青藏高原岡底斯成礦帶東段水文測井評價方法

劉康林， 謝小國， 郝紅兵， 章 旭

(1. 中國地質科學院 探礦工藝研究所，成都 611734；2. 四川省華地建設工程有限責任公司，成都 610081；3. 成都理工大學，成都 610059)

0 引言

青藏高原岡底斯成礦帶地處西藏自治區中部，位于印度河-雅魯藏布江結合帶與獅泉河-阿索-九子拉-嘉黎結合帶之間。岡底斯成礦帶東段主要屬其中岡底斯-念青唐古拉板塊和喜馬拉雅板塊的范圍，中跨雅魯藏布江縫合帶(圖1)[1-3]。該區為西藏人居分布和城鎮建設發展的重要地區，區內降水較為貧乏，地下水類型主要為河谷地帶松散巖類孔隙水。主要水文地質問題表現為干旱缺水、礦山開發潛在的地下水污染問題，局部由于干旱缺水引發草地退化、土地沙化等環境地質問題[4]，因此開展水文地質調查工作顯得意義重大。

測井曲線具有連續性好、精度高，包含豐富的地質信息等特點。結合水文地質勘查的需要，水文測井一般要解決的地質問題包括：①劃分地層，確定含水層與隔水層的層位和厚度；②劃分咸淡水界面、估計地下水的礦化度；③估算水文地質參數，包括含水層的孔隙度、滲透系數及涌水量等[5-8]。筆者嘗試利用測井方法評價青藏高原岡底斯成礦帶東段日喀則市幅、拉孜縣幅水文地質特征，為水文地質勘查提供一定的借鑒作用。

1 含水層地質特征

青藏高原岡底斯成礦帶含水巖組類型主要為：①松散巖類孔隙水含水巖組；②碎屑巖類孔隙裂隙水含水巖組；③碳酸鹽巖類及碳酸鹽巖夾碎屑巖類巖溶裂隙含水巖組；④巖漿巖類裂隙水含水巖組；⑤變質巖類裂隙含水巖組等類型[9-10]。其中岡底斯成礦帶東段主要為水文地質結構較均一的谷地，以“一江兩河”中部流域為代表[11]，為該地區主要含水巖組之一。含水層為較均一的砂質礫石、砂卵礫石、卵礫石夾少量砂層，個別地段夾有不厚的亞砂土、亞粘土，質地純凈、富水性好，厚度大(圖2)。

圖1 工區水文地質略圖Fig.1 Hydrological geological map of Gangdise metallogenic belt

圖2 工區水文鉆孔剖面Fig.2 Hydrology drilling section of Gangdise metallogenic belt(a)ZK04;(b)ZK05;(c)ZK08;(d)ZK10

青藏高原岡底斯成礦帶地下水礦化度大部分一般小于0.3g/L，水質較好，多為HCO3-Ca(或Ca·Mg)型水。其中日喀則市幅含水層礦化度為146 mg/L～402 mg/L；滲透系數從0.66 m/d～150.4 m/d不等；除個別孔外，其他孔涌水量較大，一般大于4 000 m3/d。拉孜縣幅含水層礦化度在84 mg/L～730 mg/L之間；滲透系數和涌水量均較小，滲透系數基本于20 m/d，涌水量一般小于600 m3/d。

2 水文地質參數測井評價

2.1 泥質含量

水文測井研究的重點是含水層,利用自然伽馬、視電阻率能很好地識別出含水層與隔水層[12-13]。第四系松散地層以孔隙水為主，主要的富水層位為砂卵礫石層，主要的隔水層為泥質含量高的粘土層。因此可以利用自然伽馬計算堆積物松散層的泥質含量：

(1)

(2)

式中：GR為自然伽馬測井值，API；GRmin為自然伽馬最小值，API；GRmax為自然伽馬最大值，API；GCUR為經驗系數，第三紀地層以上取3.7。

2.2 礦化度

視電阻率具有探測深度大、反映地下水礦化度靈敏的特點[14-18]。分析可知，工區測試的地下水礦化度與測井電阻率的對數值具有較好的相關性(圖3)。

Cw=-874×ln(lgRt)+709.2

R2=0.626

(3)

式中：Cw為地下水礦化度，mg/L；Rt為視電阻率，Ω·m。

圖3 視電阻率與(測試)地層水礦化度相關關系Fig.3 Related relationship of resistivity and salinity (test)

2.3 孔隙度

利用聲波時差計算地層的孔隙度為式(4)[19]

(4)

