南祁連盆地巖石物性特征分析

摘 要：研究區(qū)位于南祁連盆地，屬于南祁連褶皺帶，構(gòu)造特征明顯，其斷裂、褶皺、凹陷發(fā)育，以往的地質(zhì)勘探較少。由于其復雜的地質(zhì)特征和高原環(huán)境，人們至今未對其進行詳細勘察。本文通過對研究區(qū)所獲取的巖心進行采樣，分析了泥巖、砂巖等47件標本的電參數(shù)，29件標本的密度參數(shù)，53件標本的放射性參數(shù)及磁化率參數(shù)，32件標本的縱波波速等物性特征。其間通過分析巖石的物性特征差異，歸納總結(jié)了巖礦石的電性、密度、放射性、磁化率及縱波波速等物性特征。

關(guān)鍵詞：南祁連;盆地;巖石;物性分析

中圖分類號：P618.13;TE312 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2020）17-0146-04

Analysis of Rock Physical Properties in South Qilian Basin

ZHANG Baoqiang1，2，3，4

（1. Shaanxi Provincial Land Engineering Construction Group Co.， Ltd.，Xi'an Shaanxi 710075;2. Institute of Land Engineering and Technology， Shaanxi Provincial Land Engineering Construction Group Co.， Ltd.，Xi'an Shaanxi 710075;3. Key Laboratory of Degraded and Unused Land Consolidation Engineering， the Ministry of? Natrual Resource，Xi'an Shaanxi 710075;4. Shaanxi Provincial Land Consolidation Engineering Technology Research Center，Xi'an Shaanxi 710075）

Abstract： The study area is located in the South Qilian Basin and belongs to the South Qilian Fold Belt， the structural features are obvious， and its fractures， folds and depressions are developed， and there have been few geological explorations in the past. Due to its complex geological features and plateau environment， people have not carried out detailed surveys to date. In this paper， by sampling the cores obtained in the study area， The physical parameters of 47 specimens such as mudstone and sandstone， density parameters of 29 specimens， radioactivity and magnetic susceptibility parameters of 53 specimens， and longitudinal wave velocity of 32 specimens were analyzed. During the analysis of the differences in physical properties of rocks， the electrical properties， density， radioactivity， magnetic susceptibility and longitudinal wave velocity of rock ores were summarized.

Keywords： South Qilian;basin;rock;physical property analysis

研究區(qū)位于青藏高原東北緣南祁連盆地的哈拉湖，研究區(qū)常年凍土發(fā)育，構(gòu)造復雜，是祁連山西部的一個山間凹陷盆地，屬于高山內(nèi)陸湖泊，其湖泊與河流水系發(fā)育復雜[1]。研究區(qū)屬于高海拔區(qū)域，氣候惡劣，具有高原亞寒帶草原半干旱氣候。由于冰川和積雪的存在，整個凍土區(qū)的寒凍風化作用十分明顯[2-3]。研究區(qū)位于青藏高原的東北部，受地殼影響明顯，周邊的地形起伏較大。研究區(qū)內(nèi)的河流較多，主要分為內(nèi)流和外流兩大水系，區(qū)內(nèi)總計發(fā)育14條河流，其多發(fā)源于山區(qū)，其中4條為常年流水，最終注入哈拉湖內(nèi)，哈拉湖內(nèi)所形成的沉積物主要就是由源河流所攜帶的大量碎屑物質(zhì)堆積而來[4]。采樣區(qū)位于哈拉湖的西側(cè)，屬于南祁連盆地區(qū)域。哈拉湖以往的研究程度較低，基本為開展過相關(guān)的地質(zhì)地貌調(diào)查，因此在該地區(qū)開展巖石物性特征的分析很有研究意義。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

