淺談地球物理測井在煤田勘探中的應用

李 賓

（山西省煤炭地質148勘查院，山西 太原 030053）

1 自然電位曲線

1.1 劃分滲透性巖層

砂巖層滲透性的好壞和巖石中含泥質多少有直接關系，而自然電位曲線也受巖石中泥質含量的影響。一般滲透性好的地層（顆粒粗、分選好、含泥質少），在地層水礦化度大于泥漿礦化度的情況下，自然電位為較大的負異常；滲透性差、致密的地層（顆粒細、分選差、含泥質多），自然電位為較小的負異常。因此，根據自然電位曲線可以粗略地判斷巖層的滲透性。在砂巖中含有泥質夾層時，如果夾層的厚度不是很薄，在自然電位曲線上往往也能比較清楚地反映出來。所以，在一些地區不僅利用自然電位曲線定性地劃分滲透性地層，而且還利用自然電位曲線和微電極曲線相配合，來確定儲集層的有效厚度。

1.2 確定地層水電阻率

利用自然電位曲線確定地層水電阻率時，要選擇地層厚度足夠大、泥漿侵入不深、地層泥質含量很低的含水砂巖層。再根據已知巖層電阻率、泥漿電阻率、地層厚度和井徑等數據，把自然電位曲線校正到靜自然電位。

2 普通電阻率法測井

2.1 鉆井地質剖面的劃分

為了便于綜合分析各種鉆井資料以研究每口井地質剖面的縱向變化特點，需進行井與井之間的剖面對比，以便了解巖性、厚度、構造等水平方向上的變化。所以在一個地區內往往采用一種或兩種普通電極系作為標準電極系，與自然電位和井徑曲線結合起來，構成所謂的標準測井。

標準測井的成果圖件是標準測井曲線圖，它應能把剖面上多數地層區分開；標志層應反映比較明顯；視電阻率標準曲線的幅度變化應能基本上反映出巖層真電阻率的變化，以便估計含油水情況。總之，標準測井應對地質分層、對比、編制構造圖等區域性研究提供可靠的資料。在探井中，應能顯示可能含油的地層，以便確定進一步詳細研究的井段。因此，標準測井圖也是鉆井地質人員經常使用的圖件之一。標準測井曲線圖的深度比例尺一般為1∶500，橫向比例則視各地區的地質、地球物理條件而定。為了便于井間曲線的對比，同一地區最好采用相同的比例尺。由于不同類型、不同電極距的電極系測得的視電阻率曲線不同，解決地質問題的能力也不相同，所以要想用最少的視電阻率曲線解決較多的地質問題，就必須對標準測井所使用的電極系進行選擇。根據前面所提到的標準測井的任務，選擇標準電極系的基本原則是：能將鉆井剖面上各種電阻率和各種厚度的地層區分開來，并能準確地確定其界面；能根據視電阻率曲線較準確地估計地層的電阻率。

2.2 巖層真電阻率的估計

巖層電阻率和含油飽和度有直接關系，所以它是石油測井需要求取的一個重要參數。一般情況下，直接測得的視電阻率不僅和巖層電阻率有關，而且和井內泥漿以及上下圍巖的電阻率有關，特別是在儲集特性良好的滲透性地層上，還要受泥漿侵入帶的影響。如果把視電阻率和有關的各個因素寫成函數形式，則有：

式中：Rt：巖層電阻率；

Ri：侵入帶電阻率；

Rm：泥漿電阻率；

Rs：圍巖電阻率；

D：侵入帶直徑；

d：井徑；

h：地層厚度；

L：電極距。

對于一些具體情況，可根據不同的介質分布情況，得到一系列由Ra值和上述參數組成的理論曲線。在實際確定巖層電阻率時，是用不同電極距實測的視電阻率值構成類似的曲線，然后和理論曲線對比，求出未知數。

在數學上，只是對一些特殊情況，如忽略井眼和侵入帶影響的水平多層介質，或忽略鄰層影響的無限厚同軸柱狀介質，可以給出解析解。對于一般情況下的地層模型，在電法測井的早期是用電阻網絡模型獲得理論曲線，隨著計算數學的進展和計算機的廣泛應用，可以利用有限元或有限差分方法計算理論曲線。近幾年，由于數學理論與方法的進步，以及計算機的廣泛使用，橫向測井的手工解釋方法已有可能被數學的反演方法取代，并且可以解釋更為復雜的地層模型。電阻率法測井除了解釋方法不斷進步之外，測井方法也在不斷發展。目前，求取地層電阻率的任務，已主要由帶有聚焦特點的側向測井和感應測井所完成。

3 側向測井的應用

在泥漿礦化度比較高和地層厚度比較薄的情況下，側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、淺側向測井曲線同微電阻率Rx0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有重要參考價值。深、淺側向測井相結合，對于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 聲波速度測井在儲集層研究中的應用

4.1 利用地層縱波速度確定孔隙度

根據實驗室對巖樣的研究，對于固結的（壓實的）純巖石，聲波傳播速度與孔隙度和孔隙中液體性質之間存在下列關系：

式中：△t、△tf和 △tma分別為彈性波在巖石、孔隙液體和“巖石骨架”中的時差，表示在相應物質中，聲波每傳播1 m所需要的時間。整理上式可得聲波孔隙度計算表達式：

