鄂爾多斯盆地北部直羅組賦存特征及富水性

孫 魁，苗彥平，陳小繩，王宏科，范立民，楊 磊，馬萬超，路 波，李 成，陳建平，高 帥

(1.陜西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站 自然資源部礦山地質(zhì)災(zāi)害成災(zāi)機(jī)理與防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054；2.西安科技大學(xué) 地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710054；3.陜煤集團(tuán)神木紅柳林礦業(yè)公司，陜西 神木 719300；4.陜西陜煤陜北礦業(yè)有限公司，陜西 榆林 719000; 5.中國礦業(yè)大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

鄂爾多斯盆地煤炭資源豐富，煤質(zhì)優(yōu)良，分布有黃隴、陜北、神東、寧東4個(gè)煤炭基地，主要開采侏羅系延安組煤層，由于煤層賦存穩(wěn)定且厚度大，高強(qiáng)度開采條件下頂板水害事故時(shí)有發(fā)生[1-3]。侏羅系直羅組廣泛分布于鄂爾多斯盆地，在早期的水文地質(zhì)勘探中，普遍認(rèn)為直羅組含水層富水性弱，對煤礦安全的影響一直未受到足夠的重視[4]。然而，近十幾年來，鄂爾多斯盆地東北部榆神府礦區(qū)東部煤層埋藏較淺的錦界煤礦、檸條塔煤礦、紅柳林煤礦等，盆地西北部呼爾吉特礦區(qū)煤層埋藏較深的母杜柴登煤礦、門克慶煤礦等，頻頻受到了直羅組地下水的威脅，甚至出現(xiàn)了突水事故[5-9]，直羅組地下水系統(tǒng)、水害防控及水資源保護(hù)研究日益成為學(xué)界的焦點(diǎn)[3,5,10-11]。

對于直羅組賦存特征的研究，主要借助于不同時(shí)期、不同控制程度的勘探鉆孔，通過編圖等手段對直羅組的分布、物源、砂體厚度、含砂率、隔水巖組厚度等進(jìn)行研究[12-14]。對于直羅組富水性的研究，主要是選擇含水層厚度、含砂率、隔水層厚度、巖性組合類型等空間賦存參數(shù)，通過主觀和客觀確權(quán)方法，建立富水性評價(jià)模型[15-18]。隨著含水層富水性研究的不斷深入，一些學(xué)者借鑒儲層學(xué)的研究方法，從微觀角度研究砂巖孔隙結(jié)構(gòu)與富水性的關(guān)系，并將微觀結(jié)構(gòu)特征引入到富水性評價(jià)指標(biāo)體系中，取得了較好的評價(jià)效果[19-24]。

筆者根據(jù)2 000余個(gè)鉆孔數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，剖析直羅組含隔水巖組賦存特征、物性特征及微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征，并從宏觀和微觀尺度探討其對富水性的影響和控制作用，以期在直羅組含水層富水性評價(jià)及水害防治研究方面有所裨益。

1 研究區(qū)概況

圖1 研究區(qū)礦井涌水量分布Fig.1 Distribution of mine water inflow within the study area

2 直羅組沉積演化及空間賦存特征

2.1 研究區(qū)直羅組沉積演化

燕山運(yùn)動第II幕使盆地全面抬升，差異性剝蝕改造使得延安組沉積時(shí)期溫暖潮濕氣候下河湖并存、泥炭沉積廣泛發(fā)育的古地理面貌發(fā)生改變，取而代之的是河流為主，河湖為輔的地理景觀[2,25-26]。直羅組沉積早期，盆地周緣地貌高差較大，物源充足，對延安期溫暖濕潤的成煤古氣候環(huán)境具一定延續(xù)性，以辮狀河-辮狀河三角洲沉積為主。直羅組沉積中晚期，周緣地貌高差減小，區(qū)域古氣候逐漸變得的干旱炎熱，物源供給不足，沉積相向湖泊三角洲和曲流河-曲流河三角洲過渡。受沉積環(huán)境的影響，研究區(qū)直羅組巖性具有明顯的分段性，直羅組下部為粗碎屑巖段，巖性以灰色、灰綠色含礫砂巖和粗砂巖為主，且區(qū)域分布穩(wěn)定，尤其是直羅組底部沖刷構(gòu)造發(fā)育，具有典型的辮狀河沉積特征[27-29](圖2)；直羅組中部為細(xì)碎屑巖段，與下部粗碎屑巖段具有明顯的巖性轉(zhuǎn)換面，主要發(fā)育灰色、灰綠色泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖等，為湖泊三角洲沉積階段；直羅組上部多發(fā)育磚紅色、棕紅色泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖和中砂巖疊置發(fā)育的特征，為曲流河沉積階段。本文結(jié)合研究區(qū)巖性結(jié)構(gòu)和前人的研究成果，將直羅組劃分為上、中、下3段(圖3)。

圖2 直羅組與延安組分界面粗礫巖Fig.2 Coarse conglomerate at the interface between Zhiluo Formation and Yan’an Formation

圖3 SJ10鉆孔直羅組沉積柱狀Fig.3 Sedimentary histogram of Zhiluo Formation in borehole SJ10

2.2 研究區(qū)直羅組含(隔)水層空間賦存特征

2.2.1 直羅組厚度分布特征

直羅組主要分布于研究區(qū)的中西部，厚度0～304.17 m。厚度總體變化趨勢為由西向東、由南向北逐漸變薄，在檸條塔、紅柳林、錦界、大保當(dāng)井田東部邊界一帶尖滅。受晚侏羅世燕山Ⅱ幕的影響，直羅組自東向西埋藏深度逐漸增大。自早白堊世中晚期，受區(qū)域構(gòu)造擠壓，鄂爾多斯盆地整體隆升，這種隆升格局一直持續(xù)到晚白堊世至新生代時(shí)期。古近紀(jì)早期繼承了晚白堊世擠壓應(yīng)力狀態(tài)，盆地仍處于隆升剝蝕階段。

上新世以來，盆地演化進(jìn)入新構(gòu)造運(yùn)動階段，受NW—SE向引張應(yīng)力作用，山西地塹開始形成和發(fā)展，其他斷陷盆地沉降速率也明顯增大，而鄂爾多斯盆地開始恢復(fù)沉降，接受了黏土沉積[2,30]。這種早白堊世以來長期、幕式、差異性整體抬升和強(qiáng)烈不均勻風(fēng)化，導(dǎo)致研究區(qū)東部洛河組、安定組剝蝕殆盡，直羅組遭受長期風(fēng)化，與上部新近系或第四系之間形成角度不整合面，這種角度不整合面是識別直羅組風(fēng)化基巖的重要界面(圖4)。

