煤炭地質(zhì)勘探中的地球物理測井方法

薜松仁

（山西省煤炭地質(zhì)148勘查院，山西 太原 030053）

地球物理測井指在鉆孔中進行的各種地球物理勘探方法，是地球物理測量、研究各種物理場的變化，進而達(dá)到尋找礦產(chǎn)、研究基礎(chǔ)地質(zhì)為目的的一門學(xué)科。它在煤炭地質(zhì)勘探中有著廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)簡要介紹如下：

1 自然電位測井

在各種測井方法中，電法測井是最早發(fā)展起來的。電法測井理論探討的是不均勻介質(zhì)中的場與波。測井的發(fā)展促使科學(xué)家們將注意力轉(zhuǎn)到這方面。而我們知道，在煤田的勘探階段，現(xiàn)場地質(zhì)工作者的重要任務(wù)之一是劃分煤田鉆井的地質(zhì)剖面。這包括：確定井所穿過的各時代地層的層列順序、埋藏深度、地層厚度和巖石性質(zhì)；了解煤儲層的大體位置、巖性特征情況等。電法測井在解決這方面任務(wù)中起著重要的作用。在早期的電阻率測井中常發(fā)現(xiàn)，在供電電極不供電時，仍可在井內(nèi)測量到電位變化。經(jīng)研究表明，這個電位是在鉆開巖層時，在井壁附近產(chǎn)生一系列電化學(xué)活動的結(jié)果。為了與人為供電造成的人工電場相區(qū)別，故稱其為自然電場。自然電場的分布與巖性有密切關(guān)系，特別是在砂/泥巖剖面中能以明顯的曲線異常變化顯示出滲透性地層。因此，通過研究孔內(nèi)的自然電場中的電位變化即可反映井壁巖性，這種測井方法叫自然電位測井。它具有方法簡單、實用價值高等特點，是劃分巖性和研究儲集層性質(zhì)、求取測井參數(shù)以及其他地質(zhì)應(yīng)用不可缺少的基本方法。其在井內(nèi)觀測自然電位，并根據(jù)自然電位曲線來研究鉆孔地質(zhì)剖面。目前，自然電位曲線主要有3種用途：劃分滲透性地層、確定地層電阻率和估計泥質(zhì)含量。

2 普通電阻率法測井

電阻率法測井是根據(jù)巖石導(dǎo)電能力的差異，在鉆孔中研究巖層性質(zhì)和區(qū)分它們的方法。因為通常是用電阻率這個物理量來表示巖石的導(dǎo)電能力，所以這種方法就叫做電阻率法測井。幾十年來，在生產(chǎn)實踐和科學(xué)研究過程中，為了解決勘探中不斷出現(xiàn)的新問題，電阻率法測井也有了很大改變，出現(xiàn)了許多不同形式的電阻率法測井。電阻率法測井的主要任務(wù)是：根據(jù)電阻率曲線劃分巖層的厚度、定量確定巖層的電阻率。應(yīng)該指出的是，普通電阻率法測井是電阻率法測井中最基本和最原始的形式。它過去能解決的一些任務(wù)，現(xiàn)在已經(jīng)被新出現(xiàn)的、更為有效的方法所代替。但是，在劃分鉆井地質(zhì)剖面和作為判斷巖層電阻率的輔助手段時，它仍然被廣泛地采用，而且它的一些基本概念及分析問題的基本觀點，在說明一些新方法的原理時還要經(jīng)常用到，因此，有必要對其進行一定的了解。

以研究巖石導(dǎo)電能力為基礎(chǔ)的測井方法稱為電阻率測井。普通視電阻率測井只是這類測井方法中的一種，所以又稱之為視電阻率測井。這是因為這種方法測得的電阻率值同巖層的真實電阻率值還有一定的差別，它只是井下探測裝置周圍介質(zhì)電阻率的一種綜合影響結(jié)果。普通視電阻率測井法，是一種發(fā)展最早、應(yīng)用最廣，且井下裝置和測量技術(shù)都最為簡單的電阻率測井。它是利用一種稱為“電極系”的井下裝置，通過給井下供電，并測量電位差的辦法來進行視電阻率測定的。由于電極系處在井內(nèi)泥漿之中，顯然測量結(jié)果要受到井徑、井內(nèi)泥漿和上下圍巖電阻率等因素的影響。但如果適當(dāng)選取電極系的類型和長度，所測視電阻率數(shù)值則仍能較明顯地反映出井內(nèi)不同性質(zhì)巖層之間電阻率的相對變化。因此，這種方法在定性劃分鉆井地質(zhì)剖面上，一直起著重要的作用。

