利用干井測井曲線確定煤層厚度方法研究＊

2014-04-20 01:40:58吳超凡郭新強邱占林

中國煤炭 2014年8期

吳超凡郭新強邱占林

（1.龍巖學院資源工程系，福建省龍巖市，364012；2.福建省197地質大隊，福建省泉州市，362011）

地球物理測井是利用煤巖層的地質—地球物理特性差異，其具體表現在電阻率電位（NP）、密度（DEN）、自然放射性（GR）和自然電位（SP）之間存在差異，間接地從測定的某些物理參數來獲得地層信息。煤田測井的重要任務是煤層定厚解釋，提供可靠的煤層厚度及埋深成果。只有在巖煤層對比可靠的基礎上，才能提供可靠的勘探區的數據，正確編制出各種地質圖件，避免產生錯誤的評價，提交符合實際情況的地質報告。前人已研究了測井與鉆探巖芯資料相結合的具體方法，也探討了標志層法識別煤層的原則。

在一些山區煤田，由于斷裂和破碎帶發育，鉆井泥漿漏失嚴重，干孔內三側向和聲波時差曲線均無法測量，這給煤巖層識別以及煤層定厚帶來困難。本文采用人工放射性和天然放射性曲線對福建鳳山井田煤巖層進行定性與定厚解釋，為勘查區煤層的對比及資源量估算提供了較充分依據。

1 研究區井田概況

福建鳳山井田位于戴云山脈南麓，區域構造位置屬閩西南坳陷帶東北部，廣豐—龍巖復式向斜中部東翼，太華—長塔復式背斜南段西翼，發育次級向、背斜褶曲。受區內一級構造北東向政和—大埔斷裂帶和區內二級構造北西向永安—晉江斷裂帶的控制，次級斷裂構造中等發育。

區內地層從侏羅系上統南園組（J3n）至石炭系下統林地組（C1l）均有出露，受燕山造山運動及斷裂構造的影響和控制部分地層缺失，現存地層由老到新有石炭系下統林地組（C1l）、二疊系下統文筆山組（P1w）、童子巖組（P1t）、二疊系上統翠屏山組（P2cp）和三疊系下統溪口組（T1x）、侏羅系上統長林組（J3c）和南園組（J3n），其中童子巖組是本區域主要含煤地層。

該井田均為高變質無煙煤，具有導電性能好、低密度、低放射性的特點，物性反映呈低電阻率、低自然伽馬、高散射伽馬和聲速傳播時差大的特征，這是測井曲線精細解釋的基礎。

2 煤巖層定性和定厚解釋方法

圖1 無煙煤煤層的物性反映示例

根據測井規范要求，煤層的定性必須有3種以上的物性參數反映，該井田煤層變質程度高，地層亦因熱接觸變質普遍弱-中等角巖化，煤巖層不存在較大的物性特征差異和典型的曲線組合特征，而且鳳山井田地層破碎，大部分鉆孔全孔漏水，因此煤、巖層定性、定厚均采用人工放射性曲線和天然放射性曲線。

2.1 定性解釋

定性解釋就是不作定量計算，也不涉及層位問題，而是著眼于曲線反映，根據曲線的異常特征分析研究鉆孔剖面，定性地判斷煤層、區分巖性，確定新老地層界面位置等。

物性差異是煤巖層定性解釋的依據。煤巖層定性解釋在深度比例尺為1∶200的測井曲線上進行。參與定性解釋的曲線主要有三側向電阻率（LL3）曲線、密度（DEN）曲線、長源距伽馬-伽馬（GGL）曲線和自然伽馬（GR）等參數曲線。利用煤巖層各自的參數曲線特征并結合鉆探取芯對鉆孔剖面進行綜合解釋。

該井田童子巖組37＃煤層為主要可采煤層，38＃、43＃煤層為局部可采煤層，煤質為無煙煤，為簡單結構。煤層在密度曲線呈低異常、長源距伽馬-伽馬曲線呈高異常和自然伽馬曲線普遍呈低異常的特征，能夠可靠、準確地劃分無煙煤煤層，見圖1。

炭質泥巖的伽馬-伽馬曲線上雖有較高異常顯示，但曲線幅值受泥質含量較多和密度較大的影響，其幅值小于煤層，自然伽馬曲線上因泥質含量較多，負異常不如煤層明顯，易與煤層區分，見圖2。

粉砂巖、細砂巖、礫巖則隨著巖石顆粒粒徑變大泥質含量減少，密度曲線幅值逐漸升高，且形態的變化也越來越劇烈；伽馬-伽馬、自然伽馬曲線幅值則逐漸降低。定性解釋時既考慮到曲線幅值變化的規律，也參考鉆探取芯結果。

灰巖密度幅值較高，伽馬-伽馬、自然伽馬曲線幅值較低，有的自然伽馬值極低。

2.2 定厚解釋

定厚解釋的方法是先定性后定厚解釋，再根據鉆探和測井解釋成果對比采用合理的解釋點，而解釋點即采用分離點（拐點）分層，然后各參數曲線按各自的解釋原則獨立解釋，最后取其算術平均值（深度和厚度）作為解釋成果，其可作為煤巖層對比及劃分的依據。解釋原則主要根據煤炭地球物理測井規范（DZ／T0080-2010）。

