声速测井技术在加格斯台煤矿普查中的应用

2016-12-02张利

现代矿业 2016年10期

关键词：声速工程地质岩性

张利

(核工业二一六大队)

声速测井技术在加格斯台煤矿普查中的应用

张利

(核工业二一六大队)

介绍了声速测井技术在新疆察布查尔县加格斯台煤矿普查中岩性划分、孔隙度估算、岩石力学参数估算以及工程地质参数计算等方面的应用成果，供相关研究参考。

声速测井孔隙度岩石力学参数工程地质

声速测井(声波速度测井)也称声波时差测井，即测量声波在地层中的传播速度或传播时间。声速测井可反映不同地质年代、不同矿物成分组成、结构各异的岩石等介质的声学特性，被广泛用于研究钻井地质剖面、确定岩石孔隙度、判断岩性和孔隙流体性质、估算岩石力学参数以及工程地质等方面的问题[1]。新疆察布查尔县加格斯台煤矿普查区主要含煤地层为中侏罗统西山窑组(J2x)，其岩性主要为灰色、浅灰色泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、粗砂岩、含砾粗砂岩、细砂岩、煤和炭质泥岩。煤和炭质泥岩分布于该地层上半部，砂体具有一定规模，主要分布于该地层上部和下部，砂体均处于还原环境中。为进一步促进该普查区地质勘探工作的顺利进行，本研究详细分析了声速测井技术在该区的应用成果。

1 岩性划分

不同岩性的岩石对声波双收时差表现出差异性，西山窑组主要岩性双收时差或纵波速度参数统计结果见表1。由表1可知：在砂泥岩剖面中，砂岩显示为高声速(低时差值)；泥岩显示低声速(高时差值)；砾岩、含钙质、铁质的岩石显示为高声速(低时差)。声波双收时差曲线与岩性的对应关系如图1所示，在划分岩性时，结合视电阻率、密度曲线，可更精确确定岩性及其空间位置。

表1 西山窑组主要岩性的双收时差及纵波速度

2 孔隙度估算

对于岩性相同的岩石，其密度为岩石总孔隙度的函数。由于声波速度与岩石密度有关，故可用于了解岩石的孔隙度。对于固结的(压实的)纯岩石，声波传播速度、孔隙度与孔隙中流体性质之间存在下列关系(即Wyllie时间平均方程)[1]：

(1)

或

(2)

即：

(3)

当岩石骨架成分(岩性)和孔隙流体性质已知时，Δtf、Δtma为常量，即有：

(4)

当岩性变化或充液变化时，式(4)所示的直线关系将被破坏。因此，该直线关系的利用，须在同岩性、同充填液的条件下。事实上，一般以相同条件下岩性的Δt测量值和岩芯孔隙度分析值得出的统计结果为依据，获得经验直线方程。加格斯台煤田西山窑组下段砂岩的双收时差与孔隙度的线性相关系数为0.89，故该区的经验公式为

图1 砂泥岩性剖面

t=1 097Φ+230 .

(5)

根式(5)计算出的孔隙度与试验分析结果相差较小(表2)，故可利用该式估算西山窑组下段砂岩的孔隙度。

表2 西山窑组下段砂岩孔隙度估算结果

对胶结或压实不够的疏松地层，孔隙直径较大，骨架颗粒接触不紧密，故式(3)计算的孔隙度偏大。为此，可对式(3)进行压实校正：

(6)

式中，CP为压实校正系数。

3 岩石力学参数估算

基于纵波速度(VP)、横波速度(VS)、密度(ρ)等测井资料，可按下式估算岩石力学参数：

(7)

式中，μ为切变模量，N/m2；σ为泊松比；E为杨氏模量，N/m2；K为体积弹性模量，N/m2；λ为拉梅系数。

由于在声波测井实践中,岩体横波速度难以实测到,因此,在实际工作中往往用岩石样品所求的VP-VS关系式估算出VS值，进而估算岩体力学参数[2]。通过对西山窑组下段砂岩的密度、声速参数处理，估算出杨氏模量、切变模量、泊松比等参数，如表3所示。

表3 西山窑组下段砂岩岩石力学参数估算结果

由表3可直观地看出区内各岩层抗压强度的强弱程度。在单一钻孔中，弱强度层在力学性质曲线中反映为柏松比为高幅值，而强度指数、杨氏模量、体积模量、纵波速度、切变模量以及横波速度为低幅值；在高强度层中，各曲线反映恰好相反。通过分析单一钻孔各力学参数在各岩层曲线的反映形态，可较直观地对各岩层相对抗压强度的强弱程度进行比较。