物探測井在鄯善縣七克臺二井田勘探中的應(yīng)用

聞良端

（福建省121 地質(zhì)大隊 福建龍巖 364021）

0 引言

鄯善縣七克臺二井田此次勘探總共設(shè)計25 個鉆孔（其中一個為煤層氣探井），目的是查明井田內(nèi)各時代地層出露范圍以及井田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造。井田地層主要分為第四系地層（Q）、侏羅系下統(tǒng)八道灣組（J1b）、三工河組（J1s）、侏羅系中統(tǒng)西山窯組（J2x）、頭屯河組（J2t）、侏羅系上統(tǒng)齊古組（J3q）地層，以及井田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造。結(jié)合以往地質(zhì)資料成果［1］，井田含煤地層為西山窯組，可采煤層6 層，分別為B3-1、B3-2、B4、B5-1、B5-2、B6煤，勘探目的是詳細(xì)查明煤層在井田內(nèi)的展布形態(tài)、各可采煤層厚度變化和煤質(zhì)特征。測井工作不僅僅精確地確定煤層的埋深、厚度、結(jié)構(gòu)，還對鉆探施工進(jìn)行了很好的指導(dǎo)。

1 礦區(qū)煤巖層地球物理特征

1.1 煤層特性

根據(jù)對勘探區(qū)及周邊礦區(qū)的地質(zhì)資料分析：該礦區(qū)主要為無煙煤，視電阻率呈現(xiàn)異常高值，且煤質(zhì)很好，煤的密度很低；在補(bǔ)償密度曲線上呈現(xiàn)出異常低值，煤層容易和炭質(zhì)泥巖區(qū)分；由于煤層密度底且松軟，聲速傳播較慢，聲波測井時煤層和巖層的反射波時差較大，故測井時聲波時差會較大；通過以往周邊的測井資料分析，該礦區(qū)不存在放射性高異常的煤層，故煤層還是呈現(xiàn)低自然伽瑪特性。總的來看，煤層主要測井曲線呈現(xiàn)“兩高兩低”的組合特征［2］。

1.2 巖層特性

本礦區(qū)的巖層主要有炭質(zhì)泥巖、泥巖、粉砂巖、細(xì)粒砂巖、中粒砂巖、粗粒砂巖、含礫砂巖、砂礫巖、礫巖。根據(jù)測井曲線參考地質(zhì)資料進(jìn)行解釋，主要采用自然伽瑪曲線（GR）、三側(cè)向電阻率曲線（LL3）。結(jié)合自然電位曲線（SP）、聲波曲線（SAT）、密度曲線（CDN）進(jìn)行輔助解釋，各巖層的曲線特征總結(jié)如下。

炭質(zhì)泥巖：三側(cè)向電阻率曲線幅值較低，一般低于粉砂巖，煤層夾矸內(nèi)的炭質(zhì)泥巖三側(cè)向電阻率較高，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于煤層值；具有低密度特性，但高于煤層密度，低于其它巖層密度；聲波時差曲線顯示較高的高異常，但低于煤層值；由于泥質(zhì)含量較高，自然伽瑪曲線幅值較高，高于煤層，低于泥巖。

泥巖：三側(cè)向電阻率曲線幅值很低且變化平緩，低于其它巖層；由于泥質(zhì)含量很高，自然伽瑪曲線幅值很高，一般高于其它所有的巖層；密度曲線和聲波曲線幅值呈中等狀。

礫巖：砂礫巖、礫巖的三側(cè)向電阻率曲線幅值較高，高于細(xì)粒砂巖、粗粒砂巖，低于煤層；自然伽瑪曲線幅值較低，但高于煤層，與細(xì)粒砂巖、粗粒砂巖相似，其密度遠(yuǎn)大于煤層。

2 物探測井技術(shù)方法

根據(jù)項目方的設(shè)計要求，結(jié)合該地區(qū)煤巖層的物性特點(diǎn)，本次測井工作選擇了密度測井（CDN）、自然伽瑪測井（GR）、側(cè)向電阻率法（LL3）、聲波時差（SAT）、自然電位（SP）、井斜測量（DA、AD），測井儀器選用上海地學(xué)儀器研究所生產(chǎn)的JHQ-2D型測井儀。

（1）放射性密度測井是利用康普頓散射現(xiàn)象，測井的時候使用銫137，其能量不是很大，主要與巖層產(chǎn)生康普頓散射現(xiàn)象。通過測量散射的γ 射線強(qiáng)度來反映巖層的體積密度，因為煤層的體積密度與巖層相比較呈現(xiàn)出異常低值，所以可以用來解釋煤層。

