范晶晶，王延斌，王向浩，王 晉，張 新

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院，北京 100083）

煤體結(jié)構(gòu)的劃分對(duì)煤層氣開發(fā)有利區(qū)塊的選擇及煤礦安全開采有重要意義[1]。青海省魚卡煤田東部下含煤段M7 煤層全區(qū)可采，平均煤厚大于13.39 m，由于取芯井?dāng)?shù)量有限且取芯過程巖芯易受到外力破壞，因此僅通過巖芯判識(shí)煤體結(jié)構(gòu)比較困難，但魚東地區(qū)煤田測(cè)井資料豐富。在系統(tǒng)分析青海魚卡煤田東部M7煤層煤質(zhì)及分布情況下，結(jié)合現(xiàn)有地球物理測(cè)井曲線，對(duì)生產(chǎn)礦井煤體結(jié)構(gòu)的實(shí)地觀測(cè)及與鄰近鉆孔測(cè)井曲線相對(duì)比，劃分出ZK0-4 井M7 煤層的不同煤體結(jié)構(gòu)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

魚卡煤田共分七個(gè)勘查區(qū)，本次研究范圍在東部詳查區(qū)（見圖1）。魚卡煤田地層劃屬西北地層區(qū)、柴達(dá)木地層分區(qū)、柴北東緣地層小區(qū)。區(qū)域地層出露僅有下元古界達(dá)肯大坂群、古生界上石炭統(tǒng)及上奧陶統(tǒng)、中生界中、上侏羅統(tǒng)、新生界第三、第四系。

魚卡煤田位于柴達(dá)木準(zhǔn)地臺(tái)北緣，北與南祁連褶皺系殘山斷褶帶達(dá)肯大坂山-綠梁山隆起間中生代凹陷之魚卡背斜北翼。區(qū)域褶皺及斷裂構(gòu)造較發(fā)育，主要有尕秀背斜、尕秀向斜、魚卡背斜、魚卡向斜、魚北背斜，北西西向F3、F10、F2 及北東東向F7 等逆斷層。

圖1 魚卡煤田勘查區(qū)劃圖[9]Fig.1 Coalfield structure map of Yuqia

2 M7 煤層物性

魚卡煤田東部下含煤段M7 煤層位于下含煤段（J2d1）底部古老變質(zhì)巖地層之上，上距M6 煤層31.55～142.50 m，平均88.18 m，下距O3tj 變質(zhì)巖地層0.75～10.23 m，平均4.87 m。M7 煤層總體上具有厚度較大的特征，分布范圍0.51～46.10 m，平均厚度13.39 m。

3 煤體結(jié)構(gòu)劃分及測(cè)井響應(yīng)特征

3.1 煤體結(jié)構(gòu)劃分

關(guān)于煤體結(jié)構(gòu)的劃分方法眾多，本文參照地質(zhì)學(xué)中構(gòu)造巖分類方法中將煤體結(jié)構(gòu)按照遭受應(yīng)力破壞以及破壞程度劃分為原生結(jié)構(gòu)煤、碎裂煤、碎粒煤及糜棱煤4 種類型[11]，考慮測(cè)井曲線解釋精度，煤體結(jié)構(gòu)對(duì)煤層氣開發(fā)及礦井安全生產(chǎn)影響程度，綜合原始資料和煤體結(jié)構(gòu)的測(cè)井相應(yīng)特征及相應(yīng)程度，將煤體結(jié)構(gòu)劃分為原生結(jié)構(gòu)煤、碎裂煤、粉煤三種類型，粉煤對(duì)應(yīng)碎粒煤及糜棱煤。

3.2 測(cè)井響應(yīng)特征

構(gòu)造應(yīng)力破壞煤層的原生結(jié)構(gòu)、構(gòu)造，所以碎裂煤、粉煤的物理化學(xué)性質(zhì)與原生結(jié)構(gòu)煤都會(huì)發(fā)生變化，測(cè)井曲線相應(yīng)出現(xiàn)不同的相應(yīng)特征。魚卡東部主要測(cè)井曲線具體特征如下：

