罗 沙，汪凌霞

（1.贵州省煤层气页岩气工程技术研究中心，贵州贵阳 550008；2.贵州煤矿地质工程咨询与

地质环境监测中心，贵州贵阳 550008；3.贵州省煤田地质局水源队，贵州六枝 553400）

关于煤体结构判识方法的探讨

罗 沙1，2，汪凌霞1，3

（1.贵州省煤层气页岩气工程技术研究中心，贵州贵阳 550008；2.贵州煤矿地质工程咨询与

地质环境监测中心，贵州贵阳 550008；3.贵州省煤田地质局水源队，贵州六枝 553400）

煤体结构是煤层气选区评价的关键地质条件，也是煤层气高渗高产的决定性因素。本文对煤体结构的判断方法进行了归纳，其一是通过煤心直接用肉眼进行鉴别；其二是通过测井曲线响应特征进行间接地定性或定量识别。分析认为:煤心鉴别法最直接、可靠，但受取心率、煤心污染破坏程度、取心成本及数量等因素的限制，在实际运用中有一定的局限性；测井曲线识别法是在大量数据中寻找煤体结构与各测井参数的规律特征，应用更广泛，需事先校正和处理测井数据，建立适合不同地区的测井解释图版。建立煤体结构判识图版，量化各测井参数对煤体结构的影响，对煤层气选区评价和后期的储层改造具有重要意义。

煤体结构；煤层气；判识方法；测井响应

我国晚古生代含煤盆地大多经历了多次不同规模的构造运动作用，煤层遭受不同程度的构造变形破坏，形成了不同结构类型构造煤[1，2]。煤层气勘探开发实践表明，煤体结构在地质选区评价、钻井与固井储层污染、储层改造与排采等煤层气生产环节中扮演重要角色，而这些环节都与煤层气井产量的高低息息相关[3]。如何利用现有资料进行煤体结构的准确判断，是煤层气开发工作中的一项重要内容。

1 煤体结构的识别方法

国内外对煤体结构的划分较多，常用的有四分法、三分法和二分法（见表1）。原煤体结构四类分法主要是针对煤矿开采而进行的分类，与GB/T 30050-2013中煤体结构划分方案基本一致，即煤体结构分为原生结构、碎裂结构、碎粒结构和糜棱结构，其中后三种统称为构造煤；根据煤层气勘探开发实际应用情况，为深入弄清煤储层物性特征及其展布形态，不少学者在四类分法的基础上，衍生出三类分法[4，5]（Ⅰ类原生结构煤、Ⅱ类过渡煤、Ⅲ类构造煤）和二类分法[6]（原生煤和构造煤）。不同类型煤体结构对煤层气开发的影响不同，刘宇等[7]认为原生-碎裂煤和碎裂-碎粒煤均有利于煤层气的产出和开发，但产气效果前者强于后者，而碎粒-糜棱煤则不利于煤层气的产出。

表1 煤体结构分类表Tab.1 Classification of coal body structure

目前判断煤体结构的方法主要可以分为两类:直接法（煤心鉴别）和间接法（利用测井、超声波等资料）。直接法是通过钻孔煤心、煤层露头或井下揭露的煤层进行宏观描述、定性识别[8]，间接法主要是通过现代测井技术识别煤体结构的响应特征，建立煤体结构图版进行定量或定性表征，也可结合地质构造规律进行煤体结构预测[9]，其中煤心资料是直接反映煤层煤体结构的最准确最重要的资料[10]，但在实际运用中表现出较大的局限性[11]。

2 煤心直接识别法

煤体结构判识最直接的方法就是对煤心的煤体结构进行直观、准确地观察与鉴别，由于采用肉眼进行宏观描述，一般采用四类分法。煤心主要来源于钻孔取心，少量为未风化的煤层露头以及生产矿井已揭露煤心，而出露的煤层因年代久远，通常风化严重或早被挖空，本文不再说明。

