桃園礦Ⅱ區鉆井綜合測井資料解釋與應用

王珂琰 程錦亮 馬安麗

摘要：煤田測井技術是地質勘探開采的主要技術，測井工作者利用現場測井技術與對測井曲線的綜合分析，能夠準確地判別出煤層的相對位置和層厚，結合實際地質資料可以探明地質構造情況，有利于對煤田資源的合理開采。本文對桃園礦Ⅱ區鉆井進行綜合測井解釋，簡述煤田測井技術在勘探開采中的應用。

關鍵詞：煤田測井；判別煤層；安徽省宿州市；桃園煤礦

1.礦井概括與地質特征

1.1礦井概括

桃園煤礦位于安徽省宿州市南部，交通便利，礦區位于淮北平原中部，地勢平坦，沒有大江大河，有縱橫的農業溝渠；礦區自然村落眾多，人口密集，地表水豐富，氣候變化明顯，氣候溫和，多年最高洪水位+24.5m，對礦坑及礦井建設影響不大。

1.2地質特征

礦井內上部皆覆蓋較厚的松散層，無露頭基巖。經鉆孔取芯分析，地層由老至新分為奧陶系、石炭系、二疊系、第三系和第四系，含煤地層為二疊系和灰巖。石炭系探明太原組層位含煤地層為6～8層，有2～3層個別點具有可采厚度，但無開采價值。二疊系含煤地層較多，包括下統山西組、上統上石盒子組以及下石盒子組。含煤地層厚度約為925m，經劃分包括1、2、4、5、6、7、8、9、10、11等煤組。不同地層的煤系地層特征不同，是分析煤層層位的主要指標之一，而各區間特征如表1所示：

桃源礦構造簡單，具有少量寬緩褶皺，未發育斷層，大中型斷層較少。它位于宿南向斜西翼北部，宿南向斜是一個較寬緩不完全的向斜，東翼由于一組逆斷層的影響，向斜的整體完整性受到破壞。礦井總體走向為南北向，地層傾角大，南向平緩，北向陡峭，整體傾角為20°～30°，地層傾角變化規律明顯。

因礦井傾角大，地層陡的特性，在實際鉆探的過程中不可避免的傾角偏大。所以要結合煤田測井技術，對鉆井井斜進行實時監控，控制井斜的發展趨勢在規定范圍內。

2.煤田測井技術

測井技術的水平直接關系到煤層的開采質量和開采率，測井技術以其準確性、連續性和低成本的特點，在煤田地質勘探和煤礦生產中得到了廣泛應用。隨著數字處理技術的應用，測井信息不僅可以用于對煤巖地層進行分類，而且可以定量地提供含煤地層的詳細數據。

本隊現場主要采用PSCJ-3數字測井采集軟件、PSJ-2數學采集記錄儀，通過四合一探測管和密度探測管等探測管得到常規九條測井曲線，分別為：三側向電阻率、天然放射性、人工放射性、井徑、電位和聲波等，來契合對桃園礦項目鉆井現場測井的實際要求[3]。

2.1測井儀器

煤田測井的主要工作原理是利用特殊儀器設備采集地下巖層的物理特征（如：巖石導電性、自然放射性、天然放射性、密度等）。本隊采用的PSCJ-2數學測井系統（如圖1所示），該系統采用合理的軟硬件配置，可控制數字、模擬類型的20多種井下檢測管。該工具是測井系統的一種車載組合工具，具有測井記錄儀、放射性測井面板、電測井儀、聲波面板、井深顯示、三側測井面板等功能。該數字測井系統由操縱臺、打印機、上位機、絞車和井下探管組成，其操縱臺主要有控制電路板及其各種組合控制開關組成。

該儀器采用16位單片機8090進行采集和控制，曲線可由打印機繪制。計算機可將采集到的數據存入儀器存儲器，將RS-232通道端口讀入計算機磁盤，將數據上傳至上位機，現場直接回放曲線，曲線可以從淺到深或從深到淺的任何比例回放。最后，將數據導入移動存儲器中，便于進行室內回放和數據處理，形成一套完整的數字測井系統。為避免野外環境惡劣，導致計算機工作不正常，影響日志記錄的正常進行，也可以直接在現場采集、觀察、加工和打印曲線。