4.2 劃分巖性和地層對比

由于各類巖石聲波速度不同，所以根據聲波速度曲線可以劃分不同巖性的巖層。例如，砂泥巖剖面中，砂巖一般顯示低的時差，泥巖一般為高的時差。在含膏鹽剖面中，巖鹽為高的時差，無水石膏為低的時差。碳酸鹽巖剖面中，灰巖和白云巖時差最低，泥灰巖和泥巖時差較高。當白云巖或灰巖有裂隙時，時差明顯增大。巖層類型一定，且孔隙度和巖性在橫的方向上大體穩定時，時差曲線可以用來作地層對比。它的優點是不受井眼大小和井內泥漿礦化度的影響。

4.3 預測壓力異常地層

正常情況下，隨著埋藏深度的加大，泥巖地層的壓實程度隨之加大，孔隙中流體由于被排除而減少，地層的聲波速度則逐漸增大。在某些特殊構造和沉積環境下，由于沉降過快，壓實程度較低，使一些泥巖層含有過多的孔隙水。這時，泥巖孔隙水的壓力將不是靜水壓力，而且承受一部分上覆地層壓力。這個壓力將傳遞給被其覆蓋的儲層，形成超壓儲層。預測超壓儲層對鉆井工程和地質研究均有重要意義。地層的聲波速度可以反映地層的壓實程度和孔隙度變化，因此，利用聲波速度測井可以發現超壓帶。正常情況下，泥巖聲波速度的變化趨勢是隨深度增加而增大的。當出現超壓地層時，速度變化將偏離正常趨勢。在不同地區，常常可以根據經驗，從實測時差值與正常時差值的偏離程度來估計出超壓幅度。

5 自然伽馬測井

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、估計儲集層的泥質含量和進行井間地層剖面對比。

5.1 判斷巖性和劃分滲透性巖層

自然伽馬測井是根據巖石中放射性物質的多少來劃分鉆井剖面的，而放射性物質含量與巖性之間的關系是受多種因素影響的，每種巖石的放射性并不是一個固定的數值，而是在一定范圍內變化的。因此，在一個地區開始進行自然伽馬測井時，應該把自然伽馬測井曲線和鉆井剖面上的各種巖石進行對比，必要時可以在實驗室測定一些巖樣的放射性，找出本地區巖性和放射性強度之間的關系。利用這些關系才能指導我們根據自然伽馬測井曲線劃分巖性的工作。同樣，利用自然伽馬測井曲線劃分滲透性巖層也必須注意總結地區性的規律。因為利用自然伽馬測井曲線來區分滲透性與非滲透性巖層主要是根據泥質含量的多少，所以利用這個方法必須滿足一定的條件。例如，除黏土礦物之外，滲透性地層中不含有其他放射性礦物，或由其他原因造成的放射性核素的富集等。

5.2 確定儲集層的泥質含量

一般來說，沉積巖層的放射性主要和它的泥質含量有關。因此，常常用自然伽馬測井曲線來估計泥質的含量。下列關系通常被用來測量一級近似地估計泥質的含量：

式中：GR純地層：該地區放射性強度最低的純地層的放射性強度；

GR泥巖層：該地區放射性強度最高的泥巖層的放射性強度；

GR目的層：準備求泥質含量的目的層的放射性強度。

在不同地區和不同層系地層中，巖層放射性強度和泥質含量的關系并不完全相同，在不同地區最好根據實驗找出相應的關系。

5.3 地層對比

利用自然伽馬測井曲線進行地層對比有下列優點：

（1）在一般情況下，自然伽馬測井曲線讀數和巖石孔隙中的流體性質無關。

（2）自然伽馬測井曲線一般與泥漿性質無關。

（3）在自然伽馬測井曲線上容易找到標難層。

6 密度測井

沉積巖的3種主要造巖礦物是：石英、方解石和白云石，以及不同黏土礦物的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地層的礦物成分劃分巖性。如果把Pe測量結果和自然伽馬能譜測井、密度測井或中子測井的數據相結合，將能更好地識別巖性。

7 中子測井

最主要用途之一是確定地層孔隙度。在特定的地質條件下，或結合其他測井資料，中子測井在探測天然氣、劃分巖性、區分煤層和剖面對比等方面也可以發揮重要作用。根據應用的目的不同，為了獲得準確的結果，需要進行各種必要的校正。

7.1 確定孔隙度

中子測井讀數是巖石中主要的減速物質——氫含量的反映。巖石中含量的多少，由含氫指數H表示。當地層中不含有帶結晶水的礦物，并且孔隙被含氫指數接近1的水或油充滿時，含氫指數和孔隙度有簡單的對應關系。在非理想條件下，估計孔隙度時需考慮流體性質和巖石類型的影響。現代的補償中子測井或井壁中子測井記錄的測井曲線，直接以視孔隙度刻度。因為標準的刻度井是由石灰巖構成的，所以通常輸出的是石灰巖孔隙度。總之，當地層不是石灰巖，或地層孔隙中含有輕烴或礦化度高的水，以及地層含有泥質或其他含有結晶水的礦物時，解釋時都需要進行校正。

7.2 劃分巖性剖面

各類巖石因其結構不同，含氫量也有不同的變化，因此，有可能根據中子測井來劃分巖性。中子測井讀數是和巖石中含氫的總量有關，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巖石和孔隙性巖石相區別，故在應用中子測井時，通常是和自然γ測井相配合使用的。