唐山某礦區地球物理測井物性參數分析

耿東陽，周 穎

隨著經濟的發展，人們對各種金屬非金屬礦產資源的需求進一步加大，僅僅是開采地表出露的礦產資源已經難以滿足社會的發展需要，基于現有的成礦理論知識和實踐成果，深部第二空間找礦已經成為了繼續增加礦產資源儲量的發展方向。深部礦產資源具有埋藏深度大、賦存狀態復雜、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狀有非常大的指導意義，是尋找深部盲礦、富礦、大礦的有效方法。

本次礦區進行地球物理測井主要驗證礦區鉆探工程質量，判別鉆遇地層巖性，總結地層物性參數特征，通過測量視電阻率、電化學、聲波、三側向、自然伽馬、井斜、井溫7個參數，了解鉆孔技術狀況，判別鉆遇地層巖性，分層定厚，提供巖層物性參數，并作為地質資料為礦區提供數據支撐。

1 儀器設備

本次地球物理測井所用儀器為中國地質裝備總公司重慶地質儀器廠生產的JGS-1B智能工程測井系統及配套多根探管。JGS-1B智能工程測井系統為專業測井系統，可接收模擬信號和數字信號，井下探管測量參數眾多，適用范圍較廣，數據穩定可靠。我單位在2021年8月5日委托廠家對所用測井系統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，儀器設備和所用探管均滿足工作需要和相關規范要求。

2 礦區地質特征

2.1 地層

工作區內地勢平坦，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頁巖組成韻律。②楊莊組（Jxy）：巖性主要為白云質泥灰巖、厚層燧石白云巖、灰色厚層燧石條帶黏土質白云巖、夾紫紅灰白色薄層白云質泥灰巖及鮞狀硅質白云巖。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-葉片狀泥質含鈣白云巖、白云質泥灰巖、含黏土質白云巖、石英巖狀砂巖、燧石條帶結核厚層白云巖和含瀝青質白云巖。

（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、紫色白云質灰巖、泥質灰巖組成。

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巖、灰白色巨厚層泥晶灰質白云巖。②中-晚寒武世饅頭組（?2-3m）：巖性為灰白色泥云質灰質礫巖、含粉砂泥質白云巖、粉晶云質泥灰巖、紫色頁巖夾粉砂巖及少量的灰巖。③晚寒武世張夏組（?3z?）：巖性為灰色泥晶鮞粒灰巖、灰色鮞粒灰巖、泥晶灰巖、灰色中-厚層泥晶鮞粒灰巖夾薄層泥晶泥質灰巖。④末寒武世崮山組（?4g）：巖性為灰紫色薄層泥質粉砂巖、紫色礫屑灰巖、紫色頁巖及少量鮞狀灰巖。⑤末寒武-早奧陶世炒米店組（?4O1?）：巖性為薄板狀泥晶泥質灰巖、灰色薄板狀、薄層狀泥質條帶灰巖夾灰色厚層泥質條帶灰巖及少量灰色礫屑灰巖、礫屑灰巖。

（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東南、站西片區兩側，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巖、泥質條帶灰巖、白云質灰巖、薄層灰巖、夾竹葉狀灰巖及頁巖為主。②早奧陶世亮甲山組（O1l）：巖性以富含燧石結核、條帶的灰巖及白云巖為特征。③中奧陶世馬家溝組（O2m）：巖性主要為泥質灰巖、泥質白云巖、夾角礫狀灰巖。

（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，夾灰巖及細砂巖，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，夾泥巖及少量灰巖，含不穩定煤層。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）。工作區新近系發育明化鎮組，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、鉆孔及遙感等資料，將工作區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 構造

工作區大地構造位置處于開灤臺凹之上，區域上以豐臺-野雞坨斷裂和陡河斷裂為界劃分三個五級構造單元，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。因此工作區地跨鴉鴻橋凹陷、荊各莊凹陷和唐山凸起三個五級構造單元。

工作區內發育的主要斷裂為豐臺-野雞坨斷裂、岳龍莊斷裂和陡河斷裂，發育的褶皺構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，在充足的取芯資料標定基礎上，對不同巖性的測井響應特征進行了分析，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。粉砂質粘土含有較多的泥質成分，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、電阻率參數對巖性較敏感，因此，選擇自然伽馬和電阻率2種參數來識別研究區地層巖性。

為了利用充足的測井數據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平均值，共獲取數據點345個，其中粘土數據點26個，粉質粘土數據點79個，粉砂數據點47個，細砂數據點109個，中砂數據點47個，粗砂數據點9個，礫石數據點9個，卵石數據點19個。本次利用345個自然伽馬、電位電阻率數值，建立了巖性測井識別圖版。結果表明，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、粉砂質粘土到粘土的巖性過渡明顯，呈現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，可以區分粘土層、不同粒度的砂層及砂礫層，劃分沉積旋回，結合地質、鉆探資料判斷沉積環境。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，因而區分泥礫石層能力不足，需結合自然伽馬和自然電位測井來區分。

自然伽馬測井測量的是地層中天然伽馬射線的強度，能直接反應地層中泥質含量的變化，其值隨著地層土泥質含量的增大而增大，可以區分粘土層、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，需結合視電阻率區分泥礫石層和砂礫石層、劃分沉積旋回，再結合地質、鉆探資料判斷沉積環境。

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

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不明顯，認為與淺部地層壓實度較差有關，隨著深度的增加，對地層的響應逐漸明顯，在深部（100m以下）明顯表現為粘土層波速減小，砂層增大。

井溫測量可以獲得測區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，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量和校正鉆探編錄深度。

5 物性參數特征

在測井巖性劃分的基礎上，對不同巖性的視電阻率、自然伽馬、聲波 3 個參數進行了加權平均值計算，經數理統計，獲得了工作區主要地層巖石物性參數。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巖、粉砂巖、含礫砂巖。灰巖層視電阻率為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、灰巖。白云巖層視電阻率為54Ω·m，自然伽馬4API，聲波速度2.7km/s，灰巖層視電阻率為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、泥質粉砂巖、灰巖。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，泥質粉砂巖層視電阻率為27Ω·m，自然伽馬30API，聲波速度3.0km/s，灰巖層視電阻率為75Ω·m，自然伽馬29API，聲波速度3.7km/s。

分析地層巖石物性參數認為，工作區第四系與新近系同種巖性視電阻率差異不大，各層內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 結語

本次通過選擇深度較大鉆孔質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，總結了鉆遇地層物性參數，對工作區400m以淺地層巖性有了充分了解，掌握了礦區地層的基礎地質數據資料，為以后非取芯孔礦區地層劃分工作提供了有力的地質數據支撐。因此，綜合利用地球物理測井技術，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，控制施工質量，而且還在很大程度上降低了勘查成本，為礦區地質勘查作業的開展提供強大的技術支持，強化了地質鉆探的有效性，在最大程度上提升了礦產資源開采效果。