测井资料在复杂地质条件煤炭勘查中的综合应用

周晓林 张应文 刘志臣 汪 洋 代璨怡

(贵州省地矿局一〇二地质大队，贵州省遵义市，563003)

★ 煤炭科技·地质与勘探 ★

测井资料在复杂地质条件煤炭勘查中的综合应用

周晓林 张应文 刘志臣 汪 洋 代璨怡

(贵州省地矿局一〇二地质大队，贵州省遵义市，563003)

应用测井曲线中煤层、岩层在视电阻率、自然伽玛、伽玛—伽玛等物性参数曲线上显示的异常幅度、异常宽度、异常形态、异常组合特征、特殊异常5个方面的特征进行对比，研究测井曲线特征，确立煤系地层中的标志层，定位煤系地层中的主要煤层；利用测井曲线中的特殊异常(异常重复、测井特征缺失)判定断层及其位置；利用测井参数响应值综合研究、分析，对煤系放射性环境进行评价，发现其他有益矿产(如黄铁矿、煤铀矿)。测井结果与该区地质结果一致。

测井曲线特征 煤层 断层 环境评价 煤炭勘查

贵州是我国煤炭资源蕴藏较为丰富的省份，素有“江南煤海”之誉，是中国重要的煤炭生产基地，其中，贵州仁怀—习水—桐梓地区煤炭资源丰富，是贵州煤炭重要产区之一。对贵州煤层的研究主要集中在煤的普查勘探、区域地层划分、煤与瓦斯突出、聚煤规律、沉积相及岩相古地理等方面，而针对煤、岩层的测井曲线物性响应特征的对比方面研究不多。煤田地球物理测井是煤岩层对比中重要的、有效的手段，对煤层的定论是直观、快捷而准确的。测井曲线对比具有资料及时、表现直观、应用方便等特点。在同一时代沉积环境下，形成的煤层、同类岩层大致具有相同的物理特征，测井曲线的幅值、形态、组合特征也相同或类似。通过对研究区煤、岩层测井曲线特征对比并分析研究，对划分煤层结构、煤层层位及地质构造提供可靠的数据，具有十分重要的意义。

1 研究区概况

吴家寨背斜煤炭整装勘查区位于贵州省仁怀市北面，所在地为桐梓县、仁怀市、习水县所辖，西起保利煤矿，东至容光乡风水井田，北以永安煤矿为界，南至茅台向斜轴。东西长13 km，南北宽8～15 km，面积为132 km2。勘查区位于扬子准地台黔北台隆遵义断拱，毕节北东向构造变形区北东部，属吴家寨背斜北东段及倾伏端。区内断裂构造较发育，地质构造较复杂，主要为北东向展布。北东向的褶皱、断裂构造主要有二郎向斜、楠木台背斜、吴家寨背斜、茅台向斜、官店向斜及F1、F2、 F3、F4四条断层。二叠统龙潭组为本区含煤地层，上覆地层为长兴组石灰岩，下伏地层为茅口组石灰岩。二叠系上统龙潭组(P3l)由一套海陆交互相沉积岩组成，主要由细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩、粘土岩、硫铁矿粘土岩、煤、灰岩及菱铁质岩等岩石组成，分布于吴家寨背斜两翼，部分被第四系覆盖、剥蚀，含煤地层平均厚度为72 m，含煤岩系含煤层(线)7～15层，达可采厚度的有4层, 编号由上往下依次为C5、C8、C11、C12。煤层平均总厚7.42 m，含煤率为2.26%。

2 测井综合应用方法

测井综合应用方法较多，本区主要是通过对全区各钻孔测井曲线在分布较广且稳定的煤、岩层岩性和物性分析研究入手，从中寻找各煤层、岩层在视电阻率、自然伽玛、伽玛-伽玛等物性参数曲线上显示的异常幅度、异常宽度、异常形态、异常组合特征、特殊异常5个方面的特征，利用突变特征及其组合特征对各煤层、岩层综合对比，确定标志层及其与主要煤层的相关性；对比研究煤田岩层的沉积关系、岩层厚度变化和岩性变化，研究煤层的分布、厚度、结构及煤质变化；在研究各煤层、岩层沉积关系的基础上通过进一步对比研究地层的重复、缺失和岩性组合规律来查明地质构造，发现并判定钻孔存在的断层；通过对各钻孔测井响应对全区进行放射性评价及对发现其他有益矿产提供信息。

3 测井对比应用

3.1 标志层对比

在进行煤、岩层对比时，厚度较大、全区稳定分布的主要煤层及厚度、层位稳定的岩层可作为主要标志层，其他煤层可作为次要或辅助标志层。根据全区内地层的地质及地球物理特征，在含煤地层中选取了层位稳定、物性特征明显的标志层3层，为煤、岩层对比提供依据。

