对利用测井曲线判识构造煤方法的认识.pdf

第 4 2卷 第 3期 2 0 1 4年 6月 煤田地质与勘探 COA LGE 0I D GY E XP 1 0R 1 0 N Vo 1 42NO 3 J u n 201 4 文章编号 1 0 0 1 1 9 8 6 2 0 1 4 0 3 0 0 7 8 0 4 对利用测井曲线判识构造煤方法的认识 陈 萍 张荣飞 唐修义 安徽理工 大学地球与环境 学院 安徽 淮南 2 3 2 0 0 1 摘要 依据参与实际工作 的体会 对利用钻孔测井曲线 t 1 识构造煤方法中的一些问题提 出几点认 识 澄清一些概念性问题 分析认 为 钻孔测井曲线是 目前煤矿探测未被巷道揭露的新采区构造 煤唯一可行的方法 可为煤矿 区域突出危险性预测提供基础 资料 但这需要充分认识此项技术的 特点和复杂性 依据煤矿现有测井资料判识构造煤 还只能采用人工定性判识方法 研究或引进 新 的测井技术 方有可能探求定量和计算机 自动识别方法 关 键词 测井 曲线 构 造 煤 煤 层结构 中图分类号 P 6 3 1 文献标识码 A DO I 1 0 3 9 6 9 is s n 1 0 0 1 1 9 8 6 2 0 1 4 0 3 0 1 8 So me und e r s t a nding o f ide nt if ying t e ct o nic c o a l by lo g g in g cur v e CHEN Pi ng ZHANG Ro ng f e i T ANG Xi u yi S ch o o l o f E 口 a n dE n v ir o n m e n t A n h u i U n i v e r s ity o f S cie n ce a n d T e ch n o l o g y Hu a i n a n 2 3 2 0 0 1 C h in a Ab s t r a ct Acco r d in g t o t h e e x p e r ie n ce in p r a ct ica l wo r k fi v e r e c o g n it io n s we r e p u t f o r wa r d a b o u t s o me q u e s t io n s o f t h e me t h o d s id e n t if y i n g t e ct o n ic co a l wi t h lo g g in g cu r v e s s o me co n c e p t u a l i s s u e s we r e cla r ifi e d Th e me t h o d is t h e o n ly f e a s ib le o n e t o d e t e ct t e ct o n ic co a l in n e w m in in g d is t r ict u n e x p o s e d b y r o a d wa y a t p r e s e n t p r o v id e s b a s ic d a t a f o r f o r e c a s t in g r e g io n a l o u t b u r s t d a n g e r Bu t it is n e ce s s a r y t o u n d e r s t a n d f u lly t h e ch a r a ct e r is t ic s a n d co mp le x it y o f a p p lica t io n o f t h is t e ch n o lo g y Ar t ifi cia l q u a lit a t iv e id e n t ifi ca t io n m e t h o d is o n ly f e a s ib le t o id e n t if y t e ct o n ic co a l wit h t h e a p p lica t io n o f e x is t in g lo g g in g d a t a