程根據(jù)需要可重復(fù)多次)，這時(shí)井液電阻率與井液的鹽濃度成反比，鹽濃度越大，電阻率越小，鹽濃度越低，電阻率越高，這時(shí)鉆孔內(nèi)井液電阻率較清水明顯降低，根據(jù)情況可以調(diào)整鹽濃度以適應(yīng)鹽化測井。

鹽化后的井液，一則與地層水鹽濃度發(fā)生擴(kuò)散，再者，地層含水層會不斷涌進(jìn)鉆孔，流向鉆孔其他位置，所以出水含水層的井液鹽濃度會不斷下降，井液電阻率則不斷增高。根據(jù)這個(gè)原理，利用測井液電阻率在不同時(shí)刻的電阻值，根據(jù)電阻值的變化就可以劃分出含水層。曲線反映如圖3所示。

圖3 水文測井曲線形態(tài)Fig.3 Form of hydrological logging curve

利用鹽化曲線劃分含水層時(shí)，會受到很多因素影響，如清水礦化度較高，鉆孔容易掉塊，探管下不到孔底等不利因素，這時(shí)就需要參照測井的其他曲線，比如側(cè)向電阻率，自然伽瑪，自然電位及井溫曲線等，并結(jié)合鉆孔柱狀和鉆孔構(gòu)造，對鉆孔含水層進(jìn)行綜合定厚、定深，使資料更加準(zhǔn)確可靠。具體如下：當(dāng)抽水試驗(yàn)段鉆孔單位涌水量大于0.01 L/s·m時(shí)，可認(rèn)為該層段涌水量較大；當(dāng)抽水試驗(yàn)段鉆孔單位涌水量小于0.01 L/s·m時(shí)，該層可視為相對隔水層。水文測井嚴(yán)格按《水文測井工程規(guī)范》(DZ/T0181—1997)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。水文測井要求準(zhǔn)確確定抽水試驗(yàn)段含水層的深度、厚度及結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)語

地球物理測井在煤田勘探中應(yīng)用廣泛，技術(shù)相對較為成熟，可以準(zhǔn)確劃分地層，提供可靠的目的層及巖層、水文資料；測井曲線的解釋利用一定要遵循科學(xué)、客觀及求實(shí)的態(tài)度；尤其在前期需通過鉆孔及地質(zhì)、水文資料進(jìn)行對比，確定該地區(qū)曲線反映形態(tài)，以確保資料準(zhǔn)確及嚴(yán)謹(jǐn)，才能為煤田開發(fā)提供穩(wěn)妥可靠的資料。