根據(jù)鉆孔揭露資料，直羅組中上段厚度0～162.61 m，絕大多數(shù)分布在10～110 m，地層總體展布趨勢為由西向東逐漸變薄，在檸條塔井田、紅柳林井田西部邊界以及錦界井田西北部邊界處尖滅。地層厚度高值區(qū)主要分布在研究區(qū)中部紅堿淖、爾林兔勘查區(qū)、大保當(dāng)勘查區(qū)一帶(圖5(a))；直羅組下段分布面積相比中上段較大，厚度0～105.64 m，絕大多數(shù)分布在20～80 m，地層總體展布趨勢為由西向東逐漸變薄，并在檸條塔井田邊界東部、紅柳林井田中部以及錦界井田東北部邊界處尖滅，其中地層厚度高值區(qū)主要分布在研究區(qū)中部紅堿淖、爾林兔勘查區(qū)、中雞南勘查區(qū)、爾林兔東勘查區(qū)一帶(圖5(b))。

2.2.2 直羅組含水巖組空間賦存特征

筆者選擇可以表征巖層儲水性能的風(fēng)化基巖厚度和風(fēng)化程度系數(shù)，粗粒、中粒和細(xì)粒砂巖累計(jì)厚度及砂地比指標(biāo)，通過編圖手段，從區(qū)域上分析直羅組含水巖組的空間分布特征。

(1)直羅組風(fēng)化基巖含水巖組賦存特征?；谇拔乃?，筆者將直羅組上部安定組缺失且與上部新近系或第四系不整合界面作為直羅組風(fēng)化基巖分布范圍[31]。根據(jù)鉆孔揭露資料，直羅組風(fēng)化基巖厚度3.04～83.46 m，平均厚度約26 m，其中厚度高值區(qū)主要位于檸條塔井田南翼、紅柳林井田西部以及錦界井田北部(圖6(a))，受構(gòu)造因素的影響，研究區(qū)東部直羅組下段遭受大面積的風(fēng)化。直羅組風(fēng)化基巖含水巖組為一套黃綠、灰黃色中粗粒、細(xì)粒砂巖，局部為粉砂巖，受風(fēng)化作用的影響，巖石松散疏松，裂隙發(fā)育，風(fēng)化程度自上而下逐漸減弱，上部6～10 m一般為強(qiáng)風(fēng)化層，含水性強(qiáng)于下部正?；鶐r段，在局部土層缺失區(qū)，由于直羅組風(fēng)化基巖裂隙發(fā)育，且直接接受上部第四系松散潛水含水層的下滲補(bǔ)給，補(bǔ)給和徑流條件較為通暢。

一般而言，風(fēng)化程度越強(qiáng)，巖石孔隙、裂隙越發(fā)育。為表征風(fēng)化基巖整體風(fēng)化程度，構(gòu)建風(fēng)化程度系數(shù)w[32]：

w=∑(wihi)/∑hi

(1)

式中，wi為各巖性的風(fēng)化程度，其中,弱賦值為1，中等賦值為2，強(qiáng)賦值為3；hi為不同風(fēng)化程度基巖厚度。

通過計(jì)算，研究區(qū)直羅組風(fēng)化程度系數(shù)1.0～3.4，平均2.19，風(fēng)化程度系數(shù)高值區(qū)主要位于檸條塔井田南翼、紅柳林井田西北部以及錦界井田西北部和東部(圖6(b))，風(fēng)化系數(shù)一般在2.20以上。

(2)直羅組砂巖含水巖組空間賦存特征。根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)，將直羅組中上、下段粗粒、中粒和細(xì)粒砂巖累計(jì)厚度作為砂體厚度，統(tǒng)計(jì)編繪等值線圖(圖7)。由圖7(a)可知，直羅組中上段砂體厚度0～129.72 m，絕大多數(shù)分布在10～50 m，厚度分布不均。砂體厚度高值區(qū)主要分布在研究區(qū)中部爾林兔勘查區(qū)和大保當(dāng)勘查區(qū)一帶，厚度高值區(qū)總體分布比較分散。由圖7(b)可知，直羅組下段砂體厚度0～105.64 m，絕大多數(shù)分布在20～80 m，砂體厚度高值區(qū)主要分布在研究區(qū)中部紅堿淖、爾林兔勘查區(qū)東北部、爾林兔東勘查區(qū)以及紅柳林井田西部、錦界井田西北部等，厚度高值區(qū)分布較為集中，總體呈現(xiàn)出一條寬約25 km的NW—SE向條帶，砂體規(guī)模較大。

(3)直羅組砂地比。根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)編繪砂地比等值線圖(圖8)，由圖8(a)可知，直羅組中上段砂地比0～1，絕大多數(shù)分布在0.1～0.6，區(qū)域上砂地比分布極不均勻，砂地比高值區(qū)零星分布在研究區(qū)中部爾林兔勘查區(qū)、爾林兔東勘查區(qū)和大保當(dāng)勘查區(qū)一帶，北部中雞勘查區(qū)、檸條塔井田北翼也有分布，根據(jù)砂地比分布曲線，直羅組上段總體表現(xiàn)曲流河沉積特點(diǎn)。由圖8(b)可知，直羅組下段砂地比0～1，絕大多數(shù)分布在0.7～1，砂地比高值區(qū)主要分布在研究區(qū)中部紅堿淖、爾林兔勘查區(qū)東北部、爾林兔東勘查區(qū)以及紅柳林井田西部、錦界井田一帶，總體呈現(xiàn)出一條寬約25 km的NW—SE向條帶，其展布形態(tài)與砂體厚度相類似，據(jù)此可知，在這一條帶，直羅組下段砂體規(guī)模巨大且側(cè)向延伸穩(wěn)定，具有明顯的辮狀河道沉積特點(diǎn)。

圖5 直羅組中上段、下段地層厚度等值線Fig.5 Contour of stratum thickness of middle upper member and lower member of Zhiluo Formation

2.2.3 直羅組隔水巖組空間賦存特征

本文選擇可以表征巖層隔水性能的粉砂巖、砂質(zhì)泥巖和泥巖累計(jì)厚度及層數(shù)指標(biāo)，通過編圖手段，從區(qū)域上分析直羅組隔水巖組的空間分布特征。

由圖9(a)可知，直羅組中上段隔水巖組累計(jì)厚度0～115.30 m，基本全區(qū)分布，大部分區(qū)域厚度超過40 m，厚度高值區(qū)主要分布在研究區(qū)的西北部、南部以及中部爾林兔勘查區(qū)和大保當(dāng)勘查區(qū)，在這些區(qū)域隔水巖組層數(shù)一般超過6層(圖10(a))。據(jù)此分析，直羅組上段隔水巖組發(fā)育，垂向和橫向上非均質(zhì)性強(qiáng)，制約了儲水空間的發(fā)育。

