測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)在固原硝口地區(qū)巖鹽礦品位定量解釋中的應(yīng)用

陳少澤， 張 媛， 張 華

(寧夏地球物理地球化學(xué)調(diào)查院，銀川 750001)

0 引言

巖鹽礦的勘探與開(kāi)發(fā)中需要從地球物理數(shù)據(jù)方面獲得礦層的定性、定量解釋。而現(xiàn)有地球物理測(cè)井方法僅能滿足對(duì)巖鹽礦的定性解釋,在巖鹽礦品位定量解釋方面還缺乏深入的研究。為了解決當(dāng)前巖鹽礦品位定量解釋的難題,本文利用寧夏固原硝口地區(qū)已有的測(cè)井資料和地質(zhì)礦產(chǎn)資料(鉆孔、巖心分析報(bào)告)進(jìn)行對(duì)比和數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析,確定巖鹽礦品位與主要測(cè)井參數(shù)之間的關(guān)系,采用IBM SPSS軟件中數(shù)理統(tǒng)計(jì)與回歸方程建構(gòu)的方法,建立巖鹽礦品位與測(cè)井參數(shù)的回歸方程模型,從而預(yù)測(cè)巖鹽礦品位。

1 研究區(qū)地球物理特征

1.1 測(cè)井參數(shù)物性特征

研究區(qū)位于寧夏固原市硝口地區(qū),主要含鹽地層為下白堊統(tǒng)乃家河組(K1n),巖性主要為含泥鹽巖和含鹽泥巖[1-3];上覆地層為漸新統(tǒng)清水營(yíng)組(E3q),巖性以粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖為主。通過(guò)對(duì)研究區(qū)的17眼鉆孔測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[4-5],獲得了該區(qū)域含鹽地層的物性參數(shù)(表1)。

表1 固原市硝口地區(qū)含鹽地層地球物理參數(shù)統(tǒng)計(jì)

1.2 測(cè)井曲線在含鹽地層響應(yīng)特征

選取研究區(qū)標(biāo)準(zhǔn)孔ZK202(圖1)進(jìn)行綜合分析,從測(cè)井參數(shù)的曲線形態(tài)和鉆孔巖心對(duì)比可以看出:巖鹽與圍巖的密度、電性等物性差異非常明顯,利用這一特征能夠確定巖鹽層的埋深和厚度;三側(cè)向電阻率曲線反應(yīng)巖鹽礦地層電阻率值在50～200Ω·m,粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖與電阻率值為10～20Ω·m,明顯看出電阻率差值較大,利用該曲線能夠清晰準(zhǔn)確劃分地層地質(zhì)年代;自然伽馬和密度曲線能夠較為清晰的反應(yīng)出含鹽地層中泥質(zhì)含量的變化,即自然伽馬與密度值越大對(duì)應(yīng)的巖鹽礦中泥質(zhì)含量越高,而巖鹽礦中泥質(zhì)含量的多少與巖鹽礦品位又有著直接的關(guān)系[6-9]。所以利用三側(cè)向電阻率、自然伽馬、密度曲線能夠確定地層的巖性、埋深、厚度,這為本次利用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)擬合巖鹽礦品位的研究工作提供了較好的物性基礎(chǔ)。

圖1 ZK202綜合曲線Figure 1 Borehole ZK202 integrated logging traces

2 建立回歸方程模型

在建立多元線性回歸方程過(guò)程中,利用IBM SPSS軟件的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能[12],使用相關(guān)性矩陣和主成分分析法驗(yàn)證變量間的聯(lián)系,選取適用于建立回歸方程的變量。通過(guò)模型摘要R方分析檢驗(yàn)因變量與自變量間的關(guān)系,關(guān)系越密切,自變量對(duì)因變量的解釋能力和數(shù)據(jù)穩(wěn)定性越好。最后得到多元線性回歸方程并通過(guò)回歸系數(shù)t檢驗(yàn)?zāi)硞€(gè)自變量否對(duì)因變量有顯著的影響[13]。

2.1 測(cè)井參數(shù)與巖心品位的相關(guān)性分析

1)利用IBM SPSS軟件分析變量化驗(yàn)巖心品位、三側(cè)向電阻率(LL3)、自然伽馬(GR)、密度(DENB)之間的相關(guān)性[14-15]。相關(guān)性矩陣的意義是衡量?jī)蓚€(gè)變量因素的相關(guān)密切程度，值越接近1，變量間相關(guān)性越緊密，從表2可以看出變量三側(cè)向電阻率(LL3)分別與化驗(yàn)巖心品位相關(guān)性為0.485,與密度(DENB)相關(guān)性為-0.297,與自然伽馬(GR)相關(guān)性為-0.498。顯示變量三側(cè)向電阻(LL3)與其他變量相關(guān)性很差。

