青海省格爾木市烏臘德地區(qū)煤炭預(yù)查地球物理測(cè)井技術(shù)研究

申 狄，陳朋磊，尹海濤，李軍峰

(1.河南省資源環(huán)境調(diào)查一院 物探巖土研究所，河南 鄭州 451150; 2.河南省煤炭科學(xué)研究院有限公司，河南 鄭州 450001)

煤田地球物理測(cè)井是煤田地質(zhì)勘探工作中必不可缺的探測(cè)手段。隨著測(cè)井技術(shù)的進(jìn)一步完善，數(shù)字測(cè)井的充分利用，增加了有效的物性參數(shù)。計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)井資料的處理，開發(fā)了測(cè)井曲線的多種用途，拓寬了測(cè)井資料的利用面。現(xiàn)在，煤田測(cè)井能夠提供準(zhǔn)確的可靠的煤層、巖層、井斜、井溫以及構(gòu)造方面的成果資料，彌補(bǔ)了鉆探過程中的缺陷，驗(yàn)證了分層鑒定的成果。特別是在煤、巖層對(duì)比方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，并在煤質(zhì)分析、巖石力學(xué)性質(zhì)計(jì)算、古地理成煤環(huán)境和聚煤規(guī)律研究方面也顯示出其優(yōu)越性。為煤田地質(zhì)勘探，提交優(yōu)質(zhì)報(bào)告發(fā)揮著越來越重要的作用。數(shù)字測(cè)井對(duì)煤、巖層定性選取方法主要有伽馬—伽馬、自然伽馬、自然電位、三側(cè)向電阻率、井徑、聲波、井斜、井溫等測(cè)井方法。對(duì)煤層定厚選取的方法有伽馬—伽馬、自然伽馬、三側(cè)向電阻率、聲波與井徑配合采用[1-6]。井下采用數(shù)字傳輸，計(jì)算機(jī)采集打印成圖，資料處理軟件采用測(cè)井解釋系統(tǒng)，經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換、預(yù)處理、編輯、打印成綜合測(cè)井解釋成果圖和測(cè)井曲線圖。

1 研究區(qū)位置及地球物理特征

1.1 研究區(qū)位置

預(yù)查區(qū)位于青海省西部，行政區(qū)劃隸屬于青海省格爾木市烏圖美仁鄉(xiāng)管轄。預(yù)查區(qū)東西長約23.78 km，南北寬約7.31 km，面積為175.89 km2。2014年經(jīng)青海省地質(zhì)調(diào)查局論證對(duì)工區(qū)范圍進(jìn)行了調(diào)整，為8個(gè)拐點(diǎn)坐標(biāo)，面積為159.34 km2。

1.2 地球物理特征

對(duì)常見的幾種巖性進(jìn)行了密度、自然伽馬、三側(cè)向電阻率的統(tǒng)計(jì)，按照最小值最大值及平均值的結(jié)果統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 烏臘德地區(qū)煤炭預(yù)查2011—2013年工作地球物理參數(shù)統(tǒng)計(jì)

2 測(cè)井儀器、設(shè)備類型

此階段測(cè)井使用的儀器、設(shè)備主要是煤礦專用設(shè)備廠及研究所生產(chǎn)的。并將這些儀器和設(shè)備裝備在測(cè)井工程車上。所使用的采集軟件為PSJ-2數(shù)字測(cè)井采集系統(tǒng)(WELL)，處理軟件為LogDraw2.0.2.1版。測(cè)井儀器、設(shè)備明細(xì)見表2。

表2 PSJ-1型數(shù)字測(cè)井儀基本配置明細(xì)表

3 資料解釋

3.1 地層物性分析

3.1.1 煤層的定性與定厚解釋

烏臘德地區(qū)煤炭預(yù)查項(xiàng)目的含煤地層為侏羅系，煤層沉積穩(wěn)定性不是很好。ZK6-1號(hào)鉆孔煤層定性曲線反應(yīng)(圖1)。煤層界面分層點(diǎn)的原則都是以煤層頂?shù)装鍨榧?xì)、粉砂巖或泥巖，且不擴(kuò)徑為前提條件的。但在實(shí)際施測(cè)過程中，這種接近理想化的條件和模式是不多見的。因而，還需具體情況具體對(duì)待。當(dāng)井徑擴(kuò)大造成似煤異常時(shí)，在伽馬伽馬曲線上，配合其他測(cè)井曲線，根據(jù)實(shí)際情況而定，才能做到解釋合理、準(zhǔn)確。