由圖9(b)可知，直羅組下段隔水巖組累計(jì)厚度0～66.54 m，厚度一般小于20 m，隔水巖組缺失區(qū)分布在研究區(qū)中部呈一條寬約25 km的NW—SE向條帶，自中部向東北、西南兩側(cè)隔水巖組厚度逐漸增大，層數(shù)也逐漸增多，但一般不超過4層(圖10(b))。由此可知，研究區(qū)直羅組下段隔水巖組不發(fā)育，尤其是研究區(qū)中部隔水巖組缺失條帶區(qū)域，含水層垂向和橫向上均質(zhì)性強(qiáng)，儲水空間較為發(fā)育。

3 直羅組物性特征

由2.2節(jié)可知，研究區(qū)東部直羅組遭受風(fēng)化，因此，需對正常基巖和風(fēng)化基巖的物性特征進(jìn)行討論。

3.1 直羅組正?；鶐r物性特征

根據(jù)研究區(qū)直羅組未遭受風(fēng)化的正?；鶐r鉆孔的巖心觀察和編錄資料來看，巖石裂隙不發(fā)育。通過對38件直羅組正常基巖巖石樣品(中上段樣品12件，下段樣品26件)進(jìn)行鑄體薄片觀察和物性測試，直羅組正?；鶐r孔隙類型以原生孔隙為主，主要為粒間孔，其次為次生孔隙，主要包括粒間溶孔、長石溶孔、巖屑溶孔和雜基溶孔，部分樣品可見鑄膜孔、膠結(jié)物溶孔和高嶺土晶間溶孔(圖11)。

圖7 直羅組中上段、下段累計(jì)砂巖厚度等值線Fig.7 Contour map of cumulative sandstone thickness of middle upper member and lower section of Zhiluo Formation

圖8 直羅組中上段、下段砂地比等值線Fig.8 Contour map of sand content ofmiddle upper member and lower section of Zhiluo Formation

圖9 直羅組中上段、下段隔水巖組累計(jì)厚度等值線Fig.9 Contour map of thickness of water resisting rock formation of middle upper member and lower section of Zhiluo Formation

圖10 直羅組中上段、下段隔水巖組累計(jì)層數(shù)等值線Fig.10 Contour of layers of water resisting rock formation of middle upper member and lower section of Zhiluo Formation

圖11 直羅組典型巖石樣品孔隙類型Fig.11 Pore types of typical rock samples of Zhiluo Formation

原生孔隙(粒間孔)面孔率2%～15%，平均10.55%，次生孔隙面孔率1.0%～14.5%，平均7.79%?？紫抖?、滲透率總體分布區(qū)間分別為9.18%～29.52%，0.04×10-15～2 156.52×10-15m2，平均值分別為18.75%，298.60×10-15m2?？紫抖扰c滲透率總體呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系(R2=0.605 9)，隨著孔隙度的增大，滲透率也相應(yīng)增加，巖石的儲水空間以孔隙系統(tǒng)為主(圖12)。

圖12 直羅組正?；鶐r孔隙度與滲透率相關(guān)性曲線Fig.12 Correlation curve between porosity and permeability of normal bedrock in Zhiluo Formation

通過對直羅組中上段與下段物性特征進(jìn)行分析。

(1)直羅組中上段砂巖。巖性以中粒、細(xì)粒砂巖、粉砂巖和泥巖為主，孔隙度分布區(qū)間為9.18%～27.45%。按照國家能源局發(fā)布的(SY/T 6285—2011)《油氣儲層評價(jià)方法》中孔隙度、滲透率分級標(biāo)準(zhǔn)，孔隙度類型以低孔(孔隙度10%～15%)為主，占比58.85%，其次為中孔(孔隙度15%～25%)，占比23.08%(圖13(a))；滲透率分布區(qū)間為0.04×10-15～1 493.06×10-15m2，滲透率類型以超低滲～特低滲(滲透率0～10×10-15m2)為主，占比66.67%，低滲(滲透率10×10-15～50×10-15m2)、中滲(滲透率50×10-15～500×10-15m2)和高滲(滲透率500×10-15～2 000×10-15m2)占比分別為16.67%，8.33%，8.33%(圖14(a))，物性條件相對較差。

圖13 直羅組中上段、下段孔隙度-頻率直方圖Fig.13 Histogram of porosity frequency in the upper and middle and lower members of the Zhiluo Formation

(2)直羅組下段砂巖。巖性以粗粒砂巖(含礫)、中粒砂巖為主，孔隙度分布區(qū)間7.61%～29.52%，孔隙度類型以中孔(孔隙度15%～25%)為主，占比為76.92%，其次為高孔(孔隙度25%～30%)，占比為19.23%(圖13(b))。滲透率分布區(qū)間1.08×10-15～2 156.52×10-15m2，滲透率類型以中滲(滲透率50×10-15～500×10-15m2)為主，占比61.53%，其次為高滲(滲透率500×10-15～2 000×10-15m2)和特高滲(滲透率≥2 000×10-15m2)，占比分別為15.38%，3.85%(圖14(b))。相比中上段，下段物性條件相對較好。

圖14 直羅組中上段、下段滲透率-頻率直方圖Fig.14 Histogram of permeability frequency in the upper and middle and lower members of the Zhiluo Formation

綜上分析可知，垂向上直羅組物性條件存在差異，直羅組下段孔隙度和滲透率相比中上段較好。

3.2 直羅組風(fēng)化基巖物性特征

通過對研究區(qū)內(nèi)13件直羅組風(fēng)化基巖巖石樣品(中上段樣品6件，下段樣品7件)進(jìn)行鑄體薄片觀察和物性測試。鑄體薄片觀察發(fā)現(xiàn)，與正?；鶐r相比，風(fēng)化基巖微裂隙發(fā)育，粗中粒巖石遭受強(qiáng)烈的物理風(fēng)化作用后，碎屑顆粒發(fā)生碎裂，微裂隙發(fā)育明顯(圖15(a))。而對于細(xì)粒砂巖，遭受風(fēng)化后暗色不穩(wěn)定礦物在水巖作用下具有定向排列特征，在薄弱面位置容易形成微裂隙(圖15(b))。據(jù)統(tǒng)計(jì)，微裂隙占整個(gè)孔隙的5%左右。

