地层物性特征在金沙县龙凤煤矿中的应用

程玛莉　 刘坤

摘 要：不同岩性层（组）的视电阻率、自然伽玛、中子孔隙度测井曲线存在不同形态特征。根据这些差异，结合钻探成果资料，在龙凤煤矿区范围内对测井曲线进行综合对比。通过对矿区钻孔测井资料分析，归纳出该区龙潭组含煤岩层及茅草铺组、夜郎组、长兴组非含煤岩层的物性特征，确定了矿区含煤岩层中煤层的位置及煤层对比的标志层位，并在物性曲线上讨论了长兴组和龙潭组的地层分界线。

关键词：物性特征；地层界线；含煤岩层；金沙县

Application of Strata Physical Characteristics in Longfeng Coal Mine， Jinsha County

Cheng Mali Liu Kun*

College of Resources and Environment Guizhou Institute of Technology GuizhouGuiyang 550003

Abstract：Abstract： Logging curves， including apparent resistivity， natural gamma and neutron porosity， exhibit different physical characteristics in different rock layers （group）. According to those differences， logging curves are correlated comprehesively in Longfeng Coalmine on the basis of drolling data. By analysing of boreholes logged data within the ore district， the physical properties of coalbearing strata as Longtan formation and noncoal stratas including Maocaopu formation， Yelang formation， Changxing formation， were summed up. The location of coal beds in coalbearing strata and sign layers for comparison were determined， besides， stratigraphic boundary between Longtan Formation and Changxing Formation was also discussed on the curves.

Keywords：physical characteristics；Stratigraphic boundary；Coal seams；Jinsha County

龍凤煤矿位于贵州毕节地区金沙县西南部，含煤岩系为上二叠系统的龙潭组（P2l），地层厚度103.50～130.50m，平均118.50m，岩性为一套海陆交互相、多个旋回沉积组成的灰～灰黑色泥岩、炭质泥岩、煤层、粉砂质泥岩、灰～褐灰色细砂岩、灰～深灰色硅质灰岩、生物碎屑灰岩，通常含12～15层煤，其中7、8、9、11、12五层煤为主要可采煤层，全区较稳定[1]。上覆地层为上二叠统长兴组（P2c）的灰～深灰色厚层状石灰岩，下部含团块状燧石结核及燧石条带，局部夹有机质条带及炭质泥岩薄层，富含动物化石和化石碎屑。龙潭组与长兴组呈整合接触。下伏地层为下二叠统茅口组（P1m）的浅灰、灰白色厚层、块状灰岩，见少量白云质灰岩、白云岩，中部及下部含燧石团块与燧石条带，二者呈平行不整合接触[2]。岩性不同反映出电阻率的差异，因此各个层位在测井曲线上的形态特征也不同，因此，对测井曲线进行分析研究，对煤矿的开发具有重要意义。

1 地层物性特征

1.1 茅草铺组（T1m）

岩性主要为灰色、深灰色薄至中厚层石灰岩、泥灰岩、厚层白云岩和白云质灰岩。石灰岩中发育缝合线构造。

物性特征：本组地层上部为风化段，电阻率值与密度值均较低。本组其余岩性段以石灰岩为主，在视电阻率曲线上具有较高的幅值，密度大于下伏地层，而自然电位曲线在涌、漏水处具有较为明显的负异常，自然伽玛曲线幅值较低，中子孔隙度曲线幅值低。如果岩层中裂隙和溶洞发育时，则视电阻率曲线值较低，密度曲线值增大，自然伽玛曲线较高（图1）。

1.2 夜郎组（T1y）

该组在矿区范围分布最广泛，依岩性的不同总体可分为可分为三段，从老到新为：

1.2.1 沙堡湾段（T1y1）

岩性主要为黄绿色薄层泥岩、粉砂质、钙质泥岩。

物性特征：以泥岩为主，视电阻率曲线为平直低阻，自然伽玛、中子孔隙度曲线幅值都高于上下地层，泥岩物性特征明显。该段厚度稳定，为良好的物性标志层（图1）。

1.2.2 玉龙山段（T1y2）

岩性主要为碳酸盐岩。上部为浅灰色厚层灰岩，顶部见一层厚约1m鲕状灰岩；中部为浅灰灰色中厚层灰岩，偶夹碎屑岩、同生角砾岩；下部为浅灰灰色中厚层灰岩；下部为灰、深灰色薄层中厚层泥质灰岩，间夹薄层泥岩。

物性特征：以高阻、中高阻幅值变化的锯齿状的视电阻率曲线为特征，泥灰岩的电阻率曲线呈锯齿状的较低阻幅值变化为特征，自然伽玛、视密度、中子孔隙度变化小。自然伽玛曲线幅值低于下伏地层，呈明显的阶梯式的变化（图1）。

