“開平方法”與“對數法”在煤田地質測井電阻率曲線中的對比應用研究

于鵬程

（中國煤炭地質總局 第一勘探局地質勘查院，河北 邯鄲 056004）

0 引言

地球物理測井是通過測量地球物理參數，取得不同地層的不同物性反應參數，從而解決項目區的地質問題。但在實際工作中，經常會遇到取得的物性參數需要人為進行預處理，才能提供最終的成果圖件，為項目解決相應的地質問題。

國內不少學者對各類曲線預處理提出過各種方法，曲線濾波、歸一化法、插值法等。不同學者對測井曲線的預處理的方法有著不同的看法。蘇克曉等人[1]從選擇濾波方面入手，提出平穩區和過渡區的概念，分析數字濾波對測井曲線的影響，并指出具體的解決方法；甄大慶等人[2]為了提高工作效率，降低描述誤差和準確描述勘測境況，采取對測井資料標準化管理和對數歸一化處理等方法，對油藏情況綜合分析；文環明等人[3]以隨機分形理論為基礎，論述測井曲線分數布朗插值方法，對測井曲線作插值處理進行分析，對油藏精細描述和增強測井資料識別薄層的能力具有重要意義；彭蘇萍等人[4]對淮南煤田東2 孔VSP 測井資料進行處理、解釋，在處理過程中使用三分量數據重定向與合成，波場分離，分離后的上、下行P 波進行反褶積，零井源距VSP走廊疊加等技術，將處理速度、走廊疊加剖面用于煤田層位標定，用轉換橫波速度對3D3C 的PSV 橫波走時信息進行整理和推算，取得較好效果。

通過對項目區的地質地層特征及取得的地層物性特征反應的研究，結合需要解決的地質問題，使用多種方法對項目區各測井曲線進行人為預處理，可以較好的了解項目區地層的變化規律，給煤巖層的識別及對比帶來便利，指導勘查工作。同時，對各處理方法進行對比評價，找出各個處理方法的優越性，能夠更好的反映地層物性特征，有針對性的選取項目區合適的處理方法。

本文在前人研究的基礎上，提出一種新的曲線處理方法，即電阻率曲線“開平方法”。該方法利用河北力時力拓地質儀器有限公司研發的logDraw處理軟件，對電阻率曲線進行開平方后輸出測井成果圖件，并與電阻率曲線“對數法”進行對比。

1 概況

根據《煤炭地球物理測井規范》 （DZ/T0080-2010） 要求，測井工作需要為地質勘查報告提供測井剖面解釋成果，測井解釋綜合曲線圖（紙質版及電子版1∶500），各煤層定性、定厚解釋成果圖件（紙質版及電子版1∶50），全區煤層對比圖圖件等資料。而在一些煤田中，由于煤巖層電阻率幅值差別較大，輸出測井成果圖件時需要對電阻率曲線進行預處理，傳統處理方法是加入輔助曲線或對電阻率曲線進行對數運算。如果利用輔助曲線，則會使整體圖件顯得混亂、不美觀；對電阻率曲線進行對數運算，曲線中高阻（灰巖） 部分被壓縮，其他巖層部分被放大，起到了“放小縮大”的作用，雖然整體曲線變得美觀，但在曲線中的高阻（灰巖） 部分，壓縮過于強烈，細節無法體現，如圖1 所示。

針對這些問題，提出電阻率曲線“開平方法”，可以在實際工作中對煤巖層解釋、對比，并保證細節的體現及圖件輸出的美觀。

2 “開平方法”與“對數法”在實際應用中的對比

煤系地層中，煤層與其他巖層在各個地球物理特性方面存在著差異。在項目區內，煤層與其他巖層相比，具有獨特高電阻率的地球物理組合特征。

2.1 “開平方法”的實際應用

以河北力時力拓地質儀器有限公司研發的logDraw 處理軟件為例。

2.1.1 系統版式定義

對電阻率曲線進行處理的目的是使得煤巖層更易于識別、對比，最終的測井成果圖件美觀并能夠突出重點。利用logDraw 處理軟件的出圖版式定義，定義出最終成果圖件樣式，該版式定義中的內容主要包括最終成果圖件的巖性解釋、深度、測井參數曲線（等分曲線）、對數曲線（電阻率曲線對數運算）、巖性分析等列的寬度及擺放位置（圖2）。出圖版式屬性詳見表1。

