桃園礦Ⅱ區(qū)鉆井綜合測井資料解釋與應(yīng)用

王珂琰 程錦亮 馬安麗

摘要：煤田測井技術(shù)是地質(zhì)勘探開采的主要技術(shù)，測井工作者利用現(xiàn)場測井技術(shù)與對測井曲線的綜合分析，能夠準(zhǔn)確地判別出煤層的相對位置和層厚，結(jié)合實際地質(zhì)資料可以探明地質(zhì)構(gòu)造情況，有利于對煤田資源的合理開采。本文對桃園礦Ⅱ區(qū)鉆井進行綜合測井解釋，簡述煤田測井技術(shù)在勘探開采中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：煤田測井；判別煤層；安徽省宿州市；桃園煤礦

1.礦井概括與地質(zhì)特征

1.1礦井概括

桃園煤礦位于安徽省宿州市南部，交通便利，礦區(qū)位于淮北平原中部，地勢平坦，沒有大江大河，有縱橫的農(nóng)業(yè)溝渠；礦區(qū)自然村落眾多，人口密集，地表水豐富，氣候變化明顯，氣候溫和，多年最高洪水位+24.5m，對礦坑及礦井建設(shè)影響不大。

1.2地質(zhì)特征

礦井內(nèi)上部皆覆蓋較厚的松散層，無露頭基巖。經(jīng)鉆孔取芯分析，地層由老至新分為奧陶系、石炭系、二疊系、第三系和第四系，含煤地層為二疊系和灰?guī)r。石炭系探明太原組層位含煤地層為6～8層，有2～3層個別點具有可采厚度，但無開采價值。二疊系含煤地層較多，包括下統(tǒng)山西組、上統(tǒng)上石盒子組以及下石盒子組。含煤地層厚度約為925m，經(jīng)劃分包括1、2、4、5、6、7、8、9、10、11等煤組。不同地層的煤系地層特征不同，是分析煤層層位的主要指標(biāo)之一，而各區(qū)間特征如表1所示：

桃源礦構(gòu)造簡單，具有少量寬緩褶皺，未發(fā)育斷層，大中型斷層較少。它位于宿南向斜西翼北部，宿南向斜是一個較寬緩不完全的向斜，東翼由于一組逆斷層的影響，向斜的整體完整性受到破壞。礦井總體走向為南北向，地層傾角大，南向平緩，北向陡峭，整體傾角為20°～30°，地層傾角變化規(guī)律明顯。

因礦井傾角大，地層陡的特性，在實際鉆探的過程中不可避免的傾角偏大。所以要結(jié)合煤田測井技術(shù)，對鉆井井斜進行實時監(jiān)控，控制井斜的發(fā)展趨勢在規(guī)定范圍內(nèi)。

2.煤田測井技術(shù)

測井技術(shù)的水平直接關(guān)系到煤層的開采質(zhì)量和開采率，測井技術(shù)以其準(zhǔn)確性、連續(xù)性和低成本的特點，在煤田地質(zhì)勘探和煤礦生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。隨著數(shù)字處理技術(shù)的應(yīng)用，測井信息不僅可以用于對煤巖地層進行分類，而且可以定量地提供含煤地層的詳細數(shù)據(jù)。

本隊現(xiàn)場主要采用PSCJ-3數(shù)字測井采集軟件、PSJ-2數(shù)學(xué)采集記錄儀，通過四合一探測管和密度探測管等探測管得到常規(guī)九條測井曲線，分別為：三側(cè)向電阻率、天然放射性、人工放射性、井徑、電位和聲波等，來契合對桃園礦項目鉆井現(xiàn)場測井的實際要求[3]。

2.1測井儀器

煤田測井的主要工作原理是利用特殊儀器設(shè)備采集地下巖層的物理特征（如：巖石導(dǎo)電性、自然放射性、天然放射性、密度等）。本隊采用的PSCJ-2數(shù)學(xué)測井系統(tǒng)（如圖1所示），該系統(tǒng)采用合理的軟硬件配置，可控制數(shù)字、模擬類型的20多種井下檢測管。該工具是測井系統(tǒng)的一種車載組合工具，具有測井記錄儀、放射性測井面板、電測井儀、聲波面板、井深顯示、三側(cè)測井面板等功能。該數(shù)字測井系統(tǒng)由操縱臺、打印機、上位機、絞車和井下探管組成，其操縱臺主要有控制電路板及其各種組合控制開關(guān)組成。

該儀器采用16位單片機8090進行采集和控制，曲線可由打印機繪制。計算機可將采集到的數(shù)據(jù)存入儀器存儲器，將RS-232通道端口讀入計算機磁盤，將數(shù)據(jù)上傳至上位機，現(xiàn)場直接回放曲線，曲線可以從淺到深或從深到淺的任何比例回放。最后，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入移動存儲器中，便于進行室內(nèi)回放和數(shù)據(jù)處理，形成一套完整的數(shù)字測井系統(tǒng)。為避免野外環(huán)境惡劣，導(dǎo)致計算機工作不正常，影響日志記錄的正常進行，也可以直接在現(xiàn)場采集、觀察、加工和打印曲線。