（2）自然伽瑪測井是沿井身測量鉆孔內(nèi)巖層的天然伽瑪射線強(qiáng)度的一種方法。我們知道地殼里巖石都含有不同數(shù)量的放射性元素，會發(fā)射出射線。根據(jù)測量鉆孔內(nèi)巖層的天然伽瑪射線強(qiáng)度，一般巖層含泥質(zhì)成分越多，其天然放射性強(qiáng)度越大。結(jié)合每種巖石的天然放射性強(qiáng)度的不同，一般煤層含泥質(zhì)較少，其自然伽瑪放射性非常?。▊€別高放射性煤層除外），在自然伽瑪曲線上呈現(xiàn)出異常低值，可以利用這些特點(diǎn)，有效區(qū)分煤、巖層，并進(jìn)行鉆孔的巖性解釋。

（3）三側(cè)向電阻率測井是沿井身測量巖層的視電阻率的一種方法。不同的巖層其視電阻率不一樣。該礦區(qū)內(nèi)主要是無煙煤，其視電阻率呈現(xiàn)出異常高值。一般巖層泥質(zhì)含量成分越高，其電阻率越低，砂質(zhì)成分含量越高，電阻率越高。利用巖層的這些特點(diǎn)，我們可以有效的區(qū)分和劃分巖性剖面。

（4）自然電位測井使用上海地學(xué)儀器研究所生產(chǎn)的JHQ-2D 型測井儀，測井探管選擇JMZD-2D 型組合探管。測井時面板上的接地線一般連接到鉆機(jī)泥漿池附近的濕潤地方，測量時選擇探管不供電下側(cè)，這樣可以有效的排除地電干擾，獲取最真實(shí)的鉆孔內(nèi)各巖層的真實(shí)電位。

（5）聲波時差測井使用上海地學(xué)儀器研究所生產(chǎn)的JHQ-2D 型測井儀，測井探管選擇JSS-2 型貼壁聲波探管（聲波時差-旅行時），進(jìn)行了單發(fā)單、雙收聲波時差測井。測井曲線在密度低、松散巖層上有明顯的高異常顯示。利用聲速參數(shù)進(jìn)行巖性解釋，劃分鉆孔巖性剖面，計算巖體力學(xué)強(qiáng)度參數(shù)，為分析煤層頂?shù)装宓牧W(xué)性質(zhì)提供了可靠的資料［1］。

（6）井斜測井使用上海地學(xué)儀器研究所生產(chǎn)的JHQ-2D型測井儀，測井探管選擇JJX-3DA 型測斜探管，斜儀時進(jìn)行鉆孔頂角測井，同時測量方位角。

3 物探測井指導(dǎo)鉆探施工

3.1 確定煤層、防止煤層打薄

該井田施工第一個鉆孔7-3 孔時，按照剖面推斷在315 m左右出現(xiàn)B3-1 煤層，探進(jìn)到此煤層即可終孔。按照設(shè)計設(shè)計要求，鉆孔鉆進(jìn)到425 m 時，在408 m 和415 m 處出現(xiàn)疑似B3-2、B3-1 煤，可是在396 m 處卻沒有發(fā)現(xiàn)B4 煤（該礦區(qū)最穩(wěn)定最厚煤層）。由于是第一個鉆孔，沒有可對比資料，這種結(jié)果與設(shè)計剖面不相吻合。經(jīng)項目部研究討論，覺得問題可能是鉆機(jī)打丟煤層，決定進(jìn)行測井驗證，看是否是B4 煤打丟。最終測井發(fā)現(xiàn)在底板396.76 m 處有一層帶夾矸煤層，層厚約9 m，如圖1 所示。經(jīng)測井確定該鉆孔打丟煤層，這樣煤層就和剖面推斷一致，確認(rèn)無誤后終孔。經(jīng)后期鉆孔驗證本區(qū)B4 煤層普遍存在，如5-3 鉆孔在底板384.16 m 處B4 煤層厚10.5 m，8-3 鉆孔在底板319.18 m 處B4 煤層厚10.6 m，且結(jié)構(gòu)都為2-3 層夾矸。

