“開平方法”與“對數(shù)法”在煤田地質(zhì)測井電阻率曲線中的對比應(yīng)用研究

于鵬程

（中國煤炭地質(zhì)總局 第一勘探局地質(zhì)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(shù)，取得不同地層的不同物性反應(yīng)參數(shù)，從而解決項(xiàng)目區(qū)的地質(zhì)問題。但在實(shí)際工作中，經(jīng)常會遇到取得的物性參數(shù)需要人為進(jìn)行預(yù)處理，才能提供最終的成果圖件，為項(xiàng)目解決相應(yīng)的地質(zhì)問題。

國內(nèi)不少學(xué)者對各類曲線預(yù)處理提出過各種方法，曲線濾波、歸一化法、插值法等。不同學(xué)者對測井曲線的預(yù)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(wěn)區(qū)和過渡區(qū)的概念，分析數(shù)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(zhǔn)確描述勘測境況，采取對測井資料標(biāo)準(zhǔn)化管理和對數(shù)歸一化處理等方法，對油藏情況綜合分析；文環(huán)明等人[3]以隨機(jī)分形理論為基礎(chǔ)，論述測井曲線分?jǐn)?shù)布朗插值方法，對測井曲線作插值處理進(jìn)行分析，對油藏精細(xì)描述和增強(qiáng)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(jìn)行處理、解釋，在處理過程中使用三分量數(shù)據(jù)重定向與合成，波場分離，分離后的上、下行P 波進(jìn)行反褶積，零井源距VSP走廊疊加等技術(shù)，將處理速度、走廊疊加剖面用于煤田層位標(biāo)定，用轉(zhuǎn)換橫波速度對3D3C 的PSV 橫波走時(shí)信息進(jìn)行整理和推算，取得較好效果。

通過對項(xiàng)目區(qū)的地質(zhì)地層特征及取得的地層物性特征反應(yīng)的研究，結(jié)合需要解決的地質(zhì)問題，使用多種方法對項(xiàng)目區(qū)各測井曲線進(jìn)行人為預(yù)處理，可以較好的了解項(xiàng)目區(qū)地層的變化規(guī)律，給煤巖層的識別及對比帶來便利，指導(dǎo)勘查工作。同時(shí)，對各處理方法進(jìn)行對比評價(jià)，找出各個(gè)處理方法的優(yōu)越性，能夠更好的反映地層物性特征，有針對性的選取項(xiàng)目區(qū)合適的處理方法。

本文在前人研究的基礎(chǔ)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(shí)力拓地質(zhì)儀器有限公司研發(fā)的logDraw處理軟件，對電阻率曲線進(jìn)行開平方后輸出測井成果圖件，并與電阻率曲線“對數(shù)法”進(jìn)行對比。

1 概況

根據(jù)《煤炭地球物理測井規(guī)范》 （DZ/T0080-2010） 要求，測井工作需要為地質(zhì)勘查報(bào)告提供測井剖面解釋成果，測井解釋綜合曲線圖（紙質(zhì)版及電子版1∶500），各煤層定性、定厚解釋成果圖件（紙質(zhì)版及電子版1∶50），全區(qū)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(shí)需要對電阻率曲線進(jìn)行預(yù)處理，傳統(tǒng)處理方法是加入輔助曲線或?qū)﹄娮杪是€進(jìn)行對數(shù)運(yùn)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(jìn)行對數(shù)運(yùn)算，曲線中高阻（灰?guī)r） 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?guī)r） 部分，壓縮過于強(qiáng)烈，細(xì)節(jié)無法體現(xiàn)，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(shí)際工作中對煤巖層解釋、對比，并保證細(xì)節(jié)的體現(xiàn)及圖件輸出的美觀。

2 “開平方法”與“對數(shù)法”在實(shí)際應(yīng)用中的對比

煤系地層中，煤層與其他巖層在各個(gè)地球物理特性方面存在著差異。在項(xiàng)目區(qū)內(nèi)，煤層與其他巖層相比，具有獨(dú)特高電阻率的地球物理組合特征。

2.1 “開平方法”的實(shí)際應(yīng)用

以河北力時(shí)力拓地質(zhì)儀器有限公司研發(fā)的logDraw 處理軟件為例。

2.1.1 系統(tǒng)版式定義

對電阻率曲線進(jìn)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(diǎn)。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(nèi)容主要包括最終成果圖件的巖性解釋、深度、測井參數(shù)曲線（等分曲線）、對數(shù)曲線（電阻率曲線對數(shù)運(yùn)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(tǒng)版式定義內(nèi)容Fig.2 LogDraw software system format definition content