圖1 ZK6-1號(hào)鉆孔煤層定性曲線反應(yīng)

3.1.2 夾矸的劃分

由于炭質(zhì)泥巖在曲線上的反映形態(tài)和煤層相似，但因炭質(zhì)泥巖所含灰分要遠(yuǎn)高于煤層，反映曲線上其電阻率值要低于煤層，伽馬伽馬幅值選用低于厚煤層的伽馬伽馬曲線最高計(jì)數(shù)率幅值60%的，自然伽馬略高于煤層，此時(shí)夾矸就可定性為炭質(zhì)泥巖。

3.1.3 炭質(zhì)泥巖的解釋

ZK6-2號(hào)鉆孔炭質(zhì)泥巖解釋劃分曲線反應(yīng)如圖2所示，在自然伽馬曲線上也有稍高于煤層幅值但低于其他巖層幅值的層位解釋為炭質(zhì)泥巖，這里很可能包含有煤線。另外，煤層夾矸，特別是在伽馬—伽馬曲線上幅值較高的夾矸，解釋為炭質(zhì)泥巖(在夾矸一節(jié)中已解釋不在重述)。還有在煤層對(duì)比中，由于煤層尖滅，但有所顯示的層位，雖然不完全符合上述要求，仍解釋為炭質(zhì)泥巖，意在揭示層位。

圖2 ZK6-2號(hào)鉆孔炭質(zhì)泥巖解釋劃分曲線反應(yīng)

3.1.4 巖層的識(shí)別和劃分

每種參數(shù)對(duì)于不同的巖性，所測(cè)量的數(shù)據(jù)不同，這就是巖性分層的基礎(chǔ)。在原理上泥巖為自然電位的基線，因而對(duì)于巖層中的泥質(zhì)含量也有所顯示。對(duì)于伽馬—伽馬曲線：在鉆孔剖面中，除煤層外，其余巖層的密度變化較小，所以在巖性分層解釋中，該曲線只能參考使用。

3.2 測(cè)井剖面的分層、資料的定量分析

據(jù)煤田地球物理測(cè)井曲線的響應(yīng)值，來確定地質(zhì)剖面已被廣泛的利用。但對(duì)于煤層、巖層進(jìn)一步的研究，如煤層進(jìn)行碳、灰、水含量分析，巖層進(jìn)行砂、泥、水含量分析以及巖石物理力學(xué)性質(zhì)分析等都尚未成熟，仍處于試驗(yàn)階段。此次普查在資料處理過程中，只對(duì)有聲速測(cè)井的鉆孔進(jìn)行了巖石物理力學(xué)性質(zhì)計(jì)算。

3.2.1 巖層的砂泥水分析

巖層的砂泥水分析選用密度曲線、自然伽馬曲線對(duì)砂泥水含量進(jìn)行分析計(jì)算工作，但井徑擴(kuò)大會(huì)影響密度曲線，同時(shí)也會(huì)影響對(duì)砂泥水的含量計(jì)算。以上孔徑擴(kuò)大，對(duì)砂泥水含量的分析影響較大，在其下部巖層的砂泥水分布圖基本上能夠反映出地層巖性含砂量、含泥量以及孔隙度的變化情況。

3.2.2 巖石物理力學(xué)性質(zhì)分析

ZK6-1鉆孔巖石力學(xué)性綜合曲線如圖3所示。

圖3 ZK6-1鉆孔巖石力學(xué)性綜合曲線

巖石物理力學(xué)性質(zhì)在本預(yù)查區(qū)做了工作，見鉆孔巖石物理性質(zhì)及彈性強(qiáng)度分析圖。在這些鉆孔中進(jìn)行了伽馬—伽馬、自然伽馬、自然電位、視電阻率、聲速、三側(cè)向電阻率等多參數(shù)測(cè)井方法，并采用密度曲線與聲速曲線對(duì)全孔巖層作了縱波速度、泊松比、切變模量、體積模量、楊氏模量、抗壓強(qiáng)度指數(shù)等巖石物理性質(zhì)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見各鉆孔巖石力學(xué)性質(zhì)綜合曲線圖。