圖1 7-3 鉆孔B4 煤層測井曲線

3.2 對比煤層層位、確定終孔

在該井田施工中期，11-2 號鉆孔施工到540 m，一直未出現(xiàn)B4 煤，在B4 煤層位置只出現(xiàn)一層不到2 m 左右煤層，與剖面推斷不一致，后來施工到600 m 時還未出現(xiàn)B4 煤層，已經(jīng)超過設(shè)計深度60 m。根據(jù)前期鉆孔的經(jīng)驗，B4 煤層全區(qū)穩(wěn)定，厚度10 m 左右，經(jīng)過項目組討論研究懷疑B4 煤打薄，決定測井驗證。經(jīng)測井發(fā)現(xiàn)B4 煤層位置處煤層打?。y井確定10.5 m，鉆探2 m），經(jīng)過煤層對比［3-4］，該鉆孔各煤層與剖面相吻合，可以確定終孔。這樣經(jīng)過測井確認(rèn)煤層打薄，避免鉆機(jī)繼續(xù)盲目施工，浪費(fèi)人力物力。

3.3 校準(zhǔn)孔斜、防止鉆探施工事故

該井田地層傾角較陡，施工過程中，發(fā)現(xiàn)大部分鉆機(jī)孔斜都偏大，不容易達(dá)到甲級鉆孔要求。后期施工中8-4 號鉆孔在進(jìn)尺超過300 m 時經(jīng)常出事故。經(jīng)項目鉆探專家指導(dǎo)，懷疑鉆孔孔斜較大，決定對該鉆孔進(jìn)行測斜。測井結(jié)果是該鉆孔350 m已經(jīng)11°多，項目組擔(dān)心孔斜太大后期施工可能會出現(xiàn)事故，經(jīng)研究決定該鉆孔移孔重新鉆進(jìn)，后期每100 m 進(jìn)行一次測井，及時矯正，最終在工期前10 d 順利終孔，最終終孔965 m，孔斜7.6°，可見測斜在鉆孔施工過程中能起到指導(dǎo)性作用。

4 利用物探測井曲線進(jìn)行煤層對比確定標(biāo)志層

本勘探區(qū)沉積環(huán)境較為穩(wěn)定，各孔的測井曲線在同煤層上的反應(yīng)形態(tài)相似［5］。B4 煤為全區(qū)可采煤層，井田共有25 個鉆孔控制該煤層，均可采，可采性指數(shù)為100%。煤層全層厚度1.07 m～12.82 m，平均厚度8.45 m，煤層可采厚度1.07 m～12.82 m，平均可采厚度7.93 m。煤層頂板為中砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖，煤層結(jié)構(gòu)簡單-較簡單，含夾矸0-3 層，夾矸巖性為細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖、炭質(zhì)泥巖。LL3（三測向電阻率）以鋸齒狀為主，且變化比較劇烈，為所有煤層中三側(cè)向電阻率幅值最高的煤層，根據(jù)以上特征，很容易確定B4 煤層。B4 煤標(biāo)志層形態(tài)如圖2 所示。

圖2 B4 煤標(biāo)志層曲線特征

B3-2 煤為大部分可采煤層，井田共有25 個鉆孔控制該煤層，23 個控制點(diǎn)均可采，可采性指數(shù)為92%。煤層全層厚度0.48 m～11.43 m，平均厚度4.82 m，煤層可采厚度1.51 m～11.43 m，平均可采厚度5.06 m，煤層頂板為粗砂巖、中砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖，煤層結(jié)構(gòu)簡單，含夾矸0-1 層，夾矸巖性為粉砂巖、泥巖、炭質(zhì)泥巖。B3-2 煤層上部CDN 曲線有一倒尖齒，與B3-1 煤層層間距相對比較穩(wěn)定，一般在5.3 m～8.5 m之間，B3-2、B3-1 煤層標(biāo)志層如圖3 所示。

圖3 B3-2、B3-1 煤標(biāo)志層曲線特征

5 結(jié)語

鄯善縣七克臺二井田25 個鉆孔均嚴(yán)格中華人民共和國地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了地球物理測井，該勘探區(qū)地層的物性差異明顯，曲線的定性、定厚解釋可靠。物探測井工作很好地解決了該礦區(qū)個別鉆孔可采煤層打丟、打薄的問題，通過測井曲線對比，確定煤層層位，確定鉆孔是否可以終孔，對個別深孔中途多次測斜及時協(xié)助鉆機(jī)矯正孔斜，減少一些可避免的施工事故，詳細(xì)查明了煤層在井田內(nèi)的展布形態(tài)、各可采煤層厚度變化，為勘查區(qū)煤層的對比及資源量估算提供了較充分依據(jù)。