測井技術在柴達木盆地深層鹵水勘查中的應用研究

張紹棟，羅維斌，王 亮，劉久波，呂志斌，張曉冬，蔡進福

1.青海省地質礦產勘查開發局，青海 西寧810000；2.甘肅省有色地質調查院，甘肅 蘭州730000；3.青海省柴達木綜合地質礦產勘查院，青海格爾木816000

0 引言

柴達木盆地因鹽而名，面積逾3×104km2.盆地內現有大小不等的鹽湖33個，氯化鉀、氯化鎂、氯化鋰等儲量占全國已探明儲量的80%以上.自2000年起，第四系及新近系深層鹵水找鉀工作在此起步，從此深層鹵水資源逐漸進入了人們的視野.通過近年來的勘查工作，在尕斯庫勒、大浪灘、察汗斯拉圖、昆特依、馬海等次級盆地深部均發現了大厚度砂礫空隙鹵水鉀鹽礦，開拓了柴達木盆地新的找礦空間［1］.勘查中應用了大地電磁測深、廣域電磁、地震、測井等物探方法，結果表明幾種方法各有利弊，普通測井作為能直接對地層進行測量的物探方法，優勢顯著.本次研究依托對柴達木盆地多個區域的鉆孔測井資料的分析研究，尋求一種適合柴達木盆地的測井識別思路及方法，以期在深部鹵水資源勘查中得到有效的使用.

1 地質背景

柴達木盆位于青海省西北部，是青藏高原北部大型內陸斷陷構造形成的高山深盆.盆地周邊為高山，中間地形起伏不大.盆地內除周邊有少量的晚三疊世、早中侏羅世和早白堊世地層分布外，主體為巨厚的古近紀—第四紀沉積物，第四系沉積物尤為發育完全.在丘陵和沙漠間的較低洼地區形成彼此隔絕、大小不均一的封閉式內陸鹽湖次級盆地.這些鹽湖次級盆地是柴達木盆地的主要沉積區、成礦區.深層鹵水資源主要賦存在盆地第四系地層中，屬第四系現代鹽湖沉積型礦床，主要巖性有下更新統泥巖、砂質泥巖、石膏；中更新統黏土、淤泥、粉砂黏土與石鹽；上更新統粉砂黏土、淤泥、砂礫石、含粉砂石鹽；全新統卵石、礫石、粗砂、粉細砂質黏土、含粉砂的石鹽.礦床主要以2種方式賦存，一種是淺部晶間鹵水、層間鹵水方式存在，賦鹵介質巖性為石鹽、含粉砂的石鹽、含芒硝的石鹽；另一種是深部液體空隙承壓方式存在，賦存介質主要為細砂、中細砂、中細砂、粗砂、礫砂、圓礫、卵石.主要隔水層為黏土、粉砂黏土、黏土粉砂等［2］.

2 測井曲線特征

2.1 三側向電阻率

三側向電阻率測井就是通過聚焦供電電流，穿透井壁流入地層，可用來研究巖層更為真實的電阻率的電測井方法.鹽湖鉆孔中因為泥漿、含水層都為飽和或者半飽和鹵水，所以三側向電阻率值很小，不同層位曲線變化幅度較小，并且會因泥漿及含水層礦化度不同而導致不同鉆孔、相同地層電阻率值不同的現象.通過總結分析發現，在柴達木盆地，三側向電阻率曲線在各地層的表現如下：黏土、粉砂黏土、黏土粉砂等隔水層表現為最低電阻率值，曲線變化幅度小（圖1）；細砂、粗砂等作為較好的含水層，表現為相對黏土層較高的電阻率平均值，曲線有明顯鋸齒狀變化現象，曲線波動幅度與所含礫砂呈正相關；礫砂、卵石層作為主要含水層，表現為較高電阻率平均值，曲線變化幅度大；石鹽層表現為高電阻率、高幅值變化，相比卵石、礫砂層電阻率高出很多［3-4］.

2.2 自然伽馬

自然伽馬測井是通過測量自然伽馬強度分析不同水動力條件下形成的沉積層序的粒度、分選、泥質含量等特征的放射性測井方法.本文主要通過分析泥質含量來確定隔水層位置，研究含水層性質、含水情況.盆地中黏土層表現為自然伽馬平均值最高，曲線呈鋸齒狀，變化幅度大；石膏、石鹽層自然伽馬平均值最低，且變化幅度較小；而含水層井段自然伽馬平均值與含水條件呈反相關［5-7］，并且變化幅度也隨泥質含量的增多而變大.

2.3 自然電位

自然電位測井就是通過測量井壁附近因電化學過程產生的自然電場來判斷滲透層性質的電化學測井方法.鹽湖測井中自然電場產生的條件主要是濃度差及壓力差.因泥漿與含水層溶液濃度不同，井液柱與地層溶液之間存在壓力差，所以所測自然電位是擴散－吸附電動勢及動電電勢的綜合反映.經多個鉆孔資料對比分析發現，在黏土、粉砂黏土、淤泥層，表現出較好的黏土基線效應，變化幅度小；在粗砂、中粗砂、礫砂、卵石層會有正異常或者負異常產生，并且曲線幅度相比黏土層較大.但也有個別孔中的自然電位反映很小甚至沒有可參考性，由淺到深呈現出一條從大到小、變化幅度很小的曲線［6-8］.經分析研究發現，導致這種情況的主要原因是泥漿與地層鹵水濃度差較小，并且地層水流動性較差.總之，自然電位測井在鹽湖測井中的使用有其局限性，可供分層參考.

