CN113202459A - 一种利用钻孔自然伽马测井预测断层渗透性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用钻孔自然伽马测井预测断层渗透性的方法，步骤包括：S1、收集本矿井及周边邻近矿井水文地质试验及钻孔自然伽马测井曲线数据；S2、统计水文地质试验段地层的渗透系数和自然伽马测井值；S3、确定地层渗透系数与自然伽马测井数据之间的函数关系类型，建立渗透系数与自然伽马测井值之间的关系式；S4、对得出的关系式能否准确反映地层渗透系数与自然伽马测井数据之间的关系进行验证；S5、进一步结合收集统计的钻孔揭露断层段的自然伽马测井值，预测得到该断层渗透系数。本发明预测方法简单实用，能够以较低的成本对断层渗透性进行初步预测，对矿井水害防治具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于水文地质工程技术领域，特别是涉及一种利用钻孔自然伽马测井预测断层渗透性的方法。
背景技术
在矿井的建设和开采过程中，煤矿的水害问题一直是煤炭开采过程中所面临的一个难题，断裂构造尤其是断层构造是导致煤矿突水的主要因素，断层构造是地下水的天然通道，一旦成为含水层和煤层之间的导水通道，将对矿井的安全采掘造成很大的威胁。
以往煤矿开采过程中，遇到断层时，针对断层渗透性的评价方法可分为两种：一种采用定性评价方法，即主要根据断层落差、断层性质(张断层、压断层、压扭性断层)等定性分析断层导水性能，简单划分为导水断层和不导水断层，该方法虽然简单，但误差较大，特别随着煤矿开采深度的不断增加，对断层导水性评价要求越来越高，使得此种方法很难满足矿井安全生产的技术要求。另一种方法是采用现场测试，即通过现场压水试验、注水试验等，该种方法可较准确的获得断层渗透系数，但存在耗费时间长、试验设备和人工费用高等缺点，而且当断层与奥灰等高承压含水层相沟通时，测试工作开展困难。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种利用钻孔自然伽马测井预测断层渗透性的方法，其预测方法简单实用，能够以较低的成本对断层渗透性进行初步预测，对矿井水害防治具有重要意义。
为实现上述目的，本发明提出一种利用钻孔自然伽马测井预测断层渗透性的方法，具体包括以下步骤：
S1、采集矿井及周边邻近矿井的钻孔数据、水文地质试验数据和自然伽马测井曲线数据；
S2、整合统计所述S1中的水文地质试验数据和钻孔自然伽马测井数据，得到钻孔测试段的地层渗透系数和自然伽马测井值；
S3、确定所述钻孔测试段的地层渗透系数和自然伽马测井值之间的函数关系类型，建立所述钻孔测试段的地层渗透系数与自然伽马测井值之间的关系式；
S4、对所述关系式进行验证，确定所述关系式能否正确反应所述地层渗透系数与所述自然伽马测井数据之间的关系；若能正确反应，则验证合格；反之，则验证不合格，重复步骤S3～S4，直至验证合格为止；
S5、整合统计所述S1中的水文地质试验数据和钻孔自然伽马测井数据，得到钻孔揭露断层的自然伽马测井值；将所述钻孔揭露断层的自然伽马测井值代入验证合格的关系式中进行断层渗透系数的预测。
优选地，所述水文地质试验数据，包括：抽水试验数据、注水试验数据和压水试验数据；所述钻孔数据为钻孔柱状图对应的地层或揭露断层。
优选地，所述地层渗透系数是通过钻孔测试段的抽水试验、注水试验和压水试验得到的实验数据进行整合计算得到的；所述自然伽马测井值是通过钻孔测试段的自然伽马测井曲线求取平均值计算得到的。
优选地，所述S3具体为：
分析所述钻孔测试段的地层渗透系数和自然伽马测井值的散点图，确定二者之间的函数关系类型；然后随机选取统计的所述钻孔测试段的地层渗透系数和自然伽马测井值数据的80％作为建模数据组，分析功能进行拟合获得所述关系式。
优选地，确定所述关系式能否正确反应所述地层渗透系数与所述自然伽马测井数据之间的关系，具体为：
将统计的所述钻孔测试段的地层渗透系数和自然伽马测井值数据的剩余20％作为检验数据组，代入所述关系式中，预测结果相对误差满足设定阈值时为检验合格关系式。
