以塔里木盆地鉀鹽資源快速評價為例踐行“透明地球”建設(shè)理念

鄧小林， 王 凡， 韋 釗， 王 健， 王占文

(1.中化地質(zhì)礦山總局，北京 100013； 2.中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，河北 涿州 072754)

1 前言

三維地質(zhì)信息化技術(shù)的快速發(fā)展，以地質(zhì)-地球物理三維透明化構(gòu)筑的“透明地球”能夠詳細(xì)的展示某一地區(qū)的地質(zhì)、地球物理屬性、地下結(jié)構(gòu)等信息?；诤Ａ慷嘣?、異構(gòu)、異質(zhì)的勘查數(shù)據(jù)，構(gòu)建而成的三維地質(zhì)模型，可直觀而形象地展現(xiàn)地質(zhì)體和地質(zhì)結(jié)構(gòu)，極大地提高對地質(zhì)現(xiàn)象、礦產(chǎn)資源和地質(zhì)環(huán)境的認(rèn)知能力。

隨著人類社會的發(fā)展，易采易用的淺表礦產(chǎn)資源基本消耗殆盡。地質(zhì)找礦已進(jìn)入攻深找盲、開辟第二找礦空間階段。“透明地球”建設(shè)對于指導(dǎo)地下深部的礦產(chǎn)資源勘查、保障國家能源安全有著重要的意義。

鉀鹽礦是生產(chǎn)鉀肥的原料，是保障糧食安全的重要化工礦產(chǎn)，一直是我國緊缺礦產(chǎn)資源，對外依存度較高。古代海相蒸發(fā)盆地鉀鹽礦是全球主要鉀鹽礦床類型，但由于我國獨(dú)特的地質(zhì)條件，缺乏穩(wěn)定的大型海相盆地，我國的海相盆地找鉀一直沒有取得突破進(jìn)展[1]。

海相盆地鉀鹽礦層埋深較大，分布范圍窄，勘查投入大，因此單一開展鉀鹽找礦成功的概率極低。世界油氣勘查史表明，蒸發(fā)巖與油氣賦存于同一盆地，蒸發(fā)巖是油氣藏的良好蓋層。鉀鹽礦床的發(fā)現(xiàn)史表明，約占世界鉀鹽資源量70%是在油氣勘探中發(fā)現(xiàn)的[2]。以“透明地球”建設(shè)為理念，打破行業(yè)壁壘，實(shí)現(xiàn)資料共享，利用油氣勘查大投入形成的海量地質(zhì)資料進(jìn)行二次開發(fā)，經(jīng)濟(jì)快速有效評價油氣盆地鉀鹽資源，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

塔里木盆地在歷史長河中有多期蒸發(fā)巖沉積，尤其是在莎車—庫車地區(qū)古近紀(jì)蒸發(fā)巖中發(fā)現(xiàn)有含鉀顯示，具有找鉀前景。塔里木盆地石油勘探資料豐富，上世紀(jì)50年代起，油氣勘探工作就在庫車坳陷展開，已積累了大量深部地震勘查數(shù)據(jù)資料和鉆井巖屑實(shí)物資料。作者利用油氣勘探資料進(jìn)行二次開發(fā)，開展塔里木白堊—古近紀(jì)鹽盆地鉀鹽資源遠(yuǎn)景調(diào)查評價，首次在塔里木盆地庫車坳陷發(fā)現(xiàn)了鉀鹽礦層[3]，圈定了成鉀遠(yuǎn)景區(qū)和找礦靶區(qū)，并總結(jié)出一套利用油氣資料找鉀的工作方法，對類似盆地找鉀工作具有良好的示范作用。

利用油氣勘查資料二次開發(fā)開展鉀鹽資源評價，可以精細(xì)了解深部鉀鹽資源的賦存情況，這對于鉀鹽—這一重要化工礦產(chǎn)的“透明化”有重要意義，也為其他化工礦產(chǎn)更好地融入“透明地球”建設(shè)起著示范作用。

2 巖屑復(fù)查

塔里木盆地庫車坳陷位于南天山造山帶與塔北隆起之間，是一個以中、新生代沉積為主的前陸盆地。多年來中石油和中石化在庫車坳陷實(shí)施了大量的鉆探工程，這些鉆井一般都要穿過作為油氣儲藏的蓋層膏鹽巖[4]，這樣就形成了一套完整的膏鹽層地質(zhì)資料。油氣鉆探巖心取樣少，主要是巖屑錄井。這些保存下來的鹽巖巖屑為找鉀提供寶貴的實(shí)物資料，通過對其進(jìn)行系統(tǒng)研究可獲得鹽巖層巖石化學(xué)特征和含鉀性，為鉀鹽成礦分析和預(yù)測提供直接證據(jù)。