(1)WB1标志层(石灰岩)。煤系上部的一层石灰岩，层厚为0.64～5.00 m，全区稳定分布，视电阻率曲线有明显的多峰正异常反映，阻值很高，裂隙或泥质部位电阻率降低，自然伽玛曲线总体呈U型单峰负峰异常反映，对应裂隙或泥质部位形成小尖峰状凸起，是判断C5煤层层位的主要标志层。WB1标志层、C5煤层测井曲线特征图见图1。

图1 WB1标志层、C5煤层测井曲线特征图

(2)WB2标志层(C8煤层及底板粘土岩)。C8煤层全区稳定可采，煤层单一，偶含1～2层夹矸，煤层厚度变化较大，为0.80～8.46 m。煤层具有高电阻率、低自然伽玛、高伽玛—伽玛等一般煤层物性特征。视电阻率曲线、伽玛—伽玛曲线均呈一个宽高峰正异常反映；异常峰顶上由多个小尖峰组成，在煤层的底板上视电阻率曲线呈“下坡台阶”状，自然伽玛曲线总体呈U型负峰异常反映。C8煤层底板粘土岩自然伽马幅值较高，呈明显的高异常反应。WB2标志层曲线异常的形态、幅度等特征基本相似，是判断C8煤层的主要标志层。WB2标志层、C8煤层测井曲线特征见图2。

图2 WB2标志层、C8煤层测井曲线特征

(3)WB3标志层(C12煤层之下含黄铁矿粘土岩)。全区稳定分布，厚度为0.60～6.45 m，与上方C12煤层及下面P2m石灰岩组合特征明显，视电阻率为次高阻、低阻、高阻组合关系；自然伽玛为相对负异常、相对最大正异常、相对最低负异常组合关系；伽玛—伽玛曲线除在煤层处有相对正异常反映外，其余岩层无明显反映。视电阻率曲线形态多呈U型反映，自然伽玛曲线呈多峰凸字型曲线反映，是判断C12煤层的主要标志层。WB3标志层、C12煤层测井曲线特征见图3。

图3 WB3标志层、C12煤层测井曲线特征

3.2 煤层特征及序列对比

通过测井曲线特征对比，可以综合研究有关煤层厚度、结构和岩性变化的一些特点。在全区内，C5、C8、C11、C12煤层有以下特征：结构简单，偶含1～2层夹矸；厚度变化较大；各参数曲线呈单峰状，C8、C12煤层下部自然伽玛曲线普遍存在高伽玛异常反映；C5煤层与P3c/P3l界线之间的层间距相对稳定，为9.31～19.68 m，平均为15.28 m。C5与C8煤层间距为13.75～36.14 m，平均为22.60 m；C8与C11煤层间距为18.85～32.01 m，平均为23.56 m； C11与C12煤层间距为5.84～23.34 m，平均为12.72 m；C12煤层与P3l/P2m界线之间的层间距为1.79～4.78 m，平均为3.33 m，层间距较稳定。

(1)C5煤层。位于龙潭组上部，上距WB1底部0～2.88 m，平均为0.51 m。煤层较厚，且厚度变化较大，一般含夹矸0～1层，煤层结构简单。煤层层位稳定，对比可靠。

(2)C8煤层。位于龙潭组中部，距C5煤层底板13.75～36.14 m，平均为22.60 m。含夹矸0～2层，煤层结构较简单。该煤层以厚度大、夹矸发育为特征，局部出现煤层分叉。底板岩性为粘土岩，普遍存在高伽玛异常反映。煤层层位稳定，对比可靠。

(3)C11煤层。位于龙潭组中下部，距C8煤层底板18.85～32.01 m，平均为23.56 m。煤层以薄煤层为主，含夹矸0～1层，煤层结构简单。煤层层位稳定，对比可靠。

(4)C12煤层。位于WB3标志层之上，距P2m 顶1.79～4.78 m，平均为3.33 m。含夹矸0～2层，结构较简单。顶板岩性为泥岩、炭质泥岩，底板岩性为含硫铁矿粘土岩，普遍存在全区最高的伽玛异常反映。煤层层位稳定，对比可靠。

3.3 正断层判定对比

在钻孔中，地层出现间距缩短或缺失时为正断层。通过研究钻孔中地层的变薄、增厚、重复和缺失在测井曲线上的特征反映，结合地层倾角(地层倾角增大将会拉伸测井曲线)等其他特征进行综合分析。ZK2503钻孔与相邻钻孔ZK2103对比，钻孔ZK2103钻孔A～B段、C～D段的测井特征在ZK2503钻孔中出现缺失，且C6与C8、WB3与C11层间距缩短，对比解释推断为正断层引起的缺失断层。正断层测井曲线特征见图4。

