地球物理測井的幾種方法

張福彥

（黑龍江省煤田地質(zhì)二○四勘探隊，黑龍江 七臺河 154600）

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地球物理測井的幾種方法

張福彥

（黑龍江省煤田地質(zhì)二○四勘探隊，黑龍江 七臺河 154600）

摘要：在地質(zhì)勘探中，地球物理測井是由地面物探演變而來的，測井是在鉆孔內(nèi)進(jìn)行的物探工作。鉆孔內(nèi)有各種巖層和煤層，它們具有不同的地球物理特性，為了研究這些特性，產(chǎn)生了不同的測井方法、探測儀器和解釋手段。包括側(cè)向測井、密度測井、中子測井、聲波測井等方法，可以確定巖性、劃分滲透性巖層，按不同的測井曲線確定不同巖性的巖層。

關(guān)鍵詞：地球物理；測井；方法；地質(zhì)勘探

目前應(yīng)用于煤田測井的主要方法有：自然電位測井法、電阻率測井法、側(cè)向測井法、自然放射性測井法、密度測井法和聲波測井法。煤田測井主要解決的地質(zhì)問題有：第一，確定巖層巖性，判斷地層巖性組合。第二，劃分煤、巖層界面，估算煤層厚度，進(jìn)行煤質(zhì)分析，計算煤層的碳、灰、水分含量。第三，尋找構(gòu)造，為勘探礦山提供速度參數(shù)和巖石的各種彈性模量。從這些物理特性中推斷出巖石和煤的特性，從而獲得井下地質(zhì)信息。由于它的工作領(lǐng)域、觀測方式和所要解決的任務(wù)與地面地球物理學(xué)方法有較大差別，因此成為地球物理學(xué)的一個獨立分支學(xué)科。

煤田測井是利用鉆孔內(nèi)不同煤、巖層的電性、密度及放射性等物理性質(zhì)的差異，通過測井儀器測出反應(yīng)不同物性的曲線，然后對曲線進(jìn)行綜合解釋，用以確定煤層的深度、厚度、結(jié)構(gòu)，劃分并對比煤、巖層，了解煤質(zhì)、斷層、含水層、水文、水量、井溫、孔斜以及煤和巖層的產(chǎn)狀，確定煤層氣、頁巖氣儲層特征等。

1　側(cè)向測井

主要有側(cè)向電流法測井、三電極側(cè)向測井和側(cè)向梯度測井。這些方法，都是在解決低阻井液和高阻薄巖層對電流分流作用的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，目前，已成為煤田測井中解決煤中薄層夾矸的行之有效的方法。

側(cè)向電流法供電電極的電流是聚焦的，且集中成水平層狀垂直于井軸流入地層。所以，該法基本能反映地層電阻率的變化，分層能力較高，解決地質(zhì)問題效果好。三側(cè)向測井較其他電阻率測井方法更能反映巖層的真電阻率，但由于受部分泥漿和圍巖的影響，所測出的參數(shù)仍是視電阻率，影響三側(cè)向測井視電阻率曲線的因素主要是電極系參數(shù)和地層參數(shù)，前者對三側(cè)向視電阻率的影響包括主電極長度、屏蔽電極長度、電極系直徑和絕緣環(huán)厚度；后者對三側(cè)向視電阻率的影響包括泥漿、層厚、地層電阻率、圍巖電阻率等。這些因素在不同程度上影響了三側(cè)向視電阻率曲線，使其在形狀和數(shù)值上都有一定的變化。

2　密度測井

密度測井是一種孔隙度測井。它是按井下巖石密度的大小，研究伽馬射線與巖層作用后產(chǎn)生的康普頓效應(yīng)，形成的人工放射場。巖石的密度是指1cm3巖石所具有的質(zhì)量。對沉積巖石而言，其密度除與組成礦物有關(guān)外，還受到其膠結(jié)程度的影響。不同的巖石，具有不同的密度。對于煤層，它的密度和其他巖石密度相差很遠(yuǎn)，利用這一差異就可準(zhǔn)確地把煤層劃分出來。

在密度測井中，要保證被測量的散射伽馬射線強(qiáng)度能反映伽馬射線在地層中的康普頓效應(yīng)過程。從密度測井的整個測量裝置而言，基本與自然伽馬測井相同。由于密度測井測量的是由人工形成的放射場，所以，在下井儀器中還裝有伽馬源。為了防止伽馬源的直接照射，在探測器與伽馬源之間放一鉛屏，使直接射向探測器的伽馬射線全部被鉛屏吸收。

按密度測井曲線可確定巖石的巖性。如砂巖在密度曲線上顯示較低異常，泥巖及泥質(zhì)砂巖在密度曲線上顯示中等異常，利用密度測井曲線即可劃定煤層。煤層在密度線上變化明顯，配合電阻率曲線容易把煤層從圍巖中劃分出來，并能確定出煤層結(jié)構(gòu)及其厚度。還可確定巖石孔隙度，巖石密度隨孔隙度增大而減小。