哈拉湖地處青藏高原東北部祁連山腹地，其海拔相對較高，平均高于4 300 m，有著明顯的冰川遺跡[5]。研究區(qū)位于南祁連盆地褶皺帶哈拉湖的北部，區(qū)域內(nèi)構(gòu)造受碰撞造山作用的影響，走向以北西西向為主，褶皺斷裂較為發(fā)育。哈拉湖的北側(cè)為疏勒南山，其平均海拔在5 000 m以上，南側(cè)為哈拉湖南山，平均海拔在5 000 m以下，低平的丘陵地帶是其盆地東西兩側(cè)的分水嶺[6-8]。其地層分布為石炭系、二疊系、三疊系，石炭系僅在坳陷的東北側(cè)分布，二疊系和三疊系的分布不廣泛，表層被第四系的沉積物覆蓋。哈拉湖湖水的最深處為65 m，水深平均為27 m[9-10]。湖泊總體呈斜三角狀，東西向的長度為32 km左右，南北向的寬度為24 km左右，湖泊面積約為580 km2。其周邊的其余湖泊相對于哈拉湖分布面積較小，總體的發(fā)育集中，但數(shù)量較少，湖泊的發(fā)育相對復雜[11-13]。

2 巖礦石物性特征分析

標本物性參數(shù)測量如下：對47件標本電參數(shù)進行了測定;對29件標本進行了密度測定;對53件標本進行了放射性強度及磁化率測定;對32件標本進行了縱波波速測定。測定的標本共計3大類10小類，包括：粉色泥巖巖1件;粉砂質(zhì)泥巖2件;泥巖8件;黃色泥巖11件;含石膏泥巖1件;灰綠色泥巖2件;褐色頁巖2件;砂巖17件;含礫砂巖8件;粗砂巖1件。

2.1 標本電性特征

對于電性特征，本研究測量了標本的極化率和電阻率，統(tǒng)計了標本電參數(shù)極化率和電阻率的最小值、最大值和平均值。根據(jù)各類巖礦石標本電參數(shù)統(tǒng)計情況，繪制標本極化率的統(tǒng)計條形圖，如圖1所示。繪制標本電阻率的統(tǒng)計條形圖，如圖2所示。

由圖1可以看出，在參與測定電參數(shù)的標本中，含石膏泥巖巖極化率相對最高，極化率為1.639%;粗砂巖、黃色泥巖及粉色泥巖的極化率則相對較低，極化率分別只有0.11%、0.127%及0.134%，均沒有達到0.2%;砂巖及灰綠色泥巖的極化率僅次于基性巖，分別為1.49%、1.48%;含礫砂巖的極化率為0.728%;泥巖及粉砂質(zhì)泥巖的極化為0.276%、0.212%。

由圖2可以看出，在這次參與測定電參數(shù)的標本中，砂巖的平均電阻率最大，為789 Ω·m;其次為含石膏泥巖，其電阻率為507 Ω·m;黃色泥巖的平均電阻率則低于100 Ω·m，其平均電阻率只有87 Ω·m;灰綠色泥巖、粉色泥巖及粗砂巖的平均電阻率為100～200 Ω·m，分別為131、154、178 Ω·m;泥巖及含礫砂巖的平均電阻率介于200～500 Ω·m;安山巖及閃長巖的平均電阻率介于1 000～1 500 Ω·m。

綜合圖1、圖2可以得出，在本次參與測定電參數(shù)的標本中，粗砂巖的綜合電性特征為低極化率中低電阻率特征;含礫砂巖的綜合電性特征為中高極化率中高電阻率特征;砂巖的綜合電性特征為高極化率高電阻率特征;灰綠色泥巖的綜合電性特征為中高極化率高電阻率特征;含石膏泥巖綜合電性特征為高極化率高電阻率特征;黃色泥巖綜合電性特征為低極化率低電阻率特征;泥巖綜合電性特征為中等極化率中低電阻率特征;粉砂質(zhì)泥巖綜合電性特征為中高極化率中低電阻率特征;粉色泥巖綜合電性特征為中低極化率中低電阻率特征。

2.2 標本密度特征

標本密度參數(shù)統(tǒng)計最小值、最大值和平均值。由圖3可以看出，本次測定的砂巖的平均密度最大，為2.62 g/cm3，表現(xiàn)為高密度特征，粉砂質(zhì)泥巖及粗砂巖的平均密度分別為2.43 g/cm3及2.01 g/cm3，以上兩類巖性的標本表現(xiàn)為中高密度特征;含礫砂巖的平均密度為1.90 g/cm3，表現(xiàn)為中等密度特征;閃長巖、凝灰?guī)r及安山巖的平均密度介于2.38～2.48 g/cm3，表現(xiàn)為中等密度特征;粉色泥巖、含石膏泥巖、泥巖及灰綠色泥巖平均密度均介于1.75～1.85 g/cm3，表現(xiàn)為中低密度特征;而黃色泥巖的密度最小，為1.73 g/cm3，表現(xiàn)為低密度的物性特征。