2.2操作流程

隨著測井技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)有應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大；目前，可完成對整個井眼巖性解釋。通過密度、視電阻率和聲波時差曲線，可以算出煤巖地層的彈性模量、強度指標(biāo)、泊松比等力學(xué)參數(shù)，進而判別煤層頂板和底板的穩(wěn)定性；通過井徑曲線和井斜數(shù)據(jù)，可以分析鉆井現(xiàn)場條件，判別煤巖地層的井徑改變和空間相對層位，指引井眼閉合等作用[3]；通過測井曲線的對比，找出曲線的典型物性標(biāo)志，從而確定鉆孔內(nèi)煤層和斷層；也可以利用測井資料預(yù)測井間煤層厚度等地質(zhì)問題。如圖2所示，為現(xiàn)場測井結(jié)構(gòu)圖。

對桃園礦的測井要求：

（1）鉆孔鉆進至基巖界面和終孔后分別進行地球物理測井；（2）全孔原始曲線的數(shù)字化采取1∶200曲線圖，煤層采取1∶50曲線圖；（3）測井資料均應(yīng)進行全孔地質(zhì)解釋，煤層及夾矸的解釋必須有四種定性、定厚物性參數(shù)，各物性參數(shù)方法（包括密度、視電阻率、自然伽馬、伽馬伽馬、自然電位、聲速、孔斜、井徑等），應(yīng)按各自的解釋原則解釋，確定成果采用各解釋成果的平均值；（4）通過鉆探取芯和測井資料的對比分析研究，解釋斷層斷點位置，破碎帶的厚度，斷層性質(zhì)及落差。

2.3測井資料的應(yīng)用

測井資料的應(yīng)用本文主要介紹三個方面，分別為地層評價、地質(zhì)應(yīng)用、鉆井工程方面的應(yīng)用。其中，地層評價是通過巖性分析判別地層界面；推算巖石及礦物組成，繪圖巖性剖面。地質(zhì)應(yīng)用是探索地層結(jié)構(gòu)、沉積相和斷層；利用測井資料能繪制鉆孔地質(zhì)綜合柱狀剖面圖，地層相關(guān)性對比，巖心定位。鉆探工程方向的應(yīng)用是估算平均井徑和固井水泥用量大??；判斷井眼的傾角、幾何形態(tài)和方位；判斷水泥回流高度和下套管的深度；估算巖石的破裂壓力梯度和地層孔隙流體壓力等[4]。

我隊測井解釋采用DLW，DZW，DFW，HGG，HG及聲速等參數(shù)作為常規(guī)測井方法，利用DLW，HGG和HG的1∶50曲線進行了煤層解釋。

利用測井資料劃分巖性的基本原理是根據(jù)各個巖性在常規(guī)測井曲線中的響應(yīng)特征差異性，結(jié)合多條測井曲線的響應(yīng)特征可劃分出巖性。其中，泥巖的DLW和DFW曲線是振幅相近的低異常；但當(dāng)顆粒不均勻、地層水礦化度低或含有硅質(zhì)和碳質(zhì)時，電阻率增大。泥巖密度小，在HGG曲線上表現(xiàn)出較高的異常值，由于泥巖中放射性物質(zhì)含量高，HG曲線呈高振幅。粉砂巖各曲線異常幅度介于砂巖與泥巖之間，在DLW曲線上石英砂巖和細砂巖均表現(xiàn)為高異常幅度，其振幅也隨著膠結(jié)程度和泥質(zhì)含量的變化而改變，HGG和HG曲線表現(xiàn)出低異常幅度。泥質(zhì)灰?guī)r和含泥灰?guī)r的DLW曲線一般具有較高的異常特征，含泥質(zhì)增多時，電阻率下降，且HGG和HG曲線均呈低幅值；伴隨泥漿含量的增添，電阻率減少，HGG和HG曲線呈低振幅，異常值隨泥質(zhì)含量的增加而增大。而不同的煤層結(jié)構(gòu)、含灰量和構(gòu)造壓縮程度，煤層的物性特征是不同的。對于灰分低、結(jié)構(gòu)單一的煤層，DLW曲線有一定幅度，DZW曲線整體變化較為平緩，HG曲線峰值異常，HG曲線低，異常值明顯[6]。

3.應(yīng)用效果分析

3.1解釋軟件

我隊通過LogDraw軟件處理和解釋測井資料，測井解釋人員在限定時間內(nèi)提交煤層測井解釋成果表、巖性剖面測井解釋成果表、各煤層定性及定厚解釋圖等紙質(zhì)和電子資料。