in a co a l min e Re s e a r ch in g o r imp o r t in g n e w lo g g in g t e ch n o lo g y ma k e s it p o s s i b le t o e x p l o r e t h e q u a n t i t a t iv e me t h o d a n d t h e co mp u t e r a u t o ma t ic i d e n t i fi c a t io n me t h o d K e y wor ds log ging c u r ve t e ct onic coa l coa lb e d s t r uct ur e 我国 DZ T 0 2 1 5 2 0 0 2 煤 泥炭地质勘查规 范 和原煤炭工业部制定的 矿井地质规程 都只 要求判定煤层和煤层内的夹矸 并不要求判别纯煤 层 内部的结构 出于防治煤与瓦斯突出的需要 人 们才详细研究纯煤层内部的结构 国家安全生产监 督管理总局于 2 0 0 9年发布 防治煤与瓦斯突出规 定 对原煤炭工业部制定的 防治煤与瓦斯突出细 则 作 了修订 其 中第 1 3条仍然采用原 细则 第 2 6 条的规定 将煤的破坏类型分为五类 其中第 1 和第 1 I 类煤不具有突出危险性 第1 I I V类煤 被定为预测煤层突出危险性单项指标之一 这三类 破坏类型煤的共同特点是 煤呈粒状或土状 用手 捻之成粉末 硬度低甚至疏松 煤 的条带状结构 层理和裂隙都不显现lJ J 自 2 0世纪 8 0年代 我国瓦斯地质研究者引进 构造地质学中的 构造岩 概念 将遭受地质构造作 用改造过的煤称为构造煤 研究者们提出过多种构 造煤分类方案 其称谓也不一 本文不讨论构造煤 的概念与分类问题 所称构造煤仅指具有突出危险 性的煤 相当于I I I V类破坏类型煤 而在一 些构造煤分类方案 中所称的构造煤不仅仅指具有突 出危险性的煤 还包含不具有突出危险性的碎裂煤 即相当I I 类破坏类型煤 2 构造煤或煤破坏类型的标志都是定性描述 没 有严格的可量化标志 而且也都只能用于在煤矿巷 道观测煤壁 1 之 在煤层未被巷道揭露的新采区和新 水平 目前判识构造煤的唯一可行 的方法是利用测 井 曲线显示 的特征予以判识 正如孙 四清等 3 指出 的 井下煤壁观测无法获取矿井未揭露 区的构造软 煤资料 钻孔取心常因煤层打丢 打薄 取心率低 或煤心描述过分简洁而无法准确分析构造软煤 的发 育程度及其分布状况 而测井 曲线则客观真实地记 录了钻孑 L 揭露的所有岩矿层的物理特征信息 但在 DZ T 0 0 8 0 1 9 9 3 煤 田地球物理测井规范 里尚无 此项要求 防治煤与瓦斯突出规定 也没有列入此 项 内容 收稿 日期 2 0 1 3 0 1 1 1 作者简介 陈萍 1 9 5 8 一 女 黑龙江集贤人 教授 硕士生导师 从事地质勘查研究与教学 第 3期 陈 萍等 对利用测井曲线判识构造煤的认识 7 9 早在 1 9 7 8年 美国的 S w 兰伯特 M A 特立 维茨利用 密度 测井 曲线将煤体结构分为脆煤 和硬 煤 1 9 8 9 年前苏联 B M 伊万诺夫利用地质勘探钻孑 L 的地球物理数据进行过预报煤与瓦斯突出危险性的 试验 引 自 2 0世纪 9 0年代 我国研究者开始探索 利用测井曲线判识构造煤的方法 5 据 已有发表的 文献资料 构造煤与共生的非构造煤的物性差异在 测井曲线上确有响应 但用于判识构造煤并非易事 至今提出的判识方法还是判识人依靠 自己的经验定 性判识构造煤 安徽省煤 田地质局 曾经组织科研人员研究利用 测井 曲线判识淮南和淮北煤矿构造煤的方法 9 1 0 最近笔者在曾庆华指导下参与研究淮南新集煤矿构 造煤 体会到 利用测井曲线判识构造煤是一项难 度较大的技术 需要对此项技术的特点和复杂性有 充分认识 还需澄清一些概念性问题 以利进一步 完善与应用此项技术 1 测井 曲线判识构造煤 的基本技术路线 王定武 引 龙王寅等 严家平等 都是先取 得巷道煤壁观测资料 对照分析观测点 附近的钻孔 测井 曲线 发现构造煤的特殊物性在曲线上的响应 