利用測井曲線判識「構造煤（粉煤）」
曾慶華唐修義
2009.11.
1，「構造煤（粉煤）」的概念。
煤與泥岩、粉砂岩、砂岩等同樣屬於沉積岩，呈層狀分布。具有正常結構構造的煤應該具有條帶狀結構（由鏡煤、亮煤、暗煤、絲炭的條帶組成），有層理構造；有一定的裂隙系統，易沿裂隙破碎成塊狀。煤層裡可能夾薄層或透鏡體狀的碳質泥岩（俗稱「夾矸」）。
我國許多煤礦的煤層裡還夾有細粒狀、鱗片狀或粉狀煤的薄層或透鏡體，其中條帶狀結構、層理構造和裂隙系統不顯現；條帶狀結構和層理構造不顯現；採煤人員稱之為「粉煤」或「軟煤」。煤礦地質稱其為「構造煤」，因為它是地質構造作用的產物。（有文獻把裂隙較多的碎裂煤也稱為構造煤。
）由於煤層的力學性質不同於頂板與底板的泥岩與砂岩，在斷裂構造和褶皺構造發生時，在煤層內部可能發生分層之間的層間滑動，以致煤層中的某分層被揉皺與破碎，成為細粒狀、鱗片狀或粉狀。一層煤層可能夾1至3層構造煤（粉煤）分層，少數情況下全煤層都成為構造煤（粉煤）。構造煤（粉煤）發育程度受褶皺和斷層控制，其中褶皺的影響大於斷層。
採煤人員最早重視構造煤（粉煤），因為煤礦井下瓦斯突出（自巷道壁內的突然噴出大量瓦斯和破碎的煤，危害極大。）發生的地點，構造煤（粉煤）都較發育。採煤人員希望能在**構造煤（粉煤）的分布，以便採取預防瓦斯突出的措施。
為此我們在安徽淮南和淮北的幾個煤礦研究利用測井曲線判識構造煤（粉煤）分層。經煤礦實地檢驗，判識結果與在巷道內觀察結果基本相近。
煤層氣開發者也越來越重視構造煤（粉煤），因為構造煤（粉煤）的滲透性極低，各種改造煤層的措施都難以取得效果。在構造煤（粉煤）發育的煤層裡打順層的水平井顯然是不利的。排採人員又發現煤粉的危害很大。
我們曾在淮南新集和淮北蘆嶺為煤層氣井判識構造煤（粉煤），為壓裂設計提供煤層結構方面的資料。
2，利用測井曲線判識構造煤（粉煤）分層例項
我們曾為安徽淮南和淮北，以及山西潞安的一些煤礦利用測井曲線判識構造煤（粉煤）分層。現以某煤礦為例，簡要說明已做過的工作。
我們依據煤田地質勘探鑽孔測井曲線的特徵，把煤層結構分為三類（有文獻分成四類、五類、或更多類別）：
ⅰ類——正常結構煤，所有煤層都受到過地質構造的改造，如若某煤層尚沒有因層間滑動構造發生嚴重破碎，其條帶狀結構和層理構造依然儲存，又不同程度地發育有裂隙（內生裂隙和外生裂隙），煤延裂隙破裂後呈塊狀。這種煤被稱為正常結構煤
ⅱ類——過渡性結構煤，指介於ⅰ類和ⅲ類之間的煤；也可能是因為測井曲線特徵不明顯，難以判斷屬「正常結構煤」或「構造煤」，初步定為ⅱ類。
ⅲ類——構造煤，指煤層內因層間滑動構造發生了嚴重破碎，成為細粒狀、鱗片狀或粉狀，條帶狀結構、層理構造以及裂隙都不可辨。
我們又依據測井曲線提供的資訊將解釋結果的可靠性分為「可靠」、「較可靠」和「參考」。
下表是某煤礦某煤層結構型別測井曲線解釋成果表中的的一張。
某煤礦某煤層的結構型別測井曲線解釋成果表（部分）
ⅰ——正常結構煤，ⅱ——過渡性結構煤，ⅲ——構造煤，（）——夾矸。厚度量自測井曲線，屬假厚度