1.2.3 九级滩段（T1y3）

岩性主要为紫红色、暗紫色夹黄绿色粉灰质泥岩、泥岩、粉砂岩，中下部夹中厚层泥灰岩、灰岩。

物性特征：根据物性的变化情况，结合岩性层序特征将地层分为上、下两部分。

上部：岩性以泥、砂岩互层为主，中子曲线幅值较高、自然伽玛曲线值较高、视电阻率曲线低、自然电位曲线有一定异常，各种参数曲线波动总体较圆滑。

下部：见5层较稳定泥灰岩。以较高幅值视电阻率曲线为明显的特征，自然电位曲线呈钝锯齿状负异常，自然伽玛曲线呈低幅值夹高幅值反映明显，是良好的物性标志层。底界的视电阻率曲线幅值与下覆地层有明显的差异，自然伽玛曲线幅值和中子曲线幅值都高于下伏地层，呈较明显台阶而相区别（图1）。

1.3 长兴组（P2c）

岩性为灰深灰色厚层灰岩，下部见团块状燧石结核及燧石条带，局部含薄层炭质泥岩。

物性特征：该组以石灰岩为主，视电阻率曲线呈鸵峰状的高阻，中子孔隙度、自然伽玛曲线幅值低于上、下地层，为明显的灰岩物性特征。本组地层厚度稳定，是良好的物性标志层（图1）。

1.4 龙潭组（P2l）

为矿区的含煤岩系，岩性主要为灰灰黑色泥岩、炭质泥岩、粉砂质泥岩、灰褐灰色细砂岩、灰深灰色硅质灰岩、生物碎屑灰岩及多层煤层、煤线。泥灰岩为本组煤层对比的标志层，通常见9～11层泥灰岩（L1、L2、L3上、L3下、L4、L5、L9上、L9下、L11、L12上、L12），尤以位于本组中上部的L2、L4泥灰岩全矿区发育稳定，为良好的标志层。

物性特征：根据煤系地层的岩性、岩相组合及含煤性特征，含煤岩系自上而下划分为二段（图2）：（1）P2l2：见L1、L2、L3上、L3下、L4和L5六层泥灰岩标志层，其中L2、L4和L5泥灰岩全区发育较稳定，为良好的标志层，L3上、L3下见相变现象，但其由于发育稳定，可作为地层对比的标志层。该段赋存有4、5上、5、5下、6、6下、7、7下、8上、8、9等煤层，其中6、7为较稳定～不稳定煤层，5、5上、5下、6下、7下和8上为不稳定～极不稳定煤层，其厚度、结构变化较大，由剖面和平面对比可以发现5、6煤层具有分岔合并现象，合并后定为6煤层；6、7煤层也具有分岔合并现象，合并后定为7煤层；在井田的中西及南部5、5下、6、6下煤层具有冲刷和沉缺的现象。在6、6下煤层的顶底发育一层（泥岩或炭质泥岩）具有较高放射性异常，它是判定6、6下煤层层位的物性标志，煤层具有较高的电阻率、较高的中子孔隙度、较低的自然伽玛、较小的密度物性特征而区别于其他岩性层，煤层在各参数曲线上特征明显，厚度和性质可靠，结合稳定发育的标志层，煤层层位的确定比较可靠（图2）。在9煤层底板见L9上、L9下两层泥灰岩，其厚度及分布较稳定，为9煤层的标志层，而9煤层在为稳定～较稳定煤层，为矿区的主采煤层，其厚度结构变化较小，由剖面和平面对比可以发现8、9煤层具有分岔合并现象，合并后定为9煤层，8、9煤层合并区主要分布在井田中北部，8、9煤层合并区煤层稳定，且全部可采，8、9煤层分岔区不可采点主要因为沉缺和冲刷造成的；无论是分岔还是合8、9两煤层的物性特征曲线形态组合是稳定的，尤其在自然伽玛值形成一个具有双“W”的组合形态，且物性特征稳定，可确定9煤的层位（图3）。

（2）P2l1：该段发育有L9上、L9下、L11、L12上和L12五层泥灰岩标志层，在矿区范围发育稳定，为主要标志层；10、11上、11、11下、12上、12煤层，其中10、11、12煤层层位较稳定稳定，这三層煤的顶、底围岩及煤层内部都含有较高的放射性，在自然伽玛曲线为较高幅值的物性特征（图3）；在本段的上部见稳定的L9上、L9下灰岩和一层未定名的煤层，在10煤层的下部发育有L11泥灰岩、在11的上部或下部常出现11上、11下两煤层，其稳定性较差。12煤层局部具有分岔合并的现象，常分岔成12上、12两层，在12上煤层的顶板发育有L12上、L12两层泥灰岩标志层，但有时L12上相变为钙质砂岩。其中L12灰岩与12煤层在自然伽玛曲线上组成一个灰岩低幅值、煤层高幅值的物性组合特征，其物性特征是非常明显的，是确定12煤层的良好物性标志层（图3）。

