唐山某礦區(qū)地球物理測井物性參數(shù)分析

耿東陽，周 穎

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們對各種金屬非金屬礦產(chǎn)資源的需求進一步加大，僅僅是開采地表出露的礦產(chǎn)資源已經(jīng)難以滿足社會的發(fā)展需要，基于現(xiàn)有的成礦理論知識和實踐成果，深部第二空間找礦已經(jīng)成為了繼續(xù)增加礦產(chǎn)資源儲量的發(fā)展方向。深部礦產(chǎn)資源具有埋藏深度大、賦存狀態(tài)復(fù)雜、找礦難度大等特點，針對這些難題，地球物理測井越來越受到重視，其可以借助先進的物探設(shè)備將地面勘探延伸到地下，相比地面物探勘查有著不可比擬的優(yōu)勢，對圈定井旁井底盲礦、推斷隱伏礦頭礦尾、確定礦體的空間位置和產(chǎn)狀有非常大的指導(dǎo)意義，是尋找深部盲礦、富礦、大礦的有效方法。

本次礦區(qū)進行地球物理測井主要驗證礦區(qū)鉆探工程質(zhì)量，判別鉆遇地層巖性，總結(jié)地層物性參數(shù)特征，通過測量視電阻率、電化學(xué)、聲波、三側(cè)向、自然伽馬、井斜、井溫7個參數(shù)，了解鉆孔技術(shù)狀況，判別鉆遇地層巖性，分層定厚，提供巖層物性參數(shù)，并作為地質(zhì)資料為礦區(qū)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 儀器設(shè)備

本次地球物理測井所用儀器為中國地質(zhì)裝備總公司重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的JGS-1B智能工程測井系統(tǒng)及配套多根探管。JGS-1B智能工程測井系統(tǒng)為專業(yè)測井系統(tǒng)，可接收模擬信號和數(shù)字信號，井下探管測量參數(shù)眾多，適用范圍較廣，數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。我單位在2021年8月5日委托廠家對所用測井系統(tǒng)和配套探管進行檢驗（深度校正和刻度標定），2021年10月21日對所用組合探管進行檢驗，儀器設(shè)備和所用探管均滿足工作需要和相關(guān)規(guī)范要求。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

工作區(qū)內(nèi)地勢平坦，地表大部分為第四紀全新世堆積物，無基巖出露，第四系厚度約為100m～400m，地層從下到上發(fā)育中上元古界、古生界、新生界的沉積蓋層。

2.1.1 中上元古界

（1）薊縣系（Jx）：包括高于莊組、楊莊組和霧迷山組。①高于莊組（Jxg）：巖性主要由淺灰色厚-巨厚層泥粉晶白云巖、燧石條帶白云巖與薄層白云質(zhì)頁巖組成韻律。②楊莊組（Jxy）：巖性主要為白云質(zhì)泥灰?guī)r、厚層燧石白云巖、灰色厚層燧石條帶黏土質(zhì)白云巖、夾紫紅灰白色薄層白云質(zhì)泥灰?guī)r及鮞狀硅質(zhì)白云巖。③霧迷山組（Jxw）：巖性主要為燧石條帶白云巖、灰色巨厚層白云巖、夾薄-葉片狀泥質(zhì)含鈣白云巖、白云質(zhì)泥灰?guī)r、含黏土質(zhì)白云巖、石英巖狀砂巖、燧石條帶結(jié)核厚層白云巖和含瀝青質(zhì)白云巖。

（2）青白口系（Qb）：包括龍山組、景兒峪組。①青白口紀龍山組（Qbl）：巖性主要為灰、淺肉紅色燧石質(zhì)角礫巖、灰白（微紅）、黃綠色中厚層狀石英砂巖、含海綠石巖屑長石石英砂巖夾粉砂巖、紫褐色含海綠石粉砂巖與頁巖。②青白口紀景兒峪組（Qbj）：巖性主要由一套灰綠、淡青色、灰褐、紫色白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r組成。

2.1.2 古生界

（1）寒武系（?）：包括昌平組、饅頭組、張夏組、崮山組、炒米店組。①中寒武世昌平組（?2?）：巖性為含礫泥晶白云巖、灰色厚層－巨厚層的豹皮狀泥晶灰?guī)r、灰白色巨厚層泥晶灰質(zhì)白云巖。②中-晚寒武世饅頭組（?2-3m）：巖性為灰白色泥云質(zhì)灰質(zhì)礫巖、含粉砂泥質(zhì)白云巖、粉晶云質(zhì)泥灰?guī)r、紫色頁巖夾粉砂巖及少量的灰?guī)r。③晚寒武世張夏組（?3z?）：巖性為灰色泥晶鮞?；?guī)r、灰色鮞?；?guī)r、泥晶灰?guī)r、灰色中-厚層泥晶鮞粒灰?guī)r夾薄層泥晶泥質(zhì)灰?guī)r。④末寒武世崮山組（?4g）：巖性為灰紫色薄層泥質(zhì)粉砂巖、紫色礫屑灰?guī)r、紫色頁巖及少量鮞狀灰?guī)r。⑤末寒武-早奧陶世炒米店組（?4O1?）：巖性為薄板狀泥晶泥質(zhì)灰?guī)r、灰色薄板狀、薄層狀泥質(zhì)條帶灰?guī)r夾灰色厚層泥質(zhì)條帶灰?guī)r及少量灰色礫屑灰?guī)r、礫屑灰?guī)r。