4 成果資料解釋

4.1 煤層對(duì)比及賦存規(guī)律、煤層對(duì)比的依據(jù)

預(yù)查區(qū)含煤地層為侏羅系中下統(tǒng)羊曲組，2013—2016年施工9個(gè)鉆孔，實(shí)測(cè)9個(gè)鉆孔，通過測(cè)井資料統(tǒng)計(jì)只有ZK4-1、ZK6-1、ZK6-2、ZK8-1鉆孔見煤，分別為ZK4-1見煤1層(可采)、ZK6-1見煤8層(5層可采)、ZK6-2見煤9層(2層可采)、ZK8-1見煤1層(不可采)。可采煤層詳情見表3。

表3 可采煤層

由于本區(qū)見煤鉆孔數(shù)量較少，其中ZK4-1、ZK8-1只見1層并且視厚度都比較薄，煤層沉積深度相差較大，無法進(jìn)行對(duì)比。ZK6-1、ZK6-2分別見煤8層和9層，可采煤層為5層和2層，通過2孔煤層綜合成果圖進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)其煤層視厚度相差較大，曲線形態(tài)尤其是自然伽馬、長短源距伽馬伽馬、電阻率等幾條主要定性定厚參數(shù)幾乎沒有相似性，ZK6-1孔由于煤層相對(duì)較厚長源距呈箱型或多峰狀(煤組)結(jié)構(gòu)，曲線形態(tài)完整，而ZK6-2長源距多呈現(xiàn)為單峰狀或齒峰狀結(jié)構(gòu)，2孔煤層曲線形態(tài)對(duì)比無法找到相似點(diǎn)。另外由于本區(qū)地層傾角較大，2孔之間地層沉積厚度、沉積深度都相差很大，難以判定是否是同一煤層或煤組，所以無法進(jìn)行煤層對(duì)比。

由于ZK6-1、ZK6-2兩孔在同一勘探線上，建議ZK6-1的174.89～187.63 m和ZK6-2的658.97～665.19 m，ZK6-1的220.71～229.28 m和ZK6-2的710.99～720.40 m的2層或組大煤層層段進(jìn)行煤質(zhì)化驗(yàn)，并上地質(zhì)圖連線對(duì)比，以確定是否是同一煤層或煤組，僅供參考。具體曲線形態(tài)如圖4所示。

圖4 不同位置處鉆孔煤層曲線

根據(jù)項(xiàng)目組提供的地質(zhì)資料數(shù)據(jù)測(cè)井方做了地球物理測(cè)井煤層對(duì)比圖，但從對(duì)比圖上分析仍然無法準(zhǔn)確判定煤層是否是同一煤層，所以煤層對(duì)比圖僅供參考。

4.2 標(biāo)志層的對(duì)比

通過烏臘德地區(qū)煤炭預(yù)查4個(gè)見煤孔的測(cè)井曲線對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)該區(qū)4個(gè)見煤孔的煤層上部頂板巖層和下部底板巖層，基本都是砂巖泥巖互層結(jié)構(gòu)，說明當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境變化很快，無法形成較厚的沉積層，基本沒有相似的固定巖層段，從而無法確定標(biāo)志層，建議從地質(zhì)對(duì)比圖上進(jìn)行進(jìn)一步的對(duì)比，是否可以找到地質(zhì)上認(rèn)可的標(biāo)志層。

4.3 煤層密度成果質(zhì)量分析與對(duì)比

烏臘德煤炭預(yù)查區(qū)對(duì)地質(zhì)采樣化驗(yàn)室資料進(jìn)行了對(duì)比統(tǒng)計(jì)及分析工作，在地質(zhì)采樣分析確定為煤的層段，利用軟件對(duì)相應(yīng)的深度進(jìn)行密度值的讀取，得到的密度值與化驗(yàn)室分析結(jié)果的視密度值進(jìn)行誤差的比較，對(duì)烏臘德煤炭預(yù)查區(qū)所得到的6個(gè)相差值進(jìn)行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

