利用干井测井曲线确定煤层厚度方法研究＊

2014-04-20吴超凡郭新强邱占林

中国煤炭 2014年8期

吴超凡郭新强邱占林

（1.龙岩学院资源工程系，福建省龙岩市，364012；2.福建省197地质大队，福建省泉州市，362011）

地球物理测井是利用煤岩层的地质—地球物理特性差异，其具体表现在电阻率电位（NP）、密度（DEN）、自然放射性（GR）和自然电位（SP）之间存在差异，间接地从测定的某些物理参数来获得地层信息。煤田测井的重要任务是煤层定厚解释，提供可靠的煤层厚度及埋深成果。只有在岩煤层对比可靠的基础上，才能提供可靠的勘探区的数据，正确编制出各种地质图件，避免产生错误的评价，提交符合实际情况的地质报告。前人已研究了测井与钻探岩芯资料相结合的具体方法，也探讨了标志层法识别煤层的原则。

在一些山区煤田，由于断裂和破碎带发育，钻井泥浆漏失严重，干孔内三侧向和声波时差曲线均无法测量，这给煤岩层识别以及煤层定厚带来困难。本文采用人工放射性和天然放射性曲线对福建凤山井田煤岩层进行定性与定厚解释，为勘查区煤层的对比及资源量估算提供了较充分依据。

1 研究区井田概况

福建凤山井田位于戴云山脉南麓，区域构造位置属闽西南坳陷带东北部，广丰—龙岩复式向斜中部东翼，太华—长塔复式背斜南段西翼，发育次级向、背斜褶曲。受区内一级构造北东向政和—大埔断裂带和区内二级构造北西向永安—晋江断裂带的控制，次级断裂构造中等发育。

区内地层从侏罗系上统南园组（J3n）至石炭系下统林地组（C1l）均有出露，受燕山造山运动及断裂构造的影响和控制部分地层缺失，现存地层由老到新有石炭系下统林地组（C1l）、二叠系下统文笔山组（P1w）、童子岩组（P1t）、二叠系上统翠屏山组（P2cp）和三叠系下统溪口组（T1x）、侏罗系上统长林组（J3c）和南园组（J3n），其中童子岩组是本区域主要含煤地层。

该井田均为高变质无烟煤，具有导电性能好、低密度、低放射性的特点，物性反映呈低电阻率、低自然伽马、高散射伽马和声速传播时差大的特征，这是测井曲线精细解释的基础。

2 煤岩层定性和定厚解释方法

图1 无烟煤煤层的物性反映示例

根据测井规范要求，煤层的定性必须有3种以上的物性参数反映，该井田煤层变质程度高，地层亦因热接触变质普遍弱-中等角岩化，煤岩层不存在较大的物性特征差异和典型的曲线组合特征，而且凤山井田地层破碎，大部分钻孔全孔漏水，因此煤、岩层定性、定厚均采用人工放射性曲线和天然放射性曲线。

2.1 定性解释

定性解释就是不作定量计算，也不涉及层位问题，而是着眼于曲线反映，根据曲线的异常特征分析研究钻孔剖面，定性地判断煤层、区分岩性，确定新老地层界面位置等。

物性差异是煤岩层定性解释的依据。煤岩层定性解释在深度比例尺为1∶200的测井曲线上进行。参与定性解释的曲线主要有三侧向电阻率（LL3）曲线、密度（DEN）曲线、长源距伽马-伽马（GGL）曲线和自然伽马（GR）等参数曲线。利用煤岩层各自的参数曲线特征并结合钻探取芯对钻孔剖面进行综合解释。

该井田童子岩组37＃煤层为主要可采煤层，38＃、43＃煤层为局部可采煤层，煤质为无烟煤，为简单结构。煤层在密度曲线呈低异常、长源距伽马-伽马曲线呈高异常和自然伽马曲线普遍呈低异常的特征，能够可靠、准确地划分无烟煤煤层，见图1。

炭质泥岩的伽马-伽马曲线上虽有较高异常显示，但曲线幅值受泥质含量较多和密度较大的影响，其幅值小于煤层，自然伽马曲线上因泥质含量较多，负异常不如煤层明显，易与煤层区分，见图2。

粉砂岩、细砂岩、砾岩则随着岩石颗粒粒径变大泥质含量减少，密度曲线幅值逐渐升高，且形态的变化也越来越剧烈；伽马-伽马、自然伽马曲线幅值则逐渐降低。定性解释时既考虑到曲线幅值变化的规律，也参考钻探取芯结果。

灰岩密度幅值较高，伽马-伽马、自然伽马曲线幅值较低，有的自然伽马值极低。

2.2 定厚解释

定厚解释的方法是先定性后定厚解释，再根据钻探和测井解释成果对比采用合理的解释点，而解释点即采用分离点（拐点）分层，然后各参数曲线按各自的解释原则独立解释，最后取其算术平均值（深度和厚度）作为解释成果，其可作为煤岩层对比及划分的依据。解释原则主要根据煤炭地球物理测井规范（DZ／T0080-2010）。

