自然伽馬測(cè)井曲線在煤田測(cè)井中的應(yīng)用

摘 要：自然伽馬測(cè)井是使用探測(cè)儀器在鉆井中測(cè)量地層的自然伽馬射線強(qiáng)度，以研究鉆孔剖面地層性質(zhì)的一種方法。基于此，本文首先分析自然伽馬測(cè)井曲線，然后根據(jù)實(shí)例探討其在地層劃分、煤層對(duì)比及定量研究地層泥質(zhì)含量和煤層灰分中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：自然伽馬測(cè)井；地層劃分；煤層對(duì)比；泥質(zhì)含量；煤層灰分

中圖分類(lèi)號(hào)：P618.11；P631.817 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）10-0080-02

Application of Natural Gamma Logging Curve in Coalfield Logging

LU Hong

（Coal Geological Bureau in Anhui in the Third Exploration Team，Suzhou Anhui 234000）

Abstract： Natural gamma logging is a method of measuring the nature of the stratum by measuring the natural gamma ray intensity of the formation in drilling by using a detecting instrument. Based on this， this paper first analyzed the natural gamma ray logging curve， and then discussed its application in stratigraphic division， coal seam contrast and quantitative study of shale content and coal ash content according to an example.

Keywords： natural gamma logging；stratigraphic division；coal seam correlation；argillaceous content；coal ash

1 自然伽馬測(cè)井曲線

自然伽馬測(cè)井是使用探測(cè)儀器在鉆井中測(cè)量地層的自然伽馬射線強(qiáng)度，以研究鉆孔剖面地層性質(zhì)的一種方法[1]。巖石中含有的天然放射性元素主要有鈾和釷及其衰變產(chǎn)物和鉀的放射性同位素鉀-40（40K）。這些放射性同位素的原子核能自發(fā)地發(fā)生衰變并放射出α、β、γ等射線。因?yàn)棣蒙渚€穿透能力強(qiáng)，所以自然伽馬測(cè)井就是測(cè)量井中巖石所含放射性物質(zhì)的伽馬射線強(qiáng)度。一般來(lái)說(shuō)，巖石中所含放射性物質(zhì)越多，其自然放射性強(qiáng)度就大。不同的巖層，放射性物質(zhì)含量不同，因而不同巖層在自然伽馬曲線上就有不同的反映，這是用自然伽馬測(cè)井的地質(zhì)地球物理基礎(chǔ)[2]。

目前，測(cè)井曲線對(duì)比主要是進(jìn)行曲線形態(tài)對(duì)比，首先尋找曲線特征標(biāo)志，確定標(biāo)志層，利用標(biāo)志地層在測(cè)井曲線上的主要物性特征及各層段的物性組合規(guī)律，與鄰近正常鉆孔進(jìn)行標(biāo)志層的追蹤對(duì)比，以掌握巖煤層變化規(guī)律，摸清地質(zhì)構(gòu)造。在構(gòu)造復(fù)雜、煤層不穩(wěn)定、標(biāo)志層不明顯、無(wú)巖芯鉆進(jìn)或巖芯采取率低的情況下，測(cè)井物性特征對(duì)比法的作用更為突出。在測(cè)井曲線對(duì)比實(shí)踐中，通常選擇電阻率、伽馬及自然伽馬作為對(duì)比曲線。自然伽馬反映的是巖石的放射性強(qiáng)度。巖石中所含的放射性元素的種類(lèi)和數(shù)量不同，放射性強(qiáng)度也不同，其與地層時(shí)代、沉積環(huán)境等息息相關(guān)。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 基巖界面劃分

以淮北煤田許疃煤礦為例，新近系與下伏古近系呈不整合接觸。新近系下段巖性以礫石、黏土夾礫石為主，古近系揭露“紅層”，巖性以紫紅色的礫巖、粉砂巖為主[3]。新近系與古近系呈不整合接觸，其固結(jié)程度、含水性、巖石的放射性元素種類(lèi)和含量都不同。因此，自然伽馬曲線幅度上有明顯變化，并形成了一定的規(guī)律：新近系自然伽馬曲線的平均基線比下伏古近系低，并在界面處呈一明顯的臺(tái)階，這個(gè)臺(tái)階的中點(diǎn)即為新近系與古近系的分界面。

2.2 下石盒子組8煤層的確定

以淮北煤田臥龍湖西勘探區(qū)為例，下石盒子組底部為鋁質(zhì)泥巖，上界為3煤下K3砂巖。該組下部鋁質(zhì)泥巖為乳灰白色夾紫色，黃綠色花斑，含粗大菱鐵質(zhì)鮞粒和豆?fàn)罱Y(jié)核。質(zhì)較純，具滑感，分布廣泛，巖性特殊，是地層對(duì)比的重要標(biāo)志之一。因其所含放射性物質(zhì)較多，自然伽馬強(qiáng)度較大，自然伽馬曲線呈一明顯的高幅值異常，該特征為淮北煤田區(qū)域物性特征，是對(duì)比確定煤層的重要依據(jù)[4]。

