[科普中国]-煤系地球物理测井相

煤系岩石中反映垂向层序和环境演化的地球物理测井曲线特征。运用测井资料判别煤系的沉积相和沉积环境时，一般采用多种测井方法组合，包括视电阻率法、γ法、γ-γ法或地层体积密度法和自然电位法等。有时，还配合声波、岩层倾角等测井方法。通过处理多种不同参数的测井曲线，可以把测井孔段划分成若干测井相。每一种测井相对应地有一种特征测井曲线，根据标准孔中建立的测井相与沉积相的相关关系，再结合当地地质模型，就可以用测井相鉴定沉积环境。而单凭一两种测井曲线判别煤系沉积相和沉积环境，则往往会得出错误结论。

地质-物理基础鉴别沉积环境的关键是确定岩性、粒度、分选性、泥质含量、胶结程度、岩层接触关系、垂向沉积层序、砂体的形态和分布以及煤、岩层横向上的变化等各种成因标志。这些成因标志是各种沉积环境水动力因素作用的结果，它们又控制着岩石导电性、自然放射性、自然电位、密度等物理性质的变化。利用测井曲线确定这些岩石物理性质 (或者说成因标志) 在纵向和横向的变化，就可以配合当地的地质模型，鉴定沉积环境。

电阻率煤层和石灰岩的视电阻率差异不大，均为高阻。其它岩层的视电阻率都低于煤层和石灰岩。煤层的视电阻率值随其灰分含量的增加、密度的增大而减小;石灰岩随泥质含量增高，其视电阻率值降低;碎屑岩的视电阻率，与其粒度、分选性、泥质含量、胶结物成分、胶结程度和地层水矿化度等有关。一般，砂岩的视电阻率值随其粒度的减小、泥质含量的增高、密度的增加(密度大小与胶结物成分及胶结程度有关)以及地层水矿化度的增高而降低，但随碎屑颗粒分选性的变差而增高; 泥质岩的视电阻率最低。

自然放射性沉积物的粒度越小，比面积越大，吸附自然放射性元素的能力越强。当不存在其它放射性物质的干扰时，岩层γ射线的强度随泥质含量的增加而增大。一般，石灰岩、砂岩的自然放射性较弱，泥质岩的自然放射性较强。煤中的有机质和无机质都不是放射性物质，通常γ强度低，而当成煤环境中有伴生的铀等放射性元素时，则其γ值将出现异常。岩石的自然放射性与其分选性无明显关系，而与其粒度密切相关。利用γ测井曲线来计算粒度中值，对确定陆相沉积岩层效果较好，对确定海相沉积岩层可望取得好的效果，但对于确定快速堆积的粗相带或钙质富集带，则效果明显变差。

γ-γ射线γ射线辐射煤、岩层时产生的散射γ射线。这种射线的强度与煤、岩层的密度有关。煤层具有明显的低密度特性，在γ-γ测井曲线上表现为明显的高峰，据此，可有效地查明煤层。鉴于不同岩性的密度差异不很明显，因此，γ-γ测井曲线鉴别岩性的分辨力不高，较少直接用于研究沉积相和沉积环境。

自然电位钻孔中各岩层之间或岩层与冲洗液接触界面上自然形成的扩散一吸附电位所造成的沿孔身变化的电位降。当砂岩中地层水的矿化度大于冲洗液的矿化度时，在砂岩层段上可以观测到自然电位呈负异常(岩层的自然电位异常是相对泥质岩来说的，小于泥质岩的自然电位异常称为负异常)。这一自然电位负异常的幅值，将随粒度中值的减小，分选性的变差和泥质含量的增加而降低。据此，可根据自然电位测井曲线来确定岩石的粒度中值或泥质含量。自然电位测井曲线和γ曲线反映岩层的能力比较相似，它们的幅值都与岩石的密度有关。自然电位曲线的幅值不仅与总电动势有关，还受岩层厚度、岩石电阻率、冲洗液矿化度以及工业用电干扰的影响，当其得不到满意的效果时，常用γ测井来代替。

测井曲线形态与沉积相解释只有掌握了测井曲线的形态与沉积体特征之间的关系，才能对所获得的测井曲线做出正确的沉积相和沉积环境的解释。测井曲线的形态包括曲线的幅度、形状以及岩层顶、底部位的曲线特征。

测井曲线幅度的大小它能够反映岩石的粒度、分选性以及泥质含量的变化，指示沉积能量。①粗粒沉积物。是高能环境中的产物，一般具有高电阻率、高自然电位负异常和低γ射线强度以及相应的曲线幅度。②细粒沉积物。是低能环境中的产物，具有低电阻率、低自然电位负异常和高γ射线强度以及相应的曲线幅度。1

测井曲线形状单个煤、岩层的测井曲线的轮廓。它们可分为箱形、钟形、漏斗形、指形、笋形和齿形等(下图)。各种曲线又可分为光滑的和带锯齿的两类。①箱形曲线。顶、底界面平直，突变，顶端呈平滑或锯齿状，反映沉积过程物源丰富、水流能量较强或快速沉积。粒度均匀的厚层砂岩常表现为箱形曲线。结构简单的厚煤层曲线亦呈箱形，但常带锯齿。②钟形曲线。底界面突变，下部突出幅度大，往上越来越小，反映岩石粒度由下向上逐渐变细的正粒序，说明水流能量逐渐减弱，物源渐趋减少，曲线平滑说明粒度渐变，有锯齿则反映岩性变化不连续。③漏斗形曲线。其特点与钟形曲线正好相反，曲线的顶界面突变，上部突出幅度大，往下越来越小，反映岩石由下向上变粗的逆粒序，表示水流能量逐渐增强和物源供给越来越多。④指形曲线。上、下界面突变，曲线光滑，顶端呈圆形，反映岩性均一，层较薄。⑤笋形曲线。上、下界面突变，顶端尖，多尖齿。反映岩性的差异较大。⑥齿形曲线。曲线呈锯齿状，表示沉积环境条件频繁变化，形成砂岩、粉砂岩及泥质岩相间成层的沉积系列。

岩层顶、底界面部位测井曲线形态它们反映沉积物沉积初期和末期的介质能量和物源供应的变化情况，可分为渐变型和突变型两种。岩层底界面部位突变型曲线往往说明该岩层与下伏岩层之间存在着不整合接触或冲刷面; 岩层底界面部位渐变型曲线反映该岩层与下伏岩层是连续沉积。岩层顶界面部位突变型曲线是沉积物源供应突然中断的象征; 岩层顶界面部位渐变型曲线则表明沉积物源供应逐渐减少。

近年来，随着电子计算机和计算技术在测井中日益广泛应用，数字测井和测井资料数字处理获得迅速发展，提出了沉积环境测井(利用测井数字处理得到的岩石成分含量曲线和地层倾角测井资料来分析环境)、人工智能专家解释系统等一些新的沉积环境测井分析方法，这将会进一步提高煤系地球物理测井相的研究水平。2

本词条内容贡献者为:

李兵 - 副教授 - 西南大学