特征 经反复验证 总结 出判识该煤矿构造煤的标 志 孙 四清等 引 王建国等 在淮南潘三煤矿和谢 桥煤矿不仅观测煤矿巷道煤壁 还在井下用直流电 法仪测定不 同煤体结构类型煤分层 的视 电阻率 又 采集煤样品测定坚固性系数 密度等参数 进而得 到构造软煤 即构造煤 在测井 曲线上的响应特征 孟磊等 1 指 出 在判识的过程 中 先进行矿井采掘 区内钻孔测井曲线的构造软煤判识 经对采掘区构 造软煤判识结果与煤壁观测结果反复验证 不 断校 正构造软煤测井曲线判识时的定性 定厚准则后 再 向未采区推广 总之 这可以说是利用测井曲线 判识构造煤 的基本技术路线 至今此项技术先在淮 南 淮北 平顶山 最近在潞安等矿区的几个大型煤 矿 已经取得成效 3 1 4 今后判识煤矿的构造煤还是需 要遵循这一基本技术路线 从观测该煤矿井下巷道煤 壁人手 不能简单套用其他煤矿的经验 必须指出 判识上述煤矿构造煤所利用的测井 曲线仍然是煤矿提供的模拟测井曲线 近来各煤矿 已经改用数字测井技术 如何利用数字测井资料判 识构造煤尚待研究 煤层气开发部 门也关注煤层内构造煤的发育情 况 据陈振宏等 曹代勇等 的报道 采气 目的 层内的构造煤将产生大量难以处理的煤粉 此外 煤层内构造煤发育还将降低煤层渗透性 又使井壁 难以维护 在未采 区的煤层气 区块 内 如何利用煤 层气井的数字测井 曲线判识构造煤也待研究 姚军 鹏等 1 提出用测井资料求取煤孔隙结构指数的新方 法 所用实例像是某地 区的煤层气井 这是一种探 索 但文献对方法本身和实例的陈述都过于简略 如若在煤矿井田范围内打煤层气抽采井 此项技术 可为选择 目的层 施工技术及采气方法提供基础资 料 对此李伟等 1 8 作了报道 2 测井 曲线判识煤层 内的构造煤分层方法 在一个煤矿井 田范围内 同一煤层的沉积环境 相似 并处于相同的煤变质阶段 若有岩浆岩侵入煤 层 另当别论 因而该煤层具有一般正常的条带状 结构 层理构造和裂隙系统 该煤层的测井 曲线形 态也呈现为一般正常的基本形态 例如 淮南潘一 煤矿 8煤层的视电阻率电位曲线总体上具 4种基本 形态特征 I 们 这种正常测井曲线形态反映的是具有 正常结构煤层的物性 粉状构造煤是地质构造作用 改造煤层的产物 往往成为煤层内部厚度不大 分 布不稳定的分层 因其物性有别 测井曲线形态呈 现异常 所有研究者都发现 与相邻 的具有正常结 构煤 有文献称之为原生结构煤 相 比 构造煤在测 井曲线上表现为低电阻率 低密度 高声波时差 井径扩径等异常 必需指出 这些异常都是相对比 较而言 只有在了解研究区内该煤层测井 曲线正常 形态特征基础上 通过对 比 方可发现曲线异常 龙王寅等 9 1 0 傅雪海等 王建国等 都指 出过 这一点 这可以说是利用测井曲线判识构造煤的又 一 技术路线 还需指出 与相邻的正常煤相 比 构造煤分层 的测井曲线异常既是相对的 又不十分明显 因此 不仅要 比较本钻孑 L 本煤层内各分层的曲线特征 还 要 比较同钻孔相邻煤层和相邻钻孔同一煤层的曲线 特征 如此通过多方 比较 方可确认测井曲线相对 异常 判定构造煤 9 1 0 1 4 3 电位 曲线和伽马一 伽马 曲线判识构造煤 煤矿提供的模拟测井资料主要有视电阻率电位 曲线 伽马一 伽马曲线 自然伽马曲线和自然电位 曲 线等 4条参数测井曲线 少数钻孑 L 还有井径和声波 时差曲线 所有研究者都认识到 与相邻的正常煤 比较 构造煤的电阻率较低是最明显 的特征 所以 视电阻率电位曲线被用作识别构造煤 的主曲线 孙 四清等 还选择伽马一 伽马曲线作为辅助曲线 王建 8 0 煤 田地质与勘探 第 4 2 卷 国等 孟磊等 n 严家平等 n 都采用视电阻率电 位 曲线和伽马一 伽马曲线作为判识构造煤的主曲线 按 曾庆华的经验 这两条曲线同等重要 没有主与 辅之分 在 同一煤层层段这两条 曲线必须都显示异 常 即视电阻率电位曲线幅值相对减小 伽马一 伽马 曲线的幅值相对增大 方可作为判定该层段为构造 煤的必要依据 9 1 0 1 4 如果测井资料 中还有井径和声 波时差 曲线 可作为辅助曲线 影响各参数曲线的因素很多 既有 自然因素又 有人为因素 煤层结构仅仅是 