图2 炭质泥岩的物性反映示例

2.2.1 煤层定厚解释原则

煤层的定厚解释工作在1∶50 放大曲线上进行。参与定厚解释的测井曲线主要为伽马-伽马（长源距、短源距）、自然伽马、三侧向电流3种参数曲线，见图3。

（1）伽马-伽马曲线。对于长源距伽马-伽马曲线，当煤层厚度小于或等于源距L （0.35 m）时，分层定厚解释点选择在曲线幅值的2／3处；当煤层厚度大于源距L （0.35m）时分层定厚解释点选择在曲线幅值的1／3处；对于短源距伽马-伽马曲线，分层定厚解释点选择在曲线幅值的1／2处。

（2）自然伽马曲线。分层定厚解释点选择在曲线幅值的1／2处。

（3）三侧向电流（GC）曲线。分层定厚解释点选择在曲线幅值的1／2处。

上述3种解释原则均遵循异常拐点处（曲线突变区），但同时要结合钻探资料进行综合分析和解释。煤层赋存层位和上述解释的异常部位吻合，可靠性较强。同时，煤层定厚解释选择上述3种参数曲线中的界面反映较好的两种参数曲线按各自独立的解释原则进行解释，取两种参数曲线解释成果（深度、厚度）的算术平均值作为确定值。

图3 煤层定厚解释分层点示例

2.2.2 岩层定厚解释原则

岩层定厚解释工作在1∶200的密度、自然伽马和声波时差曲线上进行，其对岩性变化较大的情况反映灵敏，分层定厚解释点分别为：

（1）密度曲线（DEN）：分层定厚解释点选择在曲线由缓变陡的拐点处。

（2）自然伽马曲线（GR）：分层定厚解释点选择在曲线幅值的1／2处。

（3）声波时差曲线（AC）：分层定厚解释点为曲线幅值的1／2处。

对于岩层来说，在自然伽马曲线上呈现较低值，但泥岩、砂岩类曲线异常差异特征表现较为明显，易于区别。在密度曲线上异常拐点值突变明显，尤其在砂岩类曲线上呈现出一种渐变关系。而在声波时差曲线上，砂岩显示为低时差异常响应，泥岩则为高时差特征，但有时会出现周波跳跃现象。岩层定厚解释也是选择上述3种参数曲线中的界面反映较好的两种参数曲线按各自独立的解释原则进行解释，并取其中两种参数曲线解释成果的算术平均值作为确定值。

3 煤岩层综合对比与分析

测井曲线对比采用1∶200深度比例尺的自然伽马曲线、伽马-伽马曲线、密度曲线。对比采用曲线特征及组合形态对比为主，同时参考曲线幅值、层厚、层间距的特征规律，并结合地质资料的方式进行。在形态对比时既考虑煤岩层在不同曲线上自身的形态特征，又注意研究煤岩层在不同曲线上的组合特征及其规律。但煤岩层的综合对比与分析还需建立在主要标志层的判断、划分和比较上，标志层在一个煤田内一种参数或几种参数曲线异常形态特征具有标志特征显著、分布广泛、易于识别、相似性明显和比较稳定的特点。标志层有可能出现的部位是煤层及其直接顶底板或距煤层一定距离的其他岩层。经仔细研究，研究区大致确定了曲线异常特征相对稳定的标志层两层。

（1）标志层一：在37＃与38＃煤层之间有一层破碎层，其伽马-伽马曲线有一较高的正异常反映。该标志在多个钻孔存在，图4为ZK7303号钻孔该标志层的曲线反映。该标志可作为确定37＃煤层与38＃煤层的标志。

（2）标志层二：在煤系地层结束时，在自然伽马曲线和伽马-伽马曲线有一极低负异常反映。该异常在大部分钻孔中的曲线幅值明显低于上、下地层，图5 为ZK7301 号钻孔该标志层的曲线反映。该标志在多个钻孔存在，可作为确定煤系地层结束的曲线对比标志。

以上两个标志层在整个井田中较为稳定，具有较高的可靠性，根据这些标志层基本能够区分出勘探区内主采煤层。

对于单孔的测井曲线解释，只能了解一个钻孔所穿过地层的纵向岩层排列顺序、埋深和岩性及煤层的埋藏情况。但是，在一定的勘探范围内，同一时代及相似沉积环境下所形成的地层在岩性和物性上具有大致相同的特征；不同时代的地层，其沉积特征的变化和地层的组合关系具有一定的规律，并在岩性上表现出某些差异。上述特征反映到测井曲线上就是在曲线的幅值、形态、组合方式上有一定的规律，以及某些特殊物性标志层的出现，这些特征在全区范围内存在并可追踪。

为了解整个井田的地下地质条件，对勘探区的各个钻孔测井曲线进行综合分析，由点到线、由线到面研究和掌握全区各煤岩层的联系和分布规律。图6为凤山井田童子岩组第1段煤岩层测井曲线对比图，根据标志层一基本可以区分37＃和38＃煤层（见图4），标志层二可确定煤系地层结束的位置（见图5）。标志层一和标志层二在整个井田范围内具有良好的可比性和稳定性，其对应的放射性异常也较为明显（见图6）。因此，通过标志层对比划分来达到煤岩层的综合判定，找出井田内各钻孔物性异常差异特征相似的层位，在此基础上进行综合判断，从而确定煤岩层的位置。并可通过该测井曲线对比基本能够掌握全区煤层的分布规律、煤层的层位、厚度、结构和煤质的变化及标志层的发育和变化情况。此外，利用测井曲线进行地层对比还可验证和提高测井解释工作的质量，避免由于层位判断不准产生的解释错误。