测井曲线识别鱼卡煤田东部ZK0-4 井

范晶晶，王延斌，王向浩，王 晋，张 新

（中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京 100083）

煤体结构的划分对煤层气开发有利区块的选择及煤矿安全开采有重要意义[1]。青海省鱼卡煤田东部下含煤段M7 煤层全区可采，平均煤厚大于13.39 m，由于取芯井数量有限且取芯过程岩芯易受到外力破坏，因此仅通过岩芯判识煤体结构比较困难，但鱼东地区煤田测井资料丰富。在系统分析青海鱼卡煤田东部M7煤层煤质及分布情况下，结合现有地球物理测井曲线，对生产矿井煤体结构的实地观测及与邻近钻孔测井曲线相对比，划分出ZK0-4 井M7 煤层的不同煤体结构。

1 区域地质概况

鱼卡煤田共分七个勘查区，本次研究范围在东部详查区（见图1）。鱼卡煤田地层划属西北地层区、柴达木地层分区、柴北东缘地层小区。区域地层出露仅有下元古界达肯大坂群、古生界上石炭统及上奥陶统、中生界中、上侏罗统、新生界第三、第四系。

鱼卡煤田位于柴达木准地台北缘，北与南祁连褶皱系残山断褶带达肯大坂山-绿梁山隆起间中生代凹陷之鱼卡背斜北翼。区域褶皱及断裂构造较发育，主要有尕秀背斜、尕秀向斜、鱼卡背斜、鱼卡向斜、鱼北背斜，北西西向F3、F10、F2 及北东东向F7 等逆断层。

图1 鱼卡煤田勘查区划图[9]Fig.1 Coalfield structure map of Yuqia

2 M7 煤层物性

鱼卡煤田东部下含煤段M7 煤层位于下含煤段（J2d1）底部古老变质岩地层之上，上距M6 煤层31.55～142.50 m，平均88.18 m，下距O3tj 变质岩地层0.75～10.23 m，平均4.87 m。M7 煤层总体上具有厚度较大的特征，分布范围0.51～46.10 m，平均厚度13.39 m。

3 煤体结构划分及测井响应特征

3.1 煤体结构划分

关于煤体结构的划分方法众多，本文参照地质学中构造岩分类方法中将煤体结构按照遭受应力破坏以及破坏程度划分为原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤及糜棱煤4 种类型[11]，考虑测井曲线解释精度，煤体结构对煤层气开发及矿井安全生产影响程度，综合原始资料和煤体结构的测井相应特征及相应程度，将煤体结构划分为原生结构煤、碎裂煤、粉煤三种类型，粉煤对应碎粒煤及糜棱煤。

3.2 测井响应特征

构造应力破坏煤层的原生结构、构造，所以碎裂煤、粉煤的物理化学性质与原生结构煤都会发生变化，测井曲线相应出现不同的相应特征。鱼卡东部主要测井曲线具体特征如下：

3.2.1 自然伽马曲线 自然伽马曲线记录的是煤层的自然放射性强度，其幅值大小主要取决于煤层的放射性物质含量，在鱼卡煤田东部煤层自然伽马曲线异常明显，常呈箱形低幅值。构造煤孔隙和裂隙均较发育，单位体积内放射性物质含量减少，理论上自然伽马曲线表现为负异常。

3.2.2 密度曲线 密度曲线主要反映岩层的密度差异，煤相对岩石存在低密度特征，在密度曲线上煤层常表现为明显低峰。构造煤破坏程度高，空隙增加，密度减小。M7 煤层属于低灰煤，平均11.54 %，含2～3 层夹矸，夹矸和灰分较大分层的密度均大于煤层，密度曲线高异常明显。

3.2.3 声波时差曲线 构造煤比原生结构煤胶结程度差，孔隙更发育，密度显著减小，声波在构造煤中传播速度一般小于原生结构煤，通常，构造煤的纵波、横波声波时差比原生结构煤要大，常出现“周波跳跃”现象，声波能量测井曲线上有能量衰减的现象[15]。烟煤的声波时差400～560 μs/m，瓦斯的声波时差则为2 260 μs/m，煤体破坏程度增加，煤体强度降低，瓦斯含量增大，声速降低，其声波时差增高。

3.2.4 侧向电阻率曲线 煤的电阻率受变质程度、灰分、水分、孔隙度、煤岩组分等影响在一定范围内变化，对于煤阶、灰分、水分、煤岩组分相同的煤层而言，煤体受破坏程度不同，导致煤层孔隙度不同，含气性也不同，因此电阻率也会不同。对碎裂煤而言，孔隙度低于粉煤，高于原生结构煤，正常情况下电阻率应低于原生结构煤，但碎裂煤是煤层气主要聚集区，若含气量较多，其电阻率会出现高于原生结构煤的现象。粉煤相对碎裂煤裂隙较多，孔隙度大，含水性强，自由离子含量增多，因此粉煤电阻率正常情况下低于碎裂煤。

