煤田地球物理测井应用分析

李增建

摘要：本文作者结合多年的工作经验，验对煤田地球物理测井在新领域进行了研究，供同行参考。

关键词：煤田；地球物理；测井；应用；分析

Abstract: The authors combined with years of work experience, experience in research in new areas of the coalfield geophysical logging, for reference.

Keywords: Coalfield; geophysics; logging; application; analysis

中图分类号：P641.4+61文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

自从一九三一年法国首次在煤田钻孔中运用电阻率测井划分煤层以来，煤田测井有了一个飞速的发展。我国自一九五四年建立第一支煤田测井队伍到今天，从最简单的验证钻探取芯，划分煤层，确定煤层的深度和厚度，到如今已在多方面得到有效应用。测井仪器及技术也从最早的煤田模拟测井时代（1954年-1985年）走进了如今的煤田数字测井时代（1985年以后）。现代煤田测井除了已实现测井仪器的刻度化、组合化、轻便化，采用数字技术和电子计算机进行测井数据的收录和处理等之外，在测井资料的应用方面的突出特点则是远远超出了仅在单个钻孔中对煤层进行分层、定厚的狭小范围。如今，测井资料从煤田的普查、预测到勘探直至开采设计，都有着广泛而有效的应用。确定煤层的深度和厚度是煤田测井的常规性任务。目前解决这一任务的主要问题是提高分层的精度。

（1）煤、岩层定性

岩煤层定性采用天然伽玛(GR)、长源距伽玛伽玛(GGL)、视电阻率(NR)以及双收时差(CS)等多种参数曲线，通过比较分析进行解释。

（2）煤层的定厚

煤层的定厚是在处理过程中，采用物性反映好的GR、NR和GGL等测井参数，在1:50放大曲线上进行解释。为了更好的扩展煤田测井的应用领域，笔者结合多年的工作经验进行深入研究，归纳起来，现代煤田测井在以下几个方面有待进一步提高和更好地应用：

1 鉴定沉积环境

煤的形成和发育，无不受着一定的古地理沉积环境的控制。聚煤盆地的古地理沉积环境不仅决定了含煤岩系的岩性组合、岩相的类型及其变化的规律，而且也决定了煤层发育的一般地段和富集地段的位置。因此，研究沉积环境对于开展战略性的煤田普查和预测具有重要意义。

在鉴定沉积环境中，砂体的粒度、分选性及泥质含量的变化，是三项重要指标。测井曲线（尤其是电阻率曲线、自然电位曲线和自然伽玛曲线）不仅能区分不同岩性的地层，而且还可以有效地反映出这三项指标的变化情况，所以利用测井曲线的配合使用，在鉴定底层和沉积环境中几乎被认为是不可缺少的。利用测井资料还可以做出区域的含砂率图，这些图件能清晰地反映出砂体的几何形态及其与煤层赋存形态之间的相关关系。一旦掌握了这种相关性，便可以根据它们来预测富集煤区域的位置，从而指导钻孔的布置和勘探设计。

2 煤质分析和岩性分析

利用数字测井技术和计算机对密度测井、声波测井、中子测井等测井曲线进行数字处理，可以获得有关煤质指标（如含碳量、挥发分、灰分、水分、发热量等）和岩石组分（如砂、泥的体积百分含量和孔隙度）的定量分析结果。能够进行煤质分析和岩性分析，这是现代煤田测井的重要特点之一。进行煤质分析和岩性分析的方法有两种，即体积模型法和数理统计法。

3 确定地层的强度特性

研究岩石的强度特性，这对于煤矿的矿井建设和开采具有重要意义，尤其是煤层顶底板的强度特性，它直接关系到开采方案的设计和矿井支护方案的选择。测井资料力学性质分析能为工程地质勘探提供非常有价值的岩石力学性质参考。并可以借助测井资料降低煤的勘探和矿山开发的成本与风险。利用声波测井和密度测井资料可以较准确地提供出岩石的各种动态弹性模量，即杨氏模量、切变模量、体积模量和柏松比。

4 进行地层对比及勘探区的评价

利用测井资料进行地层对比和区域性的综合分析研究，可以得到煤层对比图、覆盖层等厚线图、全部煤层或可采煤层的等厚线图、等灰分线图、顶底板等高线图等成果图件，这些资料可以对煤层的具体层位准确判定，从而可以准确地为地质方面提供可靠煤层情况，确保勘探区煤层储量计算的准确性。并对勘探区的评价以及今后的开发设计都是极为有用的。