优选地，所述钻孔测试段的地层渗透系数和自然伽马测井值之间的函数关系类型为指数类型函数关系。
优选地，对所述关系式进行拟合，其拟合度不小于0.8。
优选地，所述预测结果相对误差不超过20％时为检验合格关系式。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
相比于传统技术，本发明所述断层渗透性的评价方法简单，仅通过收集揭露断层的勘查资料(可充分利用普查、详查及精查资料)，并利用建立的断层渗透性与自然伽马值的关系式，对研究区断层渗透性进行定量评价以获得断层渗透系数，对矿井水害防治具有重要意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明方法流程图；
图2为本发明实施例回归拟合曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
自然伽马测井是沿井身测量岩层的天然伽马射线强度的方法。岩石一般都含有不同数量的放射性元素，并且不断地放出射线。岩石的天然放射性决定于岩石所含的放射性核素的种类和数量，岩石中的天然放射性核素主要是铀、钍、锕及其衰变物和钾的放射性同位素等,这些核素的原子核在衰变过程中能放出大量的α、β、γ射线。由于泥质颗粒细小，具有较大的比面，使它对放射性物质有较大的吸附能力，并且沉积时间长，有充分时间与溶液中的放射性物质一起沉积，所以泥质(黏土)具有较高的放射性。在不含放射性矿物的情况下，泥质含量的多少就决定了沉积岩石的放射性强弱。所以在沉积岩中含泥质愈多，其放射性愈强。利用这些规律，根据自然伽马测井结果就有可能划分出钻孔的地质剖面、确定砂泥岩剖面中砂岩泥质含量和定性地判断岩层的渗透性。
基于此，本发明提出一种利用钻孔自然伽马测井预测断层渗透性的方法，具体包括以下步骤：
S1、收集矿井及周边邻近矿井的钻孔数据、水文地质试验数据和自然伽马测井曲线数据；所述水文地质试验包括：钻孔抽水试验、注水试验及压水试验。
S2.整合统计所述S1中的水文地质试验数据和钻孔自然伽马测井数据，得到钻孔测试段的地层渗透系数和自然伽马测井值；
所述地层渗透系数是通过钻孔测试段的抽水试验数据、注水试验和压水试验得到的实验数据进行整合计算得到的；所述自然伽马测井值是通过钻孔测试段的自然伽马测井曲线求取平均值计算得到的。
S3、确定所述钻孔测试段的地层渗透系数和自然伽马测井值之间的函数关系类型，建立渗透系数与自然伽马测井值之间的关系式；
采用origin软件分析所述钻孔测试段的地层渗透系数和自然伽马测井值的散点图，确定两因素之间的函数关系类型；然后随机选取统计的所述钻孔测试段的地层渗透系数和自然伽马测井值数据的80％作为建模数据组，采用EXCEL或Origin软件的分析功能进行拟合获得关系式，拟合度不小于0.8。
S4、对得出的关系式能否准确反映地层渗透系数与自然伽马测井数据之间的关系进行验证，若能正确反应，则验证合格；反之，则验证不合格，应该重新选择函数关系类型，直到得出较准确的地层渗透系数与自然伽马测井值之间的函数关系式；
其中，步骤S3中的函数关系式能否准确反映地层渗透系数与对应地层的自然伽马测井数据之间的关系，具体为：将统计的渗透系数和自然伽马测井值数据的剩余20％作为检验数据组，代入关系式中，预测结果相对误差不超过20％为检验合格关系式。
S5、根据步骤S4获得的关系式，结合收集统计的钻孔揭露断层段的自然伽马测井值，预测得到该断层渗透系数。通过将揭露断层带的自然伽马测井值代入步骤S4的函数关系式中，得出该断层带渗透系数预测值。
为了验证技术效果，本发明根据抽水试验、注水试验提供的资料，统计钻孔柱状图对应抽(注)水地层，提取44组自然伽马测井曲线数据，取整段地层自然伽马值的平均值，并结合相应段渗透系数值，得到如下表1所示，为某矿抽(注)水地层钻孔渗透系数和自然伽马值统计表。
表1
采用origin软件分析渗透系数和自然伽马值的散点图，确定两因素之间为指数类型函数关系。
式中，y为渗透系数；x为自然伽马值；A1、A2、t1、t2、y0为待定参数。