（2）奧陶系：包括冶里組、亮甲山組、馬家溝組。分布于京唐智慧港片區(qū)東南、站西片區(qū)兩側(cè)，總厚約650m～800m。①早奧陶世冶里組（O1y）：巖性主要以灰色小豹皮狀灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、薄層灰?guī)r、夾竹葉狀灰?guī)r及頁巖為主。②早奧陶世亮甲山組（O1l）：巖性以富含燧石結(jié)核、條帶的灰?guī)r及白云巖為特征。③中奧陶世馬家溝組（O2m）：巖性主要為泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖、夾角礫狀灰?guī)r。

（3）石炭系-二疊系。①晚石炭世本溪組（C2b）：巖性為淺灰色泥巖與黃綠色薄層粉砂巖互層，夾灰?guī)r及細砂巖，偶夾煤線。②早二疊世太原組（P1t）：巖性為灰、深灰色細砂巖及粉砂巖，夾泥巖及少量灰?guī)r，含不穩(wěn)定煤層。③早中二疊世下石盒子組（P1-2x）：巖性為灰白色中、粗粒砂巖為主，夾細砂巖、粉砂巖及泥巖，含煤線。④中晚二疊世上石盒子組（P2-3s?）：巖性為黃綠、青灰色粉砂巖、泥巖與中、粗粒石英砂巖互層。⑤晚二疊世孫家溝組（P3s）：上部為暗紫色板狀砂巖、細粒砂巖，下部為紫紅色粉砂巖，夾泥巖。

2.1.3 新生界

（1）新近系（N）。工作區(qū)新近系發(fā)育明化鎮(zhèn)組，頂板埋深100m～400m，厚度50m～300m。巖性為灰、淺灰綠、棕黃色粉砂、細砂巖及含礫砂巖，棕紅、紫紅色泥巖及少量灰綠色泥巖，下部泥巖比例增多。

（2）第四系（Q）。本次工作通過綜合分析前人地質(zhì)、鉆孔及遙感等資料，將工作區(qū)更新世由下而上劃分為饒陽組（Qp1r）、肅寧組（Qp2s）、西甘河組（Qp3x）分別對應(yīng)早、中、晚更新世。全新世劃分為沖洪積、沖積、沖湖積、湖積、湖沼積、沼積等六種成因類型。

2.2 構(gòu)造

工作區(qū)大地構(gòu)造位置處于開灤臺凹之上，區(qū)域上以豐臺-野雞坨斷裂和陡河斷裂為界劃分三個五級構(gòu)造單元，其中豐臺-野雞坨斷裂以西為鴉鴻橋凹陷，豐臺-野雞坨斷裂至陡河斷裂之間為荊各莊凹陷，陡河斷裂至唐山斷裂之間為唐山凸起。因此工作區(qū)地跨鴉鴻橋凹陷、荊各莊凹陷和唐山凸起三個五級構(gòu)造單元。

工作區(qū)內(nèi)發(fā)育的主要斷裂為豐臺-野雞坨斷裂、岳龍莊斷裂和陡河斷裂，發(fā)育的褶皺構(gòu)造為車軸山向斜和碑子院背斜。

3 巖性識別與劃分

為了利用測井資料建立主要巖性的識別方法和技術(shù)，在充足的取芯資料標定基礎(chǔ)上，對不同巖性的測井響應(yīng)特征進行了分析，研究了不同測井方法對巖性的敏感性。主要巖性劃分為粘土、粉質(zhì)粘土、粉砂、細砂、中砂、粗砂、礫石、卵石，其中粘土視電阻率0Ω·m～20Ω·m，自然伽馬20API～60API，聲波速度1.5km/s～1.9km/s，粉質(zhì)粘土視電阻率0Ω·m～30Ω·m，自然伽馬20API～60API，聲波速度1.5km/s～1.9km/s，粉砂視電阻率10Ω·m～30Ω·m，自然伽馬20API～50API，聲波速度1.5km/s～2.0km/s，細砂視電阻率10Ω·m～40Ω·m，自然伽馬20API～50API，聲波速度1.5km/s～2.0km/s，中砂視電阻率10Ω·m～50Ω·m，自然伽馬20API～50API，聲波速度1.5km/s～2.0km/s，粗砂視電阻率20Ω·m～50Ω·m，自然伽馬20API～40API，聲波速度1.5km/s～2.1km/s，礫石視電阻率20Ω·m～60Ω·m，自然伽馬40API～50API，聲波速度2.0km/s～3.1km/s，卵石視電阻率30Ω·m～60Ω·m，自然伽馬40API～55API，聲波速度2.1km/s～3.5km/s。