5 确定煤的级别以及计算洗煤产率

由于火成岩的侵入使煤的级别逐渐增高（即变质程度加深）时，各种测井曲线会产生相应的变化，如煤的变质程度越深，伽玛-伽玛曲线的幅值会越小（密度增大），中子曲线会逐渐降低（含氢量减少），电阻率也会相应下降等等。因此，利用诸如密度-电阻率或密度-中子、视电阻率-天然伽玛交会图板，便会有效地判断煤层的级别。利用密度测井曲线可以预测煤的可洗性，即在预定的某种特定比重条件下洗选原煤时的产率。国外壳牌公司和BPB公司在这方面都已有成功的经验。

6 地质年代界面的划分

由于地层地质年代的改变，在测井曲线上往往表现为曲线形态的突变，或测井曲线整体基线值发生改变，即测井曲线整体的抬高或落低，根据这些特性，通过对同一勘探区各钻孔测井曲线的分析对比，结合地质钻探方面提供的区域地质规律进行分析，测井曲线就能够有效而准确地划分出地质年代的界面。

7 断层点的解释

正断层会使地层出现间距明显缩短或缺失，逆断层则使地层出现间距明显增加或重复现象。这种层间距的明显缩短或增加，地层缺失或重复的现象也会反映到测井曲线上，据此可以从曲线上判断断层的大致位置及其性质。通过曲线的对比和分析，确定勘探区不同岩性的地层断层破碎带的测井曲线特征类型。

8 工程测井的应用

地球物理测井在煤田勘探的工程测量上也起着举足轻重的作用。井斜的测量确保了煤层真厚计算的准确性。井温的测量，可以绘制出全区的地温梯度图，对煤层火烧区的圈定以及地热资源的勘探有着重要的意义。同时利用煤田测井技术，在工程领域（如高层建筑地基孔岩性的测量、水井含水层测量等）也同样起着积极的作用。地层倾角测井仪可有效地反映出地层倾角的变化，通过对全区各钻孔测井结果的对比分析，可以对全区地质构造有一定的了解和确定。如今井下流速仪、超声成像、井下成像测井等测井技术逐渐成熟 ，这对今后工程开发有着举足轻重的作用。

9 计算声阻抗与合成地震记录

利用测井资料计算出的声阻抗曲线和人工合成的地震记录，可以研究合成的反射波组与相应的地层之间的关系，提供目的层反射波的存在及其波形特点，从而提高地震资料的解释水平。在现代煤田地质勘探中，利用测井资料（尤其是利用地层声速测井资料）来校正地震资料的准确性已广泛应用，其效果非常显著。

10 自然电位曲线

10.1 划分渗透性岩层

砂岩层渗透性的好坏和岩石中含泥质多少有直接关系，而自然电位曲线也受岩石中泥质含量的影响。一般渗透性好的地层（颗粒粗、分选好、含泥质少），在地层水矿化度大于泥浆矿化度的情况下，自然电位为较大的负异常；渗透性差、致密的地层（颗粒细、分选差、含泥质多），自然电位为较小的负异常。因此，根据自然电位曲线可以粗略地判断岩层的渗透性。在砂岩中含有泥质夹层时，如果夹层的厚度不是很薄，在自然电位曲线上往往也能比较清楚地反映出来。所以，在一些地区不仅利用自然电位曲线定性地划分渗透性地层，而且还利用自然电位曲线和微电极曲线相配合，来确定储集层的有效厚度。利用自然电位曲线确定地层水电阻率时，要选择地层厚度足够大、泥浆侵入不深、地层泥质含量很低的含水砂岩层。再根据已知岩层电阻率、泥浆电阻率、地层厚度和井径等数据，把自然电位曲线校正到静自然电位。

由以上所述的地球物理测井在煤田上的需要扩展和广泛应用，不难看出，现代煤田测井在煤田的普查、预测、勘探以至开发设计中都已有了不可缺少的成功应用。通过测井几代人的努力，如今在技术与研究方面已达到世界先进水平，并在煤层气勘探测井中有了长足的进展，测井技术也不断完善，需要在更多的领域得到有效的应用，为国家的经济建设做出积极的贡献。

参考文献：

［1］测井学编写组.《测井学》.石油工业出版社，2008.

［2］黄智辉等.《现代煤田测井技术》.武汉地质学院,2007.

［3］黄作华,叶庆生.《煤田测井综合解释》.西安矿业学院，2005.