2.2操作流程

隨著測井技術的不斷發展，現有應用領域不斷擴大；目前，可完成對整個井眼巖性解釋。通過密度、視電阻率和聲波時差曲線，可以算出煤巖地層的彈性模量、強度指標、泊松比等力學參數，進而判別煤層頂板和底板的穩定性；通過井徑曲線和井斜數據，可以分析鉆井現場條件，判別煤巖地層的井徑改變和空間相對層位，指引井眼閉合等作用[3]；通過測井曲線的對比，找出曲線的典型物性標志，從而確定鉆孔內煤層和斷層；也可以利用測井資料預測井間煤層厚度等地質問題。如圖2所示，為現場測井結構圖。

對桃園礦的測井要求：

（1）鉆孔鉆進至基巖界面和終孔后分別進行地球物理測井；（2）全孔原始曲線的數字化采取1∶200曲線圖，煤層采取1∶50曲線圖；（3）測井資料均應進行全孔地質解釋，煤層及夾矸的解釋必須有四種定性、定厚物性參數，各物性參數方法（包括密度、視電阻率、自然伽馬、伽馬伽馬、自然電位、聲速、孔斜、井徑等），應按各自的解釋原則解釋，確定成果采用各解釋成果的平均值；（4）通過鉆探取芯和測井資料的對比分析研究，解釋斷層斷點位置，破碎帶的厚度，斷層性質及落差。

2.3測井資料的應用

測井資料的應用本文主要介紹三個方面，分別為地層評價、地質應用、鉆井工程方面的應用。其中，地層評價是通過巖性分析判別地層界面；推算巖石及礦物組成，繪圖巖性剖面。地質應用是探索地層結構、沉積相和斷層；利用測井資料能繪制鉆孔地質綜合柱狀剖面圖，地層相關性對比，巖心定位。鉆探工程方向的應用是估算平均井徑和固井水泥用量大小；判斷井眼的傾角、幾何形態和方位；判斷水泥回流高度和下套管的深度；估算巖石的破裂壓力梯度和地層孔隙流體壓力等[4]。

我隊測井解釋采用DLW，DZW，DFW，HGG，HG及聲速等參數作為常規測井方法，利用DLW，HGG和HG的1∶50曲線進行了煤層解釋。

利用測井資料劃分巖性的基本原理是根據各個巖性在常規測井曲線中的響應特征差異性，結合多條測井曲線的響應特征可劃分出巖性。其中，泥巖的DLW和DFW曲線是振幅相近的低異常；但當顆粒不均勻、地層水礦化度低或含有硅質和碳質時，電阻率增大。泥巖密度小，在HGG曲線上表現出較高的異常值，由于泥巖中放射性物質含量高，HG曲線呈高振幅。粉砂巖各曲線異常幅度介于砂巖與泥巖之間，在DLW曲線上石英砂巖和細砂巖均表現為高異常幅度，其振幅也隨著膠結程度和泥質含量的變化而改變，HGG和HG曲線表現出低異常幅度。泥質灰巖和含泥灰巖的DLW曲線一般具有較高的異常特征，含泥質增多時，電阻率下降，且HGG和HG曲線均呈低幅值；伴隨泥漿含量的增添，電阻率減少，HGG和HG曲線呈低振幅，異常值隨泥質含量的增加而增大。而不同的煤層結構、含灰量和構造壓縮程度，煤層的物性特征是不同的。對于灰分低、結構單一的煤層，DLW曲線有一定幅度，DZW曲線整體變化較為平緩，HG曲線峰值異常，HG曲線低，異常值明顯[6]。