利用数据分析origin软件，拟合出最佳回归模型和曲线残差分析图，如图2所示。根据回归曲线R2为0.8以上，表明回归效果非常好，曲线能很好地反应两者关系，利用自然伽马值可初步预测渗透系数的值。利用剩余20％数据进行检验，相对误差小于20％，即公式满足要求。
根据揭露某断层的钻孔柱状图，提取断层带处自然伽马值，基于上述得到的渗透性与自然伽马值关系拟合公式(1)，计算出钻孔(共8个钻孔)揭露某断层带的渗透系数值，见表3；并根据表3数据和钻孔坐标，得到表4的揭露断层钻孔断层带渗透系数预测值，并根据表4绘制该断层渗透系数等值线图。
表3
表4
| 钻孔 | 自然伽马值 | 预测渗透系数(m/d) |
| c1-6 | 48.49 | 0.000974 |
| c3-3 | 88.577 | 0.000399 |
| c4-5 | 53.08 | 0.000896 |
| c5-1 | 83.45 | 0.00045 |
| c5-11 | 46.48 | 0.001002 |
| s9 | 59.612 | 0.000779 |
| 108 | 38.47 | 0.000916 |
| 162 | 57.27 | 0.00082 |
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种利用钻孔自然伽马测井预测断层渗透性的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、采集矿井及周边邻近矿井的钻孔数据、水文地质试验数据和自然伽马测井曲线数据；
S2、整合统计所述S1中的水文地质试验数据和钻孔自然伽马测井数据，得到钻孔测试段的地层渗透系数和自然伽马测井值；
S3、确定所述钻孔测试段的地层渗透系数和自然伽马测井值之间的函数关系类型，建立所述钻孔测试段的地层渗透系数与自然伽马测井值之间的关系式；
S4、对所述关系式进行验证，确定所述关系式能否正确反应所述地层渗透系数与所述自然伽马测井数据之间的关系；若能正确反应，则验证合格；反之，则验证不合格，重复步骤S3～S4，直至验证合格为止；
S5、整合统计所述S1中的水文地质试验数据和钻孔自然伽马测井数据，得到钻孔揭露断层的自然伽马测井值；将所述钻孔揭露断层的自然伽马测井值代入验证合格的关系式中进行断层渗透系数的预测。
2.根据权利要求1所述的利用钻孔自然伽马测井预测断层渗透性的方法，其特征在于，所述水文地质试验数据，包括：抽水试验数据、注水试验数据和压水试验数据；所述钻孔数据为钻孔柱状图对应的地层或揭露断层。
3.根据权利要求2所述的利用钻孔自然伽马测井预测断层渗透性的方法，其特征在于，所述地层渗透系数是通过钻孔测试段的抽水试验、注水试验和压水试验得到的实验数据进行整合计算得到的；所述自然伽马测井值是通过钻孔测试段的自然伽马测井曲线求取平均值计算得到的。
4.根据权利要求1所述的利用钻孔自然伽马测井预测断层渗透性的方法，其特征在于，所述S3具体为：
分析所述钻孔测试段的地层渗透系数和自然伽马测井值的散点图，确定二者之间的函数关系类型；然后随机选取统计的所述钻孔测试段的地层渗透系数和自然伽马测井值数据的80％作为建模数据组，分析功能进行拟合获得所述关系式。
5.根据权利要求4所述的利用钻孔自然伽马测井预测断层渗透性的方法，其特征在于，确定所述关系式能否正确反应所述地层渗透系数与所述自然伽马测井数据之间的关系，具体为：
将统计的所述钻孔测试段的地层渗透系数和自然伽马测井值数据的剩余20％作为检验数据组，代入所述关系式中，预测结果相对误差满足设定阈值时为检验合格关系式。
6.根据权利要求4所述的利用钻孔自然伽马测井预测断层渗透性的方法，其特征在于，所述钻孔测试段的地层渗透系数和自然伽马测井值之间的函数关系类型为指数类型函数关系。
7.根据权利要求4所述的利用钻孔自然伽马测井预测断层渗透性的方法，其特征在于，对所述关系式进行拟合，其拟合度不小于0.8。
8.根据权利要求5所述的利用钻孔自然伽马测井预测断层渗透性的方法，其特征在于，
所述预测结果相对误差不超过20％时为检验合格关系式。
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