對于不同的巖性，測井響應(yīng)特征差異明顯。例如，粗砂粒度較粗，具有低自然伽馬、高電阻率的特征。粉砂粒度變細，自然伽馬值略增大，電阻率值略減小。粉砂質(zhì)粘土含有較多的泥質(zhì)成分，自然伽馬值較高，電阻率值較低。粘土具有高自然伽馬、低電阻率的特點。礫石、卵石由于同時含有長石成分和粗粒度的礫石，表現(xiàn)為高自然伽馬、高電阻率。聲波速度對不同巖性的反映效果一般，整體表現(xiàn)為從致密到疏松巖性段，聲波速度逐漸減小。綜上所述，認為自然伽馬、電阻率參數(shù)對巖性較敏感，因此，選擇自然伽馬和電阻率2種參數(shù)來識別研究區(qū)地層巖性。

為了利用充足的測井數(shù)據(jù)建立巖性測井識別圖版，在9個較深標準鉆孔的典型粘土、粉質(zhì)粘土、粉砂、細砂、中砂、粗砂、礫石、卵石等8種巖性層段，分別讀取自然伽馬和視電阻率的加權(quán)平均值，共獲取數(shù)據(jù)點345個，其中粘土數(shù)據(jù)點26個，粉質(zhì)粘土數(shù)據(jù)點79個，粉砂數(shù)據(jù)點47個，細砂數(shù)據(jù)點109個，中砂數(shù)據(jù)點47個，粗砂數(shù)據(jù)點9個，礫石數(shù)據(jù)點9個，卵石數(shù)據(jù)點19個。本次利用345個自然伽馬、電位電阻率數(shù)值，建立了巖性測井識別圖版。結(jié)果表明，自然伽馬-視電阻率交會圖對于巖性識別具有較好的效果。砂的自然伽馬為低值、視電阻率為高值；粘土的自然伽馬為高值、視電阻率為低值；從粗砂、中砂、細砂、粉砂、粉砂質(zhì)粘土到粘土的巖性過渡明顯，呈現(xiàn)出粒度逐漸變細的特征。礫石、卵石由于存在長石成份，自然伽馬為高值，視電阻率也為高值。

4 測井曲線特征

視電阻率能直接反應(yīng)地層土粒度的變化，其值隨著地層土顆粒的增大而增大，可以區(qū)分粘土層、不同粒度的砂層及砂礫層，劃分沉積旋回，結(jié)合地質(zhì)、鉆探資料判斷沉積環(huán)境。不同巖性的地層視電阻率值差異明顯，砂層粒度較粗，具有高視電阻率的特征，粘土層顆粒較細，具有低視電阻率的特征。但是，砂礫石層含泥時，會使地層的視電阻率值降低，且隨著砂礫石層含泥量的增大而減小，因而區(qū)分泥礫石層能力不足，需結(jié)合自然伽馬和自然電位測井來區(qū)分。

自然伽馬測井測量的是地層中天然伽馬射線的強度，能直接反應(yīng)地層中泥質(zhì)含量的變化，其值隨著地層土泥質(zhì)含量的增大而增大，可以區(qū)分粘土層、砂層、含泥砂礫層、砂礫層；當砂礫石顆粒中含放射性核素時，其自然伽馬值會增大，此時無法判斷是泥礫石層還是砂礫石層，需結(jié)合視電阻率區(qū)分泥礫石層和砂礫石層、劃分沉積旋回，再結(jié)合地質(zhì)、鉆探資料判斷沉積環(huán)境。

自然電位能在大部分鉆孔或井段上反映出地層中砂質(zhì)含量的變化，一般情況下其值在砂層上表現(xiàn)出負異常，可以區(qū)分粘土層、砂層、泥礫層和砂礫層，該參數(shù)可以輔助視電阻率和自然伽馬劃分沉積旋回，判斷沉積環(huán)境。

聲波測井對松散沉積地層的分層能力較弱。在淺部對地層的響應(yīng)不明顯，認為與淺部地層壓實度較差有關(guān)，隨著深度的增加，對地層的響應(yīng)逐漸明顯，在深部（100m以下）明顯表現(xiàn)為粘土層波速減小，砂層增大。