各類出圖版式可以根據(jù)個(gè)人喜好及需要進(jìn)行自定義。出圖版式定義時(shí)，可在版式定義界面添加巖性解釋及N 個(gè)等分，在巖性解釋項(xiàng)中包括標(biāo)志層、測井解釋剖面、測井解釋厚度、解釋深度等，可根據(jù)個(gè)人需求對以上各項(xiàng)進(jìn)行列寬設(shè)置。在等分項(xiàng)中，可對每一等分的列寬、每一等分中放置的最大曲線數(shù)等進(jìn)行設(shè)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(dǎo)出”工具，其中包含了數(shù)據(jù)庫中伽馬-伽馬、自然伽馬、電阻率、井徑等各類數(shù)據(jù)。選中電阻率曲線，在深度范圍欄輸入導(dǎo)出曲線的起止深度，將其導(dǎo)出成為需要的格式，如文本文件、Access 數(shù)據(jù)庫等。以文本文件為例，將電阻率測井曲線數(shù)據(jù)導(dǎo)出成功后，將導(dǎo)出的文本文件中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel 表中，對Excel 表中電阻率數(shù)據(jù)進(jìn)行開平方處理。

處理完成后，需要將Excel 表中的數(shù)據(jù)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(dǎo)入原始數(shù)據(jù)庫中，如圖3～圖5 所示。

圖3 LogDraw 軟件數(shù)據(jù)導(dǎo)出Fig.3 LogDraw software data export

圖4 LogDraw 軟件數(shù)據(jù)導(dǎo)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(jīng)被“放小縮大”，與圖1 對比，開平方后的曲線沒有了超格現(xiàn)象，也不需要加入輔助曲線，而且在高阻（灰?guī)r） 部分細(xì)節(jié)體現(xiàn)良好，整體圖件美觀清晰，重點(diǎn)突出。

2.2 “對數(shù)法”的實(shí)際應(yīng)用

2.2.1 系統(tǒng)版式定義

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

圖6 LogDraw 軟件系統(tǒng)版式定義內(nèi)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(shù)

利用LogDraw 軟件對電阻率曲線取對數(shù)，相對“開平方法”較簡單，軟件中自帶對數(shù)運(yùn)算，無需導(dǎo)出導(dǎo)入數(shù)據(jù)。在版式定義中加入“對數(shù)”項(xiàng)后，只需要在“測井圖件”下添加一個(gè)新圖件（圖7），在段落格式中添加設(shè)置好的出圖版式（圖8），在段落對象屬性中設(shè)置曲線的開始深度、終止深度、曲線比例尺、“對數(shù)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(jìn)行“取對數(shù)”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(shè)置Fig.9 LogDraw software paragraph object attribute settings

圖10 電阻率曲線“對數(shù)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(shù)”后，在曲線中的高阻（灰?guī)r） 部分，壓縮過于強(qiáng)烈，使得一些細(xì)節(jié)無法體現(xiàn)。與“開平方法”（圖5） 相比較，給曲線高阻（灰?guī)r） 部分的細(xì)節(jié)解釋上帶來一些麻煩。

2.3 “開平方法”與“對數(shù)法”在數(shù)值上的對比

三側(cè)向電阻率曲線是煤、巖層重要的定性、定厚曲線。在項(xiàng)目區(qū)內(nèi)，煤層的電阻率值絕大多數(shù)情況下高于圍巖，其三側(cè)向電阻率值多為250.00～750.00 Ω·m，開平方后，三側(cè)向電阻率數(shù)值為15.80～27.39，取對數(shù)后，三側(cè)向電阻率數(shù)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(zhì)泥巖的三側(cè)向電阻率值為35.00 Ω·m 左右，開平方后，三側(cè)向電阻率數(shù)值多為5.92 左右，取對數(shù)后，三側(cè)向電阻率數(shù)值為1.54。砂巖系列的三側(cè)向電阻率值為35.00～530.00 Ω·m，開平方后，三側(cè)向電阻率數(shù)值多為5.92～23.02，取對數(shù)后，三側(cè)向電阻率數(shù)值為1.54～2.72。灰?guī)r三側(cè)向電阻率值為350.00～6300.00 Ω·m，開平方后，三側(cè)向電阻率數(shù)值多為18.70—79.37 左右，取對數(shù)后，三側(cè)向電阻率數(shù)值為2.54～3.80。詳見表2。