4 煤体结构划分及测井响应特征

4.1 不同煤体结构测井组合特征

对比鱼卡东部现有测井曲线及录井资料，总结不同结构类型测井曲线形态：M7 煤层其自然伽玛强度一般在30～40API，灰份增大时可达100API 左右；在伽玛-伽玛曲线上均以低密度的高幅值形态出现，密度大多介于1.20～1.55 g/cm3；在电阻率曲线上以明显的高幅值形态出现，为100～500 Ω·m，测井曲线形态特征（见表1）。

表1 鱼卡东部煤层不同煤体结构测井响应特征Tab.1 Logging response characteristics of different coal structure in the Eastern Yuqia coalfield

4.2 测井技术划分煤体结构划分实例

将生产矿井煤体结构实地观测结果与测井曲线反映的煤体结构进行比对，分析煤体结构在测井曲线上的反映，相互验证，进一步深化利用测井曲线判识煤体结构的认识成果，识别ZK0-4 井M7 煤层煤体结构，M7 煤层在ZK0-4 钻孔深度734.12～760.60 m，代表厚度26.54 m。

煤层识别：ZK0-4 井累积测深为766 m，通过对测井曲线趋势的变化及煤层顶底板岩性（泥岩和砂岩等）测井特征的识别，结合煤层“低自然伽马、低密度、高声波时差、高电阻率”的特征，判识出4 段煤层，分别是745～746 m，748～749.5 m，752.5～753.5 m，758～761 m。

煤体结构划分：在分析识别基础上，依据表1 总结的特征对ZK0-4 井进行煤体结构划分。测井曲线形态和幅值区间和同一煤层原生结构煤测井曲线比，无明显变化判断为原生结构煤。测井曲线形态和幅值区间与原生煤比较有明显变化，且符合构造煤变化规律的，判识为构造煤，通过比对，一条或者多条测井曲线发生明显变化的判识别为粉煤，变化程度符合规律且介于粉煤和原生结构煤之间的判识为碎裂煤。

分层定厚：鱼卡东部地区煤层在自然伽马、密度及侧向电阻率曲线上响应明显，经过测井识别和岩芯比对，发现自然伽马包络线最大异常值的1/2 处作为煤层上下界面厚度与实测值最接近。745～746 m 段，上部0.6 m 是原生结构煤，下部0.4 m 为夹矸；748～749.5 m段中含两段0.5 m 的碎裂煤中间夹杂少量夹矸；752.5～753.5 m 段判识为粉煤；758～761 m 段上下各有1 m 碎裂煤，中间为原生结构煤分布少量夹矸。依据地球物理测井曲线具体划分ZK0-4 煤体结构（见图2）。

图2 ZK0-4 井煤体结构划分实例Fig.2 Coal structure identification of ZK0-4 well

5 结论

通过地球物理测井中自然伽马、密度、声波时差和电阻率测井曲线，对鱼卡煤田东部M7 煤层及ZK0-4井煤体结构进行了划分划分，得出以下结论：

（1）鱼卡煤田东部M7 煤层其自然伽玛呈明显负异常，强度一般在30～40API，灰份增大时可达100API左右，随着煤体破坏程度增加，自然伽马负异常程度减小；密度曲线上均呈现低密度，大多介于1.20～1.55 g/cm3，随着煤体破坏程度增加，密度增大；在电阻率曲线上以明显的高幅值形态出现，介于100～500 Ω·m，随着煤体破坏程度增加，电阻率变小。

（2）ZK0-4 井M7 煤层煤体结构判识为：745～746 m段上部0.6 m 为原生结构煤，下部0.4 m 为夹矸；748～749.5 m 段中间夹杂0.5 m 泥岩，其余均为碎裂煤；752.5～753.5 m 段为粉煤；758～761 m 段上下各有1 m碎裂煤，中间为原生结构煤分布少量夹矸，整体煤体结构以碎裂煤-粉煤为主。

［1］ 龙王寅，朱文伟，徐静，等.利用测井曲线判识煤体结构探讨［J］.中国煤田地质，1999，11（3）：64-69.

［2］ 傅雪海，姜波，秦勇，等.用测井曲线划分煤体结构和预测煤储层渗透率［J］.测井技术，2003，27（2）：140-143.

［3］ 康耀芳，褚开智.鱼卡煤田东部煤质特征及变化规律探讨［J］.中国煤田地质，2008，（3）：8-10.

［4］ 青海省煤田地质勘查院.青海省煤田东部普查报告［R］.西宁：青海省煤田地质勘查院，2007.

［5］ 焦作矿业学院瓦斯地质研究室.瓦斯地质概论［M］.北京：煤炭工业出版社，1990.

［6］ 傅雪海，陆国祯，等.测井曲线在预测煤与瓦斯突出中的作用［J］.中国煤田地质，1998，（增刊）：82-83.

［7］ Mullen MJ.Log Evaluation in Well Drilled for Coalbed Methane ［J］.Rocky Mountain Association of Geologists，1989：113-124.

［8］ 黄作华.测井资料数字处理方法［M］.北京：煤炭工业出版社，1982.

［9］ 彭苏萍，杜文凤，苑春芳，等.不同结构类型煤体地球物理特征差异分析和纵横波联合识别与预测方法研究［J］.地质学报，2008，（10）:3-14.