井溫測量可以獲得測區(qū)不同深度的地溫變化情況，隨深度增加井溫逐漸升高。

鉆孔孔斜是鉆探施工中的一個重要參數(shù)，通過井斜測量可以獲得鉆孔的空間軌跡，用以控制鉆孔施工質(zhì)量和校正鉆探編錄深度。

5 物性參數(shù)特征

在測井巖性劃分的基礎(chǔ)上，對不同巖性的視電阻率、自然伽馬、聲波 3 個參數(shù)進行了加權(quán)平均值計算，經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計，獲得了工作區(qū)主要地層巖石物性參數(shù)。本次鉆遇地層主要為第四系、新近系、奧陶系、寒武系、青白口系。

第四系和新近系鉆遇地層主要巖性相同，均為粘土、粉質(zhì)粘土、粉砂、細砂、中砂、粗砂、礫石、卵石。第四系粘土層視電阻率為12Ω·m，自然伽馬39API，聲波速度1.9km/s，粉質(zhì)黏土層視電阻率為14Ω·m，自然伽馬39API，聲波速度2.0km/s，粉砂層視電阻率為18Ω·m，自然伽馬36API，聲波速度1.8km/s，細砂層視電阻率為21Ω·m，自然伽馬34API，聲波速度2.0km/s，中砂層視電阻率為29Ω·m，自然伽馬31API，聲波速度2.0km/s，粗砂層視電阻率為39Ω·m，自然伽馬29API，聲波速度2.0km/s，礫石層視電阻率為55Ω·m，自然伽馬33API，聲波速度2.0km/s，卵石層視電阻率為93Ω·m，自然伽馬50API，聲波速度2.2km/s；新近系粘土層視電阻率為10Ω·m，自然伽馬44API，聲波速度2.0km/s，粉質(zhì)黏土層視電阻率為11Ω·m，自然伽馬46API，聲波速度2.2km/s，粉砂層視電阻率為17Ω·m，自然伽馬45API，聲波速度2.3km/s，細砂層視電阻率為21Ω·m，自然伽馬41API，聲波速度2.2km/s，中砂層視電阻率為30Ω·m，自然伽馬42API，聲波速度2.3km/s，粗砂層視電阻率為40Ω·m，自然伽馬41API，聲波速度2.4km/s，礫石層視電阻率為54Ω·m，自然伽馬40API，聲波速度2.4km/s，卵石層視電阻率為55Ω·m，自然伽馬32API，聲波速度2.2km/s。

奧陶系鉆遇地層主要巖性為灰?guī)r、粉砂巖、含礫砂巖。灰?guī)r層視電阻率為133Ω·m，自然伽馬28API，聲波速度4.6km/s，粉砂巖層視電阻率為57Ω·m，自然伽馬46API，聲波速度4.3km/s，含礫砂巖層視電阻率為40Ω·m，自然伽馬24API，聲波速度本層未測量。

寒武系鉆遇地層主要巖性為白云巖、灰?guī)r。白云巖層視電阻率為54Ω·m，自然伽馬4API，聲波速度2.7km/s，灰?guī)r層視電阻率為27Ω·m，自然伽馬42API，聲波速度3.7km/s。

青白口系鉆遇地層主要巖性為含礫粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、灰?guī)r。含礫粉砂巖層視電阻率為49Ω·m，自然伽馬20API，聲波速度3.1km/s，泥質(zhì)粉砂巖層視電阻率為27Ω·m，自然伽馬30API，聲波速度3.0km/s，灰?guī)r層視電阻率為75Ω·m，自然伽馬29API，聲波速度3.7km/s。

分析地層巖石物性參數(shù)認為，工作區(qū)第四系與新近系同種巖性視電阻率差異不大，各層內(nèi)電性隨巖石粒度的增大而增大，第四系與新近系同種巖性自然伽馬值相比較小，新近系聲波速度整體略高于第四系；基巖地層視電阻率和聲波速度整體高于第四系和新近系，自然伽馬相對小于第四系和新近系。

6 結(jié)語

本次通過選擇深度較大鉆孔質(zhì)量較好的標準鉆孔建立巖性識別交會圖，確定巖性識別圖版，對礦區(qū)33個鉆孔進行了地層巖性劃分，校正了巖芯采取率較低的鉆孔編錄，總結(jié)了鉆遇地層物性參數(shù)，對工作區(qū)400m以淺地層巖性有了充分了解，掌握了礦區(qū)地層的基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)資料，為以后非取芯孔礦區(qū)地層劃分工作提供了有力的地質(zhì)數(shù)據(jù)支撐。因此，綜合利用地球物理測井技術(shù)，尤其是在無芯鉆進過程中，不僅可以有效提升勘查工程的整體效率，控制施工質(zhì)量，而且還在很大程度上降低了勘查成本，為礦區(qū)地質(zhì)勘查作業(yè)的開展提供強大的技術(shù)支持，強化了地質(zhì)鉆探的有效性，在最大程度上提升了礦產(chǎn)資源開采效果。