LogDraw是一款基于個人計算機和windows對煤田測井和其他固體礦物測井?dāng)?shù)據(jù)處理程序，該系統(tǒng)具有較強的單孔測井?dāng)?shù)據(jù)處理能力。LogDraw的基本功能包括測井?dāng)?shù)據(jù)庫管理、原始數(shù)據(jù)讀取、結(jié)果數(shù)據(jù)導(dǎo)出、曲線計算、校正與標(biāo)定、插值與濾波、巖性分析、煤質(zhì)分析等。程序設(shè)置了多種“模板”，同時加上豐富的可方便設(shè)置的“選項”，使用戶能夠設(shè)置程序的所有參數(shù)，提升了系統(tǒng)的可擴展性和便利性。而且最重要的是，在軟件中可以實現(xiàn)獲得MAPGIS和CAD圖形文件，讓使用者能夠?qū)y井結(jié)果輸入到其他地質(zhì)圖中，以實現(xiàn)對礦井地質(zhì)和煤田地質(zhì)的需求[1]。

3.2對煤田的解釋原則

在不同的鉆探井中，全面分析和比較不同的曲線異常特征屬性和物理參數(shù)數(shù)據(jù)，同時與地質(zhì)和鉆井資料相結(jié)合，得出的結(jié)論要符合現(xiàn)實，且準(zhǔn)確地得出地質(zhì)變化特征，從而對煤層和圍巖進行劃入?yún)^(qū)分。此外，測井資料解釋人員還必須了解不同含煤煤層的分布情況和局部含煤地層的地質(zhì)構(gòu)造特征概況。

煤巖地層的定性解釋是基于三側(cè)向電阻率、自然電位、電阻率電位、側(cè)向電流、密度、聲波時差、自然伽馬五種物理參數(shù)的八種曲線異常幅度、形態(tài)特征、屬性值的差別，對其進行定性解釋，在測井解釋軟件中，通過采取屏幕人工分層法進行綜合測井解釋，用來劃分煤層和不同巖性地層和地層組，從而實現(xiàn)對全孔地質(zhì)剖面解釋[5]。

煤層的定厚解釋，是基于定性解釋的原理，利用表中物性參數(shù)方法曲線，根據(jù)各自的解釋原理確定煤層厚度和構(gòu)造。其中要選取物性差異大、異常明顯的兩條（或兩條以上）參數(shù)曲線，用來確定煤層深度、厚度和構(gòu)造，并且將解釋結(jié)果作為所選參數(shù)值的平均值[6]。

3.3實例分析

煤層劃分的測井曲線主要通過自然伽馬、自然電位、密度、側(cè)向、聲波、電流、接地電阻率等，其測井響應(yīng)特征利用密度低、聲波時差大、中子孔隙度高、自然伽馬低、自然電位有異常、電阻率高等。煤層界面的劃分遵從當(dāng)巖層厚度較大時，根據(jù)測井曲線上的半幅點來劃分巖層的界面；當(dāng)巖層厚度較小時，根據(jù)曲線的2/3幅值點判別巖層界面。

如圖3所示，為桃園礦Ⅱ地區(qū)某段井的測井解釋成果圖。從圖中可以明顯看到，在井深355.88m～357.05m段，視電阻率明顯正異常、顯著增高，密度負異常、顯著減小，自然伽馬負異常，聲波時差大等測井曲線響應(yīng)特征，由此判斷為煤層。而進一步劃分煤種可以根據(jù)曲線特征值來判斷。

4.結(jié)語

隨著對測井工作的開展，可以有效地滿足對桃園礦水文井的勘探工作，為進一步的煤層開采提供直觀地指導(dǎo)價值。在煤田地球物理測井中，通過使用有意義的力學(xué)物理參數(shù)和測井方法，既可以對煤、巖層進行直觀和準(zhǔn)確地定性定厚解釋[2]，實現(xiàn)對煤層開采計劃有指導(dǎo)性作用。

不過現(xiàn)有測井信息還沒有完全利用，由于測量技術(shù)條件的改變、方法探測原理和縱向分辨率的不同，再加上人為因素的影響，今后可通過進一步擴展地質(zhì)應(yīng)用范圍，提高定量解釋精度、資料處理和解釋水平，向石油測井技術(shù)看齊，實現(xiàn)數(shù)字化模式化勘探，使煤田測井真正從定性過渡到定量。

參考文獻：

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[4]王慎中.物探資料綜合解釋[M].北京：石油工業(yè)出版社， 1994.

[5]張應(yīng)文，王亮等；煤田測井中煤層的定性及定厚解釋技術(shù)應(yīng)用[J].物探與化探， 2008， 32（1）： 49.

[6]Yin Z A ， Wen L X ， Hua D S . Application of logging constrained inversion to the 3-D seismic lithological exploration in coalfield[J]. Progress in Geophysics ， 2004.