自然因素之一 视 电 阻率 电位和伽马一 伽马两条 曲线可作为判识构造煤 的主曲线 但还不可忽略其他 曲线反映的各种信息 例如 很多研究者都注意到煤中矿物质含量差 异 有些文献用灰分一词 灰分产率可以近似表征煤 中矿物质含量 也能造成视 电阻率电位曲线和伽马一 伽马曲线的上述变化 为此曾庆华审视 自然伽马曲 线对煤 中矿物质的反映 当被判识的各煤层 中矿物 质含量接近的前提下 方可依据上述两曲线 的异常 判识构造煤 否则视电阻率电位和伽马 马两条 曲 线即使呈现上述异常 也不能判定构造煤 另外 测井仪器 技术和操作 以及钻孔内的 泥浆等人 为因素都可能对各参数 曲线形态产生影 响 应该审查钻孔测井资料的质量 如果发现人为 因素明显影响到了曲线形态 该钻孔的测井曲线不 能用于判识构造煤 4 测井 曲线判识多种煤层结构 类型存在的问题 观测煤矿井下煤壁可以依据观测 目的和条件将 煤层结构划分成若干类别 例如 防治煤与瓦斯突 出细则 将煤的破坏类 型分为 5类 焦作矿业学 院瓦斯地质研究所把煤分为原生结构煤和构造煤两 大类 又将构造煤划分为碎裂煤 碎粒煤和糜棱煤 等 3类 琚宜文等 甚至将构造煤划分出 1 0个类 型 利用测井 曲线显然不可能判识 出多种煤层结构 类型 有些研究者利用测井曲线将煤分为三类 1 1 1 7 汤友谊等f 2 I 对此作 了较详细研究 他们将煤层结构 只划分成两类 称硬煤 相当原生结构煤和碎裂煤1 和构造软煤 相 当碎粒煤和糜棱煤 他们采集淮南 煤 田 1 3 1 煤层不同煤体结构类型煤的 1 1 8 个煤样 进行了坚固性系数 厂 值 测定 又使用 D Z I I A型防 爆数字直流电法仪在井下掘进工作面煤壁对不同煤 体结构类型的煤分层进行了 3 0组视电阻率值 的测 定 两种测定结果都表明 仅可将煤体结构分为硬 煤和构造软煤两类 他们利用测井 曲线只判识出这 两类 煤 3 I 1 2 引 按 曾庆华的意见 由于煤层的测井 曲线形态复 杂多变 依据测井 曲线既不可能判识出多种煤层结 构类型 也难 以简单地把煤层结构仅仅 区分出两类 经常出现难 以肯定非此 即彼的情况 因而不得不划 分 出三类 称之为正常结构煤 构造煤和过渡性结 构煤 9 1 0 1 4 对这三类煤层结构的概念需要作如下说明 被称之为正常结构煤的测井曲线具有前述的正 常形态特征 经与煤矿井下煤壁观测的资料对比 正 常结构煤相 当汤友谊等提出的硬煤 包含原生结 构煤和碎裂煤 也相当第 1和第 1 I 类破坏类型煤 所称构造煤的测井 曲线具有前述形态异常特征 相 当汤友谊 等提 出的构造 软煤 包 含碎粒 煤和糜 棱 煤 以及相当具有突出危险性的第 I V等三 类破坏类型煤 这两类煤的概念 尚较易理解 难点 在于几条测井曲线显示的特征比较复杂 互有矛盾 例如某煤分层视电阻率 电位曲线相对减小 但是伽 马一 伽马曲线的幅值并未相对增大 两条曲线异常反 映的煤层结构不一样 难以判定曲线对应的煤分层 属于正常结构煤或者属于构造煤 因而不得不分出 另一类煤 称 过渡性结构煤 当然这种煤本身有 可能就是处于正常结构煤和构造煤结构之间过渡性 状态 即强碎裂状态 但这仅是一种可能 还应该 考虑到另一种可能 即未知的 自然 因素或人为因素 造成曲线的如此多样化 严格意义上讲 曾庆华所 定的过渡性结构是依据测井曲线难 以判定的煤层结 构 9 1 0 1 4 在淮南和淮北煤矿里这种情况并非偶见 以淮北芦岭煤矿 8 煤层为例 被解释的 4 5 个钻孔测 井曲线中 2 8个钻孔里出现这种情况 总之 一来 因为 自然界煤层结构本身就很复 杂 二来 由于多种因素可造 成曲线形态变化 测 井 曲线常有可能 出现多样变化 以致很难用 以判 定煤层结构类型 曾庆华划 分出过渡性结构煤符 合客观实际 5 结语 至今利用测井曲线判识构造煤的方法属人工定 性方法 依赖判识者个人 的经验 要求判识者不仅 熟悉测井技术 还要了解井田地质 不同判识者识 别的结果常存在差异 这种状况显然是不完整的 汤友谊等 2 曾研究测井曲线计算机识别构造 软煤的方法 他们研究 的对象是淮南潘三煤矿 1 3 1 煤层 汤友谊所在团队已经开展过煤矿井下煤壁观 测 现场和样品测试 