圖15 研究區(qū)直羅組風(fēng)化基巖微裂隙發(fā)育特征Fig.15 Development characteristics of micro-fractures in weathered bedrock of Zhiluo Formation in the study area

根據(jù)物性測試結(jié)果，直羅組風(fēng)化基巖孔隙度、滲透率分布區(qū)間分別為13.49%～30.36%，0.17×10-15～2 924.47×10-15m2，孔隙度與滲透率總體呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系(R2=0.806 8)，隨著孔隙度的增大，滲透率也相應(yīng)增加，說明直羅組風(fēng)化基巖孔隙系統(tǒng)的儲水空間較好(圖16)。通過對直羅組正?；鶐r和風(fēng)化基巖進(jìn)行物性對比，發(fā)現(xiàn)直羅組遭受風(fēng)化后，粒間孔隙發(fā)育，孔隙度和滲透率相比正?；鶐r較發(fā)育。

圖16 直羅組風(fēng)化基巖孔隙度與滲透率相關(guān)性曲線Fig.16 Correlation curve between porosity and permeability of weathered bedrock in Zhiluo Formation

按照國家能源局發(fā)布的《油氣儲層評價(jià)方法》(SY/T 6285—2011)中孔隙度、滲透率分級標(biāo)準(zhǔn)，低孔(孔隙度10%～15%)、中孔(孔隙度15%～25%)、高孔(孔隙度25%～30%)、特高孔(孔隙度≥30%)樣品占比分別為7.69%，30.77%，46.16%，15.38%，孔隙度類型總體以中-高孔為主。根據(jù)直羅組不同巖性的孔隙度統(tǒng)計(jì)結(jié)果，粗粒砂巖孔隙度最大，中粒砂巖次之，細(xì)粒砂巖稍差(圖17(a))。

圖17 直羅組正?；鶐r與風(fēng)化基巖物性對比柱狀Fig.17 Columnar comparison of physical properties between normal bedrock and weathered bedrock of Zhiluo Formation

超低滲～特低滲(滲透率0～10×10-15m2)、低滲(滲透率10×10-15～50×10-15m2)、中滲(滲透率50×10-15～500×10-15m2)、高滲(滲透率500×10-15～2 000×10-15m2)、特高滲(滲透率≥2 000×10-15m2)樣品占比分別為23.08%，7.69%，30.77%，23.08%，15.38%，滲透率類型以中-高滲為主。根據(jù)直羅組不同巖性的滲透率統(tǒng)計(jì)結(jié)果，粗粒砂巖孔隙度最大，中粒砂巖次之，細(xì)粒砂巖最差(圖17(b))。

4 直羅組微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征

4.1 孔隙結(jié)構(gòu)分形特征

分形理論是根據(jù)物體的自相似性來研究其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一種方法[33]。以往研究表明，砂巖孔隙結(jié)構(gòu)存在分形特征，利用分形維數(shù)可以表征砂巖孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。本文利用壓汞實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用汞飽和度法進(jìn)行分形研究。

4.1.1 分形方法

汞飽和度法是根據(jù)毛細(xì)管模型和幾何理論，累積進(jìn)汞飽和度與毛細(xì)管壓力之間存在如下關(guān)系[34-35]：

SHg=aPc-(2-D)

(2)

式中,SHg為累積進(jìn)汞飽和度，%；Pc為毛細(xì)管壓力，MPa；D為分形維數(shù)；a為常量。

將式(2)兩邊同時(shí)取對數(shù)可得

lgSHg=(D-2)lgPc+lga

(3)

根據(jù)式(3)，將每個(gè)樣品測試數(shù)據(jù)作圖，通過直線的斜率即可計(jì)算出分形維數(shù)。

4.1.2 分形計(jì)算

利用汞飽和度法對研究區(qū)45塊砂巖壓汞樣品進(jìn)行分形維數(shù)計(jì)算，其lgSHg-lgPc曲線擬合相關(guān)系數(shù)均在0.9以上，表明直羅組砂巖孔喉具有明顯的分形特征。根據(jù)lgSHg-lgPc曲線形態(tài)，可以將其分為2類：第1類為整體分形結(jié)構(gòu)(圖18(a))，lgSHg和lgPc的雙對數(shù)曲線完全或者接近于一條直線。該類分形表明砂巖的大小孔隙結(jié)構(gòu)差異不大，分形維數(shù)基本相同，分形維數(shù)Df分布范圍2.012 6～2.185 1，平均2.063 6。第2類為分段式分形結(jié)構(gòu)(圖18(b))，兩段分別對應(yīng)了巖石中相對大孔和相對小孔，表明大孔和小孔的發(fā)育相對獨(dú)立。相對大孔對應(yīng)的分形維數(shù)D1分布范圍2.191 4～3.720 3，平均2.908 2，相對小孔對應(yīng)的分形維數(shù)D2分布范圍2.055 4～3.180 8，平均2.291 7。D1和D2轉(zhuǎn)折點(diǎn)進(jìn)汞壓力分布范圍為2.1～15.1 MPa，孔喉半徑0.05～0.35 μm。D2分布比D1分布相對集中，總體分形維數(shù)相對較小，說明相對小孔非均質(zhì)性弱。

圖18 汞飽和度法計(jì)算的孔隙結(jié)構(gòu)典型分形曲線Fig.18 Typical fractal curves of pore structure calculated by mercury saturation method

本文將兩段式分形維數(shù)D1，D2根據(jù)各段所占飽和度求平均值作為整體分形維數(shù)Df?？傮w來看，直羅組砂巖Df分布范圍2.012 6～3.277 4，平均2.218 6。其中2.0≤Df<2.05占比24.44%，2.05≤Df<2.10占比42.22%，2.10≤Df<2.20占比8.89%，2.20≤Df<2.50占比6.67%，2.50≤Df<3.0占比15.56%，Df≥3.0占比2.22%。整體分形維數(shù)變化范圍大(圖19)。說明直羅組砂巖整體上非均質(zhì)性較強(qiáng)。

4.2 孔隙結(jié)構(gòu)分形維數(shù)與孔隙結(jié)構(gòu)的關(guān)系

研究區(qū)直羅組砂巖分形維數(shù)與孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)具有良好的相關(guān)性。反映孔喉大小特征參數(shù)中平均孔喉半徑、孔喉半徑均值與分形維數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性較好(R2分別為0.894 3,0.920 8)，表明隨著分形維數(shù)的增大，巖石的孔喉半徑整體變小，儲集性能變差(圖20(a),(b))。

圖19 直羅組砂巖孔隙結(jié)構(gòu)分形維數(shù)頻率分布Fig.19 Fractal dimension frequency distribution of pore structure of Zhiluo Formation sandstone

