地球物理测井技术在煤田勘探中的应用

董顺华

(贵州省煤田地质局水源队，贵阳 550000)

地球物理测井技术在煤田勘探中的应用

董顺华

(贵州省煤田地质局水源队，贵阳 550000)

对地球物理测井的技术方法及应用进行分析，包括自然电位测井、三侧向电阻率测井、自然伽马测井(岩性判断、岩层泥质含量估算、地层对比)、密度测井、声波测井。通过对地球物理测井的认识，了解五种常用煤田地球物理测井的技术方法及适用条件，分析其在煤田地质勘探中的应用。

地球物理测井；煤田勘探；应用技术

煤田地球物理测井是在钻孔内进行的地球物理测量工作，通过研究钻孔内各煤岩层的各项地球物理特征(如电性、磁性、放射性等)在测井曲线上的反映，进而划分煤、岩层界面并确定岩性；进行相关的岩性分析与计算；以及通过钻孔曲线综合对比了解勘探区地质构造等，在煤田地质勘探中起着相当重要的作用。

在煤田测井中，根据煤岩层的物性特征，采用了不同的测井方法、探测仪器和解释手段。为满足煤田地质勘探的需要，主要以自然电位测井、三侧向电阻率测井、自然伽马测井、密度测井和声波测井这几种常规的测井方法解决相关的地质问题。

1 地球物理测井的技术方法及应用分析

1.1 自然电位测井

岩石的自然电位由以下几种物理、化学现象引起：第一，地层水中的离子向钻井液中扩散及钻井液中的离子向地层水中扩散，即扩散电位；第二，岩石颗粒对离子的吸附作用，即吸附电位；第三，在岩石与其周围的介质接触而产生氧化还原反应，即氧化还原电位；第四，地层水向井内及钻井滤液向孔隙岩石中过滤，即过滤电位。这几种现象引起的自然电位取决于岩石的岩性、矿物成分及其物理性质，以及地层水和钻井液的物理、化学性质。

自然电位测井在煤田测井中的作用：第一，在沉积岩中产生自然电位是由离子扩散吸附作用造成，岩石的扩散吸附与岩石的性质有关，另外，自然电位曲线在渗透层上有明显的异常反映，因此，可用其判断岩性,划分渗透层；第二，划分煤层：在高变质烟煤和无烟煤上自然电位有异常；第三，在煤层气测井中利用自然电位估算岩石泥质含量，估算地层渗透率，确定渗透层的厚度，等等。

由于产生岩石自然界电位现象的复杂性和多样性，尤其测量方法影响因素的复杂性极难克服，有时所测自然电位曲线效果不够理想，通常须配合其他测井参数才能有效解决地质问题。

1.2 三侧向电阻率测井

侧向电阻率测井是煤田测井中解决煤系地层中薄煤层以及煤中夹矸的一种行之有效的方法。该方法使用的供电电极的电流是聚焦的，且集中成水平状垂直于钻孔流入地层，有效解决了低阻钻井液和高阻薄岩层对电流的分流作用，该方法能真实反映地层岩石的变化，分层能力较高，解决地质问题效果较理想。

使用该方法测井还应注意电极系的选择要合适，主电极长度不宜太大，绝缘环厚度尽量小一些，电极系直径尽可能大一些。这样会更有利于薄层划分和所测视电阻率值更接近真电阻碍率值。

通过对钻孔三侧向电阻率曲线分析，研究其钻孔纵向电阻率变化特征，划分地层岩性以及厚度等；另外利用三侧向电阻率进行岩层真电阻率的估算；在测井曲线综合对比中作为主要参数，在划分煤层层位以及分析地质构造方面有着重要作用。

1.3 自然伽马测井

自然伽马测井是测量岩石自然放射性强度的一种测量方法。在煤田勘探过程中，通过自然伽马测井曲线对岩性划分，估算地层中岩石的泥质含量以及对比井间地层剖面。

1.3.1 岩性判断

煤系地层中沉积岩石的放射性强度的大小，主要取决于岩石颗粒大小和泥质成分的多少。颗粒越小，泥质成分越多，吸附的放射性矿物质越多，曲线异常反映越大。岩石放射性强度依砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩的顺序递增，此外石灰岩、白云岩的自然伽马最低，黏土层最高，泥质灰岩及泥质白云岩居中。一般可根据自然伽马曲线幅度大小划分岩性。

