测井曲线在地层划分中的应用

李宇刚，高 雪

(陕西省一三一煤田地质有限公司，陕西 韩城 715400)

0 引言

小壕兔井田为隐伏形煤田，地表多为风积沙、萨拉乌苏组湖积层、保德组黏土所覆盖。区内地层岩性单一，水文地质工程条件简单。经以往地质勘查，井田内煤系地层埋深基本在380 m以下，各组段地层物性条件好、测井曲线反映明显。井田内地层产状近水平，无断裂和褶皱构造。本文就测井曲线在小壕兔井田地层划分中的实际应用进行探讨。

1 测井仪器

1.1 仪器设备

我公司测井使用仪器为北京中地英捷物探仪器研究所生产的PSJ-2型数字测井系统。测井系统采用Visual C++编程，能够将井下各探管测量的地层数据及时准确地反馈到地面采集仪，通过电脑同步显示钻孔煤、岩数据曲线，具有精度高、分辨率高、数据传输稳定、采集多种物性参数、操作简单等优点，并及时进行数据接收、曲线显示、打印及现场数据的回放，保证现场初步解释的顺利完成。本区测井工作使用的主要仪器设备清单见表1。

表1 测井主要仪器设备一览

表中所有仪器在使用前均进行了全面系统的检查，并按《煤田地球物理测井规范》(DZ/T 0080—2010)和《煤层气测井作业规程》(Q-CUCBM-0401-2002)中的技术参数要求进行了调试、校验和标定，所有仪器的各项技术指标均达到规定的技术要求，保证全区测井工作所获取的测井数据准确、可靠。

1.2 参数的选择

根据本区地质任务要求，最终确定本区测井的主要测井参数为：侧向电阻率、自然电位、自然伽玛、人工放射性、井径、井斜等，另外对部分钻孔进行声速测井、简易测温、水文盐化测井，具体测井任务选择的参数如下。

常规测井：人工伽玛(长源距GGFR、短源距GGNR)、自然伽玛(NGO1)、侧向电阻率(GR01)、视电阻率(RS01)、自然电位(SLFP)等。

工程测井：声速(单收时差SON1)、井斜(顶角、方位角)、井温、井径等。

水文测井：井液电阻率。

测井曲线的形态特征如下。

1.2.1 人工伽玛曲线的形态特征

由于煤层和岩层之间密度差异较大，使人工伽玛(长、短源距伽玛曲线)，在煤岩层位置的幅值有较大差异，煤层在长、短源距伽玛曲线上反映较为明显，而岩层的不同岩性，由于密度差异不是很大，故曲线幅值变化较为平缓，起伏波动较小，只能对砂岩类及泥岩类进行大致划分。长、短源距伽玛曲线是煤层定性、定厚的主要曲线。

1.2.2 自然伽玛曲线的形态特征

自然伽玛在煤层位置反映幅值很小，所以煤层在自然伽玛曲线上能以明显的低幅值异常与围岩区分开，而岩层不同岩性的自然伽玛强度值主要取决于岩层中的泥质含量，从粗粒砂岩到泥岩是随泥质含量的增加其自然伽玛强度值也相应的增大。故自然伽玛曲线亦是划分煤、岩层的主要定性、定厚曲线之一。

1.2.3 电阻率曲线的形态特征

煤岩层的电阻率值差异较大，煤层顶、底板多为砂质泥岩或粉砂岩类，煤层高阻值异常明显，有利于解释划分煤层。在不同岩性之间，随着粒度由粗变细，其电阻率值由大到小呈有规律的变化。电阻率曲线是煤、岩层重要的定性、定厚曲线之一。

1.2.4 声波单收时差曲线的形态特征

煤与多数围岩存在着速度差异，所以可以利用声波单收时差曲线将煤从围岩中划分出来。

1.2.5 自然电位曲线的形态特征

煤层和中、粗粒砂岩在自然电位曲线上一般为负异常反映，在细粒、粉砂岩、泥岩层段其值接近零值，所以自然电位仅作为煤层的定性曲线。

1.3 测井处理软件

测井处理软件使用的是北京中地英捷物探仪器研究所研发的“ZDWT固体矿产测井数据处理解释系统”。该系统是一个基于WINDOWS操作系统下使用先进的编程工具Microsoft Visual C++开发的适用于煤田和其它固体矿产测井数据的综合处理软件。该软件集测井数据库管理、原始数据读入、成果数据导出、曲线计算、校正与刻度、插值与滤波、煤质分析、屏幕编辑与解释、成果输出等测井常规处理于一体的拥有自主知识版权的固体矿产测井数据处理系统。

2 实际应用

2.1 煤层解释

煤层的定性、定厚解释是煤田测井的最主要目的，在常规所测的5种参数曲线，即人工伽玛、自然伽玛、电阻率、声速时差及自然电位在煤、岩层位置均有较明显的异常反应，特别是人工伽玛、自然伽玛和侧向电阻率曲线在煤层上反应规律性强，异常特征十分明显，可有效确定煤层。

2.1.1 煤层定性解释

煤层物性为高人工伽玛、高侧向电阻率、低自然伽玛，自然电位为负异常、声速时差曲线为高异常的物性反映，煤层与围岩物性差异显著，特征明显、界面清晰。煤层的夹矸在侧向电阻率曲线，短源距曲线上表现较明显，依据这些物性特征可以对煤层作出可靠的定性解释,如图1所示。