2.1 巖屑編錄

油氣勘查在鉆探過程中，隨著泥漿一起被帶至地面的地下巖石碎塊叫作巖屑(鉆遇膏鹽地層產(chǎn)生的以膏、鹽巖為主的碎屑稱之為鹽屑)。按一定的時間順序、取樣間距，將巖屑連續(xù)收集、描述記錄的過程即為巖屑錄井。將縮分、清洗干凈、晾干的巖屑裝袋(500～1 000g)，標(biāo)識后按井深順序從上而下依次放入專用的巖屑盒內(nèi)，運(yùn)送到專門庫房保存。

根據(jù)區(qū)域油氣勘查資料，選取膏鹽巖較發(fā)育的目標(biāo)鉆井開展巖屑復(fù)查工作，重點(diǎn)對庫房保存的巖屑進(jìn)行重新編錄、采樣，編制鉆井柱狀圖。在編錄過程中，除常規(guī)觀察外，還要開展鏡下巖屑觀測、簡易水溶實(shí)驗(yàn)和微化試驗(yàn)，對含鉀性進(jìn)行初步定性分析。

2.2 樣品測試

2.2.1 化學(xué)分析

將采集的樣品送化驗(yàn)室進(jìn)行化學(xué)分析，分析結(jié)果的應(yīng)用要注意排除泥漿添加劑中鉀的影響[5]。圖1顯示以巖屑復(fù)查編錄為基礎(chǔ)，結(jié)合化學(xué)分析結(jié)果編制的塔里木盆地庫車坳陷含鉀鉆井鉀鹽礦層對比。

2.2.2 巖礦鑒定、微化實(shí)驗(yàn)、X衍射測試分析

對于含鉀異常樣品，必須確定鉀鹽礦物成分和礦物學(xué)特征，要對采集鹽巖巖屑進(jìn)行提純處理，挑選原生鹽屑顆粒，依照鹽類礦物鑒定方法[5]，對每個鹽屑顆粒分別進(jìn)行鉀試劑(亞硝酸銅鉛鈉試劑)試驗(yàn)，若生成棕黑色的立方體亞硝酸銅鉛鉀的結(jié)晶(圖2)，則證明該樣品含鉀。油浸法也是鑒定鹽類礦物經(jīng)常采用的快速有效方法之一，根據(jù)鉀石鹽折射率(1.490)、石鹽折射率(1.544)及介于二者之間浸油折射率來區(qū)分鉀鹽和石鹽。對挑選的鉀鹽晶屑還可進(jìn)行X衍射測試驗(yàn)證。

在化學(xué)分析顯示羊塔4井、羊塔6井和卻勒101井含鉀異常的基礎(chǔ)上，對含鉀異常段巖屑提純，進(jìn)一步開展鏡下鑒定、微化實(shí)驗(yàn)和X衍射測試，確定含鉀礦物為鉀石鹽。

選取云南省第三人民醫(yī)院2017年1月—2017年6月收治的肥胖2型糖尿病患者95例，按治療方法分為對照組47例、觀察組48例。兩組一般資料比較無顯著差異，見表1。本研究已通過本院倫理委員會審核和批準(zhǔn)。

3 地震—測井解譯

塔里木盆地庫車坳陷的成鹽聚鉀層位(古近系古-始新統(tǒng)庫姆格列木群鹽層)是庫車坳陷油氣資源的優(yōu)質(zhì)蓋層，由于研究對象不同，以往的多數(shù)油氣地震勘探資料未對膏鹽層進(jìn)行解譯分析。

圖2 羊塔4-XH93原生鹽屑鉀試劑實(shí)驗(yàn)Figure 2 Yangta 4-XH93 original salt cuttings potassium reagent experiment

作者在以往巖屑復(fù)查見鉀異常的基礎(chǔ)上[3-4]，系統(tǒng)收集了庫車坳陷南部卻勒-羊塔克-英買工區(qū)的三維地震資料并針對膏鹽層開展了地震解譯工作，對該區(qū)含鉀鹽層的地下展布特征進(jìn)行刻畫。

3.1 解譯原理與流程

庫車坳陷古近系鹽層埋深一般3～8km左右，孔隙度幾乎為零，密度隨深度變化不大，其彈性波阻抗具有恒定性，與深度關(guān)系不大；而鹽層圍巖以泥巖、砂巖等碎屑巖沉積為主，隨著埋深增大，其孔隙度減小，密度增大，波阻抗值隨之增大。利用波阻抗恒定性特性可以初步確定鹽層范圍。