反映孔喉分布特征的相對分選系數(shù)、分選系數(shù)與分形維數(shù)具有較好的相關(guān)性(R2為0.579 3,0.887 4)。其中反映孔喉分布均勻程度的相對分選系數(shù)與分形維數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，表明分形維數(shù)越大，孔喉分布越不均勻。而反映孔喉分布集中程度的分選系數(shù)則與分形維數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，分形維數(shù)越大，分選系數(shù)越小，孔喉集中程度越高，孔喉更多地集中分布在小孔徑范圍內(nèi)，導(dǎo)致孔滲性變低(圖20(c),(d))。

反映孔喉聯(lián)通特征的排驅(qū)壓力、中值壓力與分形維數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性較好(R2為0.913 5，0.825 7)。隨著排驅(qū)壓力與中值壓力的增大，孔隙結(jié)構(gòu)逐漸變差，分形維數(shù)變大(圖20(e),(f))。

由此表明，研究區(qū)直羅組砂巖孔隙結(jié)構(gòu)汞飽和度法分形維數(shù)與孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)之間具有良好的相關(guān)性，可以作為孔隙結(jié)構(gòu)特征的整體表征指標(biāo)。

4.3 孔隙結(jié)構(gòu)分類

研究區(qū)直羅組砂巖整體分形維數(shù)與孔隙度和滲透率相關(guān)性分析顯示，整體分形維數(shù)與孔隙度呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R2為0.743 8(圖21(a))，與滲透率也呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R2為0.813 9(圖21(b))。由此表明孔隙結(jié)構(gòu)分形維數(shù)越大，孔隙結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，物性條件相對越差。分形維數(shù)與滲透率相關(guān)性更好，表明分形維數(shù)對滲透率的影響作用更大。因此，根據(jù)研究區(qū)內(nèi)45件樣品分形維數(shù)與滲透率的相關(guān)關(guān)系，樣品的分區(qū)性明顯，可以根據(jù)分形維數(shù)的大小，定量的將研究區(qū)內(nèi)樣品劃分為4類孔隙結(jié)構(gòu)類型(圖21(b))。Ⅰ類孔隙結(jié)構(gòu)分形維數(shù)分布范圍為2.012 6～2.097 5，Ⅱ類孔隙結(jié)構(gòu)分形維數(shù)分布范圍為2.117 3～2.602 3，Ⅲ類孔隙結(jié)構(gòu)分形維數(shù)分布范圍為2.687 3～2.794 2，Ⅳ類孔隙結(jié)構(gòu)分形維數(shù)為3.277 4。各樣品分類結(jié)果見表1。其中直羅組下段主要以Ⅰ類孔隙為主，中上段以孔隙Ⅱ和Ⅲ類為主。

(1)Ⅰ類孔隙結(jié)構(gòu)。該類孔隙結(jié)構(gòu)最好，巖性以中粒、粗粒砂巖為主，孔隙組合類型為溶蝕孔-粒間孔，孔隙度15.56%～30.36%、平均23.31%，滲透率39×10-15～2 924×10-15m2、平均563×10-15m2，排驅(qū)壓力0.013～0.107 MPa、平均0.049 MPa，平均孔喉半徑2.399～11.814 μm，平均孔隙直徑82.73～301.97 μm。整體屬于低排驅(qū)壓力、中-高孔、中-高滲孔隙結(jié)構(gòu)類型。該種孔隙結(jié)構(gòu)類型的樣品，主要取自直羅組下段砂體。

圖20 分形維數(shù)與直羅組砂巖孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)關(guān)系Fig.20 Relationship between fractal dimension and pore structure parameters of Zhiluo Formation sandstone

圖21 分形維數(shù)與直羅組砂巖物性相關(guān)性Fig.21 Correlation curve between fractal dimension and physical properties of Zhiluo Formation sandstone

表1 直羅組砂巖微觀孔隙結(jié)構(gòu)與鉆孔單位涌水量統(tǒng)計(jì)結(jié)果

續(xù)表

(2)Ⅱ類孔隙結(jié)構(gòu)。該類孔隙結(jié)構(gòu)較好，巖性以細(xì)粒、中粒砂巖為主，孔隙組合類型主要為溶蝕孔-粒間孔，孔隙度7.61%～27.84%、平均17.34%，滲透率1.0×10-15～12.90×10-15m2、平均4.90×10-15m2，排驅(qū)壓力0.048～3.162 MPa、平均0.688 MPa，平均孔喉半徑0.401～4.301 μm，平均孔隙直徑36.72～190.02 μm。整體屬于中排驅(qū)壓力、中-低孔、特低-低滲孔隙結(jié)構(gòu)類型。該種孔隙結(jié)構(gòu)類型主要分布在直羅組中上段。

(3)Ⅲ類孔隙結(jié)構(gòu)。該類孔隙結(jié)構(gòu)較差，巖性以含泥細(xì)粒極細(xì)粒砂巖為主，孔隙組合類型主要為微孔，孔隙度11.82%～13.49%、平均12.47%，滲透率0.064×10-15～0.202×10-15m2、平均0.129×10-15m2，排驅(qū)壓力1.202～6.310 MPa、平均3.360 MPa，平均孔喉半徑0.082～0.296 μm，平均孔隙直徑9.41～75.49 μm。整體屬于高排驅(qū)壓力、低孔、超低滲孔隙結(jié)構(gòu)類型。該種孔隙類型主要分布在直羅組中、上段。該類孔隙結(jié)構(gòu)類型主要分布在直羅組上段。

(4)Ⅳ類孔隙結(jié)構(gòu)：只有1個(gè)樣品，該類孔隙結(jié)構(gòu)最差，巖性為含泥細(xì)粒極細(xì)粒砂巖，孔隙組合類型為微孔，孔隙度9.18%，滲透率0.040 4×10-15m2，排驅(qū)壓力19.953 MPa，平均孔喉半徑0.046 μm，未發(fā)現(xiàn)明顯孔隙。屬于高排驅(qū)壓力、特低孔、超低滲孔隙結(jié)構(gòu)類型。該種孔隙結(jié)構(gòu)類型分布在直羅組中段。

5 直羅組富水性特征

直羅組含(隔)水層宏觀結(jié)構(gòu)特征可以用地層厚度、含水巖組厚度、砂地比、隔水巖組厚度及層數(shù)等參數(shù)進(jìn)行表征，這些參數(shù)指標(biāo)從宏觀上控制著儲水空間的發(fā)育程度。直羅組微觀結(jié)構(gòu)特征可以用微觀孔隙結(jié)構(gòu)類型表征，主要決定了巖層的水理性質(zhì)。本文在直羅組宏觀結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)特征分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)內(nèi)抽水試驗(yàn)鉆孔數(shù)據(jù)，探討直羅組宏觀結(jié)構(gòu)參數(shù)及微觀孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)對富水性的控制作用。