3.2.1 自然伽馬曲線 自然伽馬曲線記錄的是煤層的自然放射性強(qiáng)度，其幅值大小主要取決于煤層的放射性物質(zhì)含量，在魚卡煤田東部煤層自然伽馬曲線異常明顯，常呈箱形低幅值。構(gòu)造煤孔隙和裂隙均較發(fā)育，單位體積內(nèi)放射性物質(zhì)含量減少，理論上自然伽馬曲線表現(xiàn)為負(fù)異常。

3.2.2 密度曲線 密度曲線主要反映巖層的密度差異，煤相對(duì)巖石存在低密度特征，在密度曲線上煤層常表現(xiàn)為明顯低峰。構(gòu)造煤破壞程度高，空隙增加，密度減小。M7 煤層屬于低灰煤，平均11.54 %，含2～3 層夾矸，夾矸和灰分較大分層的密度均大于煤層，密度曲線高異常明顯。

3.2.3 聲波時(shí)差曲線 構(gòu)造煤比原生結(jié)構(gòu)煤膠結(jié)程度差，孔隙更發(fā)育，密度顯著減小，聲波在構(gòu)造煤中傳播速度一般小于原生結(jié)構(gòu)煤，通常，構(gòu)造煤的縱波、橫波聲波時(shí)差比原生結(jié)構(gòu)煤要大，常出現(xiàn)“周波跳躍”現(xiàn)象，聲波能量測(cè)井曲線上有能量衰減的現(xiàn)象[15]。煙煤的聲波時(shí)差400～560 μs/m，瓦斯的聲波時(shí)差則為2 260 μs/m，煤體破壞程度增加，煤體強(qiáng)度降低，瓦斯含量增大，聲速降低，其聲波時(shí)差增高。

3.2.4 側(cè)向電阻率曲線 煤的電阻率受變質(zhì)程度、灰分、水分、孔隙度、煤巖組分等影響在一定范圍內(nèi)變化，對(duì)于煤階、灰分、水分、煤巖組分相同的煤層而言，煤體受破壞程度不同，導(dǎo)致煤層孔隙度不同，含氣性也不同，因此電阻率也會(huì)不同。對(duì)碎裂煤而言，孔隙度低于粉煤，高于原生結(jié)構(gòu)煤，正常情況下電阻率應(yīng)低于原生結(jié)構(gòu)煤，但碎裂煤是煤層氣主要聚集區(qū)，若含氣量較多，其電阻率會(huì)出現(xiàn)高于原生結(jié)構(gòu)煤的現(xiàn)象。粉煤相對(duì)碎裂煤裂隙較多，孔隙度大，含水性強(qiáng)，自由離子含量增多，因此粉煤電阻率正常情況下低于碎裂煤。

4 煤體結(jié)構(gòu)劃分及測(cè)井響應(yīng)特征

4.1 不同煤體結(jié)構(gòu)測(cè)井組合特征

對(duì)比魚卡東部現(xiàn)有測(cè)井曲線及錄井資料，總結(jié)不同結(jié)構(gòu)類型測(cè)井曲線形態(tài)：M7 煤層其自然伽瑪強(qiáng)度一般在30～40API，灰份增大時(shí)可達(dá)100API 左右；在伽瑪-伽瑪曲線上均以低密度的高幅值形態(tài)出現(xiàn)，密度大多介于1.20～1.55 g/cm3；在電阻率曲線上以明顯的高幅值形態(tài)出現(xiàn)，為100～500 Ω·m，測(cè)井曲線形態(tài)特征（見表1）。

表1 魚卡東部煤層不同煤體結(jié)構(gòu)測(cè)井響應(yīng)特征Tab.1 Logging response characteristics of different coal structure in the Eastern Yuqia coalfield

4.2 測(cè)井技術(shù)劃分煤體結(jié)構(gòu)劃分實(shí)例

將生產(chǎn)礦井煤體結(jié)構(gòu)實(shí)地觀測(cè)結(jié)果與測(cè)井曲線反映的煤體結(jié)構(gòu)進(jìn)行比對(duì)，分析煤體結(jié)構(gòu)在測(cè)井曲線上的反映，相互驗(yàn)證，進(jìn)一步深化利用測(cè)井曲線判識(shí)煤體結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)成果，識(shí)別ZK0-4 井M7 煤層煤體結(jié)構(gòu)，M7 煤層在ZK0-4 鉆孔深度734.12～760.60 m，代表厚度26.54 m。