3.應用效果分析

3.1解釋軟件

我隊通過LogDraw軟件處理和解釋測井資料，測井解釋人員在限定時間內提交煤層測井解釋成果表、巖性剖面測井解釋成果表、各煤層定性及定厚解釋圖等紙質和電子資料。

LogDraw是一款基于個人計算機和windows對煤田測井和其他固體礦物測井數據處理程序，該系統具有較強的單孔測井數據處理能力。LogDraw的基本功能包括測井數據庫管理、原始數據讀取、結果數據導出、曲線計算、校正與標定、插值與濾波、巖性分析、煤質分析等。程序設置了多種“模板”，同時加上豐富的可方便設置的“選項”，使用戶能夠設置程序的所有參數，提升了系統的可擴展性和便利性。而且最重要的是，在軟件中可以實現獲得MAPGIS和CAD圖形文件，讓使用者能夠將測井結果輸入到其他地質圖中，以實現對礦井地質和煤田地質的需求[1]。

3.2對煤田的解釋原則

在不同的鉆探井中，全面分析和比較不同的曲線異常特征屬性和物理參數數據，同時與地質和鉆井資料相結合，得出的結論要符合現實，且準確地得出地質變化特征，從而對煤層和圍巖進行劃入區分。此外，測井資料解釋人員還必須了解不同含煤煤層的分布情況和局部含煤地層的地質構造特征概況。

煤巖地層的定性解釋是基于三側向電阻率、自然電位、電阻率電位、側向電流、密度、聲波時差、自然伽馬五種物理參數的八種曲線異常幅度、形態特征、屬性值的差別，對其進行定性解釋，在測井解釋軟件中，通過采取屏幕人工分層法進行綜合測井解釋，用來劃分煤層和不同巖性地層和地層組，從而實現對全孔地質剖面解釋[5]。

煤層的定厚解釋，是基于定性解釋的原理，利用表中物性參數方法曲線，根據各自的解釋原理確定煤層厚度和構造。其中要選取物性差異大、異常明顯的兩條（或兩條以上）參數曲線，用來確定煤層深度、厚度和構造，并且將解釋結果作為所選參數值的平均值[6]。

3.3實例分析

煤層劃分的測井曲線主要通過自然伽馬、自然電位、密度、側向、聲波、電流、接地電阻率等，其測井響應特征利用密度低、聲波時差大、中子孔隙度高、自然伽馬低、自然電位有異常、電阻率高等。煤層界面的劃分遵從當巖層厚度較大時，根據測井曲線上的半幅點來劃分巖層的界面；當巖層厚度較小時，根據曲線的2/3幅值點判別巖層界面。

如圖3所示，為桃園礦Ⅱ地區某段井的測井解釋成果圖。從圖中可以明顯看到，在井深355.88m～357.05m段，視電阻率明顯正異常、顯著增高，密度負異常、顯著減小，自然伽馬負異常，聲波時差大等測井曲線響應特征，由此判斷為煤層。而進一步劃分煤種可以根據曲線特征值來判斷。

4.結語

隨著對測井工作的開展，可以有效地滿足對桃園礦水文井的勘探工作，為進一步的煤層開采提供直觀地指導價值。在煤田地球物理測井中，通過使用有意義的力學物理參數和測井方法，既可以對煤、巖層進行直觀和準確地定性定厚解釋[2]，實現對煤層開采計劃有指導性作用。

不過現有測井信息還沒有完全利用，由于測量技術條件的改變、方法探測原理和縱向分辨率的不同，再加上人為因素的影響，今后可通過進一步擴展地質應用范圍，提高定量解釋精度、資料處理和解釋水平，向石油測井技術看齊，實現數字化模式化勘探，使煤田測井真正從定性過渡到定量。

參考文獻：

[1]黃作華.煤田測井方法與數字處理[M].北京：煤炭工業出版社， 1982.

[2]廖莉萍，郭振春等；貴州煤炭資源及電煤地質勘查工作建議[J].貴州地質， 2004， 21（4）： 262.

[3]段鐵梁.中國煤田測井技術發展歷程及前景展望[J].中國煤炭地質， 2003， 15（006）： 65-67.

[4]王慎中.物探資料綜合解釋[M].北京：石油工業出版社， 1994.

[5]張應文，王亮等；煤田測井中煤層的定性及定厚解釋技術應用[J].物探與化探， 2008， 32（1）： 49.

[6]Yin Z A ， Wen L X ， Hua D S . Application of logging constrained inversion to the 3-D seismic lithological exploration in coalfield[J]. Progress in Geophysics ， 2004.