3　中子測井

中子測井主要是反映巖層中的含氫量，所以，它是一種非常好的孔隙度測井。在測井工作中，是通過人工核反應(yīng)來得到中子的，用來產(chǎn)生中子的裝置稱為中子源。測井中所用的中子就是由中子源產(chǎn)生的。測井時，將裝有中子源的探管放入井內(nèi)，隨著探管的移動，由中子源發(fā)出的高能量高速中子流便射入地層，并產(chǎn)生相互作用，使得快中子減速變成慢中子(熱中子)，最后被各種元素的原子核俘獲，并放出中子伽馬射線，即所謂的次生伽馬射線。次生伽馬射線被探測器接收后變換為電脈沖，經(jīng)放大后送入地面儀器，最終以電位差的形式被記錄下來。由于測井是連續(xù)進(jìn)行的，故可獲得一條反映地層巖性的中子伽馬測井曲線。

中子伽馬射線強(qiáng)度的大小，主要取決于快中子的減速作用，在滲透性比較好的地層中，快中子的減速主要是由氫來決定的。氫的數(shù)目越多，快中子的減速作用越強(qiáng)，探測器接收到的中子伽馬射線就越少，曲線異常反映就越低。反之，曲線異常反映就越高。

同其他放射性測井一樣，中子伽馬測井受很多因素的影響，主要包括：地層條件、地層的中子特性、井參數(shù)及測試條件等。為了盡量消除這些因素的影響，必須合理地選擇所用參數(shù)，特別要重視源距的選擇。

根據(jù)中子曲線所反映的地層含氫量的變化，可以判斷巖石巖性。一般在孔隙率大的地層，巖石的中子伽馬射線強(qiáng)度小，可利用中子曲線來判斷地層巖石孔隙度，確定煤質(zhì)。煤由于變質(zhì)程度的不同，則含氫量的多少也不相同，因而中子伽馬射線呈現(xiàn)的異常也不一樣，故可根據(jù)中子伽馬曲線來判斷煤質(zhì)的好壞。

4　聲波測井

聲波測井是利用聲波在巖石中的傳播性質(zhì)來研究鉆孔內(nèi)巖石巖性的。目前，主要應(yīng)用的是聲速測井。

煤田測井主要采用單發(fā)射雙接收。當(dāng)上、下圍巖的性質(zhì)和聲波傳播速度相同時，曲線在巖層中呈對稱形狀。曲線異常幅度的中點就是對應(yīng)巖層的上、下界面。所以，可用半幅值點法來劃分巖層界面。同其他測井一樣，聲速測井曲線也受很多因素影響，如井徑影響、源距影響、間距影響、周波跳躍現(xiàn)象影響等。為了保證聲速測井曲線能準(zhǔn)確地反映地層巖性的變化情況，應(yīng)采取相應(yīng)的措施減少或消除上述各因素的影響。

可以確定巖性、劃分滲透性巖層，因各類巖石的聲速不同，所以，可按聲速測井曲線確定不同巖性的巖層，砂巖、灰?guī)r和礫巖顯示低時差，而泥巖、黏土則顯示高時差。此外，在滲透性比較好的砂礫巖剖面上，時差曲線表現(xiàn)為低聲速(高時差)，因此可利用聲速測井曲線的高異常來劃分滲透性地層，并確定含水層位。可以確定巖層孔隙度，巖層中的聲波傳播速度主要由密度來決定。密度越大，孔隙越小，聲速就越大，時差就越小。反之，孔隙增大，時差就越大。當(dāng)煤層圍巖為高速巖層時，曲線在煤層上反映效果最好?？梢詫Ρ鹊貙樱?dāng)鉆井剖面上的巖石巖性基本穩(wěn)定時，主要利用時差曲線，再與其他井的線相配合，可用來劃分對比地層。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 黃智輝，陳曜嶺.煤田地球物理測井［M］.武漢：武漢地質(zhì)學(xué)院出版社，1996.

［2］ 黃作華，鄭海清.煤田地球物理勘探［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2002.

Several methods of geophysical logging

ZHANG Fu-yan
(Coal Geology No.204 Exploration Team of Heilongjiang Province,Qitaihe 154600,China)

Abstract:In the geological exploration,geophysical logging is evolved from ground geophysical prospecting,logging is carried out in the borehole.There are a variety of rock stratum and coal seam in the borehole,they have different geophysics characteristics,in order to study these properties,there exists different logging methods,detection equipment and means of interpretation.Methods of lateral logging,density logging,neutron logging and acoustic logging can determine lithology,divide permeability stratum,and determine different logging curve according to different lithology.

Key words:Geophysics;Logging;Method;Geological exploration

中圖分類號：P631.8+1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1674-8646（2016）08-0054-02

收稿日期：2016-01-20

作者簡介：張福彥（1973-），女（回族），黑龍江鶴崗人，助理工程師，主要從事物探技術(shù)工作。