[科普中國]-煤系地球物理測井相

煤系巖石中反映垂向?qū)有蚝铜h(huán)境演化的地球物理測井曲線特征。運用測井資料判別煤系的沉積相和沉積環(huán)境時，一般采用多種測井方法組合，包括視電阻率法、γ法、γ-γ法或地層體積密度法和自然電位法等。有時，還配合聲波、巖層傾角等測井方法。通過處理多種不同參數(shù)的測井曲線，可以把測井孔段劃分成若干測井相。每一種測井相對應(yīng)地有一種特征測井曲線，根據(jù)標準孔中建立的測井相與沉積相的相關(guān)關(guān)系，再結(jié)合當?shù)氐刭|(zhì)模型，就可以用測井相鑒定沉積環(huán)境。而單憑一兩種測井曲線判別煤系沉積相和沉積環(huán)境，則往往會得出錯誤結(jié)論。

地質(zhì)-物理基礎(chǔ)鑒別沉積環(huán)境的關(guān)鍵是確定巖性、粒度、分選性、泥質(zhì)含量、膠結(jié)程度、巖層接觸關(guān)系、垂向沉積層序、砂體的形態(tài)和分布以及煤、巖層橫向上的變化等各種成因標志。這些成因標志是各種沉積環(huán)境水動力因素作用的結(jié)果，它們又控制著巖石導(dǎo)電性、自然放射性、自然電位、密度等物理性質(zhì)的變化。利用測井曲線確定這些巖石物理性質(zhì) (或者說成因標志) 在縱向和橫向的變化，就可以配合當?shù)氐牡刭|(zhì)模型，鑒定沉積環(huán)境。

電阻率煤層和石灰?guī)r的視電阻率差異不大，均為高阻。其它巖層的視電阻率都低于煤層和石灰?guī)r。煤層的視電阻率值隨其灰分含量的增加、密度的增大而減小;石灰?guī)r隨泥質(zhì)含量增高，其視電阻率值降低;碎屑巖的視電阻率，與其粒度、分選性、泥質(zhì)含量、膠結(jié)物成分、膠結(jié)程度和地層水礦化度等有關(guān)。一般，砂巖的視電阻率值隨其粒度的減小、泥質(zhì)含量的增高、密度的增加(密度大小與膠結(jié)物成分及膠結(jié)程度有關(guān))以及地層水礦化度的增高而降低，但隨碎屑顆粒分選性的變差而增高; 泥質(zhì)巖的視電阻率最低。

自然放射性沉積物的粒度越小，比面積越大，吸附自然放射性元素的能力越強。當不存在其它放射性物質(zhì)的干擾時，巖層γ射線的強度隨泥質(zhì)含量的增加而增大。一般，石灰?guī)r、砂巖的自然放射性較弱，泥質(zhì)巖的自然放射性較強。煤中的有機質(zhì)和無機質(zhì)都不是放射性物質(zhì)，通常γ強度低，而當成煤環(huán)境中有伴生的鈾等放射性元素時，則其γ值將出現(xiàn)異常。巖石的自然放射性與其分選性無明顯關(guān)系，而與其粒度密切相關(guān)。利用γ測井曲線來計算粒度中值，對確定陸相沉積巖層效果較好，對確定海相沉積巖層可望取得好的效果，但對于確定快速堆積的粗相帶或鈣質(zhì)富集帶，則效果明顯變差。

γ-γ射線γ射線輻射煤、巖層時產(chǎn)生的散射γ射線。這種射線的強度與煤、巖層的密度有關(guān)。煤層具有明顯的低密度特性，在γ-γ測井曲線上表現(xiàn)為明顯的高峰，據(jù)此，可有效地查明煤層。鑒于不同巖性的密度差異不很明顯，因此，γ-γ測井曲線鑒別巖性的分辨力不高，較少直接用于研究沉積相和沉積環(huán)境。