鉀石鹽與石鹽的物理性質(zhì)類似，僅依據(jù)波阻抗值無法加以區(qū)分。但由于天然鉀石鹽含有恒定比例的放射性同位素K40，其放射的伽馬射線使之區(qū)別于石鹽巖而呈現(xiàn)出高伽馬特征，所以可在波阻抗反演結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行伽馬反演，進(jìn)而圈定鹽巖中的鉀鹽分布范圍。

波阻抗和伽馬反演是解譯識別含鉀鹽層的主要技術(shù)手段，是對地震與測井資料的綜合分析。測井及鉆井資料縱向分辨率高，可以對單點(diǎn)位置縱向上的高伽馬層位做出劃分，但主要限于鉆孔附近，對于層位的橫向變化只能采用插值等方法進(jìn)行大致描述，尤其對于地下非均質(zhì)體則精度更差，無法反映儲層的橫向變化。地震資料縱向上相對粗略，對非常規(guī)儲層不能有效識別，但其空間上橫向資料點(diǎn)連續(xù)密集，能較準(zhǔn)確地描述儲層的厚度和幾何形態(tài)。所以，將地震與測井資料結(jié)合分析，綜合利用地震資料橫向上的連續(xù)性及測井資料縱向上的高分辨率來預(yù)測含鉀鹽層地下空間展布。

采用的地震-測井解譯是根據(jù)地震波在含鉀鹽層及其圍巖中的彈性和放射性差異，以疊后地震反射數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用CGGVeritas公司的Geoview軟件進(jìn)行反演解譯。以羊塔4井為例(圖3)，參考化學(xué)分析數(shù)據(jù)，通過地震合成記錄標(biāo)定，膏鹽段整體低伽馬背景值(API約20左右)的前提下，靠近下部存在伽馬異常顯示，自上而下API值25～80，且變化趨勢上呈現(xiàn)先升后降的“倒U”字形，與鉀鹽正常結(jié)晶析出的先濃縮后淡化的沉積旋回對應(yīng)。

在地層格架模型的基礎(chǔ)上，建立初始波阻抗模型，以三維地震資料為基礎(chǔ)，以鹽巖特征波阻抗值作為參考進(jìn)行反演，可以較精確的確定鹽層位置及范圍。

在波阻抗反演的基礎(chǔ)上對其中的高伽馬層位進(jìn)行疊加篩選， 二者結(jié)合可以相對準(zhǔn)確的判定含鉀鹽巖層的賦存層位和形態(tài)特征。對于伽馬反演解譯，

圖3 羊塔4井地震合成記錄標(biāo)定圖Figure 3 Yangta well No.4 synthetic seismic record calibrated diagram

我們通過已有見鉀異常鉆孔(卻勒101、羊塔4等)見鉀異常層位的伽馬、聲波時差、密度測井三者曲線的對應(yīng)關(guān)系，通過多元逐步回歸擬合建立彈性波阻抗與伽馬曲線的關(guān)系，進(jìn)行伽馬反演解譯。

3.2 應(yīng)用實(shí)例(羊塔成鉀遠(yuǎn)景區(qū)的圈定)

前期巖屑復(fù)查將羊塔4井含鉀鹽巖段分為三個礦化段：

上鉀鹽礦化段：位于井深5 141～5 171m，厚度30m，K+平均含量3.71%，鹽巖較純，Cl-平均含量37.95%，泥質(zhì)較少，水不溶物平均為22.18%。該段巖性以鉀石鹽為主，在中部有兩米厚含鉀量降低到1.46%～1.48%，底部含有膏泥巖。

中鉀鹽礦化段：位于井深5 181～5 192m，厚11m，K+平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)在三層中最高，為4.89%，Cl-平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)31.84%，相比上段泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)有所增加，水不溶物平均為36.66%。該段中上部主要為鉀石鹽巖，一般K+質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于4%，最高7.83%，底部降低到1.30%。

下鉀鹽礦化段：位于井深5196～5218m，總厚度22m，其主要特征是由三層含鉀鹽巖與石鹽近似互層組成，K+平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.55%，Cl-平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)39.33%，水不溶物平均為19.57%。底部為泥質(zhì)鹽巖。以上三個鉀鹽礦化段累計厚度為50m。其中上鉀鹽礦化段最厚，中鉀鹽礦化段K+含量最高，下礦化段由三層含鉀石鹽巖組成，單層和累計厚度最薄，平均品位最低。

