煤田地球物理測井曲線對(duì)比研究

煤田地球物理測井曲線對(duì)比研究

地球物理勘探是利用煤層在地球物理特征上的差異來實(shí)現(xiàn)的。它的具體功能在能耗因子（ep）、密度（den）、自然輻射（gr）和自然電位（sp）之間是不同的。間接地從一些測量參數(shù)中獲得地層信息。煤田測井的重要任務(wù)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(duì)比可靠的基礎(chǔ)上,才能提供可靠的勘探區(qū)的數(shù)據(jù),正確編制出各種地質(zhì)圖件,避免產(chǎn)生錯(cuò)誤的評(píng)價(jià),提交符合實(shí)際情況的地質(zhì)報(bào)告。前人已研究了測井與鉆探巖芯資料相結(jié)合的具體方法,也探討了標(biāo)志層法識(shí)別煤層的原則。在一些山區(qū)煤田,由于斷裂和破碎帶發(fā)育,鉆井泥漿漏失嚴(yán)重,干孔內(nèi)三側(cè)向和聲波時(shí)差曲線均無法測量,這給煤巖層識(shí)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(duì)福建鳳山井田煤巖層進(jìn)行定性與定厚解釋,為勘查區(qū)煤層的對(duì)比及資源量估算提供了較充分依據(jù)。1保水開采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造及含煤地層福建鳳山井田位于戴云山脈南麓,區(qū)域構(gòu)造位置屬閩西南坳陷帶東北部,廣豐—龍巖復(fù)式向斜中部東翼,太華—長塔復(fù)式背斜南段西翼,發(fā)育次級(jí)向、背斜褶曲。受區(qū)內(nèi)一級(jí)構(gòu)造北東向政和—大埔斷裂帶和區(qū)內(nèi)二級(jí)構(gòu)造北西向永安—晉江斷裂帶的控制,次級(jí)斷裂構(gòu)造中等發(fā)育。區(qū)內(nèi)地層從侏羅系上統(tǒng)南園組(J3n)至石炭系下統(tǒng)林地組(C1l)均有出露,受燕山造山運(yùn)動(dòng)及斷裂構(gòu)造的影響和控制部分地層缺失,現(xiàn)存地層由老到新有石炭系下統(tǒng)林地組(C1l)、二疊系下統(tǒng)文筆山組(P1w)、童子巖組(P1t)、二疊系上統(tǒng)翠屏山組(P2cp)和三疊系下統(tǒng)溪口組(T1x)、侏羅系上統(tǒng)長林組(J3c)和南園組(J3n),其中童子巖組是本區(qū)域主要含煤地層。該井田均為高變質(zhì)無煙煤,具有導(dǎo)電性能好、低密度、低放射性的特點(diǎn),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(shí)差大的特征,這是測井曲線精細(xì)解釋的基礎(chǔ)。2煤-巖-巖地層格架根據(jù)測井規(guī)范要求,煤層的定性必須有3種以上的物性參數(shù)反映,該井田煤層變質(zhì)程度高,地層亦因熱接觸變質(zhì)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煤的地質(zhì)特征定性解釋就是不作定量計(jì)算,也不涉及層位問題,而是著眼于曲線反映,根據(jù)曲線的異常特征分析研究鉆孔剖面,定性地判斷煤層、區(qū)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(jù)。煤巖層定性解釋在深度比例尺為1∶200的測井曲線上進(jìn)行。參與定性解釋的曲線主要有三側(cè)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(shù)曲線。利用煤巖層各自的參數(shù)曲線特征并結(jié)合鉆探取芯對(duì)鉆孔剖面進(jìn)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(zhì)為無煙煤,為簡單結(jié)構(gòu)。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(zhǔn)確地劃分無煙煤煤層,見圖1。