煤層識(shí)別：ZK0-4 井累積測(cè)深為766 m，通過對(duì)測(cè)井曲線趨勢(shì)的變化及煤層頂?shù)装鍘r性（泥巖和砂巖等）測(cè)井特征的識(shí)別，結(jié)合煤層“低自然伽馬、低密度、高聲波時(shí)差、高電阻率”的特征，判識(shí)出4 段煤層，分別是745～746 m，748～749.5 m，752.5～753.5 m，758～761 m。

煤體結(jié)構(gòu)劃分：在分析識(shí)別基礎(chǔ)上，依據(jù)表1 總結(jié)的特征對(duì)ZK0-4 井進(jìn)行煤體結(jié)構(gòu)劃分。測(cè)井曲線形態(tài)和幅值區(qū)間和同一煤層原生結(jié)構(gòu)煤測(cè)井曲線比，無明顯變化判斷為原生結(jié)構(gòu)煤。測(cè)井曲線形態(tài)和幅值區(qū)間與原生煤比較有明顯變化，且符合構(gòu)造煤變化規(guī)律的，判識(shí)為構(gòu)造煤，通過比對(duì)，一條或者多條測(cè)井曲線發(fā)生明顯變化的判識(shí)別為粉煤，變化程度符合規(guī)律且介于粉煤和原生結(jié)構(gòu)煤之間的判識(shí)為碎裂煤。

分層定厚：魚卡東部地區(qū)煤層在自然伽馬、密度及側(cè)向電阻率曲線上響應(yīng)明顯，經(jīng)過測(cè)井識(shí)別和巖芯比對(duì)，發(fā)現(xiàn)自然伽馬包絡(luò)線最大異常值的1/2 處作為煤層上下界面厚度與實(shí)測(cè)值最接近。745～746 m 段，上部0.6 m 是原生結(jié)構(gòu)煤，下部0.4 m 為夾矸；748～749.5 m段中含兩段0.5 m 的碎裂煤中間夾雜少量夾矸；752.5～753.5 m 段判識(shí)為粉煤；758～761 m 段上下各有1 m 碎裂煤，中間為原生結(jié)構(gòu)煤分布少量夾矸。依據(jù)地球物理測(cè)井曲線具體劃分ZK0-4 煤體結(jié)構(gòu)（見圖2）。

圖2 ZK0-4 井煤體結(jié)構(gòu)劃分實(shí)例Fig.2 Coal structure identification of ZK0-4 well

5 結(jié)論

通過地球物理測(cè)井中自然伽馬、密度、聲波時(shí)差和電阻率測(cè)井曲線，對(duì)魚卡煤田東部M7 煤層及ZK0-4井煤體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了劃分劃分，得出以下結(jié)論：

（1）魚卡煤田東部M7 煤層其自然伽瑪呈明顯負(fù)異常，強(qiáng)度一般在30～40API，灰份增大時(shí)可達(dá)100API左右，隨著煤體破壞程度增加，自然伽馬負(fù)異常程度減小；密度曲線上均呈現(xiàn)低密度，大多介于1.20～1.55 g/cm3，隨著煤體破壞程度增加，密度增大；在電阻率曲線上以明顯的高幅值形態(tài)出現(xiàn)，介于100～500 Ω·m，隨著煤體破壞程度增加，電阻率變小。

（2）ZK0-4 井M7 煤層煤體結(jié)構(gòu)判識(shí)為：745～746 m段上部0.6 m 為原生結(jié)構(gòu)煤，下部0.4 m 為夾矸；748～749.5 m 段中間夾雜0.5 m 泥巖，其余均為碎裂煤；752.5～753.5 m 段為粉煤；758～761 m 段上下各有1 m碎裂煤，中間為原生結(jié)構(gòu)煤分布少量夾矸，整體煤體結(jié)構(gòu)以碎裂煤-粉煤為主。

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