以及测井曲线解释等大量工 作 在此基础上他们提出 以视电阻率 曲线为识别 构造软煤的主曲线 伽马一 伽马曲线为辅助曲线 应 第 3期 陈 萍等 对利用测井曲线判识构造煤的认识 8 1 用斜率方差分层 概率计算识别的方法 这是一项 有意义的探索 但恐难以推广应用 正如作者指出的 计算机 自动识别构造软煤的技术难度较大 有 待进一步研究 完善 此文发表以后 在研究淮南 煤矿构造煤的文献 中也未见此方法得到应用 3 1 2 1 3 依据上述 4点认识 利用煤矿提供的钻孔测井 曲线判识构造煤的变数太多 采用一条或两条参数 曲线 予 以量化 探求计算机 自动判识构造煤的方 法 即使在及其有 限的范围内取得某种成效 也不 可能推广应用 今后研究与引进新的测井技术 或 有可能建立起判识构造煤的模型 定量和计算机 自 动判识构造煤 外国学者首先提出利用地球物理测井技术有可 能判识煤层结构 我国研究者做了比较多的研究 虽然现今提出的判识方法不完善 但 为探测煤矿 区 内煤层未被揭露的新采区和新水平的构造煤 目前 尚无其他更好 的方法 探测煤层气井内的粉状构造 煤也只有想办法应用测井技术了 参考文献 1 中华人 民共 和国煤 炭工业部 防治煤 与瓦斯突 出细 I tl M 北 京 煤炭工业出版社 1 9 9 5 1 6 1 7 2 张玉贵 煤体结构和构造煤 M 张子敏 瓦斯地质学 北京 中国矿业 大学出版社 2 0 0 9 1 7 9 1 8 2 3 孙 四清 陈致 胜 韩保 山 等 测井 曲线判 识构造 软煤技术预 测煤 与瓦斯 突出 J 煤 田地质与勘探 2 0 0 6 3 4 4 6 5 6 8 4 傅雪海 陆国桢 测井曲线在预测煤与瓦斯突出中的作用 J 中国煤田地质 1 9 9 8 1 0 增刊 1 8 2 8 3 5 杨为民 利用测井曲线分析和判别构造煤 J 煤炭科技资料 1 9 9 1 4 1 6 6 张玉贵 樊孝敏 王世国 测井曲线在研究构造煤中的应用 J 焦作矿业学 院学报 1 9 9 5 1 4 1 7 6 7 8 7 陆国桢 张凤威 傅雪海 测井解释煤层甲烷含量与煤层结构 的研 究 J 煤 田地质与勘探 1 9 9 7 3 5 4 5 7 8 8 王定武 利用模拟测井曲线判识构造煤的研究 J 中国煤田 地质 1 9 9 7 9 3 7 0 7 3 9 龙王寅 朱文伟 徐静 等 利用测井曲线判识煤体结构探 讨 J 中国煤田地质 1 9 9 9 l1 3 6 4 6 6 1 0 龙王寅 李东平 曾庆华 等 潘一矿 8 煤层煤体结构特征及 煤与瓦斯突出区域性预测 J 安徽地质 2 0 0 3 1 3 1 7 0 7 3 1 1 严家平 王定武 利用煤田钻孔测井信息判识祁东煤矿构造煤 的理论与实践 J 矿业安全与环保 2 0 0 3 3 0 6 3 7 3 8 1 2 王建国 汤友谊 刘见宝 钻孑 L 测井曲线判识构造软煤的研 究c J 山东煤炭科技 2 0 0 8 3 5 9 6 1 1 3 孟磊 刘明举 魏建平 等 利用钻孔测井曲线判识构造煤在 谢桥矿 的应用 J 现代矿业 2 0 0 9 5 1 1 2 1 1 5 l4 孙文卿 傅雪海 曾庆华 常村矿 3 拌 煤构造煤分布及其成因 探讨 J 煤矿安全 2 0 1 1 4 2 2 1 4 0 1 4 2 1 5 陈振宏 王一兵 孙平 煤粉产出对高煤阶煤层气井产能的影 响及其控制 J 煤炭学报 2 0 0 9 3 4 2 2 2 9 2 3 2 1 6 曹代勇 袁远 魏迎春 等 煤粉的成因机制一 产出位置综合 分类研究 J 中国煤炭地质 2 0 1 2 2 1 1 1 0 1 2 1 7 姚军朋 司马立强 张玉贵 构造煤地球物理测井定量判识研 究 J 煤炭学报 2 0 1 1 3 6 增刊 1 9 4 9 8 l 8 李伟 吴建国 构造煤分 布区地 面煤层气抽采井施工技术及方 法探讨 C 2 0 0 8年煤层气学术研讨会论文集 北京 地质 出 版社 2 0 0 8 2 6 O 2 6 6 1 9 傅雪海 姜波 秦勇 等 用测井曲线划分煤体结构和预测煤 储层渗透率 J 测井技术 2 0 0 3 2 7 2 1 4 0 1 4 3 2 O 琚