表2 相關(guān)性矩陣

2)通過(guò)公因子方差驗(yàn)證相關(guān)性矩陣,其意義是每一個(gè)變量都可以用公因子表示,而公因子表達(dá)的大小就是公因子方差中的“提取”值，“提取”值越大說(shuō)明變量與公因子相關(guān)性越好。表3中只有三側(cè)向電阻率(LL3)提取值為0.365,遠(yuǎn)小于其他變量的提取值,說(shuō)明變量三側(cè)向電阻率(LL3)與其他變量相關(guān)性差,間接驗(yàn)證了相關(guān)性矩陣變量間的關(guān)系。

表3 公因子方差

綜上所述,確定選用自然伽馬(GR)、密度(DENB)測(cè)井參數(shù)來(lái)建立巖鹽礦品位的多元回歸方程模型。

2.2 多元線性回歸模型的建立與檢驗(yàn)

經(jīng)計(jì)算得到模型摘要(表4),其中R為0.922表示擬合優(yōu)度,用來(lái)衡量模型的擬合程度,越接近1越好;R方為0.850，表示決定系數(shù),用于反應(yīng)模型能夠解釋的方差占因變量方差的的百分比,越接近1越好;調(diào)整后R方為0.849,考慮自變量之間的相互影響之后,為避免自變量間相互干擾的因素,對(duì)決定系數(shù)R方的校正,越接近1越好,從表4中可見(jiàn)因變量巖心品位和自變量自然伽馬(GR)、密度(DENB)高度相關(guān)。

表4 模型摘要

最后得到多元線性回歸模型變量系數(shù)(表5):常量系數(shù)為159.016,自然伽馬系數(shù)(GR)為-0.387,密度系數(shù)(DENB)為-28.065。

利用回歸系數(shù)t檢驗(yàn)自變量的顯著性。常量t為10.400,對(duì)應(yīng)的顯著性(P值)為0,表明常數(shù)對(duì)因變量具有顯著性影響;自然伽馬(GR)t為-18.026,對(duì)應(yīng)的顯著性(P值)為0表明常數(shù)對(duì)因變量具有顯著性影響;密度(DENB)t為-4.227,對(duì)應(yīng)的顯著性(P值)為0,表明常數(shù)對(duì)因變量具有顯著性影響。綜上所有的輸出結(jié)果,說(shuō)明因變量(巖心品位)和自變量自然伽馬(GR)、密度(DENB)擬合效果理想,得到以下多元線性回歸方程。

巖鹽品位=159.016-0.387×GR-28.065×DENB (1)

3 回歸方程應(yīng)用效果

通過(guò)自然伽馬(GR)、密度(DENB)曲線反演擬合的多元線性回歸方程模型經(jīng)過(guò)理論檢驗(yàn)成立,但回歸方程模型能否反應(yīng)地質(zhì)規(guī)律,還需要經(jīng)過(guò)野外測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的進(jìn)一步驗(yàn)證。表6列出了研究區(qū)內(nèi)ZK401、ZK302鉆孔隨機(jī)選取的24層巖鹽礦化驗(yàn)品位和模型擬合巖鹽品位結(jié)果比較。

表6 模型擬合統(tǒng)計(jì)

續(xù)表

結(jié)果顯示:品位誤差低于10%的有20層,表明密度(DENB)、自然伽馬(GR)曲線與巖鹽礦品位確實(shí)存在顯著相關(guān)關(guān)系;品位誤差大于10%的4層,分析原因發(fā)現(xiàn)ZK401孔861.00～863.00m層位出現(xiàn)誤差的是因?yàn)闇y(cè)井解釋成果為泥巖層與巖心取樣巖鹽層不符，出現(xiàn)了高自然伽馬(GR)對(duì)應(yīng)高品位巖鹽礦,與低自然伽馬(GR)對(duì)應(yīng)高品位巖鹽礦相悖,造成了擬合品位誤差,另外3層的品位誤差則是在自然伽馬(GR)大于200CPS的背景值下出現(xiàn)的,而且誤差與自然伽馬(GR)成正比關(guān)系,說(shuō)明多元擬合方法不適用于高放射性地層中巖鹽礦品位的解譯。

4 結(jié)論

從本次測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)在固原地區(qū)巖鹽礦應(yīng)用研究結(jié)果可以看出測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)不但可以對(duì)巖鹽地層進(jìn)行定性解釋,還能通過(guò)建立回歸方程模型定量地解釋巖鹽礦品位。該數(shù)學(xué)模型對(duì)鉆孔巖鹽品位的計(jì)算可以起到提前預(yù)判、指導(dǎo)取樣分析的作用,品位擬合結(jié)果可以滿足野外生產(chǎn)的需求,具有較高的適用性和時(shí)效性,能夠?yàn)閹r鹽礦勘查工作提供有效信息。