5.1 直羅組宏觀結(jié)構(gòu)特征對直羅組正?；鶐r富水性的控制

為分析直羅組宏觀巖性結(jié)構(gòu)特征對富水性的控制作用，本文選擇了18個(gè)直羅組(均不存在風(fēng)化層段)抽水試驗(yàn)鉆孔，通過數(shù)據(jù)整理，分析直羅組厚度、砂體厚度、砂地比、隔水巖組累計(jì)厚度、隔水巖組累計(jì)層數(shù)與富水性的相關(guān)關(guān)系，其中富水性采用單位涌水量(q)表征。

Pearson Correlation Coefficient(PCC)是一種度量變量之間相關(guān)關(guān)系的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法[36]。通過對18個(gè)直羅組抽水試驗(yàn)鉆孔數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，可以得到18組數(shù)據(jù)，記為(xi，yi)，其表達(dá)式為

(4)

相關(guān)系數(shù)的取值介于-1～1。其具體判斷見表2。

表2 相關(guān)系數(shù)

樣本相關(guān)系數(shù)的可靠性驗(yàn)證，首先，假設(shè)H0是與樣本無關(guān)的估計(jì)。其次，計(jì)算檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)量，通常情況下采用t分布檢驗(yàn)，其表達(dá)式為

(5)

最后，根據(jù)給定的顯著性水平α和自由度df=n-2，利用t分布表查出tα/2(n-2)的臨界值(tα/2為t分布的臨界值)。若|r|>tα/2|r|，則拒絕原假設(shè)H0，表明總體2個(gè)變量之間存在顯著的線性關(guān)系。

基于上述方法，18個(gè)直羅組正?；鶐r抽水試驗(yàn)鉆孔直羅組厚度、砂體厚度、砂地比、隔水巖組累計(jì)厚度、隔水巖組累計(jì)層數(shù)與富水性的相關(guān)關(guān)系計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 相關(guān)系數(shù)計(jì)算結(jié)果

由表3可知，直羅組下段砂體厚度、直羅組下段砂地比與富水性之間的相關(guān)系數(shù)為正值，絕對值0.6～0.8，呈現(xiàn)出強(qiáng)正相關(guān)關(guān)系。直羅組下段隔水巖組厚度與富水性之間的相關(guān)系數(shù)為負(fù)值，絕對值0.6～0.8，呈現(xiàn)出強(qiáng)負(fù)相關(guān)關(guān)系。其他參數(shù)與富水性之間的相關(guān)系數(shù)絕對值均小于0.5，且顯著性水平大于0.05，說明他們與富水性之間弱相關(guān)。

綜上，根據(jù)相關(guān)性分析結(jié)果，研究區(qū)直羅組下段砂體厚度、直羅組下段砂地比以及直羅組下段隔水巖組厚度對富水性具有較強(qiáng)的控制作用，說明直羅組下段砂體對整個(gè)直羅組富水性具有一定的控制作用，是整個(gè)直羅組地下水的主要“貢獻(xiàn)”層段。仔細(xì)分析可以發(fā)現(xiàn)，3個(gè)指標(biāo)恰恰很好的刻畫了直羅組下段砂體的規(guī)模和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，砂體厚度越大，砂地比越大，隔水巖組厚度越小，則砂體的規(guī)模越大，砂體內(nèi)部的側(cè)向、垂向連通性越強(qiáng)，宏觀非均質(zhì)性越弱，地下水的儲集空間越大。

基于以上分析，筆者依據(jù)直羅組下段砂體厚度、直羅組下段砂地比以及直羅組下段隔水巖組厚度對直羅組下段砂體進(jìn)行分級，一級砂體厚度在60 m以上，砂地比在0.8以上，隔水巖組厚度一般在10 m以內(nèi)；二級砂體厚度30～60 m，砂地比0.4～0.8，隔水巖組厚度一般為10～30 m；三級砂體厚度0～30 m，砂地比0～0.4，隔水巖組厚度一般大于30 m。直羅組下段砂體分級結(jié)果如圖22所示。

圖22 研究區(qū)直羅組下段砂體分級平面Fig.22 Sand body classification plan of the lower member of Zhiluo Formation in the study area

5.2 直羅組微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征對富水性的影響

孔隙結(jié)構(gòu)代表了砂體的微觀層面的儲水空間特征。前文研究可知，直羅組下段是整個(gè)直羅組地下水的主要“貢獻(xiàn)”層段。本節(jié)以典型鉆孔為例，探討未風(fēng)化的直羅組下段砂體微觀結(jié)構(gòu)特征對富水性控制。

SJ04鉆孔位一級砂體位置，巖性以中粒砂巖為主，孔隙結(jié)構(gòu)類型為Ⅰ類；SJ05鉆孔位于二級砂體邊緣，巖性結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，粗、中、細(xì)粒砂巖互層，孔隙結(jié)構(gòu)類型為Ⅰ類和Ⅱ類。總體來看，SJ04鉆孔砂體微觀孔隙相比SJ05鉆孔較好，前者單位涌水量0.056 5 L/(s·m)，后者單位涌水量0.011 3 L/(s·m)，前者富水性強(qiáng)于后者(圖23(a)，(b))。

SJ08鉆孔位于二級砂體位置，巖性結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，粗、中、細(xì)粒砂巖和粉砂巖互層，孔隙結(jié)構(gòu)類型主要為Ⅰ類和Ⅱ類。SJ09鉆孔位于一級砂體位置，巖性以中粒砂巖為主，孔隙結(jié)構(gòu)為Ⅰ類?？傮w來看，SJ09鉆孔砂體微觀孔隙相比SJ08鉆孔較發(fā)育，前者單位涌水量0.061 5 L/(s·m)，后者單位涌水量0.030 0 L/(s·m)，前者富水性強(qiáng)于后者(圖23(c)，(d))。

圖23 直羅組正?；鶐r巖性與富水性柱狀Fig.23 Normal bedrock lithology and water-rich column of Zhiluo Formation

綜上分析，直觀的抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，孔隙結(jié)構(gòu)從微觀尺度上對直羅組富水性具有一定的控制作用。Ⅰ類孔隙結(jié)構(gòu)富水性較強(qiáng)，Ⅱ～Ⅳ類孔隙結(jié)構(gòu)富水性相對較弱。