2.4 聲波時差

圖1 柴達木盆地深層鹵水測井曲線特征圖Fig.1 Characteristics of deep brine logging curves of Qaidam Basin

聲波時差測井是通過計算地層中折射波傳播時間差來分析地層巖性及空隙度的物理測井方法.鹽湖聲波時差測井主要目的是劃分地層，結合其他測井曲線界定和評價含水層.分析研究發現，如果將聲波時差在黏土井段的曲線當作是黏土基線的話，那么在黏土井段，時差曲線在基線附近微小波動.波動較大，說明沉積環境相對不穩定，中間夾有砂層.在砂層井段，曲線向右偏移，呈現不穩定性，并且隨著巖層顆粒的增大（如礫砂、卵石層）曲線會出現周波跳躍現象［9-10］，波動幅度較大，聲波時差平均值變小.而在石鹽層，曲線的形態及變化幅度會因石鹽的致密程度而不同.一般淺層石鹽結晶較松散，時差曲線會向右偏移，并且波動較大.而在深部，石鹽結晶較致密，時差曲線會在黏土基線附近波動，并且波動較小.另外在解釋的時候需要考慮主要井徑的變化，應排除因井徑變化引起的聲波時差異常.

2.5 巖層定量識別

分析對比盆地多個鉆孔測井資料發現，三側向電阻率、自然電位在不同鉆孔中表現的參數區間不同，所以不能用來做前期的定量識別，但自然伽馬（GR）及聲波時差（AC）可有效將各巖層進行定量識別.筆者優選盆地內測井效果相對較好的幾口井制作不同巖性的自然伽馬與聲波時差交會圖（圖2）.從圖2可以看出，巖層參數特征清楚、分區明顯.具體定量識別標準如下，石鹽：450

圖2 柴達木盆地第四系地層測井定量識別圖Fig.2 Quantitative recognition of the Quaternary formation logging in Qaidam Basin

通過以上對比分析發現，石鹽、黏土層特征明顯，容易識別，成為測井解釋的有效切入點.中粗砂、含礫中粗砂、含卵石中粗砂等有效含水層在圖中分布較集中，自然伽馬值介于2800～3080之間，聲波時差介于310～600之間，成為識別含水層的參數區間標志.從黏土、粉細砂至中粗砂，隨著顆粒的變粗，聲波時差值變大，自然伽馬值變小，兩曲線波動幅度較小.但從中粗砂至含卵石中粗砂，自然伽馬保持在2800～3080之間，聲波時差出現反轉，隨著巖層顆粒的變大，聲波時差值變小，由最高的600變成最低的310，并且曲線出現鋸齒狀波動（周波跳躍）現象［11-12］，這種周波跳躍現象也成為劃分卵礫石含水層的曲線標志.

3 方法總結

綜合分析研究盆地地質、測井資料，筆者總結出普通測井在深層鹵水勘查中的解釋方法步驟如下.

1）粗略定量識別大層，劃出電阻率黏土基線及聲波黏土基線.通過自然伽馬、聲波時差定量識別出較厚的石鹽、黏土、砂層（細砂、粗砂、礫砂、含卵石中粗砂）等主要地層.定量識別標準如下.石鹽：590

2）分析三側向電阻率、自然伽馬曲線，補充劃分較厚層.將三側向電阻率、自然伽馬曲線放在同一曲線道中進行重疊（如圖1），對比矯正步驟1中已定量識別的黏土層，兩曲線相離較大（低三側向電阻率值且曲線波動幅度小，高自然伽馬值且曲線波動幅度較大）為黏土層；兩曲線相交且電阻率波動較大井段（低自然伽馬，高三側向電阻率）為石鹽；兩曲線相離較小（低三側向電阻率且波動幅度相比黏土層大，較高自然伽馬且曲線波動幅度較大）為細砂、粗砂、礫砂、含卵礫粗砂等主要含鹵水層［13-15］.

3）已知推未知，結合黏土基線詳細劃分細砂、粗砂、礫砂、含卵礫粗砂.因為砂層的測井參數識別區間有重疊現象，不好直觀區分，所以，只能在后期作人工劃分.通過以上步驟已基本劃分出黏土、石鹽及砂層.砂層井段，在充分考慮各砂礫石層識別區間的同時需結合步驟一畫的黏土基線進行人工識別.人工識別標準如下.細砂：410

4）結合地面物探工作，劃分較好含水層，為鉆孔抽水、儲量計算及后續工作提出有效建議.

4 結論

通過對柴達木盆地測井資料的分析研究，總結出柴達木盆地深層鹵水資源勘查中測井資料的解釋方法及步驟.

1）通過自然伽馬及聲波時差曲線界定較厚地層；

2）結合三側向電阻率、自然電位參數定量識別地層的各曲線參數范圍；

3）最后利用識別的地層參數進行建模特征反演解釋.該方法結合了地區經驗、人工調試、智能識別，可有效改善傳統測井解釋方法在鹵水鉆孔中的識別困難及誤差問題［20-21］，可為以后的深層鹵水資源勘查起到積極的推進作用.