对利用测井曲线判识构造煤方法的认识陈萍

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1、第 42 卷 第 3 期 煤田地质与勘探 Vol. 42 No.3 2014 年 6 月 COAL GEOLOGY tectonic coal; coalbed structure 我国 DZ/T 02152002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 2009 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 13 条仍然采用原细则第26 条的规定，将煤的破坏类型分为五类，其中第和第类煤不具

2、有突出危险性，第、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1。 自 20 世纪 80 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、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

3、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1-2。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孔揭露的所有岩矿层的物理特征信息。 ”但在DZ/T 00801993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。 第 3 期 陈 萍等: 对利用测井曲线判识构造煤的认识 79 早在 1978 年，美国的

4、 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； 1989 年前苏联 B.M.伊万诺夫利用地质勘探钻孔的地球物理数据进行过预报煤与瓦斯突出危险性的试验4。自 20 世纪 90 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5-9。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9-10。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

5、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8、龙王寅等9、严家平等11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3、王建国等12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13指出：“在判识的过程中，先进行矿井采掘区

6、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3-14。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入手，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

7、宏等15、曹代勇等16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17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18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

8、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，淮南潘一煤矿煤层的视电阻率电位曲线总体上具 4 种基本形态特征10。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

9、可发现曲线异常。龙王寅等9-10、傅雪海等19、王建国等12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，不仅要比较本钻孔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9-10,14。 3 电位曲线和伽马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，少数钻孔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

10、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3还选择伽马伽马曲线作为辅助曲线。王建 80 煤田地质与勘探 第 42 卷 国等12、孟磊等13、严家平等11都采用视电阻率电位曲线和伽马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9-10,14。 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。

11、视电阻率电位和伽马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伽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

12、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1；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2； 琚宜文等20甚至将构造煤划分出 10 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11,17。汤友谊等21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)和构造软煤(相当碎粒煤和糜棱煤)。他们采集淮南煤田 1

13、3-1 煤层不同煤体结构类型煤的 118 个煤样，进行了坚固性系数(f 值)测定，又使用 DZA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 30 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3,12-13。 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9-10,14。 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

14、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)，也相当第和第类破坏类型煤。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、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

15、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9-10,14。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 45 个钻孔测井曲线中，28 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

16、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22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 13-1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 81 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3,12-13。 依