鑒于羊塔4井見鉀鹽礦層，選取該區(qū)近東西向聯(lián)井剖面一條進(jìn)行反演分析，分別過井：羊塔2-羊塔3-羊塔4-羊塔6-羊塔10-英買38-英買33-英買32井。對各井進(jìn)行地震合成記錄標(biāo)定后得到波阻抗-伽馬聯(lián)井反演剖面圖(圖4)。

含鉀石鹽巖層位進(jìn)行波阻抗-伽馬平面反演，得到圖5，根據(jù)對見鉀礦化羊塔4井含鉀性分析，含鉀石鹽巖層位對應(yīng)的波阻抗算術(shù)平均值9 330～9 669，伽馬API算術(shù)平均值約114左右，二者疊加并初步圈定得到地震解譯英買區(qū)含鉀鹽巖預(yù)測區(qū)范圍，結(jié)合反演剖面中含鉀鹽層向兩側(cè)延展特征，修正如圖6所示。

圖4 庫車坳陷英買地震解譯區(qū)聯(lián)井波阻抗(上)伽馬(下)反演剖面圖Figure 4 Cross well acoustic impedance (upper) gamma (lower) inversion sections inYingmai seismic interpretation area, Kuqa depression

圖5 庫車坳陷卻勒地震解譯區(qū)含鉀石鹽層波阻抗(上)伽馬(下)反演平面分布圖Figure 5 Potassium-bearing rock salt layer acoustic impedance (upper) gamma (lower) inversion planar distribution inQuele seismic interpretation area, Kuqa depression

圖6 庫車坳陷英買地震解譯區(qū)成鉀預(yù)測區(qū)示意圖Figure 6 A schematic diagram ofYingmai seismic interpretation area, Kuqa depression potash salt-forming prediction area

羊塔成鉀預(yù)測區(qū)長軸北東向，約29km，寬約7km，面積約130km2。根據(jù)一般鉀鹽礦石平均比重1.993，按羊塔4井和羊塔6井見礦平均厚度25.5m，羊塔4井礦石KCl平均品位取羊塔4井與羊塔6井加權(quán)平均值7.11%，預(yù)測羊塔區(qū)鉀鹽KCl遠(yuǎn)景儲量4.8億t。

4 結(jié)論

(1)以地質(zhì)-地球物理三維透明化構(gòu)筑的“透明地球”能夠詳細(xì)的展示某一地區(qū)的地質(zhì),地球物理屬性,地下結(jié)構(gòu)等信息?；诤Ａ慷嘣?、異構(gòu)、異質(zhì)的勘查數(shù)據(jù)，構(gòu)建而成的三維地質(zhì)模型，可直觀而形象地展現(xiàn)地質(zhì)體和地質(zhì)結(jié)構(gòu)，極大地提高對地質(zhì)現(xiàn)象、礦產(chǎn)資源和地質(zhì)環(huán)境的認(rèn)知能力。

(2)油氣勘查資料的二次開發(fā)利用是開展在鉀鹽資源評價的快速、經(jīng)濟(jì)有效的方法，應(yīng)打破行業(yè)壁壘，實(shí)現(xiàn)資料共享，快速、精準(zhǔn)建設(shè)“透明地球”。

(3)鉆井巖屑復(fù)查是基礎(chǔ)。只有扎扎實(shí)實(shí)、大海撈針式的巖屑復(fù)查工作，才能發(fā)現(xiàn)找鉀線索，發(fā)現(xiàn)鉀鹽礦床。巖屑復(fù)查主要開展巖屑編錄采樣、化學(xué)分析、鏡下觀察、鉀試劑試驗(yàn)、油浸測試和X衍射分析多種方法，做到了相互驗(yàn)證，可靠性強(qiáng)，效果明顯。

(4)含鉀石鹽巖具有波阻抗中低值恒定、高伽馬值的反演特征，與圍巖及石鹽層差異明顯。綜合地震資料橫向的連續(xù)性及測井資料縱向高分辨率特征，以“波阻抗+伽馬”縱向和橫向疊加篩選，可有效刻畫含鉀鹽層的空間分布，最終圈定成鉀預(yù)測區(qū)范圍。

(5)硫磷鉀硼螢石等化工礦產(chǎn)勘查要加大融入“透明地球”建設(shè)力度，開辟第二找礦空間，更新勘查技術(shù)和勘探設(shè)備。加強(qiáng)物化探工作捕捉深部找礦信息、探測深部成礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)的能力，通過地質(zhì)找礦信息的提取、集成和綜合分析，構(gòu)建三維地質(zhì)找礦模型，預(yù)測深部找礦靶區(qū)。從而將化工礦產(chǎn)的勘查更好地融入“透明地球”建設(shè)。