煤炭地质勘探中的地球物理测井方法

薜松仁

（山西省煤炭地质148勘查院，山西 太原 030053）

地球物理测井指在钻孔中进行的各种地球物理勘探方法，是地球物理测量、研究各种物理场的变化，进而达到寻找矿产、研究基础地质为目的的一门学科。它在煤炭地质勘探中有着广泛的应用，现简要介绍如下：

1 自然电位测井

在各种测井方法中，电法测井是最早发展起来的。电法测井理论探讨的是不均匀介质中的场与波。测井的发展促使科学家们将注意力转到这方面。而我们知道，在煤田的勘探阶段，现场地质工作者的重要任务之一是划分煤田钻井的地质剖面。这包括：确定井所穿过的各时代地层的层列顺序、埋藏深度、地层厚度和岩石性质；了解煤储层的大体位置、岩性特征情况等。电法测井在解决这方面任务中起着重要的作用。在早期的电阻率测井中常发现，在供电电极不供电时，仍可在井内测量到电位变化。经研究表明，这个电位是在钻开岩层时，在井壁附近产生一系列电化学活动的结果。为了与人为供电造成的人工电场相区别，故称其为自然电场。自然电场的分布与岩性有密切关系，特别是在砂/泥岩剖面中能以明显的曲线异常变化显示出渗透性地层。因此，通过研究孔内的自然电场中的电位变化即可反映井壁岩性，这种测井方法叫自然电位测井。它具有方法简单、实用价值高等特点，是划分岩性和研究储集层性质、求取测井参数以及其他地质应用不可缺少的基本方法。其在井内观测自然电位，并根据自然电位曲线来研究钻孔地质剖面。目前，自然电位曲线主要有3种用途：划分渗透性地层、确定地层电阻率和估计泥质含量。

2 普通电阻率法测井

电阻率法测井是根据岩石导电能力的差异，在钻孔中研究岩层性质和区分它们的方法。因为通常是用电阻率这个物理量来表示岩石的导电能力，所以这种方法就叫做电阻率法测井。几十年来，在生产实践和科学研究过程中，为了解决勘探中不断出现的新问题，电阻率法测井也有了很大改变，出现了许多不同形式的电阻率法测井。电阻率法测井的主要任务是：根据电阻率曲线划分岩层的厚度、定量确定岩层的电阻率。应该指出的是，普通电阻率法测井是电阻率法测井中最基本和最原始的形式。它过去能解决的一些任务，现在已经被新出现的、更为有效的方法所代替。但是，在划分钻井地质剖面和作为判断岩层电阻率的辅助手段时，它仍然被广泛地采用，而且它的一些基本概念及分析问题的基本观点，在说明一些新方法的原理时还要经常用到，因此，有必要对其进行一定的了解。

以研究岩石导电能力为基础的测井方法称为电阻率测井。普通视电阻率测井只是这类测井方法中的一种，所以又称之为视电阻率测井。这是因为这种方法测得的电阻率值同岩层的真实电阻率值还有一定的差别，它只是井下探测装置周围介质电阻率的一种综合影响结果。普通视电阻率测井法，是一种发展最早、应用最广，且井下装置和测量技术都最为简单的电阻率测井。它是利用一种称为“电极系”的井下装置，通过给井下供电，并测量电位差的办法来进行视电阻率测定的。由于电极系处在井内泥浆之中，显然测量结果要受到井径、井内泥浆和上下围岩电阻率等因素的影响。但如果适当选取电极系的类型和长度，所测视电阻率数值则仍能较明显地反映出井内不同性质岩层之间电阻率的相对变化。因此，这种方法在定性划分钻井地质剖面上，一直起着重要的作用。