1.3.2 岩层泥质含量估算

沉积岩层的放射性主要受泥质含量的影响。因此，通过自然伽马测井曲线对泥质含量估算，通过下面公式测量一级近似地估计泥质的含量：

公式中的GR目的层表示准备计算泥质含量的目的层的放射性强度；GR泥岩层表示区域内放射性强度最高的泥岩层的放射性强度；GR纯地层表示区域内放射性强度最低的纯地层的放射性强度。

在不同区域和不同层系的地层中，岩层的放射性强度与泥质含量的关系存在一定差异，因此，最好通过实验提前找出不同地区岩层的放射性强度与泥质含量的关系。

1.3.3 地层对比

通过自然伽马测井曲线进行地层对比主要有以下几方面优势：第一，通常情况下，自然伽马测井曲线读数与岩石空隙中的流体性质不存在直接关系；第二，一般不受泥浆性质的影响；第三，能够更加容易地找到标志层。

1.4 密度测井

密度测井又称伽马伽马测井，它是测量由伽马源释放出的伽马射线与钻孔内岩石发生康普顿效应之后所产生的散射伽马射线强度，从而求取岩石的体积密度。在沉积岩中，岩石的密度与其组成矿物成分、压实程度以及胶结程度有关，不同岩石的密度不相同。在煤系地层中，煤层与其他岩石密度相差较大，伽马伽马测井正是利用这一差异便可准确地划分煤层。

为使伽马伽马曲线幅度变化能真实地反映岩石密度变化，在测量时应注意影响密度测井的因素：第一，要选择合适的测井速度，保证测井曲线质量；第二，测井探险管尽量使用偏心力臂，尽可能地减少钻孔不规则对测井的影响；第三，为提高测量精度，一般采用半衰期较长的中等能量的伽马源，这样可减少由小源强造成的涨落误差，也可弥补由大源强造成的仪器灵敏度下降的问题；第四，为提高仪器的分辨率，应采用合理的源距，一般选用铅屏厚度大于10cm的正源距。

伽马伽马曲线在应用方面主要有：第一，确定岩性，划分煤层；第二，确定岩石的孔隙度，密度测井实为孔隙度测井，通过公式进行运算杰求得岩石的孔隙度，该方法在煤层气和页岩气测井中应用较多；第三，根据统计学原理，可确定煤层灰分。

1.5 声波测井

声波测井也是一种孔隙度测井，它是利用声波在岩石中传播性质来研究岩石岩性的一种测井方法。声波测井主要包括声速测井、声波声幅测井等，在煤田测井中主要应用的是声速测井。

同其他测井方法一样，声波测井曲线同样受井径的影响、源距的影响、周波跳跃的影响等，因此，在数据采集和资料分析时应充分考虑上述影响。

声波测井利用岩石的声速不同可划分岩性；岩石中的声波传播速度取决于岩石的密度，可根据声速测井求出岩石的孔隙度；可利用声波时差曲线的高异划分煤层、破碎带等。

在煤田测井中自然电位或声波时差一般采用其中的一种，测井时选择自然电位还是声波时差，要根据勘查区煤层的煤类特征来选择，自然电位对于烟煤的反映不是很好，而对于无烟煤的反映却很好，所以，要根据勘查区煤岩层物性特征选择参数。

2 结语

通过对上述几种煤田测井方法的认识与分析，每种测井参数在反映岩层物性特征方面侧重点各有不同，因此，我们在利用和分析测井资料时应互相参照、取长补短、去伪存真，才能取得接近实际地质情况的合理的解释成果，以更好地服务煤田地质勘探。

[1] 梁奉雷，张坤，景强. 声波测井在黄河北煤田勘探中的应用[J]. 山东煤炭科技，2013,(04):7-8.

[2] 刘建强.地球物理测井在煤田地质勘探中的应用[J].科技信息，2008，(32)：269.

Application of geophysical well logging technology in coalfield exploration

DONG Shun-hua

(Water Resources Team of Guizhou Coal Geological Bureau, Guiyang 550000)

The technical methods and application of geophysical well logging were analyzed in this paper, including spontaneous potential logging, three lateral resistivity log, acoustic log, natural gamma ray logging (estimation of lithology, shale content estimation of stratum, stratigraphic correlation), density log and acoustic logging. Through the cognition of geophysical well logging, technical methods and applicable conditions of five common geophysical well logging were discussed and the application in coalfield exploration was analyzed.

Geophysical well logging; Coalfield exploration; Applied technology

2016-10-24

董顺华(1968-)，女，学士。

P62

B

1674-8646(2016)22-0024-02