煤层的物性特征曲线反映明显，具有较高的电阻率、较低的自然伽玛、较小的密度和较高的中子孔隙度的物性特征与其它岩性易于区分，定性定厚可靠，而灰岩、泥灰岩发育较稳定，可对比确定煤层层位，是良好的标志层。

2 地层物性特征的应用

由于不同岩性段、层的物理性质不同，通过地球物理方法测定而得的各类物理参数曲线形态特征各异。不同岩性组合而成的地层段出现不同形态的曲线组合特征。反之，相似层位或层段，在一定范围内，由于物源、沉积相与成岩条件相似，具有相同或相似的岩性组合，物性和化学特征也大致相同或相似，测井曲线变化形态特征或形态组合特征亦相同或相似。因此，应用测井曲线的形态变化特征、组合特征及其变化规律，可掌握煤层及标志层厚度、岩性岩相上的变化，增加或加强了煤矿地层对比方法或手段，并成为某些煤矿的主要地层对比方法。地球物理测试方法在龙凤煤矿中的应用有以下几个方面：

2.1 地质界线的划分

长兴组为厚层灰岩，视电阻率曲线呈鸵峰状的高阻、中子孔隙度、自然伽玛幅值均为低异常；龙潭组视电阻率曲线反映为阻值起点相对较低，但变化范围比较宽，曲线形态表现为高阻煤层异常与低阻非煤层异常相间。根据这一物性特征差异将长兴组与龙潭组地质界线划分。此外，依据上述物性特征，可将茅草铺组与夜郎组、夜郎组与长兴组进行划分。

2.2 煤层的确定

通过煤层物性曲线特征分析可看出，5、6、7、8、9煤层具有低自然伽玛、低密度、较低的纵波速度、中低电阻率、较高中子孔隙度的物性特征；11、12煤层具有较高中子孔隙度、自然伽玛、中低电阻率、低密度及较低纵波速度物性特征，但由于煤层中含有的镓含量达到了工业品位要求，最大值为85μg/g，其余元素均未达到工业品位要求，所以在自然伽玛曲线上有特殊高异常。因煤层及上、下围岩的组合，11煤层在自然伽玛曲线上形成一个“笔架峰”的组合形态，而12煤层在自然伽玛曲线上形成一个“双驼峰”的组合形态[2]（图 4）。

3 结论

由于测井曲线具有较好的连续性，不受岩心采样率的影响，不受人为因素干扰或较小，有较强可比性等特点，因此，对煤岩层进行综合分析对比时，利用好测井曲线，可以提高对比的可靠程度[3][4]。

通过对龙凤煤矿测井曲线的综合分析，得出如下结论：

（1）根据物性特征的不同，划分出矿区地层（茅草铺组、夜郎组、长兴组、龙潭组）；

（2）龙潭组含煤岩系测井曲线形态特征与上覆地层长兴组非含煤岩系测井曲线形态特征不同，根据两者的不同可以较好的划分含煤岩系和上覆地层的界线；

（3）在煤系中，煤层和煤层上下围岩在自然伽玛、密度、电阻率、中子孔隙度和纵波速度存在较大差异，由此可以确定各个煤层在钻孔中的位置；

（4）各个煤层的标志层在测井曲线上的特征明显，易于进行矿区的测井曲线对比。

参考文献：

[1]韩绪山，谢波，等.贵州省金沙煤田龙潭组岩煤层测井对比方法[J].中国煤田地质，2006，18（3）6264.

[2]罗忠文.金沙龙凤煤矿测井曲线特征及其在煤岩层对比中的应用[J].中国煤炭地质，2009，21（5）：7577.

[3]伍远学，陆玉欢.测井曲线在含煤岩系划分及对比中的应用[J].中国煤炭地质，2009，21（5）：7274.

[4]潘语录.柴北缘含煤区地层测井物性特征分析[J].中国煤炭地质，2011，12（23）：4245.

[5]郭攀，秦攀，霍元媛.利用测井曲线研究东胜煤田东高家梁井田煤层物性特征[J].内蒙古煤炭经济，2017，（2）：143144.

基金项目：2016年贵州省科技基金重点项目（黔科合基础[2016]1404）

作者简介：程玛莉（1986），女，山西襄汾人，硕士，研究方向：沉积矿床。

*通讯作者：刘坤。