图1 煤层测井曲线形态Fig.1 Logging curve form of coal seam

2.1.2 煤层定厚划分

煤层与顶底板岩性在密度、自然伽玛、侧向电阻率及声波时差曲线上都有较大区别。通过全区多个勘探线曲线对比，得出以下规律。

本区煤层为高电阻值，阻值为300～800 Ω·M，电阻率曲线均以突出的高异常反映，与围岩有很大区别。厚煤层更为突出，薄煤层受井液电阻率及低阻围岩影响，但在曲线上均有较明显的异常；煤层均为低密度，密度值为1.18～1.48 g/cm3之间，人工伽玛测井曲线在煤层均以明显高幅值反映，一般为3 000～5 000 CPS，薄煤层受围岩影响，但幅值仍高于围岩值，幅值较大；煤层的自然放射性含量很弱，一般在2～25 API，自然伽玛曲线以明显的低幅值反映；煤层在自然电位曲线上，一般为负异常反映；煤层的声波速度低，声波时差为420～500 μs/m，在声波时差曲线上以较高异常反映。

通过煤层的物理特征，初步确定解释原则，然后再结合地质编录煤层的数据进行参照对比，最终确定煤层解释原则的工作方法，确定煤层解释划分的原则见表2。

表2 煤层定厚划分原则

2.2 岩层解释

本区地层稳定，岩层物性特征明显，岩层主要以粗粒砂岩、中粒砂岩、细粒砂岩、粉砂岩、砂质泥岩及泥岩组成。

砂岩的电阻率为中高值反映，粗粒砂岩及中粒砂岩为最高，细粒砂岩居中，粉砂岩、砂质泥岩及泥岩为低阻反映；自然电位曲线对砂岩及泥岩反映较为平稳，粗粒、中粒砂岩自然电位曲线以较大的负异常反映，细粒砂岩反映幅值小，粉砂岩及泥岩的自然电位接近于零电位；自然伽玛曲线在粗、中、细粒砂岩以低值反映，细粒砂岩及粉砂岩均以中幅值反映，泥岩及砂质泥岩以高幅值反映。随着泥质增高，天然放射性物质的含量增大，曲线幅值随着含泥量增多而增高；声速曲线上，粗、中粒砂岩声波传播速度快，声波时差曲线幅值小，粉砂岩及泥岩声波速度低，声波时差曲线幅值较大。测井曲线反映如图2所示。主要岩层参数响应见表3。

图2 各地层测井曲线形态Fig.2 Logging curve form of each formation

表3 主要岩层物性参数测井响应值统计

根据本区地层的物性变化规律和不同岩性各参数曲线的反映特征，以侧向电阻率和自然伽玛为主，辅以自然电位、声波时差曲线进行岩层解释划分，初步划分出钻孔地层岩性剖面，然后与钻探柱状及地质编录的岩层资料进行详细对比，标注出两者的差异岩层，对照钻探采取的岩芯进行现场共同判定，统一差异岩层的岩性，对解释的岩性剖面进行修改补充，完成岩性的剖面解释工作，确定岩性剖面解释划分原则见表4。

表4 岩性剖面划分原则

2.3 水文测井

水文扩散法测井要求钻孔不能是泥浆孔，必须是清水孔，否则测出的井液电阻率是不真实的，所有钻孔均在抽水试验结束后再进行盐化测井。

首先测一条清水井液电阻率数值，由于清水的导电性较差，因而电阻率值较高，然后在井液电阻率探管及下部电缆上系紧盐袋，对全孔进行盐化(盐化过程根据需要可重复多次)，这时井液电阻率与井液的盐浓度成反比，盐浓度越大，电阻率越小，盐浓度越低，电阻率越高，这时钻孔内井液电阻率较清水明显降低，根据情况可以调整盐浓度以适应盐化测井。

盐化后的井液，一则与地层水盐浓度发生扩散，再者，地层含水层会不断涌进钻孔，流向钻孔其他位置，所以出水含水层的井液盐浓度会不断下降，井液电阻率则不断增高。根据这个原理，利用测井液电阻率在不同时刻的电阻值，根据电阻值的变化就可以划分出含水层。曲线反映如图3所示。

图3 水文测井曲线形态Fig.3 Form of hydrological logging curve

利用盐化曲线划分含水层时，会受到很多因素影响，如清水矿化度较高，钻孔容易掉块，探管下不到孔底等不利因素，这时就需要参照测井的其他曲线，比如侧向电阻率，自然伽玛，自然电位及井温曲线等，并结合钻孔柱状和钻孔构造，对钻孔含水层进行综合定厚、定深，使资料更加准确可靠。具体如下：当抽水试验段钻孔单位涌水量大于0.01 L/s·m时，可认为该层段涌水量较大；当抽水试验段钻孔单位涌水量小于0.01 L/s·m时，该层可视为相对隔水层。水文测井严格按《水文测井工程规范》(DZ/T0181—1997)标准执行。水文测井要求准确确定抽水试验段含水层的深度、厚度及结构。

3 结语

地球物理测井在煤田勘探中应用广泛，技术相对较为成熟，可以准确划分地层，提供可靠的目的层及岩层、水文资料；测井曲线的解释利用一定要遵循科学、客观及求实的态度；尤其在前期需通过钻孔及地质、水文资料进行对比，确定该地区曲线反映形态，以确保资料准确及严谨，才能为煤田开发提供稳妥可靠的资料。