自然電位鉆孔中各巖層之間或巖層與沖洗液接觸界面上自然形成的擴散一吸附電位所造成的沿孔身變化的電位降。當砂巖中地層水的礦化度大于沖洗液的礦化度時，在砂巖層段上可以觀測到自然電位呈負異常(巖層的自然電位異常是相對泥質(zhì)巖來說的，小于泥質(zhì)巖的自然電位異常稱為負異常)。這一自然電位負異常的幅值，將隨粒度中值的減小，分選性的變差和泥質(zhì)含量的增加而降低。據(jù)此，可根據(jù)自然電位測井曲線來確定巖石的粒度中值或泥質(zhì)含量。自然電位測井曲線和γ曲線反映巖層的能力比較相似，它們的幅值都與巖石的密度有關(guān)。自然電位曲線的幅值不僅與總電動勢有關(guān)，還受巖層厚度、巖石電阻率、沖洗液礦化度以及工業(yè)用電干擾的影響，當其得不到滿意的效果時，常用γ測井來代替。

測井曲線形態(tài)與沉積相解釋只有掌握了測井曲線的形態(tài)與沉積體特征之間的關(guān)系，才能對所獲得的測井曲線做出正確的沉積相和沉積環(huán)境的解釋。測井曲線的形態(tài)包括曲線的幅度、形狀以及巖層頂、底部位的曲線特征。

測井曲線幅度的大小它能夠反映巖石的粒度、分選性以及泥質(zhì)含量的變化，指示沉積能量。①粗粒沉積物。是高能環(huán)境中的產(chǎn)物，一般具有高電阻率、高自然電位負異常和低γ射線強度以及相應(yīng)的曲線幅度。②細粒沉積物。是低能環(huán)境中的產(chǎn)物，具有低電阻率、低自然電位負異常和高γ射線強度以及相應(yīng)的曲線幅度。1

測井曲線形狀單個煤、巖層的測井曲線的輪廓。它們可分為箱形、鐘形、漏斗形、指形、筍形和齒形等(下圖)。各種曲線又可分為光滑的和帶鋸齒的兩類。①箱形曲線。頂、底界面平直，突變，頂端呈平滑或鋸齒狀，反映沉積過程物源豐富、水流能量較強或快速沉積。粒度均勻的厚層砂巖常表現(xiàn)為箱形曲線。結(jié)構(gòu)簡單的厚煤層曲線亦呈箱形，但常帶鋸齒。②鐘形曲線。底界面突變，下部突出幅度大，往上越來越小，反映巖石粒度由下向上逐漸變細的正粒序，說明水流能量逐漸減弱，物源漸趨減少，曲線平滑說明粒度漸變，有鋸齒則反映巖性變化不連續(xù)。③漏斗形曲線。其特點與鐘形曲線正好相反，曲線的頂界面突變，上部突出幅度大，往下越來越小，反映巖石由下向上變粗的逆粒序，表示水流能量逐漸增強和物源供給越來越多。④指形曲線。上、下界面突變，曲線光滑，頂端呈圓形，反映巖性均一，層較薄。⑤筍形曲線。上、下界面突變，頂端尖，多尖齒。反映巖性的差異較大。⑥齒形曲線。曲線呈鋸齒狀，表示沉積環(huán)境條件頻繁變化，形成砂巖、粉砂巖及泥質(zhì)巖相間成層的沉積系列。

巖層頂、底界面部位測井曲線形態(tài)它們反映沉積物沉積初期和末期的介質(zhì)能量和物源供應(yīng)的變化情況，可分為漸變型和突變型兩種。巖層底界面部位突變型曲線往往說明該巖層與下伏巖層之間存在著不整合接觸或沖刷面; 巖層底界面部位漸變型曲線反映該巖層與下伏巖層是連續(xù)沉積。巖層頂界面部位突變型曲線是沉積物源供應(yīng)突然中斷的象征; 巖層頂界面部位漸變型曲線則表明沉積物源供應(yīng)逐漸減少。

近年來，隨著電子計算機和計算技術(shù)在測井中日益廣泛應(yīng)用，數(shù)字測井和測井資料數(shù)字處理獲得迅速發(fā)展，提出了沉積環(huán)境測井(利用測井數(shù)字處理得到的巖石成分含量曲線和地層傾角測井資料來分析環(huán)境)、人工智能專家解釋系統(tǒng)等一些新的沉積環(huán)境測井分析方法，這將會進一步提高煤系地球物理測井相的研究水平。2

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

李兵 - 副教授 - 西南大學(xué)