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关键词：自然伽马测井；煤矿找煤；层位对比；煤岩识别
1、引言
煤炭资源的精准勘查与高效开发，离不开对地层岩性、煤层赋存状态及地质构造的准确认知。传统钻探取心虽能直观获取地层信息，但在复杂地质条件下，往往面临取心率低、成本高昂、施工周期长等局限，尤其对于急倾斜地层、多煤层发育区及构造破坏带，单纯依靠岩心编录难以建立可靠的地层对比框架。因此，寻求一种快速、连续、成本可控的地层探测手段，成为煤田地质工作的重要技术需求。
自然伽马测井通过测量地层中天然放射性核素(主要为钾、铀、钍系列元素)衰变释放的伽马射线强度，能够有效反映岩石的泥质含量及粒度变化，从而为岩性判别与层序划分提供物理基础。该技术自20世纪中叶引入我国煤田勘探以来，经过数十年的实践积累，已被证实是一种效率高、适应性强的测井方法。尤其值得注意的是，煤作为一种有机沉积岩，其对放射性元素的吸附能力远低于泥页岩，在自然伽马曲线上呈现显著的低值响应，这一特征使得自然伽马测井在煤层识别、厚度厘定及地层对比中的应用具有明确的物理依据和良好的可操作性。
本文结合实际煤矿井下自然伽马测井案例，从基本原理出发，系统梳理自然伽马测井在煤层精准识别方面的应用经验，旨在为煤田测井工作者提供一套具有实操指导意义的系统经验总结，推动该方法在煤矿找煤工作中更科学、更高效地应用。
2、自然伽马识别煤岩层的基本原理及响应特征
自然伽马测井：把仪器放到井下，测量地层放射性强度的方法叫自然伽马测井(GR)。这种方法已有很长的历史，GR与SP相配合能很好地划分岩性和确定渗透性地层，GR的另一优点是可在套管井中测量。
岩石的放射性，主要是由于含有铀(U)、钍(Th)、钾(K)等放射性元素，所以岩石的放射性强度决定放射性元素的含量。一般条件下，岩石的放射性物质含量很少，按放射性的强弱沉积岩可分为以下几类：
(1)自然伽马放射性高：放射性软泥、红色粘土、海绿石砂岩、独居石等岩石。
(2)自然伽马放射性中：浅海相和陆上沉积的泥质岩石，如泥质砂岩，泥质石灰岩，泥灰岩等。
(3)自然伽马放射性低：砂岩、石灰岩、石膏、岩盐、煤和沥青等。在自然伽马曲线上，纯净的煤层通常显示为低幅值异常(负异常)，即曲线值明显低于周围岩层。这是因为煤本身有机质含量高，吸附放射性元素的能力远低于泥岩、页岩等。
自然伽马测井测量原理是自然伽马射线由岩层穿过泥浆、仪器外壳进入探测器，探测器将射线转化为电脉冲信号，经放大器把电脉冲放大后由电缆送到孔外仪器。
早期的自然伽马曲线采用计数率(脉冲/分钟)单位，曲线用Jr表示，现今的自然伽马测井都采用标准刻度单位API，曲线用GR表示。定义高放射性地层与低放射性地层读数之差为200API单位，作为标准刻度单位。
3、自然伽马测井在某矿井下找煤的应用
(1)地质任务：在某矿回风暗斜井布置勘探孔，同时利用CXK14.8矿用钻孔测斜成像测井仪采用自然伽马测井方法寻找下覆9号煤具体层位，以便为后续巷道设计布置提供参考。
(2)区位概况：该矿位于长治地区，该地区稳定可采煤层通常为3号、9号和15号，9号煤层位于3号煤层(上二叠统山西组)和15号煤层(太原组下部)之间，上距8号煤层约13米，具体层位需要钻探测井确认。
(3)探测方案：
1)使用仪器
本次测井使用仪器为CXK14.8矿用钻孔测斜成像测井仪。该测井仪为福州华虹智能科技股份有限公司研发的新一代全方位钻孔信息测量仪器，采用具有微机电系统、全方位运动姿态测量、高精度动态响应的传感器、高清摄像、自然伽马传感器，全方位测量钻孔轨迹倾角、方位角、孔中成像、自然伽马的仪器，实现了真正意义上的全方位测量，使上仰、下俯、水平、垂直各种钻孔测量简便易行，显示各个时刻测点井斜角、方位角、自然伽马值、视频画面和路程的数值，从而得到探管轨迹及孔内地质信息，从而解决了各种钻孔测量这一技术难题。
全套设备由主机、探管、深度计数器、绕线盘及通信软电缆等组成。
图3-1 CXK14.8矿用钻孔测斜成像测井仪设备组成图
本次探测钻孔设计参数信息
(4)探测成果：
钻孔自然伽马测井曲线见下图：
图3-2 钻孔测井曲线成果图
通过本次测井取得的伽马值曲线并结合地质柱状图共同分析得出：钻孔开孔处为泥岩，探测伽马值较高约80-140API之间；41.8米处出现“小尖峰”标志层泥岩，进而到9号煤层中，再到伽马值较低的灰岩层位。
由上分析确认最终伽马曲线44.8米处为9煤层位。探测成果与该区位柱状图基本吻合。
4、经验总结
通过这次实践应用与复盘，我们对自然伽马测井在煤矿井下找煤的应用方面有了更深刻的认识。在分析伽马曲线图时我们需要取得该矿的钻孔柱状图，了解目标层位上下的岩性情况，进而分析其伽马值特征以及变化大致规律，特别是出现诸如泥岩之类的伽马值突然变高的“标志层”时，对我们在后续分析成果大有裨益。
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