測井曲線在新疆哈密某勘查區(qū)沉積環(huán)境分析中應用

肖春生，劉福勝，劉付光

(1.中國煤炭地質總局一二九勘探隊，河北 邯鄲 056004； 2.中煤地質工程總公司，北京 100040)

巖石的粒度、分選性、泥質含量、層理、垂向沉積序列、砂體的形態(tài)和分布等都是沉積環(huán)境的成因標志。不同的巖石具有不同的物理性質，在測井曲線上有不同的反映，其形態(tài)和形態(tài)組合特征是沉積環(huán)境的重要標志。通過分析、研究勘查區(qū)19個鉆孔測井曲線的反映特征，了解巖石物理性質與成因標志之間的關系，研究巖性、粒度、分選性、泥質含量等成因標志在縱向上和橫向上的變化，解釋該區(qū)沉積環(huán)境，解決了含(隔)水層的富水性、滲透性、連通性等地質問題。

1 勘查區(qū)地質與地球物理特征

本次施工為水文地質補充勘探工程，井筒勘查區(qū)內共施工19個鉆孔(圖1)，其中以往12個、本次7個。

揭露地層分別是第四系、新近系葡萄溝組和侏羅系西山窯組，主要巖性為礫巖、粗粒砂巖、中粒砂巖、細粒砂巖、粉砂巖、砂質泥巖、泥巖、煤層等。

①煤層。本區(qū)煤層屬長焰煤，變質程度較差，密度在1.30～1.50g/cm3，自然伽馬在5～50API，聚焦電阻率大部分在150～4 000Ωm。煤層相對圍巖在密度和自然伽馬曲線上為低異常反映、而在聚焦電阻率曲線上是高異常反映，物性特征非常明顯，極易識別。

②巖層。一般的砂泥巖層在測井曲線上聚焦電阻率值由小到大，自然伽馬值由大到小，密度值也由小到大。從測井曲線上對各種巖層的物性響應值分別進行了綜合統(tǒng)計，詳見表1。

圖1 工程布置圖Figure 1 Project layout

表1 測井物性響應值一覽表

2 測井曲線特征與沉積環(huán)境關系

利用測井曲線分析巖層沉積環(huán)境，主要從測井曲線幅度和測井曲線形態(tài)入手，研究沉積成因標志在縱向上和橫向上的變化，解釋沉積環(huán)境。

2.1 測井曲線幅度

測井曲線幅度大小主要反映了沉積物的粒度、分選性及泥質含量等沉積特征的變化。礫巖、粗粒砂巖及中粒砂巖等一般具有電阻率高、自然電位高負異常、密度大、自然伽馬低的測井曲線特征，反映了高能環(huán)境中的產物。說明沉積物水流環(huán)境穩(wěn)定、粒度大、分選較好、泥質含量少、含水性強。細粒砂巖、粉砂巖、泥質砂巖及泥巖等具有電阻率低、自然電位低負異常、密度小、自然伽馬高的測井曲線特征，反映了低能環(huán)境中的產物。說明沉積物粒度小、分選較差、泥質含量多、滲透性差。

2.2 測井曲線形態(tài)

測井曲線形態(tài)反映了沉積過程中物源供應與水動力條件等沉積特征，常見的測井曲線形態(tài)特征與沉積物層序、沉積環(huán)境之間的關系如下：

(1)箱形：反映沉積過程中物源供應豐富、水動力條件穩(wěn)定下的快速堆積，或環(huán)境穩(wěn)定的沉積。

(2)鐘形：是指測井曲線下部最大，往上越來越小，是水流能量逐漸減弱和物源供應越來越少的表現。

(3)漏斗形：與鐘形相反，垂向上呈水退的反粒序，水動力能量逐漸加強和物源供應越來越豐富的沉積環(huán)境。

(4)菱形：曲線則是下部為漏斗形，上部為鐘形曲線的組合。表示一種水動力環(huán)境向另一種環(huán)境的變化。

(5)其他：測井曲線又可細分為光滑形和鋸齒形，曲線光滑說明沉積時物源豐富，水作用穩(wěn)定，持續(xù)時間長；曲線齒化說明沉積時間歇性沉積或疊積，水動力作用強，持續(xù)時間短。

(6)接觸關系：指砂巖層與上下巖層之間的接觸關系，曲線反映形態(tài)可分漸變型和突變型兩大類。底部突變型曲線反映了砂體與下伏巖層之間存在著剝蝕接觸關系，或有沖刷面存在，典型的有河道底部沖刷沉積，底部漸變型曲線則反映了砂體的堆積特點。頂部突變型曲線是沉積物源供應突然中斷的象征，頂部漸變曲線則表明沉積物源供應是逐漸減少至中斷的。