5.3 風(fēng)化作用對富水性的改造

由前文研究可知，從宏觀層面來看，巖石遭受風(fēng)化后，對原巖最直接的改造就是對巖石結(jié)構(gòu)的破壞，通過對比發(fā)現(xiàn)，直羅組正常基巖巖心較為完整，裂隙一般不發(fā)育，而遭受風(fēng)化后，巖石結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞，松散疏松，且肉眼可見網(wǎng)狀裂隙和垂向裂隙發(fā)育，從而使原巖儲水空間發(fā)生了質(zhì)的改變。而從微觀結(jié)構(gòu)來看，風(fēng)化基巖與正?；鶐r相比，粗中粒巖石碎屑顆粒發(fā)生碎裂，微裂隙發(fā)育明顯，細(xì)粒砂巖，遭受風(fēng)化后在薄弱面位置容易形成微裂隙。風(fēng)化基巖的孔隙度和滲透率相比正?；鶐r較大，微觀儲水空間較好。

基于以上分析，本文對研究區(qū)只針對直羅組下段進(jìn)行抽水試驗(yàn)的76個(gè)鉆孔進(jìn)行分析，以直羅組下段風(fēng)化地層厚度、風(fēng)化砂體厚度以及風(fēng)化程度系數(shù)3個(gè)指標(biāo)與風(fēng)化基巖單位涌水量(q)進(jìn)行相關(guān)性分析，分析方法仍采用Pearson Correlation Coefficient相關(guān)性分析法。通過計(jì)算，76個(gè)直羅組風(fēng)化基巖抽水試驗(yàn)鉆孔風(fēng)化地層厚度、風(fēng)化砂體厚度以及風(fēng)化程度系數(shù)與富水性的相關(guān)關(guān)系計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 相關(guān)系數(shù)計(jì)算結(jié)果

由表4可知，直羅組下段3個(gè)指標(biāo)與富水性均為正相關(guān)關(guān)系，且均通過了顯著性水平檢驗(yàn)。其中風(fēng)化砂體厚度、風(fēng)化程度系數(shù)與富水性的相關(guān)系數(shù)分布在0.6～0.8，為強(qiáng)相關(guān);風(fēng)化地層厚度與富水性的相關(guān)系數(shù)分布在0.2～0.5，為弱相關(guān)。由此可以說明，直羅組下段風(fēng)化砂體厚度越大，整體風(fēng)化程度越高，富水性越強(qiáng)。

為了進(jìn)一步論證風(fēng)化作用對直羅組下段砂體富水性的改善作用，本文對不同砂體級別區(qū)域正常基巖與風(fēng)化基巖抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比，由圖24可知，一級砂體、二級砂體、三級砂體區(qū)域的單位涌水量呈現(xiàn)出逐漸遞減的趨勢，而在同一級別砂體條件下，風(fēng)化基巖單位涌水量遠(yuǎn)高于正?；鶐r。

圖24 直羅組下段正?；鶐r與風(fēng)化基巖單位涌水量箱型圖Fig.24 Box diagram of normal bedrock and weathered bedrock per unit water inflow in the lower member of Zhiluo Formation

綜上分析，無論是正?；鶐r還是風(fēng)化基巖，直羅組下段一級砂體、二級砂體的富水性明顯強(qiáng)于三級砂體，且風(fēng)化作用對直羅組下段砂體富水性具有明顯的改善作用。

5.4 直羅組下段富水性評價(jià)

5.4.1 富水性評價(jià)指標(biāo)的選擇

根據(jù)前文研究結(jié)果，直羅組下段為辮狀河三角洲沉積，砂體規(guī)模較大，側(cè)向延伸穩(wěn)定，是富水性的主要“貢獻(xiàn)”層段，因此，筆者對直羅組下段富水性進(jìn)行評價(jià)。對于直羅組正?；鶐r而言，儲水空間以孔隙為主，其富水性與直羅組下段砂體累計(jì)厚度、直羅組下段砂地比具有較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系。而直羅組遭受風(fēng)化后，孔隙度增大且裂隙發(fā)育，地下水儲存空間和運(yùn)移通道由以孔隙為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐粤严稙橹鳌Ｍㄟ^相關(guān)性分析，風(fēng)化基巖富水性與風(fēng)化砂體厚度和風(fēng)化程度系數(shù)關(guān)系密切，可以作為富水性評價(jià)的指標(biāo)。此外，砂體是具有儲集空間和滲透能力的地質(zhì)體，對于地下水運(yùn)移而言，砂體必須在一定的宏觀空間范圍內(nèi)具有連通性，從而構(gòu)成其導(dǎo)水性能。因此，筆者借鑒了儲層研究方法，引入直羅組下段砂體連通概率指標(biāo)，用來表征砂體的空間連通程度。根據(jù)張?jiān)品宓萚37-38]、雷裕紅等[39]以及趙健等[40]研究成果，認(rèn)為砂體連通性可以通過砂地比來表征，砂體連通概率計(jì)算公式為

(6)

基于以上分析，本文選擇下段砂體厚度、砂地比及風(fēng)化砂體厚度作為直羅組下段砂體儲水性能主控因素，將砂體連通率、風(fēng)化程度系數(shù)作為評價(jià)直羅組下段砂體導(dǎo)水性能的主控因素，對直羅組下段砂體富水性開展評價(jià)。

由于確定的主控因素具有不同的量綱，需對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,即

(7)

式中，Xi為歸一化的數(shù)值(范圍0～1)；X為指標(biāo)的原始數(shù)值；Xmin，Xmax分別為指標(biāo)原始數(shù)據(jù)中的最小、最大值。

根據(jù)鉆孔各主控因素歸一化數(shù)據(jù)，采用ArcGIS軟件繪制各主控因素歸一化專題圖(圖25)。

5.4.2 富水性評價(jià)模型的建立

(1)層次結(jié)構(gòu)模型建立。筆者采用層次分析法對各富水性指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重計(jì)算。將決策目標(biāo)、中間層、指標(biāo)層繪制層次結(jié)構(gòu)圖(圖26)。目標(biāo)層為直羅組下段富水性評價(jià)(A)，準(zhǔn)則層為儲水性(B1)、導(dǎo)水性(B2)，決策層為直羅組下段砂體厚度(C1)、直羅組下段砂地比(C2)、直羅組下段風(fēng)化砂體厚度(C3)、直羅組下段砂體幾何連通率(C4)、直羅組下段風(fēng)化程度(C5)。

(2)判別矩陣構(gòu)造及權(quán)重計(jì)算[41]。根據(jù)SEATY等提出的1～9標(biāo)度法，將各個(gè)指標(biāo)對決策目標(biāo)所起的作用大小進(jìn)行兩兩比較，按照重要程度評價(jià)等級，建立判別矩陣。