2.3 標本放射性特征

標本放射性強度參數(shù)統(tǒng)計最小值、最大值和平均值。根據(jù)各類巖礦石標本放射性強度，繪制的標本放射性強度統(tǒng)計條形圖，如圖4所示。

由圖4可以看出，在本次參與放射性強度測定的標本中，相對而言，粉色泥巖的平均放射性強度最大，達到4.70 cps，表現(xiàn)為高放射性強度的物性特征;其次為含礫砂巖、黃色泥巖及褐色頁巖，分別為3.50、3.40、3.08 cps;這三類標本的平均放射性強度均大于3.00 cps，表現(xiàn)為中高放射性強度的物性特征;泥巖、砂巖的平均放射性強度保持在2.8～3.0 cps，表現(xiàn)為中等放射性強度的物性特征;粗砂巖、含石膏泥巖、的放射性強度介于2.50～2.60 cps，表現(xiàn)為中低放射性強度特征;粉砂質(zhì)泥巖及灰綠色泥巖的平均放射性強度介于2.10～2.30 cps，表現(xiàn)為低放射性強度特征。

2.4 標本磁化率特征

標本磁化率參數(shù)統(tǒng)計最小值、最大值和平均值。根據(jù)各類巖礦石標本磁化率，繪制標本磁化率統(tǒng)計條形圖，如圖5所示。

由5圖可看出，在參與測定的53件標本中，相對于本次測量的其他標本而言，粉色泥巖的平均磁化率最大，達到0.201，表現(xiàn)為高磁化率的物性特征;其次為黃色泥巖的0.134、砂巖的0.112及含礫砂巖的0.109，三者表現(xiàn)為中等磁化率的物性特征;灰綠色泥巖、褐色頁巖、粗砂巖、含石膏泥巖及泥巖的平均磁化率均介于0.06～0.10，未超過為0.1，表現(xiàn)為低磁化率的物性特征;粉砂質(zhì)泥巖磁化率更低至0.051，表現(xiàn)為低磁化率特征，近似無磁性。

2.5 標本縱波波速特征

標本縱波波速參數(shù)統(tǒng)計最小值、最大值和平均值。根據(jù)各類巖礦石標本縱波波速，繪制標本縱波波速統(tǒng)計條形圖，如圖6所示。

由圖6可以看出，在參與縱波波速測定的32件標本中，砂巖的平均縱波波速最大，達到4.400 km/s，表現(xiàn)為高縱波波速的物性特征（相對于本次測量的其他標本而言），其次為粉砂質(zhì)泥巖，其縱波波速為3.027 km/s，表現(xiàn)為中等縱波波速的物性特征;而粗砂巖、泥巖及含礫砂巖的縱波波速介于2.300～2.600 km/s，三者表現(xiàn)為中低縱波波速的物性特征;黃色泥巖縱波波速只達到1.806 km/s，表現(xiàn)為低縱波波速的物性特征。

3 結(jié)論

本研究綜合分析參與測定的各件標本電參數(shù)及放射性強度、密度、磁化率及縱波波速，對測定的10類標本進行了物性分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，砂巖的放射性強度較低，但極化率和電阻率、密度、磁化率縱波速度相對較高;粉色砂巖的極化率、電阻率、密度較低、磁化率表現(xiàn)為中等，放射性強度較高;含礫砂巖的磁化率較高，極化率、電阻率、密度、縱波速度表現(xiàn)為中等，放射性強度表現(xiàn)為中高;粗砂巖的極化率、電阻率、放射性強度較低，密度和縱波速度表現(xiàn)為中等，其磁化率基本無磁性;灰綠色的泥巖電阻率、放射性強度、密度較低，極化率為中等，磁化率為中低;含石膏的泥巖電阻率、低放射性強度、密度、磁化率較低，極化率為中等;粉砂質(zhì)的泥巖放射性強度、磁化率、極化率較低，電阻率為中等、密度為中高等，縱波波速較高;黃色泥巖的縱波波速、極化率較低，密度表現(xiàn)為低高，放射性強度、磁化率為中高等，電阻率為高;褐色泥巖的磁化率較低，放射性強度為中等。

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