图4 正断层测井曲线特征

3.4 逆断层判定对比

在钻孔中，地层出现间距增大或重复现象时为逆断层。通过对比发现ZK3701钻孔地层E～F段与E ′～F′ 段视电阻率、伽玛—伽玛和自然伽玛曲线异常的形态、幅度等特征基本相似，煤层数量和岩层基本完整， C8煤层及底板粘土岩异常特征明显, C8煤层重复。因此可以解释推断有逆断层穿过ZK3701钻孔。

图5 逆断层测井曲线特征

3.5 环境评价及有益矿产

研究区内煤、岩石自然伽玛强度一般为5.27×10-2～144.98×10-2PA/kg，无放射性异常，但C12煤层底部含黄铁矿粘土岩自然伽玛强度较高，最高达到13.54 PA/kg，放射性异常，在开采C12煤层时应注意对作业环境放射性剂量的监测。

含黄铁矿粘土岩层顶板为C12煤层及炭质泥岩，底板为茅口组石灰岩，大部分厚度为2～5 m，个别地段大于10 m；经取样测试分析，含黄铁矿粘土岩中黄铁矿品位不高且变化较大，普遍为7%～13%不等，均达不到工业品位的要求，无开采利用价值。

在16个钻孔中，有13个钻孔中C12煤层底部的黄铁矿粘土岩存在放射性异常(γ< 3.5 PA/kg时为正常孔；3.5 PA/kg< γ<7 PA/kg时为潜在煤铀矿化孔；γ>7 PA/kg时为潜在煤铀矿孔)，其中，3.5 PA/kg< γ<7 PA/kg的潜在矿化孔6个，γ最大值为6.88 PA/kg，γ平均值为6.37 PA/kg，异常层段厚度为0.45～5.85 m，平均厚度为2.65 m；γ>7 PA/kg的潜在异常孔7个，γ最大值为18.54 PA/kg，γ平均值为12.36 PA/kg；异常层段厚度为0.50～5.90 m，平均厚度为1.76 m。在相邻的桐梓县容光井田(位于研究区外西南附近，自然伽玛高值异常地层层位与研究区相同)经对异常层段取样作放射性元素测试分析，样品主要含放射性元素铀，铀含量达工业品位的要求。由此可以推断研究区内含黄铁矿粘土岩自然伽玛高值异常是由放射性元素铀引起的，为寻找煤系铀矿找矿靶区提供重要信息。

4 结论

(1)在复杂地质条件煤炭勘探中综合应用地球物理测井技术，全面掌握了该区煤岩层赋存规律，通过对研究区内各钻孔测井曲线的详细分析、研究和对比可以发现对比标志层，通过综合应用总结了煤层测井特征及对该区煤层进行了有效序列对比。

(2)通过对测井曲线的综合对比，全区标志层定位依据充分；煤层编号及煤层序列对比准确、可靠；结合地质资料进行综合判断断层位置及断层性质依据充分，测井结果与地质结果具有一致性，以进一步提高了测井资料解释的 可信度、可靠性。

(3)为寻找其他有益矿产(煤铀矿床等)提供了信息。

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(责任编辑 郭东芝)

Comprehensive application of well logging data in coal exploration in complicated geological condition area

Zhou Xiaolin, Zhang Yingwen, Liu Zhichen, Wang Yang, Dai Canyi

(The 102 Geological Brigade of Guizhou Geology and Mineral Resources Exploration and Development Bureau, Zunyi, Guizhou 563003, China)

The characteristics of amplitude, width, form, combination feature of abnormal segment and special abnormal segment displayed in apparent resistivity, natural gamma, gamma-gamma and other physical property parameters curves of coal seam and rock stratum in logging curve were contrasted to study the features of logging curve and determine the marker bed and main seam of measured coal strata, and the special abnormal segments of logging curve such as abnormal repetition, logging feature deficiency were used to predicate fault and its location, then response values of logging parameters were comprehensively studied and analyzed to evaluate radiation environment in measured coal strata and discover other useful mineral resources, such as pyrite and uranium ore. The logging result was in accordance with geological result in this area.

logging curve characteristics, coal seam, fault, environmental evaluation, coal exploration

贵州省地质矿产勘查开发局地质科学研究项目(黔地矿科合〔2014〕04号)，贵州省仁怀市吴家寨背斜煤炭整装勘查项目

周晓林，张应文，刘志臣等. 测井资料在复杂地质条件煤炭勘查中的综合应用[J]. 中国煤炭，2017,43(2)：23-27，32. Zhou Xiaolin, Zhang Yingwen, Liu Zhichen, et al. Comprehensive application of well logging data in coal exploration in complicated geological condition area[J]. China Coal, 2017, 43(2):23-27，32.

P624

A

周晓林(1963-)，男，贵州凯里人，物探工程师，主要从事地球物理勘探和管理工作。