進(jìn)行一致性檢驗(yàn)后，求取B層對A層的排序權(quán)重向量w，C層對B層的單準(zhǔn)則排序權(quán)重向量p：

最終計(jì)算C層各評價(jià)指標(biāo)對目標(biāo)層A的排序權(quán)向量W，即

圖26 層次分析結(jié)構(gòu)模型Fig.26 Hierarchical analysis structure model

由此可知，直羅組下段砂體厚度、直羅組下段砂地比、直羅組風(fēng)化砂體厚度、直羅組下段砂體幾何連通率、直羅組風(fēng)化程度系數(shù)的權(quán)重分別為0.209 6，0.156 7，0.233 7，0.171 4，0.228 6。

(3)富水性評價(jià)模型的建立。筆者采用富水性指數(shù)法對直羅組下段含水層富水性進(jìn)行評價(jià)。評價(jià)模型由式(8)表示：

(8)

式中，S為富水性指數(shù)；Wk為各影響指標(biāo)的權(quán)重；fk為單個(gè)指標(biāo)的影響函數(shù)；x，y為地理坐標(biāo)，p為指標(biāo)個(gè)數(shù)。

5.4.3 直羅組下段富水性預(yù)測分區(qū)

采用富水性評價(jià)模型，基于ArcGIS軟件按照各因素權(quán)重進(jìn)行加權(quán)疊加分析，形成直羅組下段富水性指數(shù)分布。依據(jù)ArcGIS自然間斷法對富水性指數(shù)進(jìn)行分級，得到分級閾值分別為0.377 2，0.478 2，0.520 5，根據(jù)分級閾值，將研究區(qū)直羅組下段劃分為4個(gè)區(qū)域。S>0.520 5，富水性相對強(qiáng)；0.520 5

利用研究區(qū)內(nèi)的18個(gè)直羅組正?；鶐r及96個(gè)直羅組風(fēng)化基巖抽水試驗(yàn)鉆孔獲取的單位涌水量，對富水性分區(qū)結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證，實(shí)測單位涌水量大于0.1 L/(s·m)的鉆孔基本位于富水性相對強(qiáng)和較強(qiáng)區(qū)(誤差率9.13%)，單位涌水量0.01～0.10 L/(s·m)的鉆孔基本位于富水性相對中等區(qū)(誤差率1.75%)，單位涌水量小于0.01 L/(s·m)的鉆孔基本位于富水性相對弱區(qū)(誤差率1.75%)，說明本次富水性分區(qū)結(jié)果可靠。總體而言，基巖風(fēng)化區(qū)富水性總體強(qiáng)于未風(fēng)化區(qū)域；對于直羅組未遭受風(fēng)化區(qū)域，一級砂體區(qū)域富水性強(qiáng)于二級砂體及三級砂體區(qū)域；對于直羅組基巖風(fēng)化區(qū)，一級砂體及二級砂體區(qū)域富水性強(qiáng)于三級砂體區(qū)域。

圖27 直羅組下段富水性預(yù)測分區(qū)Fig.27 Water-rich prediction zoning diagram of lower member of Zhiluo Formation

6 結(jié) 論

(1)受沉積環(huán)境的控制，直羅組可分為上、中、下3段，主要含水巖組為風(fēng)化基巖段，層間粗粒、中粒和和細(xì)粒砂巖段，主要隔水巖組為粉砂巖、砂質(zhì)泥巖和泥巖段。風(fēng)化基巖含水層段呈南北向條帶狀分布于研究區(qū)中部，風(fēng)化基巖厚度和風(fēng)化程度從中部向南北兩側(cè)逐漸變薄和減弱；直羅組下段砂巖含水巖組厚度、砂地比明顯大于中上段，下段砂體展布形態(tài)呈現(xiàn)出泛連式，側(cè)向連續(xù)性明顯好于中上段；直羅組下段隔水巖組累計(jì)厚度、層數(shù)明顯小于中上段，下段含(隔)水巖組非均質(zhì)性明顯弱于中上段。

(2)對于直羅組正?；鶐r而言，中上段砂巖孔隙度類型以低孔為主，滲透率類型以超低滲～特低滲為主。直羅組下段砂巖孔隙度類型以中孔為主，滲透率類型以中滲為主，相比中上段，下段孔隙度和滲透率較大。風(fēng)化作用使直羅組物性得到了極大改善，直羅組遭受風(fēng)化后，巖石微裂隙明顯發(fā)育。相比正?；鶐r，風(fēng)化基巖孔隙度和滲透率較大，孔隙度類型總體以中-高孔為主，滲透率類型以中-高滲為主，儲水空間較好。

(3)采用汞飽和度法對直羅組孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行分形，劃分出4種孔隙結(jié)構(gòu)類型，其中直羅組下段砂體主要以I類孔隙為主，微觀儲水空間和滲流能力較好。中上段孔隙類型以Ⅱ和Ⅲ類為主，個(gè)別中上段樣品為Ⅳ類，微觀儲水空間和滲流能力相比下段較差。

(4)從宏觀和微觀角度分析了直羅組富水性特征。對于直羅組正?；鶐r而言，直羅組下段砂體厚度、直羅組下段砂地比以及直羅組下段隔水巖組厚度3項(xiàng)指標(biāo)從宏觀上控制了直羅組富水性，下段是直羅組富水性的主要“貢獻(xiàn)”層段；孔隙結(jié)構(gòu)從微觀尺度上對直羅組富水性具有一定的控制作用，直羅組下段砂體孔隙結(jié)構(gòu)類型主要為Ⅰ類，富水性較強(qiáng)，而中上段孔隙結(jié)構(gòu)類型主要為Ⅱ～Ⅳ類，富水性相對較弱。風(fēng)化作用有效增強(qiáng)了直羅組下段砂體富水性，通過相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，直羅組下段風(fēng)化砂體厚度和風(fēng)化程度對風(fēng)化基巖富水性控制作用較為明顯。

(5)選擇直羅組下段砂體厚度、砂地比、風(fēng)化砂體厚度、砂體連通率、風(fēng)化程度系數(shù)等指標(biāo)，對直羅組下段富水性開展評價(jià)?？傮w而言，直羅組基巖風(fēng)化區(qū)富水性總體強(qiáng)于未風(fēng)化區(qū)域。對于直羅組未遭受風(fēng)化區(qū)域，一級砂體區(qū)域富水性強(qiáng)于二級砂體及三級砂體區(qū)域；對于直羅組風(fēng)化基巖分布區(qū)，一級砂體及二級砂體區(qū)域富水性強(qiáng)于三級砂體區(qū)域。