由于烏臘德地區(qū)煤炭預(yù)查煤質(zhì)化驗(yàn)送樣比較少，受客觀條件所限，只對(duì)6個(gè)樣品進(jìn)行了對(duì)比，對(duì)分析的6個(gè)數(shù)據(jù)誤差進(jìn)行區(qū)間分段統(tǒng)計(jì)(表4)，從表4可以看出，誤差為0的數(shù)據(jù)有0個(gè)，占所有樣本數(shù)的0.00%，而誤差小于0.05的數(shù)據(jù)有3個(gè)，占所有樣本數(shù)的50.00%；從總體數(shù)據(jù)來看，誤差小于0.10的樣本數(shù)總共有5個(gè)，占所有樣本數(shù)的83.33%，83.33%的誤差是小于0.10的。由此可見，測(cè)井工作中對(duì)煤層密度的計(jì)算還是準(zhǔn)確的，通過密度這個(gè)參數(shù)來確定煤層是一種非常準(zhǔn)確有效的手段。

表4 烏臘德煤炭預(yù)查2013—2016年視密度參數(shù)誤差統(tǒng)計(jì)

另外通過測(cè)井曲線綜合分析該區(qū)個(gè)別存在一些灰分較大的煤層，這些煤層在物性反映上均鑒于煤層和炭質(zhì)泥巖之間，比如自然伽馬要略高于煤層但低于炭質(zhì)泥巖說明其泥質(zhì)含量稍大灰分稍高，伽馬伽馬鑒于煤和炭質(zhì)泥巖之間說明其密度值少高于煤層而低于炭質(zhì)泥巖一般在1.65，通過綜合分析其所含成分，把其定為高灰分煤(圖5)。

圖5 ZK6-2號(hào)鉆孔煤、高灰煤和炭質(zhì)泥巖曲線特征對(duì)比

4.4 工程測(cè)井

此次井田勘探施工的9個(gè)鉆孔全部為簡(jiǎn)易測(cè)溫鉆孔。簡(jiǎn)易測(cè)溫采用連續(xù)法進(jìn)行測(cè)量，完全按照《煤田地球物理測(cè)井規(guī)范》(DZ/T 0080—2010)中相關(guān)條款的要求進(jìn)行測(cè)量，精度符合地質(zhì)設(shè)計(jì)要求。測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)見表5。

表5 烏臘德地區(qū)煤炭預(yù)查2013—2016年度測(cè)溫成果

此次9個(gè)鉆孔的測(cè)溫資料，地溫梯度平均值均不高于3 ℃，不存在熱危害地層。

4.5 其他有益礦床

根據(jù)《規(guī)范》的要求，凡“自然伽馬的異常值達(dá)7.17 pA/kg，其厚度大于0.7 m以上的巖層；異常層的厚度雖小于0.7 m，但異常值與厚度的乘積大于5 pA/(kg·m)的層位；可采煤層中的自然伽馬的異常值超過4.3 pA/kg的煤層，要解釋出其深度、厚度和最大值”。此次預(yù)查，共施測(cè)9個(gè)鉆孔，其中ZK4-2孔在342 m和373 m處出現(xiàn)2處放射性突然增大的情況，但經(jīng)過對(duì)比計(jì)算2處均未達(dá)到規(guī)范規(guī)定值不屬于放射性異常層位。

5 結(jié)語

此次地球物理測(cè)井工作嚴(yán)格執(zhí)行《煤炭地球物理測(cè)井規(guī)范》(DZ/T 0080—2010)及《煤田勘探鉆孔工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(MT/T 1042—2007)等相關(guān)規(guī)范的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)井過程科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)，測(cè)井工作整體質(zhì)量較好，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠；測(cè)井儀器設(shè)備配備完善，方法參數(shù)選定合適，儀器的測(cè)試及標(biāo)定工作良好；測(cè)井資料的處理過程科學(xué)合理，解釋原則定性準(zhǔn)確、定厚精確度較高，測(cè)井質(zhì)量可靠。