炭質(zhì)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(zhì)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(zhì)含量較多,負(fù)異常不如煤層明顯,易與煤層區(qū)分,見圖2。粉砂巖、細(xì)砂巖、礫巖則隨著巖石顆粒粒徑變大泥質(zhì)含量減少,密度曲線幅值逐漸升高,且形態(tài)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(shí)既考慮到曲線幅值變化的規(guī)律,也參考鉆探取芯結(jié)果。灰?guī)r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煤的解釋點(diǎn)點(diǎn)火定厚解釋的方法是先定性后定厚解釋,再根據(jù)鉆探和測井解釋成果對(duì)比采用合理的解釋點(diǎn),而解釋點(diǎn)即采用分離點(diǎn)(拐點(diǎn))分層,然后各參數(shù)曲線按各自的解釋原則獨(dú)立解釋,最后取其算術(shù)平均值(深度和厚度)作為解釋成果,其可作為煤巖層對(duì)比及劃分的依據(jù)。解釋原則主要根據(jù)煤炭地球物理測井規(guī)范(DZ/T0080-2010)。2.2.1分層定厚解釋點(diǎn)選擇煤層的定厚解釋工作在1∶50放大曲線上進(jìn)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(cè)向電流3種參數(shù)曲線,見圖3。(1)伽馬-伽馬曲線。對(duì)于長源距伽馬-伽馬曲線,當(dāng)煤層厚度小于或等于源距L(0.35m)時(shí),分層定厚解釋點(diǎn)選擇在曲線幅值的2/3處;當(dāng)煤層厚度大于源距L(0.35m)時(shí)分層定厚解釋點(diǎn)選擇在曲線幅值的1/3處;對(duì)于短源距伽馬-伽馬曲線,分層定厚解釋點(diǎn)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(diǎn)選擇在曲線幅值的1/2處。(3)三側(cè)向電流(GC)曲線。分層定厚解釋點(diǎn)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(diǎn)處(曲線突變區(qū)),但同時(shí)要結(jié)合鉆探資料進(jìn)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(qiáng)。同時(shí),煤層定厚解釋選擇上述3種參數(shù)曲線中的界面反映較好的兩種參數(shù)曲線按各自獨(dú)立的解釋原則進(jìn)行解釋,取兩種參數(shù)曲線解釋成果(深度、厚度)的算術(shù)平均值作為確定值。2.2.2分層定厚解釋點(diǎn)識(shí)別巖層定厚解釋工作在1∶200的密度、自然伽馬和聲波時(shí)差曲線上進(jìn)行,其對(duì)巖性變化較大的情況反映靈敏,分層定厚解釋點(diǎn)分別為:(1)密度曲線(DEN):分層定厚解釋點(diǎn)選擇在曲線由緩變陡的拐點(diǎn)處。(2)自然伽馬曲線(GR):分層定厚解釋點(diǎn)選擇在曲線幅值的1/2處。(3)聲波時(shí)差曲線(AC):分層定厚解釋點(diǎn)為曲線幅值的1/2處。對(duì)于巖層來說,在自然伽馬曲線上呈現(xiàn)較低值,但泥巖、砂巖類曲線異常差異特征表現(xiàn)較為明顯,易于區(qū)別。在密度曲線上異常拐點(diǎn)值突變明顯,尤其在砂巖類曲線上呈現(xiàn)出一種漸變關(guān)系。而在聲波時(shí)差曲線上,砂巖顯示為低時(shí)差異常響應(yīng),泥巖則為高時(shí)差特征,但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)周波跳躍現(xiàn)象。巖層定厚解釋也是選擇上述3種參數(shù)曲線中的界面反映較好的兩種參數(shù)曲線按各自獨(dú)立的解釋原則進(jìn)行解釋,并取其中兩種參數(shù)曲線解釋成果的算術(shù)平均值作為確定值。3穩(wěn)定的標(biāo)志層及特殊巖性的層位測井曲線對(duì)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(duì)比采用曲線特征及組合形態(tài)對(duì)比為主,同時(shí)參考曲線幅值、層厚、層間距的特征規(guī)律,并結(jié)合地質(zhì)資料的方式進(jìn)行。