3 側(cè)向測井

為了評價油層的含油性和計算含油飽和度，需要精確地求得地層電阻率。求電阻率的方法很多，比如普通電極系電阻率法的橫向測井、側(cè)向測井和感應(yīng)測井等。但是，每種方法都有其特定的條件限制。對于普通電極系電阻率法測井，在地層比較厚、油層電阻率不太高，并且泥漿電阻率不是太低的情況下，能夠獲得較好的結(jié)果。然而，有時遇到鉆井泥漿的礦化度很高、地層電阻率很高并且很薄，鄰層和圍巖影響很大的情況時，這時泥漿的分流作用很強，大部分供電電流進不到地層中去，因此也就無法求得準(zhǔn)確的地層電阻率。為了解決這一問題，于是發(fā)明了帶聚流電極的電阻率法測井——側(cè)向測井。在泥漿礦化度比較高和地層厚度比較薄的情況下，側(cè)向測井是確定地層電阻率，并進一步確定含油飽和度的主要手段。深、淺側(cè)向測井曲線同微電阻率曲線相配合，對于劃分滲透性地層和判斷地層的含流體性質(zhì)有重要的參考價值。深、淺側(cè)向測井相結(jié)合，對劃分碳酸鹽巖剖面上的裂縫帶和估計次生孔隙度有很好的效果。

4 聲波測井

聲波在不同介質(zhì)中傳播時，其速度、幅度衰減及頻率變化等聲學(xué)特性是不同的。聲波測井是以巖石等介質(zhì)的聲學(xué)特性為基礎(chǔ)來研究鉆孔地質(zhì)剖面、判斷固井質(zhì)量等問題的一種測井方法。利用聲波進行地質(zhì)勘探已有多年歷史，大家熟悉的地震勘探大約在70年前已經(jīng)開始，在海洋勘探、國防和其他國民經(jīng)濟部門中，利用聲波也很廣泛。聲波測井是運用聲波在巖層中的傳播規(guī)律，來研究鉆孔中巖層特點的一門技術(shù)。

5 自然伽馬測井

自然伽馬測井是以研究巖層或礦體天然放射性為基礎(chǔ)，進而研究巖層性質(zhì)和有關(guān)邊質(zhì)問題的一種方法。它發(fā)展較早，但直到目前仍是一種比較重要的方法。在煤炭勘探中，自然伽馬測井曲線主要用來劃分巖性、判斷儲集層、估計儲集層的泥質(zhì)含量和進行井間地層的剖面對比。

6 密度測井

伽馬測井是把伽馬射線源和探測器按一定方式排列放入鉆井，在井下儀器移動過程中，由探測器記錄源放出的伽馬射線經(jīng)地層散射和吸收后的強度的方法。因為反射的伽馬射線強度和地層的密度有關(guān)，所以通常稱之為密度測井。它的物理原理是當(dāng)γ射線穿過物質(zhì)時，主要發(fā)生光電效應(yīng)、康普頓－吳有訓(xùn)效應(yīng)和電子對3種作用而使能量逐漸被物質(zhì)所吸收。在不同能量范圍內(nèi)，3種效應(yīng)起不同的作用，并且在一定能量下，每一種吸收效應(yīng)的相對重要性，也隨著吸收物質(zhì)的Z值而不同。

沉積巖3種主要造巖礦物是石英、方解石和白云石，而且不同黏土礦物的Pe值和U值具有明顯差別。因此，巖性密度測井的最主要用途是根據(jù)地層的礦物成分來劃分巖性。如果把Pe測量結(jié)果和自然伽馬能譜測井、密度測井或中子測井的數(shù)據(jù)相結(jié)合，將能更好地識別巖性。

7 中子測井

中子測井是利用中子和物質(zhì)相互作用的各種效應(yīng)來研究巖層性質(zhì)的一組測井方法。在進行中子測井時，把裝有中子源和探測器的下井儀器由電纜放入井中。從中子源中發(fā)出的高能中子射入井內(nèi)的地層中，高能中子與物質(zhì)的原子核發(fā)生作用而減弱為低能中子或被原子核吸收，所以探測器記錄的低能中子數(shù)量與地層的減速性和吸收性有關(guān)。氫是最特殊的減速物質(zhì)，而中子測井結(jié)果可以反映地層的含氫量。在地層中，孔隙被氫充滿，因此含氫量的多少反映了地層孔隙度的大小。中子測井是一種孔隙度測井，它最主要的用途之一是確定地層孔隙度。中子測井讀數(shù)和巖石中含氫的總量有關(guān)，所以它反映的是總孔隙度。為了把總孔隙度大，但有效孔隙度小的泥質(zhì)巖石和孔隙性巖石相區(qū)別，在應(yīng)用中子測井時，通常是和自然γ測井相配合使用。在特定的地質(zhì)條件下，中子測井在探測天然氣、劃分巖性、區(qū)分煤層和剖面對比等方面也可以發(fā)揮重要作用。根據(jù)應(yīng)用目的的不同，為獲得準(zhǔn)確的結(jié)果，需要進行各種必要的校正。

在煤田勘探以及環(huán)境、水文地質(zhì)中，還有不少測井方法，比如井徑測量、井斜測量、磁測井、地層傾角測量、核磁共振測井、激發(fā)極化測井等。這些方法在不同的領(lǐng)域中都發(fā)揮著非常重要的作用。