表2 “開平方法”與對“對數(shù)法”響應(yīng)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(jìn)行了壓縮，高阻（灰?guī)r） 部分?jǐn)?shù)值是低阻（砂質(zhì)泥巖、泥巖） 部分?jǐn)?shù)值的3.16～13.40 倍，砂巖系列部分電阻率開平方數(shù)值是低阻（砂質(zhì)泥巖、泥巖） 部分?jǐn)?shù)值的1～3.9 倍，起到了“放小縮大”的作用，能夠體現(xiàn)出數(shù)值差異，且在高阻（灰?guī)r） 部分自身有4.24 倍的數(shù)值差異，能夠突出重點(diǎn)，分清主次，在高阻（灰?guī)r） 部分的細(xì)節(jié)體現(xiàn)良好。

而對電阻率曲線取對數(shù)后，能夠明顯看出在高阻（灰?guī)r） 部分電阻率曲線壓縮過于嚴(yán)重，且數(shù)值差異較小，高阻（灰?guī)r） 部分的一些細(xì)節(jié)無法體現(xiàn)。

2 種方法曲線對比如圖11 所示。

圖11 “開平方法”與“對數(shù)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(shù)法”在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意的問題

3.1 “開平方法”在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意的問題

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

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

3.2 “對數(shù)法”在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意的問題

（1） “對數(shù)法”在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)考慮處理后是否導(dǎo)致了高阻（灰?guī)r） 部分細(xì)節(jié)不清，給曲線高阻（灰?guī)r） 部分細(xì)節(jié)解釋帶來麻煩。

（2） “對數(shù)法”在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意橫向比例及對數(shù)分?jǐn)?shù)的選擇。在提供的測井圖件中，不應(yīng)出現(xiàn)橫向比例及對數(shù)分?jǐn)?shù)選擇不當(dāng)而造成圖件的不美觀。

4 “開平方法”與“對數(shù)法”的優(yōu)劣

4.1 “開平方法”的優(yōu)勢及劣勢

（1） 優(yōu)勢?！伴_平方法”在實(shí)際應(yīng)用中可以有效的對電阻率曲線進(jìn)行壓縮，起到“放小縮大”的作用，且相較于“對數(shù)法”，壓縮后的曲線能夠突出重點(diǎn)，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?！伴_平方法”在曲線預(yù)處理中，相較于“對數(shù)法”過程較為復(fù)雜，需要從數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)出數(shù)據(jù)，對導(dǎo)出數(shù)據(jù)進(jìn)行“開平方”處理后，再導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中，過程中可能會因?yàn)椴僮鲉栴}造成導(dǎo)入失敗或數(shù)據(jù)出錯(cuò)等問題。

4.2 “對數(shù)法”的優(yōu)勢及劣勢

（1） 優(yōu)勢。“對數(shù)法”在實(shí)際應(yīng)用中也可以有效的對電阻率曲線進(jìn)行壓縮，尤其是在高阻（灰?guī)r） 地層與低阻（泥巖） 地層電阻率差值極大的地區(qū)，如貴州黔北煤田，煤巖層電阻率差值可達(dá)千倍以上。在這類地區(qū)使用“對數(shù)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(shù)法”對電阻率曲線高阻（灰?guī)r） 部分壓縮較大，使得細(xì)節(jié)弱化，容易造成分層不清。而且在各別地區(qū)，當(dāng)遇到極低阻（無煙煤） 地層（電阻率值大于0 小于1 的地層） 時(shí)，對電阻率曲線取對數(shù)會造成處理后的曲線出現(xiàn)負(fù)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(jié)語

通過對“開平方法”與“對數(shù)法”在煤田地質(zhì)測井電阻率曲線中的對比應(yīng)用進(jìn)行綜合分析，探討兩種方法各自的優(yōu)點(diǎn)及存在的不足。實(shí)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(xiàn)因曲線壓縮程度過大造成弱化細(xì)節(jié)的問題，不會出現(xiàn)對曲線預(yù)處理后因遇到極低阻（無煙煤） 地層出現(xiàn)負(fù)值的情況，能夠較好的保持原始曲線的形態(tài)，是一種較好的電阻率曲線預(yù)處理方法，有一定的推廣意義。