附圖是該煤礦該煤層構造煤發育程度分布圖。以煤層底板等高線圖為底圖，將測井曲線解釋的構造煤層位及厚度以小柱狀形式，繪製在煤層底板等高線圖的鑽孔位置旁。結合地質構造背景，勾畫出三種區域：
構造煤發育區——該區域內煤層全部屬構造煤，或者煤層中的構造煤分層累計厚度大於非構造煤（過渡煤及正常煤）累計厚度；
構造煤欠發育區——該區域內煤層中的構造煤分層累計厚度小於非構造煤（過渡煤及正常煤）累計厚度；
構造煤不發育區——該區域內煤層中未見構造煤，煤層全部屬正常煤，或者煤層由正常煤及過渡煤的分層組成。
在構造煤發育區，該煤層具有瓦斯突出危險性，不適宜被選作開採煤層氣的目的層。
據對淮南和淮北煤田的研究，煤層內構造煤發育的情況很複雜。下表列出的煤層是淮南和淮北煤田眾多煤層中構造煤最發育的煤層，其他煤層內的構造煤較少，但是所有煤礦的所有煤層都或多或少夾有構造煤分層。全煤層（由頂板到地板）都是構造煤的點少見；多數地點的煤層夾有一到三個分層的構造煤。
構造煤分層在煤層剖面上和平面上的變化都較大。
某煤礦某煤層結構型別統計表
2，利用測井曲線判識構造煤（粉煤）分層的原理
在煤田勘探常用的四條測井曲線（視電阻率電位、伽瑪伽瑪、伽瑪、自然電位）中，對構造煤與非構造煤物性差異反映明顯的是視電阻率電位曲線(dlw)和伽瑪伽瑪曲線（hgg）。由於構造煤的大孔與中孔較非構造煤發育，構造煤的含水性增強，導致構造煤分層的視電阻率電位曲線幅值相對減小；同時構造煤的密度比非構造煤的小，且易於鬆垮，導致構造煤的伽瑪伽瑪曲線幅值相對增大。如果某煤層或煤層內某分層的這兩條曲線的這種變化特徵明顯，即視電阻率電位曲線幅值相對減小，伽瑪伽瑪曲線的幅值相對增大，可作為判定構造煤的主要依據，其他測井曲線可作參考。
在實際工作中發現測井曲線變化有時比較複雜，如兩條曲線幅值的變化都不甚明顯，或者其中一條曲線幅值的變化不明顯，難以判定屬正常結構煤或者屬構造煤。這很可能反映煤層結構本身處於正常結構煤與構造煤之間的狀態（如碎裂狀），因此稱這樣的測井曲線反映的煤層結構為「過渡性結構」。當然也不能排除測井技術方面的問題造成了這種情況。
所以「過渡性結構」是目前利用測井曲線尚認識不清的煤結構。
有文獻報道，可以採集測井的引數值（如電阻率資料、密度資料……等），經過資料的規格化處理，利用逐步回歸分析、聚類分析等方法，採用計算機技術識別構造煤。
現在我們尚不贊同採用如此定量的分析方法。有些文獻的作者對問題考慮欠周密。
必須指出，從事此項工作的人必須有測井工作實際經驗，並熟悉煤礦地質。影響測井曲線的因素（天然的、儀器的、人為的）很多，構造煤和正常結構煤的物性差異又不明顯，排除干擾因素，判別反映二者的曲線特徵，必須依靠人的經驗。
我們以往利用的是煤田地質勘探部門過去的模擬測井資料。
數字測井技術優越於模擬測井技術，但也有其不足之處。如何利用數字測井資料，以及石油部門的資料，尚需探索。
3，利用測井曲線判識構造煤（粉煤）分層的方法
利用測井曲線判識構造煤（粉煤）分層的工作可分為三步驟：
第一步，審查測井曲線的可靠性。
