淺析礦井地質的電法測井和伽馬法測井

【摘要】地球物理測井是采用地球物理方法劃分鉆孔剖面、評價地層，解決某些地質問題的技術，是礦井地質勘探的重要手段。地球物理測井是利用鉆孔剖面中各巖層的不同物性來劃分地質剖面，確定煤層的層位厚度和結構，進行地層對比，以解決構造和沉積方面的問題。

【關鍵詞】礦井地質；電法測井；伽馬法測井

1、電法測井

電法測井是以研究巖石電阻率、電化學活動性和介電常數等電學性質為基礎的測井方法。它可分為電阻率測井、電化學測井、感應測井、激發極化測井和介電常數測井等，在煤田測井中主要應用電阻率測并和自然電位測井，其效果最佳。

1.1 電阻率測井

電阻率測井基于在井中測量被鉆孔穿過的礦、巖層的電阻率，并按電阻率的差異，劃分鉆孔地質剖面，解決煤礦井下的一些地質問題。電阻率測井采用側向測井。

（1）測向測井原理

因石墨、無煙煤及大部分金屬礦物的電阻率均較低；大部分的造巖礦物，如石英、云母、方解石等電阻率都比較高。大部分火成巖電阻率比較沉積巖的電阻率低于火成巖和變質巖，根據此原理能區分煤與巖石，劃分巖性。

（2）三側向測井的原理

側向測并為減小泥漿分流和圍巖影響，要采用聚焦技術。三側向測井不但分辨率還便于校正并求得地層的真電阻率，它被公認為電阻率測井中效果最佳、很有前途的測井方法，已廣泛應用在煤田測井。

1.2 自然電位測井

在電阻率測井時，有時出現不供電時，在井內仍可以測量到電位差，此種存在的自然電位差導致測井人員的重視，由此出現了自然電位測井。自然電位的產生與地層性質密切相關。按自然電位的成因，利用自然電位曲線可劃分煤層，確定儲集層和區分巖性。

（1）劃分煤層。對變質程度較高的煤層，如瘦煤、貧煤和無煙煤等，由于它們有較強的氧化反應，呈現較明顯的自然電位異常，自然電位曲線可作為解釋煤層的一種重要輔助曲線。

（2）確定儲集層、區分巖性。在砂泥巖的剖面上，碎屑巖的自然電位由地層水和泥漿濾液之間的擴散與擴散吸附作用形成的。此種擴散與擴散吸附作用的程度，不但與地層水和泥漿濾液之間的鹽濃度差相關，還與巖石的性質相關。

（3）估計泥質含量。一些地區還采用數理統計的方法，建立自然電位異常幅度與泥質含量的定量關系，運用這種關系由自然電位異常大小估計巖層的泥質。

2、伽馬法測井

電測井方法盡管在煤田測井中廣泛應用，而這種方法具有一定的局限性。如在煤、巖電性差異較小時，采用電測井方法就難以區分煤層和巖層；又如，在下套管井段或遇有嚴重漏水的干井，電測井就不能進行。隨著核物理的發展，人們發現利用巖石的放射性及各種核物理的性質能夠劃分鉆孔地質剖面，分析巖層。

核測井是以巖層自然或人工放射性為基礎的測井方法，即放射性測井。核測井種類很多，按其探測的射線類型分類，應分為伽馬法和中子法。伽馬法包括自然伽馬、密度測井、選擇伽馬-伽馬和巖性密度等測井方法；中子法包括中子―伽馬、中子―中子、中子俘獲伽馬能譜等測井方法。一些方法在煤田勘探中也取得了非常好的效果，放射性測井是煤田測井中的重要方法，效果最佳的是人工伽馬測井。

2.1 密度測井

由于煤系地層中煤層與巖層有明顯的密度差異，所以密度測井是判別煤層的最好方法。它還為計算巖石孔隙度和預測煤層灰分、水分，以及研究巖石力學性質提供必需的密度資料，煤田測井的重要方法之一。煤的密度較小，巖石的密度較大，它們二者能明確區分。密度測井的應用如下：

（1）解釋煤層、區分巖性及劃分鉆孔地質剖面。煤系地層中以煤層的密度為最小，在煤巖之間形成密度差。在密度測井曲線上，煤層常以呈現顯著的異常，成為煤田測井中解釋煤層的有效方法。

（2）確定巖層的孔隙度。為計算儲集層的水、氣的含量，要確定儲集層的孔隙度，這是水文與工程測井中的重要任務。密度測井是按巖石密度與孔隙度的密切關系確定地層孔隙度。

（3）劃分巖溶、裂隙發育帶和破碎帶。它們一般是巖體因地質作形成的，不論充滿氣體、流體或充填泥質礦物，密度急劇下降，在密度測井曲線上出現顯著異常，這對劃分巖溶、裂隙發育帶和破碎帶有利。

（4）研究煤的灰分和發熱量。煤巖化驗資料表明，煤的密度和灰分、水分的變化又會影響煤的發熱量，這是密度測井確定煤灰分與發熱量的依據。在一個礦區，在煤種固定、水分較少時，煤的密度一般取決于灰分，且隨灰分增加而增大。煤中灰分增加，等于純煤所占的分量減小，即煤的碳與氫含量降低，因此煤的發熱量隨灰分的增加而減小。

（5）計算巖石力學參數。利用密度、電阻率、井徑、聲波測井曲線與巖樣試驗資料，能解釋巖石原生狀態下的力學特性。利用測井資料可作出煤層頂、底板巖石力學參數等值線圖，為煤礦設計、巷道掘進與支護提供保證。密度測井能研究巖層隨深度的垂直變化，用于壓實的預測，配合其他測井曲線又可用來進行地應力大小和方向的預測。

2.2 選擇伽馬―伽馬測井和巖性密度測井

（1）選擇伽馬―伽馬測井

選擇伽馬-伽馬測井是以光電效應為基礎的另一種人工伽馬測井方法，它采用的儀器裝備與密度測井一致，而方法原理不同，這是要區分巖性、預測煤層灰分和劃分復雜煤層結構。選擇伽馬―伽馬測井曲線，是要反映介質的有效原子序數的變化，劃分煤層、研究煤層的結構確定其灰分含量。

（2）巖性密度測井

這是以光電效應和康普頓效應為理論基礎，同時記錄地層的光電吸收截面指數Pe和電子密度指數ρo的又一種人工伽馬測井方法。利用Pe―ρe交繪圖技術區分巖性，按體積模型的參數廠求泥質含量，并求黏土礦物成分，在煤田測井中也應用以求煤層的灰分。

參考文獻：

[1] 曹靜等：簡述幾種測井方法的原理和特點，科技經濟市場，2009.6.

[2] 楊孝楠：探究測井技術的現狀與發展，商情，2012.28.