莎车-叶城盆地侏罗系杨叶组煤层测井精细解释和评价

豆龙辉

(新疆维吾尔自治区煤田地质局综合地质勘查队，新疆乌鲁木齐 830009)

0 引言

塔里木盆地西南缘(简称塔西南)处于古亚洲构造域与特提斯构造域的叠加部位，其侏罗纪含煤建造期间为一个断陷盆地体系,河流、冲积扇以及浅湖相等沉积环境发育[1]。塔西南侏罗纪地层除发育在山前外,还发育了一系列受断层控制的断陷湖盆，形成乌恰、阿克陶、莎车-叶城以及和田等多个含煤盆地，中—下侏罗统康苏组和杨叶组发育多层煤层，以冲积扇、扇三角洲、湖泊及沼泽沉积体系发育为主[2-5]。

由于沉积的特殊性，加上多次复杂的构造叠加，莎车-叶城盆地侏罗系杨叶组煤层发育普遍厚薄不均，薄煤层普遍发育，同时煤层呈现高灰分、高容重、低热量的“两高一低”特点。在以往测井解释过程中多存在无法识别煤层及定量解释厚度的情况，出现了在钻探过程中地质检验为煤，煤质化验也达到煤的工业指标，但测井解释中根据以往经验参数解释为非煤的情况，也同时出现测井响应为典型煤特征的情况，但煤质化验未达到煤的工业指标的情况。塔西南侏罗纪煤层的测井响应呈现复杂多变的特征，如何通过测井曲线，结合煤层取心和化验分析资料，基于“岩心刻度测井”原则，建立一组新的适合“两高一低”煤的测井解释参数，开展“两高一低”煤层测井精细解释和评价研究，对测井经验解释参数进行修正，为准确评价塔西南煤炭资源潜力提供技术依据。

煤层测井响应是煤层各种因素综合影响的结果。以往煤田测井侧重于煤层、夹矸的识别，煤层埋藏深度和厚度的确定。随着近些年煤层气研究和开发需要，测井在煤储层的解释和评价中的作用又被提升到比较高的位置。在煤储层评价和解释中，除煤岩的定性和定量识别外，煤工业分析指标、煤储层含气量等也可使用测井资料进行定量化[6-10]，采用的数学方法主要包括线性及多元回归分析，小波分析以及灰色系统、神经网络、支持向量机等模式识别手段[11-16]。笔者通过煤岩心观测、测试化验分析，发现采用线性及多元回归分析的结果与各项指标，其关联性较好，由此说明利用测井曲线开展煤层精细解释和评价是一种实用有效的方法。

1 研究思路及测井、岩心资料概况

研究思路采用图1所示开展相关研究。“视煤”即利用测井曲线响应，并结合岩心开展定性识别和划分煤层的结果。

图1 技术路线Figure 1 Technology route

莎车-叶城盆地煤田勘探中，完全遵照煤田勘探相关规范要求，进行了全井取心工作，并开展了包括煤工业分析参数等化验分析测试工作。测井曲线包括自然伽马(GR)、声波时差(Δt，CV)、视电阻率(NR)、自然电位(SP)、长源距伽马伽马(GGFR，GG)等，普遍缺少补偿密度(DEN)测井曲线。从整体来看，SP曲线在煤系中响应特征不明显，故不予以考虑和论述。DEN曲线是在野外测井时进行了仪器刻度，采用长源距伽马伽玛和短源距伽马伽马(GGNR)测量进行补偿得到，GG曲线值与对应深度的DEN曲线值成反比关系，GG值高对应于低DEN值。

莎车-叶城盆地位于新疆南疆三地州莎车-叶城地区。莎车-叶城地区为国家级连片贫困地区，属贫缺煤地区，煤炭供需紧张、找煤难度大、煤价较高。按照《煤、泥炭地质勘查规范》(DZ/T0215—2002)指导意见17.1，南疆三地州煤炭资源量估算指标为：灰分(Ad)下限值不限定(国标为<40%)，发热量(Qnet，d)>12.5MJ/kg(国标为17MJ/kg)，硫分(S)<3%(同国标)。

2 煤岩层测井响应特征

莎车-叶城侏罗系杨叶组地层岩性主要包括粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩、泥岩、碳质泥岩和煤层，在测井曲线上，这些岩性在测井曲线上有响应差异，可定性进行识别(图2)。随着砂岩岩性从粗变细，GR值呈现从小增大的趋势，NR值呈现从大变小的趋势，其变化趋势如图2中箭头所示。

图2 SC1-02钻孔70～130m深度测井曲线及岩性柱状图Figure 2 Well SC1-02 logging curves and lithology column with depth from 70 to 130m

测井曲线上，煤层表现为极高的GG值，GR值普遍小，NR值以高值为主，CV值大小不定，以高值为主。GG曲线和GR曲线峰形相对呈现矩形方块，高GG值和低GR值特征明显，GG曲线幅值特别高，与煤层低密度值的特征相对应，在煤层定性识别上起主要作用，是煤层定性划分的重要依据。NR值普遍呈现高值，在煤层定性识别和划分中也作为主要的参数曲线加以考虑。CV曲线在煤层上表现高低特征明显度较差，主要是受煤中灰分含量等多种因素变化的影响，在岩性识别和划分上暂不予考虑。通过这种定性识别和划分煤层的结果，称为“似煤”测井响应。通过对测井曲线形态的综合分析，结合岩心资料，确定煤岩层定性解释的测井响应(表1)。