3 侧向测井

为了评价油层的含油性和计算含油饱和度，需要精确地求得地层电阻率。求电阻率的方法很多，比如普通电极系电阻率法的横向测井、侧向测井和感应测井等。但是，每种方法都有其特定的条件限制。对于普通电极系电阻率法测井，在地层比较厚、油层电阻率不太高，并且泥浆电阻率不是太低的情况下，能够获得较好的结果。然而，有时遇到钻井泥浆的矿化度很高、地层电阻率很高并且很薄，邻层和围岩影响很大的情况时，这时泥浆的分流作用很强，大部分供电电流进不到地层中去，因此也就无法求得准确的地层电阻率。为了解决这一问题，于是发明了带聚流电极的电阻率法测井——侧向测井。在泥浆矿化度比较高和地层厚度比较薄的情况下，侧向测井是确定地层电阻率，并进一步确定含油饱和度的主要手段。深、浅侧向测井曲线同微电阻率曲线相配合，对于划分渗透性地层和判断地层的含流体性质有重要的参考价值。深、浅侧向测井相结合，对划分碳酸盐岩剖面上的裂缝带和估计次生孔隙度有很好的效果。

4 声波测井

声波在不同介质中传播时，其速度、幅度衰减及频率变化等声学特性是不同的。声波测井是以岩石等介质的声学特性为基础来研究钻孔地质剖面、判断固井质量等问题的一种测井方法。利用声波进行地质勘探已有多年历史，大家熟悉的地震勘探大约在70年前已经开始，在海洋勘探、国防和其他国民经济部门中，利用声波也很广泛。声波测井是运用声波在岩层中的传播规律，来研究钻孔中岩层特点的一门技术。

5 自然伽马测井

自然伽马测井是以研究岩层或矿体天然放射性为基础，进而研究岩层性质和有关边质问题的一种方法。它发展较早，但直到目前仍是一种比较重要的方法。在煤炭勘探中，自然伽马测井曲线主要用来划分岩性、判断储集层、估计储集层的泥质含量和进行井间地层的剖面对比。

6 密度测井

伽马测井是把伽马射线源和探测器按一定方式排列放入钻井，在井下仪器移动过程中，由探测器记录源放出的伽马射线经地层散射和吸收后的强度的方法。因为反射的伽马射线强度和地层的密度有关，所以通常称之为密度测井。它的物理原理是当γ射线穿过物质时，主要发生光电效应、康普顿－吴有训效应和电子对3种作用而使能量逐渐被物质所吸收。在不同能量范围内，3种效应起不同的作用，并且在一定能量下，每一种吸收效应的相对重要性，也随着吸收物质的Z值而不同。

沉积岩3种主要造岩矿物是石英、方解石和白云石，而且不同黏土矿物的Pe值和U值具有明显差别。因此，岩性密度测井的最主要用途是根据地层的矿物成分来划分岩性。如果把Pe测量结果和自然伽马能谱测井、密度测井或中子测井的数据相结合，将能更好地识别岩性。

7 中子测井

中子测井是利用中子和物质相互作用的各种效应来研究岩层性质的一组测井方法。在进行中子测井时，把装有中子源和探测器的下井仪器由电缆放入井中。从中子源中发出的高能中子射入井内的地层中，高能中子与物质的原子核发生作用而减弱为低能中子或被原子核吸收，所以探测器记录的低能中子数量与地层的减速性和吸收性有关。氢是最特殊的减速物质，而中子测井结果可以反映地层的含氢量。在地层中，孔隙被氢充满，因此含氢量的多少反映了地层孔隙度的大小。中子测井是一种孔隙度测井，它最主要的用途之一是确定地层孔隙度。中子测井读数和岩石中含氢的总量有关，所以它反映的是总孔隙度。为了把总孔隙度大，但有效孔隙度小的泥质岩石和孔隙性岩石相区别，在应用中子测井时，通常是和自然γ测井相配合使用。在特定的地质条件下，中子测井在探测天然气、划分岩性、区分煤层和剖面对比等方面也可以发挥重要作用。根据应用目的的不同，为获得准确的结果，需要进行各种必要的校正。

在煤田勘探以及环境、水文地质中，还有不少测井方法，比如井径测量、井斜测量、磁测井、地层倾角测量、核磁共振测井、激发极化测井等。这些方法在不同的领域中都发挥着非常重要的作用。