在形態(tài)對(duì)比時(shí)既考慮煤巖層在不同曲線上自身的形態(tài)特征,又注意研究煤巖層在不同曲線上的組合特征及其規(guī)律。但煤巖層的綜合對(duì)比與分析還需建立在主要標(biāo)志層的判斷、劃分和比較上,標(biāo)志層在一個(gè)煤田內(nèi)一種參數(shù)或幾種參數(shù)曲線異常形態(tài)特征具有標(biāo)志特征顯著、分布廣泛、易于識(shí)別、相似性明顯和比較穩(wěn)定的特點(diǎn)。標(biāo)志層有可能出現(xiàn)的部位是煤層及其直接頂?shù)装寤蚓嗝簩右欢ň嚯x的其他巖層。經(jīng)仔細(xì)研究,研究區(qū)大致確定了曲線異常特征相對(duì)穩(wěn)定的標(biāo)志層兩層。(1)標(biāo)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(biāo)志在多個(gè)鉆孔存在,圖4為ZK7303號(hào)鉆孔該標(biāo)志層的曲線反映。該標(biāo)志可作為確定37#煤層與38#煤層的標(biāo)志。(2)標(biāo)志層二:在煤系地層結(jié)束時(shí),在自然伽馬曲線和伽馬-伽馬曲線有一極低負(fù)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(hào)鉆孔該標(biāo)志層的曲線反映。該標(biāo)志在多個(gè)鉆孔存在,可作為確定煤系地層結(jié)束的曲線對(duì)比標(biāo)志。以上兩個(gè)標(biāo)志層在整個(gè)井田中較為穩(wěn)定,具有較高的可靠性,根據(jù)這些標(biāo)志層基本能夠區(qū)分出勘探區(qū)內(nèi)主采煤層。對(duì)于單孔的測井曲線解釋,只能了解一個(gè)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(nèi),同一時(shí)代及相似沉積環(huán)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(shí)代的地層,其沉積特征的變化和地層的組合關(guān)系具有一定的規(guī)律,并在巖性上表現(xiàn)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(tài)、組合方式上有一定的規(guī)律,以及某些特殊物性標(biāo)志層的出現(xiàn),這些特征在全區(qū)范圍內(nèi)存在并可追蹤。為了解整個(gè)井田的地下地質(zhì)條件,對(duì)勘探區(qū)的各個(gè)鉆孔測井曲線進(jìn)行綜合分析,由點(diǎn)到線、由線到面研究和掌握全區(qū)各煤巖層的聯(lián)系和分布規(guī)律。圖6為鳳山井田童子巖組第1段煤巖層測井曲線對(duì)比圖,根據(jù)標(biāo)志層一基本可以區(qū)分37#和38#煤層(見圖4),標(biāo)志層二可確定煤系地層結(jié)束的位置(見圖5)。標(biāo)志層一和標(biāo)志層二在整個(gè)井田范圍內(nèi)具有良好的可比性和穩(wěn)定性,其對(duì)應(yīng)的放射性異常也較為明顯(見圖6)。因此,通過標(biāo)志層對(duì)比劃分來達(dá)到煤巖層的綜合判定,找出井田內(nèi)各鉆孔物性異常差異特征相似的層位,在此基礎(chǔ)上進(jìn)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(duì)比基本能夠掌握全區(qū)煤層的分布規(guī)律、煤層的層位、厚度、結(jié)構(gòu)和煤質(zhì)的變化及標(biāo)志層的發(fā)育和變化情況。此外,利用測井曲線進(jìn)行地層對(duì)比還可驗(yàn)證和提高測井解釋工作的質(zhì)量,避免由于層位判斷不準(zhǔn)產(chǎn)生的解釋錯(cuò)誤。4地層資料及測井分析鳳山井田地層破碎,大部分鉆孔全孔漏水,未獲得電性和聲速曲線,煤巖層的定性、定厚只能采用人工放射性和天然放射性曲線,并輔以密度曲線。通過對(duì)該區(qū)地質(zhì)和地球物理測井資料的分析,