式中：Δt為聲波時差測井曲線值，μs/m；Δtf為流體聲波時差值，μs/m；Cp為壓實校正系數；Δtsh為泥巖段的聲波時差值，μs/m；φ為孔隙度值，%。

2.4 滲透系數

滲透系數是描述含水層介質透水能力的一個重要參數，它與含水層介質的內部結構與地下水性質有關[20]。滲透率是表征流體介質滲透性能的參數，一般它與地層孔隙度具有較好的相關性，而滲透系數與滲透率存在如下關系[21]：

K=k×γ/u

(5)

式中：K為滲透系數，m/d；k為滲透率，mD；γ為水的容重，9.8 kN/m3；u為粘滯系數。

基于以上分析，可以建立起岡底斯成礦帶日喀則市幅、拉孜縣幅的滲透系數與孔隙度的相關關系(圖4)：

日喀則市幅：K=10-5×e0.663×φ

R2=0.988

(6)

拉孜縣幅：K=0.253×e0.155×φ

R2=0.811

(7)

圖4 滲透系數與孔隙度相關關系Fig.4 Related relationship of permeability coefficient and porosity

2.5 單井涌水量

利用裘布依公式計算單井涌水量為式(8)[22-26]：

(8)

式中：Q為單井涌水量，m3/d；K為滲透系數；M為含水層累計厚度，m；S為抽水井水位降深，m；R為影響半徑，m；r為抽水井半徑，m。

3 應用分析

3.1 單孔水文測井解釋

以日喀則市幅ZK02號水文鉆孔為例，該孔120 m以上鉆遇的巖性以灰黃色、松散、不可塑的砂卵礫石為主，抽水試驗確定其影響半徑為617 m，滲透系數為38.1 m/d，涌水量為5 497 m3/d，水樣測試礦化度為180 mg/L。

利用建立的測井解釋模型分析ZK02號孔水文地質參數，測井解釋8.75 m～118.10 m為砂礫石和粉砂質礫石，為含水層段，自然伽馬為97 API ～147 API，平均為121 API；電阻率為35.4Ω·m ～139.3 Ω·m，平均為84 Ω·m；聲波時差為279 μs/m ～348 μs/m，平均為289 μs/m。測井解釋地層水礦化度為137 mg/L，孔隙度平均為22.5%，滲透系數為38.2 m/d，涌水量為3 152 m3/d，測井解釋結果與實驗結果吻合度較高(圖5)。

圖5 日喀則市幅ZK02號孔水文測井解釋成果圖Fig.5 The chart of hydrologic logging interpretation of ZK02 in Shigatse

孔號ZK01ZK02ZK04ZK05ZK06ZK07ZK08ZK09ZK10試驗測試礦化度/mg·L-122818014640226084730160346涌水量/m3·d-1584654974724425958384188158516滲透系數/m·d-1150.438.113.231.10.71.93.016.74.2影響半徑/m625617362492351989833186測井數據視電阻率/Ω·m2884562288100163947自然伽馬/API56708863702307444149聲波時差/s·m-1299289277284260235266297279含水層厚度/m38.3109.496.481.013.979.975.414.795.6測井分析礦化度/mg·L-1386137221452128103547303260孔隙度/%24.622.520.021.516.511.417.824.220.5滲透系數/m·d-1150.138.17.419.20.71.54.010.76.0涌水量/m3·d-143353152574120912103291184508

3.2 工區綜合分析

基于水文地質參數測井解釋模型，對青藏高原岡底斯成礦帶東段的日喀則市幅、拉孜縣幅水文鉆孔的礦化度、滲透系數、涌水量等進行分析預測(表1)。從表1可以看出，測井解釋礦化度與水樣測試礦化度比較接近，誤差范圍在±200 mg/L之間；滲透系數最大誤差為11.9 mg/L，平均誤差為2.4 mg/L；除ZK04、ZK05號孔外，其他鉆孔測井解釋涌水量與抽水試驗確定的涌水量基本在同一個數量級范圍內。

4 結論

1)青藏高原岡底斯成礦帶東段含水層段主要為砂卵礫石等松散巖類，以孔隙水為主，富水性好，厚度大，隔水層主要為粘土、粉土等。

2)根據建立的測井解釋模型計算了水文地質參數，結果表明，測井解釋的礦化度、滲透系數、涌水量與抽水試驗和水質測試結果吻合度高，應用效果明顯。

3)實踐表明測井數據能夠較敏感地反映地下水富集情況，對水文地質研究提供了借鑒。

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