表1 LogDraw 軟件出圖版式屬性Table 1 LogDraw software drawing format attributes

圖2 LogDraw 軟件系統版式定義內容Fig.2 LogDraw software system format definition content

各類出圖版式可以根據個人喜好及需要進行自定義。出圖版式定義時，可在版式定義界面添加巖性解釋及N 個等分，在巖性解釋項中包括標志層、測井解釋剖面、測井解釋厚度、解釋深度等，可根據個人需求對以上各項進行列寬設置。在等分項中，可對每一等分的列寬、每一等分中放置的最大曲線數等進行設置。

2.1.2 利用LogDraw 軟件對電阻率曲線開平方

首先利用LogDraw 軟件“文件”菜單下的“導出”工具，其中包含了數據庫中伽馬-伽馬、自然伽馬、電阻率、井徑等各類數據。選中電阻率曲線，在深度范圍欄輸入導出曲線的起止深度，將其導出成為需要的格式，如文本文件、Access 數據庫等。以文本文件為例，將電阻率測井曲線數據導出成功后，將導出的文本文件中的數據導入Excel 表中，對Excel 表中電阻率數據進行開平方處理。

處理完成后，需要將Excel 表中的數據重新粘貼到logDraw 可讀取的文本文件中，再將處理后的文本文件導入原始數據庫中，如圖3～圖5 所示。

圖3 LogDraw 軟件數據導出Fig.3 LogDraw software data export

圖4 LogDraw 軟件數據導入Fig.4 LogDraw software data import

圖5 電阻率曲線“開平方法”效果Fig.5 Resistivity curve'open square method'effect

由圖5 可以看出，電阻率曲線開平方后已經被“放小縮大”，與圖1 對比，開平方后的曲線沒有了超格現象，也不需要加入輔助曲線，而且在高阻（灰巖） 部分細節體現良好，整體圖件美觀清晰，重點突出。

2.2 “對數法”的實際應用

2.2.1 系統版式定義

與“開平方法”定義方式基本相同，不同點在于需要在自定義版式中加入“對數”項，如圖6 所示。

圖6 LogDraw 軟件系統版式定義內容Fig.6 LogDraw software system format definition content

2.2.2 利用LogDraw 軟件對電阻率曲線取對數

利用LogDraw 軟件對電阻率曲線取對數，相對“開平方法”較簡單，軟件中自帶對數運算，無需導出導入數據。在版式定義中加入“對數”項后，只需要在“測井圖件”下添加一個新圖件（圖7），在段落格式中添加設置好的出圖版式（圖8），在段落對象屬性中設置曲線的開始深度、終止深度、曲線比例尺、“對數分度”等（圖9），軟件在輸出的成果圖中會對電阻率曲線自動進行“取對數”處理，效果如圖10 所示。

圖7 LogDraw 軟件添加新圖件Fig.7 LogDraw software adding new graphics

圖8 LogDraw 軟件添加新段落Fig.8 LogDraw software adding new paragraphs

圖9 LogDraw 軟件段落對象屬性設置Fig.9 LogDraw software paragraph object attribute settings

圖10 電阻率曲線“對數法”效果Fig.10 Resistivity curve'logarithmic method'effect

由圖10 可以看出，電阻率曲線“取對數”后，在曲線中的高阻（灰巖） 部分，壓縮過于強烈，使得一些細節無法體現。與“開平方法”（圖5） 相比較，給曲線高阻（灰巖） 部分的細節解釋上帶來一些麻煩。

2.3 “開平方法”與“對數法”在數值上的對比

三側向電阻率曲線是煤、巖層重要的定性、定厚曲線。在項目區內，煤層的電阻率值絕大多數情況下高于圍巖，其三側向電阻率值多為250.00～750.00 Ω·m，開平方后，三側向電阻率數值為15.80～27.39，取對數后，三側向電阻率數值為2.40～2.88。其它巖層隨著巖石粒度的增加，電阻率幅值亦趨于增加。泥巖、砂質泥巖的三側向電阻率值為35.00 Ω·m 左右，開平方后，三側向電阻率數值多為5.92 左右，取對數后，三側向電阻率數值為1.54。砂巖系列的三側向電阻率值為35.00～530.00 Ω·m，開平方后，三側向電阻率數值多為5.92～23.02，取對數后，三側向電阻率數值為1.54～2.72。灰巖三側向電阻率值為350.00～6300.00 Ω·m，開平方后，三側向電阻率數值多為18.70—79.37 左右，取對數后，三側向電阻率數值為2.54～3.80。詳見表2。