2.3 煤系基底

奧陶系中統(tǒng)峰峰組為煤系基底，以深灰色致密質(zhì)石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r為主，上覆接觸地層為石炭系中統(tǒng)本溪組底部的鋁土質(zhì)泥巖。本溪組底部的鋁土質(zhì)泥巖因其放射性強(qiáng)度大，自然伽馬曲線呈明顯的高幅值反映，下伏奧陶系灰?guī)r自然伽馬曲線幅值極低，故自然伽馬曲線的幅值由最高值突變?yōu)闃O低值，界面清楚。自然伽馬曲線突變特征可為該組地層界限確定提供直接依據(jù)。

2.4 定量研究地層泥質(zhì)含量

泥質(zhì)是指顆粒直徑小于0.01mm的碎屑物質(zhì)，泥質(zhì)含量也叫泥質(zhì)體積，是指泥質(zhì)體積占巖石總體積的百分比。當(dāng)巖石含有泥質(zhì)時(shí)，各種測(cè)井曲線均不同程度地受泥質(zhì)的影響，影響的程度由泥質(zhì)含量（Vsh）大小而定。評(píng)價(jià)巖石的性質(zhì)時(shí)，只有知道泥質(zhì)含量（Vsh），才能評(píng)價(jià)由泥質(zhì)帶來(lái)的影響，進(jìn)而將泥質(zhì)的影響校正掉。利用自然伽馬法計(jì)算泥質(zhì)含量的公式為：

[Vsh=GR-GRmin/GRmax-GRmin] （1）

[Vsh=2GcuR*Vsh-1/2GuR）-1] （2）

式中，[GRmin]、[GRmax]分別是砂巖和泥巖層的自然伽馬值，[GcuR]是與地層有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，新地層（第三系地層）[GcuR]=3.7，老地層[GcuR]=2.0。

2.5 確定煤層灰分

煤層的灰分是指煤在完成燃燒之后剩下的不燃性殘留物。煤中的灰分主要是由黏土礦物組成，這些粘土礦物顆粒比較細(xì)，在煤形成的過(guò)程中會(huì)吸附一定量的放射性元素。沉積物的顆粒越細(xì)，吸附的放射性元素越多，自然伽馬值也就越大。煤中自然伽馬值的大小在某種程度上可以反映出煤中灰分的含量。

進(jìn)行煤質(zhì)分析主要是建立煤層體積模型，就是把煤層體積分成純煤（包括固定碳和揮發(fā)分）、灰分、水分三部分，作為對(duì)測(cè)井響應(yīng)的貢獻(xiàn)之和，并建立測(cè)井響應(yīng)方程，求得煤層的體積百分含量。

[ρ=V*cρc+V*aρa(bǔ)+V*wρw] （3）

[I=V*cIc+V*aIa+V*wIw] （4）

[1=Vc+Va+Vw] （5）

式中：[ρ]、[I]分別為煤層的密度、自然伽馬測(cè)井值；[ρc]、[ρa(bǔ)]和[ρw]分別為純煤、灰分、水分對(duì)密度測(cè)井的響應(yīng)值；[Ic]、[Ia]和[Iw]分別為純煤、灰分、水分對(duì)自然伽馬測(cè)井的響應(yīng)值；[Vc]、[Va]和[Vw]分別為純煤、灰分、水分的相對(duì)體積。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著人們對(duì)自然伽馬測(cè)井法的認(rèn)識(shí)不斷深化，其在煤田測(cè)井中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在煤田放射性測(cè)井中，自然伽馬測(cè)井可以作為普查放射性礦層的一種方法，還可以劃分鉆孔的地質(zhì)剖面；確定新老地層界面；確定煤層層位及在定量研究地層泥質(zhì)含量和煤層灰分等方面起到不同程度的作用。在煤田測(cè)井中利用自然伽馬曲線，可以提高地質(zhì)報(bào)告質(zhì)量，提供可靠的地質(zhì)資料，對(duì)煤田測(cè)井工作的順利完成奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)礦業(yè)學(xué)院，西安礦業(yè)學(xué)院，江蘇煤田地質(zhì)勘探公司，安徽煤田地質(zhì)勘探三隊(duì).煤田地球物理測(cè)井[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1979.

[2]尉中良，鄒長(zhǎng)春.地球物理測(cè)井[M].北京：地質(zhì)出版社，2005.

[3]黃作華，葉慶生.煤田測(cè)井綜合解釋[M].西安：西安礦業(yè)學(xué)院，1998.

[4]陳中山.自然伽馬測(cè)井曲線在地層劃分、煤層對(duì)比中的應(yīng)用[J].中國(guó)煤炭地質(zhì)，2016（6）：78-82.