3 煤层工业分析参数相互关系

莎车-叶城盆地杨叶组煤灰分与硫分、发热量之间的关系分别见图3和图4。图3和图4表明，硫分、发热量均和灰分呈现很好的负相关关系，相关系数分别达到0.92和0.898。图2中硫分含量中95%均的值均小于南疆三地州煤炭资源量估算指标中3%指标，所以在煤层定量解释中可不予以考虑。虽然南疆三地州煤炭资源量估算指标中对煤灰分不做要求，但从发热量按照>12.5MJ/kg要求来看，莎车-叶城盆地杨叶组灰分值应<54.94%。

表1 煤岩层定性解释的测井响应

图3 杨叶组煤灰分和硫分交会图Figure 3 Crossplot for ash and sulfur in Yangye formation

莎车-叶城盆地杨叶组煤灰分和发热量之间的关系见图3。

图4 杨叶组煤灰分和发热量交会图Figure 4 Crossplot for ash content and calorific value in Yangye formation

莎车-叶城盆地杨叶组煤灰分和真密度、视密度之间的关系见图5和图6。煤灰分与真密度、视密度之间关系密切，相关系数达到0.707和0.724，说明煤层真密度和视密度能够反映煤灰分值。按照莎车-叶城盆地杨叶组灰分值应<54.94%的要求，真密度和视密度上限值分别为1.98g/cm3和2.03g/cm3。当灰分值=0时为纯煤，其真密度为1.19g/cm3。

图5 杨叶组煤灰分和真密度交会图Figure 5 Crossplot for ash content and ture density in Yangye formation

图6 杨叶组煤灰分和视密度交会图Figure 6 Crossplot for ash content and apparent density in Yangye formation

通过灰分和发热量、真密度、视密度交会，可确定，煤层灰分上限值为54.94%，真密度为1.98 g/cm3、视密度2.03g/cm3。

4 煤工业分析参数的测井解释

测井曲线对煤工业分析参数具有一定的响应，所以可以建立它们之间的相关关系。一般情况下，随着灰分含量的增加，GR、DEN曲线均表现为增大的趋势，CV，GGFR曲线表现为减少的趋势，主要原因是由于纯煤的密度较小，而灰分的密度较大，随着灰分含量的增加，DEN肯定增加，声波穿过同样厚度煤层所用时间减少，CV相应减少；而纯煤不含放射性物质，放射性很弱，灰分容易吸附放射性物质，所以灰分含量越高，放射性强度越大，GR呈现增大趋势。

莎车-叶城盆地杨叶组煤灰分和GR测井值之间的关系见图7。从图中可以看出，莎车-叶城盆地煤层GR和灰分关系不明显。同样，灰分和GG、CV、NR之间单因素关系也不明显，无法从单一的测井曲线进行煤的判断。

图7 杨叶组煤灰分和GR测井值Figure 7 Chart for ash content and GR value in Yangye formation

通过多元回归，建立莎车-叶城盆地煤灰分和NR、GR、GGFR、CV测井值之间的相关关系，可计算出灰分值(式1)。根据所给样品以及所得到的回归方程来看，R2=0.65，F=6.051远远大于显著性水平(Significance)的F=0.000 9值，证明回归方程有效并可用于灰分的测井精细解释。

Ad=-11.83+0.013 3×NR+0.004 6×GGFR

+0.035 9×CV+0.399 7×GR

(1)

5 煤层测井精细解释和评价

采用线性及多元回归法建立的灰分含量与发热量、真密度、视密度、测井曲线之间关系，针对煤炭资源量估计中煤发热量下限值的要求，反推出灰分含量上限值，然后通过测井曲线的灰分、发热量、真密度和视密度的求解，采用发热量下限和灰分上限值进行煤层的精细解释和评价。由于发热量、灰分的测井解释肯定有误差存在，所以采用发热量下限和灰分上限值两个指标确定的煤层定量识别参数，更能符合实际勘探的需求。

以具有化验分析资料的莎车-叶城盆地先锋煤矿SC13-1井进行测井精细解释和评价(表2)。

表2 SC13-1井工业分析数据表

图8 SC13-1钻孔55～105m深度测井综合解释图Figure 8 Comprehensive logging interpretation with depth from 55 to 105m on well SC13-1

从图8可以看出，利用测井曲线能够将煤层更精细划分和准确定位，煤层的位置及厚度经过测井重新解释后，能与测井曲线特征更加吻合，同时，在55～70m层段内的煤层，从岩心观测来看，只划分出了两层夹矸，但通过测井解释，夹矸数应为4层，主要表现在GG曲线从大值向小值的回返，以及GR曲线值的增大。从测井精细解释和化验分析的灰分值来看，55～70m层段内的煤层符合较好，但95～105m层段内其化验分析的值要略小；从发热量值来看，55～70m层段内的煤层符合较好，但95～105m层段内化验分析的值要略大。

6 结论

1)煤层呈现“两高一低”的特征，即高灰分、高容重、低发热量，煤层的测井响应呈现高视电阻率、低自然伽马、低密度(长短源距伽马伽马极高)的特征。

2)煤灰分与挥发分、水分、全硫之间线性关系不明确，灰分与发热量成反比关系，通过发热量下限值可确定莎车-叶城盆地杨叶组煤的灰分、密度上限值及纯煤密度。

3)通过多元回归建立煤灰分的测井解释模型，可由测井值直接估算出煤灰分含量，估算的灰分和发热量值作为定量判断煤层依据。