3 實例分析

勘查區(qū)內葡萄溝組是本次水文地質補勘的目的層位，該組巖性以褐紅色、淺黃色、灰黃色、灰白色礫巖和粗粒砂巖、粉砂巖、砂質泥巖為主，鈣質、泥質膠結，塊狀，自下而上劃分為四個巖段，每個巖段均為從低水位體系域或湖侵體系域開始到高水位體系域結束沉積的巖石，沉積物粒度總體向上由粗(礫巖、粗粒砂巖)到細(泥巖、粉砂巖)。

3.1 Ⅰ巖段

該巖段總體由下而上呈粒度由粗～細的變化，河道中從礫巖過渡為粗粒砂巖或中、細粒砂巖，河道兩側從底部的灰白色砂巖、礫巖向上過渡為灰綠色粉砂巖或粉砂巖，砂質泥巖過渡為泥巖，與下伏地層呈起伏不整合接觸。在視電阻率曲線上越往上幅度越低；在自然伽馬曲線上平均幅值明顯高于上覆Ⅱ巖段地層。詳見圖2，說明上、下巖段不是連續(xù)同物源同期的沉積。

3.2 Ⅱ巖段

該巖段底部為一層全區(qū)普遍發(fā)育的灰白色鈣質或泥質膠結的礫巖～含礫中粒砂巖，滲透性和連通性好，是主要含水層之一。含鈣量高，是本巖段地層的一大特點。

(1)在測井曲線上，由于含鈣量較高，視電阻率曲線由上而下呈多尖刺狀，且越向本巖段底部，“尖刺”越長，把這種曲線叫“鈣刺”，詳見圖3。說明越往下巖石粒度越大，巖段下部為沖積扇漫流沉積，向上過渡為河漫湖泊的沉積環(huán)境。

(2)在巖段頂部泥巖層，視電阻率、密度、自然電位、聲波時差等曲線表現為近乎一直線，詳見圖4，反映了該泥巖成份比較均一的特性，水動力差、沉積環(huán)境穩(wěn)定，為重要隔水層。

3.3 Ⅲ巖段

該巖段經歷了地質構造較快的升降活動，從下部三角洲平原沉積到河漫湖泊沉積，再到沖積扇河道沉積，最后又到河漫湖泊沉積，洪泛頻繁。巖層自下而上表現為大小不等的多次重迭的韻律層理， 在平面上巖石粒度由西向東從礫巖到中粒砂巖變細，在測井曲線上反映明顯。

圖2 Ⅱ巖段與Ⅰ巖段自然伽馬曲線形態(tài)Figure 2 Gamma-ray trace patterns of lithologic member II and I

圖3 “鈣刺”曲線Figure 3 Logging trace “calcareous spine”

圖4 Ⅱ巖段頂部泥巖物性特征Figure 4 Lithologic member II mudstone physical property features

(1)在河道發(fā)育層位視電阻率曲線呈“多峰”林立形狀，每一“山峰”下部陡直，到頂峰后向上逐漸阻值變低，反應了碎屑巖石從粗粒到細粒的變化；每一座“山”代表著一個正粒序韻律，見圖5。在河漫灘沉積中，亦有相似反應，只是視電阻率曲線幅值變化小，圓滑些而已。

圖5 Ⅲ巖段視電阻率曲線的 “多峰”林立Figure 5 Ⅲ rock section of apparent resistivity curve of the “peak”

(2)中下部視電阻率平均值比上部視電阻率平均值低，反映了本巖段地層泥質含量中下部比上部高一個臺階。

(3)頂部泥巖-粉砂巖地層視電阻率曲線有起伏但不大，說明其砂質含量較高且分布不均的反應，固結程度較弱。

3.4 Ⅵ巖段

本巖段以沖積扇三角洲平原河流沉積為主。中部地區(qū)為河床充填沉積，以礫巖、粗粒砂巖為主，垂向上過渡為中粒砂巖、細粒砂巖；河道充填淤積后過渡為河漫灘粉砂巖、砂質泥巖、泥巖沉積。本巖段頂部沿古河道方向再次河道沖刷充填，沉積礫巖、粗粒砂巖。

4 結論

①利用視電阻率、自然伽馬、密度測井曲線分析含煤巖系的沉積環(huán)境是有效的。但有時會出現多解性，應以地質為基礎，參考水文、鉆探等方面的資料進行綜合分析和研究，只有這樣才能快速優(yōu)質地分析沉積環(huán)境。

②勘查區(qū)巖系沉積模式的建立，對該區(qū)巖層對比，劃分含(隔)水層，研究富水性、滲透性、連通性等水文特征和規(guī)律，具有重要的指導意義。

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