由於施工單位、使用的儀器、施工條件等不同，提交的測井曲線的質量可能有較大差異。經常發現一些因儀器或測試條件，如電極漏電台（圖1）；以及鑽孔事故，如鑽孔內有異物引起的異常情況（圖2），甚至出現描圖差錯（圖3）等等。必須排除這些異常情況對成果解釋的干擾。
圖1 海孜礦設4孔10煤層 dlw曲線電極漏電台
圖2 蘆嶺礦91-3孔8煤層內部丟有一根鐵管
圖3 海孜礦99-4孔8+9煤層dlw和hgg兩曲線錯位
第二步，分析研究正常結構煤層測井曲線的形態特徵。
正常結構煤和構造煤的測井曲線特徵是通過比較獲得的。利用測井曲線判識構造煤時，首先要掌握研究區內正常結構煤層的測井曲線形態特徵（圖4，圖5，圖6）。然後方能通過比較，判識構造煤。
構造煤主要產生於層滑構造劇烈處，在乙個井田範圍內，以及在各煤層內部，構造煤的分布都有侷限性。掌握研究區內正常結構煤層的測井曲線形態特徵是基礎。
第三步，通過對測井曲線的「三比較」判識構造煤。
視電阻率電位曲線和伽瑪伽瑪曲線幅值的減少與增大是相對的，只有通過比較方可識別。在已掌握研究區內正常結構煤層的測井曲線形態特徵的基礎上，觀察曲線的區域性變化，通過「三比較」，方可判識構造煤。
1，待解釋煤層與本鑽孔內上、下煤層的比較：
以祁南礦19-1鑽孔的7-1和7-2煤層為例（圖7）。7-1煤層的曲線形態和幅值大小與該地區內的主體形態特徵相同，故定7-1煤層結構為ⅰ類（正常煤）。而7-2煤層與之比較，7-2煤層的頂部與底部的曲線形態和幅值大小均無明顯變化，定其為ⅰ類（正常煤）。
可是7-2煤層的中部卻顯示出明顯變化，被定為ⅱ類和ⅲ類（詳見後的第三點）。
2，待解釋煤層與鄰近鑽孔中的同一煤層比較：
以祁南礦18-8鑽孔與17-4鑽孔的7-2煤層為例（圖8，6）。二者的電阻率曲線形態和幅值大小雖無明顯變化，但是二者的伽馬伽馬曲線卻有顯著差異。18-8鑽孔7-2煤層的伽馬伽馬曲線形態較亂，幅值明顯增大，反映煤的密度總體較小，而且不均。
17-4鑽孔的7-2煤層曲線形態和幅值大小與該地區內的主體形態特徵相同，被定為ⅰ類（正常煤），而18-8鑽孔7-2煤層則不能定為ⅰ類（正常煤）。考慮到①18-8鑽孔7-2煤層伽馬伽馬曲線幅值增大明顯；②同時伽馬伽馬曲線還反映煤層頂板泥岩嚴重破碎；③該鑽孔又位於次級向斜軸部，故而將7-2煤層定為ⅲ類（構造煤）。
3，待解釋煤層內部各分層之間的比較。
以祁南礦19-1鑽孔的7-2煤層為例（圖7）。該煤層的上部和下部曲線形態和幅值大小與該地區內的主體形態特徵相同，可被定為ⅰ類（正常煤）。可是中部的電阻率曲線幅值顯示相對降低，同時伽馬伽馬曲線幅值相對增大；而且中部下段的這種變化較上段更為明顯。
因此將煤層中部的下段定為ⅲ類（構造煤），上段定為ⅱ類（過渡型煤）。
通過上述「三比較」，方可發現待解釋煤層及其各分層的曲線形態特徵與幅值大小變化，從而判識煤體結構（圖9，圖10，圖11，圖12，圖13，圖14）。
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