表2 “開平方法”與對“對數法”響應值一覽Table 2 'open square method'and'logarithmic method'response value

由表2 可以看出，對電阻率曲線開平方后，對整體曲線進行了壓縮，高阻（灰巖） 部分數值是低阻（砂質泥巖、泥巖） 部分數值的3.16～13.40 倍，砂巖系列部分電阻率開平方數值是低阻（砂質泥巖、泥巖） 部分數值的1～3.9 倍，起到了“放小縮大”的作用，能夠體現出數值差異，且在高阻（灰巖） 部分自身有4.24 倍的數值差異，能夠突出重點，分清主次，在高阻（灰巖） 部分的細節體現良好。

而對電阻率曲線取對數后，能夠明顯看出在高阻（灰巖） 部分電阻率曲線壓縮過于嚴重，且數值差異較小，高阻（灰巖） 部分的一些細節無法體現。

2 種方法曲線對比如圖11 所示。

圖11 “開平方法”與“對數法”兩種方法曲線對比Fig.11 Curve comparison of'open square method'and'logarithmic method'

3 “開平方法”與“對數法”在實際應用中應注意的問題

3.1 “開平方法”在實際應用中應注意的問題

（1） 文中未對“開平方法”的解釋原則進行深入細致的研究，在實際工作中，煤巖層應按照處理前的原始電阻率曲線進行定性、定厚解釋。

（2） “開平方法”處理后的電阻率曲線已經不再是線性的曲線。文中未對開方后的橫向比例進行細致的研究，因此，“開平方法”得到的電阻率曲線未標注橫向比例，僅用于成果圖件輸出。

3.2 “對數法”在實際應用中應注意的問題

（1） “對數法”在實際應用中應考慮處理后是否導致了高阻（灰巖） 部分細節不清，給曲線高阻（灰巖） 部分細節解釋帶來麻煩。

（2） “對數法”在實際應用中應注意橫向比例及對數分數的選擇。在提供的測井圖件中，不應出現橫向比例及對數分數選擇不當而造成圖件的不美觀。

4 “開平方法”與“對數法”的優劣

4.1 “開平方法”的優勢及劣勢

（1） 優勢。“開平方法”在實際應用中可以有效的對電阻率曲線進行壓縮，起到“放小縮大”的作用，且相較于“對數法”，壓縮后的曲線能夠突出重點，分層清晰，使最終成果圖件的輸出簡潔美觀，易于煤巖層的識別對比。

（2） 劣勢。“開平方法”在曲線預處理中，相較于“對數法”過程較為復雜，需要從數據庫中導出數據，對導出數據進行“開平方”處理后，再導入數據庫中，過程中可能會因為操作問題造成導入失敗或數據出錯等問題。

4.2 “對數法”的優勢及劣勢

（1） 優勢。“對數法”在實際應用中也可以有效的對電阻率曲線進行壓縮，尤其是在高阻（灰巖） 地層與低阻（泥巖） 地層電阻率差值極大的地區，如貴州黔北煤田，煤巖層電阻率差值可達千倍以上。在這類地區使用“對數法”能夠起到很好的作用，且利用logDraw 軟件操作簡便。

（2） 劣勢。相較于“開平方法”，“對數法”對電阻率曲線高阻（灰巖） 部分壓縮較大，使得細節弱化，容易造成分層不清。而且在各別地區，當遇到極低阻（無煙煤） 地層（電阻率值大于0 小于1 的地層） 時，對電阻率曲線取對數會造成處理后的曲線出現負值，給煤巖層定性解釋造成影響，輸出的井成果圖件也不美觀。

5 結語

通過對“開平方法”與“對數法”在煤田地質測井電阻率曲線中的對比應用進行綜合分析，探討兩種方法各自的優點及存在的不足。實際處理成果表明，“開平方法”適用范圍廣泛，能夠起到“放小縮大”的作用，不會出現因曲線壓縮程度過大造成弱化細節的問題，不會出現對曲線預處理后因遇到極低阻（無煙煤） 地層出現負值的情況，能夠較好的保持原始曲線的形態，是一種較好的電阻率曲線預處理方法，有一定的推廣意義。