圖2 炭質泥巖的物性反映示例

2.2.1 煤層定厚解釋原則

煤層的定厚解釋工作在1∶50 放大曲線上進行。參與定厚解釋的測井曲線主要為伽馬-伽馬（長源距、短源距）、自然伽馬、三側向電流3種參數曲線，見圖3。

（1）伽馬-伽馬曲線。對于長源距伽馬-伽馬曲線，當煤層厚度小于或等于源距L （0.35 m）時，分層定厚解釋點選擇在曲線幅值的2／3處；當煤層厚度大于源距L （0.35m）時分層定厚解釋點選擇在曲線幅值的1／3處；對于短源距伽馬-伽馬曲線，分層定厚解釋點選擇在曲線幅值的1／2處。

（2）自然伽馬曲線。分層定厚解釋點選擇在曲線幅值的1／2處。

（3）三側向電流（GC）曲線。分層定厚解釋點選擇在曲線幅值的1／2處。

上述3種解釋原則均遵循異常拐點處（曲線突變區），但同時要結合鉆探資料進行綜合分析和解釋。煤層賦存層位和上述解釋的異常部位吻合，可靠性較強。同時，煤層定厚解釋選擇上述3種參數曲線中的界面反映較好的兩種參數曲線按各自獨立的解釋原則進行解釋，取兩種參數曲線解釋成果（深度、厚度）的算術平均值作為確定值。

圖3 煤層定厚解釋分層點示例

2.2.2 巖層定厚解釋原則

巖層定厚解釋工作在1∶200的密度、自然伽馬和聲波時差曲線上進行，其對巖性變化較大的情況反映靈敏，分層定厚解釋點分別為：

（1）密度曲線（DEN）：分層定厚解釋點選擇在曲線由緩變陡的拐點處。

（2）自然伽馬曲線（GR）：分層定厚解釋點選擇在曲線幅值的1／2處。

（3）聲波時差曲線（AC）：分層定厚解釋點為曲線幅值的1／2處。

對于巖層來說，在自然伽馬曲線上呈現較低值，但泥巖、砂巖類曲線異常差異特征表現較為明顯，易于區別。在密度曲線上異常拐點值突變明顯，尤其在砂巖類曲線上呈現出一種漸變關系。而在聲波時差曲線上，砂巖顯示為低時差異常響應，泥巖則為高時差特征，但有時會出現周波跳躍現象。巖層定厚解釋也是選擇上述3種參數曲線中的界面反映較好的兩種參數曲線按各自獨立的解釋原則進行解釋，并取其中兩種參數曲線解釋成果的算術平均值作為確定值。

3 煤巖層綜合對比與分析

測井曲線對比采用1∶200深度比例尺的自然伽馬曲線、伽馬-伽馬曲線、密度曲線。對比采用曲線特征及組合形態對比為主，同時參考曲線幅值、層厚、層間距的特征規律，并結合地質資料的方式進行。在形態對比時既考慮煤巖層在不同曲線上自身的形態特征，又注意研究煤巖層在不同曲線上的組合特征及其規律。但煤巖層的綜合對比與分析還需建立在主要標志層的判斷、劃分和比較上，標志層在一個煤田內一種參數或幾種參數曲線異常形態特征具有標志特征顯著、分布廣泛、易于識別、相似性明顯和比較穩定的特點。標志層有可能出現的部位是煤層及其直接頂底板或距煤層一定距離的其他巖層。經仔細研究，研究區大致確定了曲線異常特征相對穩定的標志層兩層。

（1）標志層一：在37＃與38＃煤層之間有一層破碎層，其伽馬-伽馬曲線有一較高的正異常反映。該標志在多個鉆孔存在，圖4為ZK7303號鉆孔該標志層的曲線反映。該標志可作為確定37＃煤層與38＃煤層的標志。

（2）標志層二：在煤系地層結束時，在自然伽馬曲線和伽馬-伽馬曲線有一極低負異常反映。該異常在大部分鉆孔中的曲線幅值明顯低于上、下地層，圖5 為ZK7301 號鉆孔該標志層的曲線反映。該標志在多個鉆孔存在，可作為確定煤系地層結束的曲線對比標志。

以上兩個標志層在整個井田中較為穩定，具有較高的可靠性，根據這些標志層基本能夠區分出勘探區內主采煤層。

對于單孔的測井曲線解釋，只能了解一個鉆孔所穿過地層的縱向巖層排列順序、埋深和巖性及煤層的埋藏情況。但是，在一定的勘探范圍內，同一時代及相似沉積環境下所形成的地層在巖性和物性上具有大致相同的特征；不同時代的地層，其沉積特征的變化和地層的組合關系具有一定的規律，并在巖性上表現出某些差異。上述特征反映到測井曲線上就是在曲線的幅值、形態、組合方式上有一定的規律，以及某些特殊物性標志層的出現，這些特征在全區范圍內存在并可追蹤。

為了解整個井田的地下地質條件，對勘探區的各個鉆孔測井曲線進行綜合分析，由點到線、由線到面研究和掌握全區各煤巖層的聯系和分布規律。圖6為鳳山井田童子巖組第1段煤巖層測井曲線對比圖，根據標志層一基本可以區分37＃和38＃煤層（見圖4），標志層二可確定煤系地層結束的位置（見圖5）。標志層一和標志層二在整個井田范圍內具有良好的可比性和穩定性，其對應的放射性異常也較為明顯（見圖6）。因此，通過標志層對比劃分來達到煤巖層的綜合判定，找出井田內各鉆孔物性異常差異特征相似的層位，在此基礎上進行綜合判斷，從而確定煤巖層的位置。并可通過該測井曲線對比基本能夠掌握全區煤層的分布規律、煤層的層位、厚度、結構和煤質的變化及標志層的發育和變化情況。此外，利用測井曲線進行地層對比還可驗證和提高測井解釋工作的質量，避免由于層位判斷不準產生的解釋錯誤。