2.1 钻孔煤心描述

钻孔取心通常使用的是绳索取心，根据钻孔钻遇岩层岩性和煤层垮塌（与煤体结构有关）情况，所用泥浆液浓度也不同。受煤体结构类型差异的影响，煤中裂隙发育情况也不同，且煤层硬度较小，不同类型的煤心受钻头切割产生破裂时形成的煤心形状也具差异，主要有块状、柱状、饼状、粒状、糊状。不同形状的煤心和煤体结构之间有较好的对应关系[8]（见表2），对比两者的特征，可作为钻孔煤心煤体结构的判识依据。由于可以真实的、直观的观察煤心，此种方法对煤体结构的描述可靠性很高。

虽然利用煤心形状从宏观层面上对煤体结构进行直接、定性地判断，具有简易性和可行性，但仍在实际应用过程中存在一定的局限性，（1）受地质构造、钻井工艺技术等影响，钻井取心过程中煤心易受到破坏，特别是构造煤，往往破裂成粒状、糊状后随钻井液返出而未进入岩心管，导致取心率低[10]；（2）由于煤层气勘探程度较低，受政策、成本等限制取心井投入较少；（3）以往煤田勘探成果中未重视煤体结构的重要性而对钻孔煤心的描述不规范，缺少煤体结构的详细描述信息。

2.2 生产矿井编录

由于生产矿井开挖方式对煤层煤体结构基本不产生影响，因此对其揭露的煤层结构依据GB/T 30050-2013中煤体结构划分方案进行实际编录即可。通过观察揭露煤层的层理、宏观煤岩类型、煤的粒级和形状、强度、裂隙构造发育情况，绘制煤体结构柱状图，可以直接反映煤矿区煤体结构[12]。

但由于矿井揭露区有限，无法直接预测未采区煤层的破碎程度，但可综合地质构造规律推测[9]。

表2 煤心形状与煤体结构的对应关系Tab.2 Corresponding relationship between core shapes and coal body structure

3 测井曲线识别法

利用煤心判识煤体结构受煤心采取率和数量等的限制，特别是对于构造煤的判识，作为传统预测方法的井下编录和钻孔取心均具有一定局限性[13]，而测井资料非常丰富，其对煤层气开发评价中的煤体结构预测研究尤为重要[14]，因此近年来在煤层气开发选区评价时，众多学者[4-7]在利用测井资料判识煤体结构方面作了大量的研究和实例验证，效果较好，归纳来看，主要分三种:利用以往煤勘测井资料（自然伽马、电阻率、伽马伽马）、利用煤层气测井常规九条以及利用井径曲线，其中前两种最为常用。

受沉积环境和后期构造的影响，不同煤体结构煤的物理性质差异较大，表现在随着破坏程度的增高，煤中的自生和外在裂隙增多，体积、密度、孔隙、强度等发生变化，含水性增强，导电性变好，在测井曲线上响应特征不同。要准确地识别煤体结构，须从测井原理出发，找出不同煤体结构在测井曲线上的响应特征（见表3），再结合钻井取心资料进行对比分析。

3.1 利用以往煤勘测井资料

煤层气开发初期，由于参数井数量少且取心成本高，选区评价很大程度上是基于以往的多次煤炭勘查成果，大量的煤田孔测井资料中包含丰富的煤体结构信息。煤田勘探较常用的测井曲线包括电阻率（三侧向）、自然电位、伽马伽马（也称为人工伽马或密度）、自然伽马以及井径等曲线。对于不同结构煤体物性差异反映明显的主要是电阻率曲线、伽马伽马曲线和自然伽马曲线。

具体识别方法:首先依据测井曲线识别的精度以及实际工作的需要确定分类标准，大部分学者采用三类分法[5]，并依据分类标准对已有的煤心描述和采区煤壁进行重新描述、编录、分层、定厚；其次按照区内标志层校正测井曲线，收集数据并进行归一化处理；最后利用聚类分析法等对处理后的数据进行煤体结构类型的划分，总结各结构类型煤的测井曲线响应特征，响应特征规律（见表3）。

表3 不同煤体结构部分测井曲线响应特征Tab.3 Logging response characteristics of varies coal body structures

3.2 利用煤层气常规综合测井资料

煤层气勘查开发时期的钻孔基本按照《煤层气资源勘查技术规范》（GBT 29119-2012）中的要求进行了综合测井（常规九条），以便提供更多的信息指导后期的开发评价工作。区分不同煤体结构的原理方法与煤田测井资料类似，主要在于找出不同煤体结构所反映的测井参数特征或建立测井解释模板，区别在于测井参数更多，获取的信息越多，准确度越高。

在不同的地区，使用的测井参数组合不同，采用的方法不同，许多学者根据不同地区的特点做了大量探索工作，取得了良好效果，如张许良等[9]将地质构造与测井曲线结合起来定量划分煤体结构；何游等[10]通过对声波阻抗－补偿中子交汇由定性到定量综合分析实现了煤体结构的定量判识；傅雪海等[4，16]利用测井曲线形态划分了煤体结构；汤友谊等[17]利用斜率方差法对煤层段测井曲线进行了分层，并考虑了测井曲线斜率变化，最终采用概率统计法对煤体结构进行了判别；侯月华等[18]采用对应分析（即R-Q分析）法建立了测井参数与煤心取样之间的叠合关系来划分煤体结构。

利用测井曲线定量表征煤体结构是目前常用的重要方法之一，主要原理在于不同煤体结构具有不同测井响应特征。但除煤体结构外，测井技术条件、钻井液性质、井径、煤质等多种环境因素均可引起测井曲线发生变化，因此在利用测井曲线划分煤体结构时，应综合多种参数进行对比与验证，以保证判识成果可靠。

4 结论

（1）不同煤体结构的煤心具有不同的形状，根据不同煤心形状便能确定其煤体结构。虽然此法从宏观层面上直接、定性进行煤体结构判识，简易、可靠，但因受取心率、煤心污染破坏程度、取心成本及数量、描述规范性等因素的影响，在实际应用过程中存在一定的局限性，应尽量从地质、钻井技术等方面控制，提高辨识度。

（2）丰富的煤炭、煤层气测井资料是判识煤体结构最有效的方法之一，不同地区不同测井参数在不同煤体结构上的响应不同，需建立适合不同地区的解释图版。但测井响应除了反映煤体结构外，还会受到测井技术、钻井液性质、井径、煤岩灰分含量等因素的影响，应在有条件情况下利用先进的数字测井提高精度，综合多测井参数线对煤体结构的反映，相互应证，建立相关性更好的解释图版。

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Discussion on methods of coal body structure identification

LUO Sha1，2，WANG Lingxia1，3
（1.Guizhou Provincial CBM and Shale Gas Engineering Research Center，Guiyang Guizhou 550008，China；2.Guizhou Coal Mine Geological Engineering Consultant and Geological Environmental Monitoring Center，Guiyang Guizhou 550008，China；3.Water Source Team of Guizhou Coal Geological Bureau，Liuzhi Guizhou 553400，China）

Coal body structure is a crucial geological condition in CBM exploration target optimization,and is also a dominant factor influencing the permeability and production of CBM.Identification methods of coal body structure have been induced in the paper,one is direct identifying based on observation of coal cores,and other is indirect quantitative or qualitative identification by logging response characteristics.The analysis shows that coal cores identification is the most direct and reliable,but restricted by factors such as coring rate,pollution degree of coal cores,coring cost and quantity,et al,which have certain limits in practice applying.Identification by logging curves is widely applied with searching regularities and characteristics between coal body structures and logging parameters from abundant data,but need to revise and manage logging data before establishing different chartsfitting different areas.Establishment identification standard for coal body structures and quantization of effects of various logging parameters on coal body structures have important significance for CBM exploration target optimization and late reservoir reconstruction.

coal body structure；CBM；identification method；logging response

TE122.11

A

1673-5285（2017）04-0098-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.04.025

2017－03-14

贵州省地质勘查基金项目，项目编号:2016-0；中国地质调查局项目，项目编号:12120114020201-05共同资助。

罗沙，男（1983-），硕士研究生，工程师，目前主要从事煤层气、页岩气开发评价工作。