物探測井在貴州省興義市四季花城地熱井中的應用研究

宋啟文

(貴州省地礦局地球物理地球化學勘查院，貴州 貴陽 550000)

0 引 言

研究區位于貴州省興義市豐都辦事處龍潭組，距離興義市政府直距約4.50 km，東經104°55′21″～104°56′52″，北緯25°03′42″～25°04′26″。本次物探測井工作對象為興義市文旅城四季花城ZK01地熱鉆孔，該鉆孔深度為3 080.00 m，物探測井總工作量2 857.95 m，測井工作旨在研究井溫變化情況，并計算、推斷該鉆井的溫度變化梯度、含水層的位置、巖石完整性、孔隙度及滲透率等參數。

1 研究區地質特征

研究區及其周邊出露地層由新至老分別為：第四系(Q)、楊柳井組(T2y)、關嶺組(T2g)、嘉陵江組(T1j)、飛仙關組(T1f)、長興組(P3c)、龍潭組(P3l)、茅口組(P2m)、棲霞組(P2q)。

研究區構造較為發育，區內規模較大的褶皺為興義背斜，該褶皺走向北西，因受北西向的斷層切割，背斜北東翼出露不完整，地層傾角變化大，一般為10°～58°。區內斷裂構造主要為響格斷層，為區內深大導熱斷層，該斷層位于研究區中部偏東，出露于馬嶺口—胡家寨一帶，走向為北西向，研究區內延伸近5 km，傾向南西，傾角約62°，為逆斷層，斷距達1 000 m以上。

2 測井技術及要求

本次測井工作采用HK-3S數字測井系統(河北力時力拓)，所采用的方法有電阻率測井法(包含電阻率、自然電位)、放射性測井法(自然伽瑪)、補償時差測井法(補償時差、孔隙度、滲透率)、井徑測井法(井徑)，其原理及相關要求分述如下。

2.1 測量技術參數及要求

采樣間隔：0.05 m(井溫除外，井溫只能點測，點距為20 m)。

測量速度：≤10 m/min。

測量方式：連續測量。

測井方法技術涉及儀器除按規定進行標定、性能測試外，在測井現場再進行刻度檢查測量和儀器自檢工作。

2.2 各參數測量原理及要求

1)井溫測量(TEMP)主要是用溫度傳感器來識別孔內每一個點的溫度，應用這些溫度來計算出地溫梯度，測量時在井口進行溫度的校正，只能用點測，點距為20 m，每一個點必須等溫度穩定后，再記錄數據。

2)補償聲波測井是利用聲波在不同的介質中傳播速度不同的特性，作為一種物探方法，用來判斷巖性、分層及確定巖層的孔隙度等，同時可配合其它方法進行綜合分析。通過雙發聲系統，可以補償井徑變化帶來的測量誤差，值得一提的是，補償時差測量時必須用水來作為傳輸介質。

3)自然伽瑪是根據各巖石含放射性元素多與少的差異劃分地層界線，劃分碳酸鹽巖、砂巖、泥巖等的界線，是進行定性劃分巖層的主要方法之一，測進時速度不能>8 m/min。該方法是地熱測井常用的主要方法之一，同時也是定性、定量劃分巖層的主要方法之一；該方法受孔徑及井液電阻率的影響較小，探測半徑較大，抗干擾能力強。

4)視電阻率測井是根據不同巖石在大自然中的電阻率不同來劃分巖性的，測量獲得的電阻率1和電阻率2可以相互比較和驗證，該方法在灰巖等與上、下圍巖的界面上反映清楚，相對異常幅度較大，分辨率較高，能與自然伽瑪共同劃分出較準確的巖性。

3 鉆井地球物理特征及異常解譯

3.1 鉆井地球物理特征

通過對測井綜合成果圖的研究，并結合理論以及鉆孔柱狀圖的綜合分析，本文認為該鉆井主要巖層地球物理特征具體如下：

1)巖石破碎、裂縫含水層(異常層)

電阻率為低阻，一般低于圍巖，低于灰巖等巖石，當隨著孔隙度增大或破破碎增大，電阻率值不斷下降，所測曲線顯示該層孔徑變大、電阻率為低阻，補償時差、孔隙度和滲透度都為高值。

2)細砂巖

巖石成份以高電阻礦物為主，泥質含量低且結構致密，故電阻率常呈中—高幅值塊狀異常，自然伽瑪曲線呈低幅值塊狀異常，伽瑪伽瑪曲線則在基線附近呈抖動狀直線，碎屑巖由于膠結程度、膠結物、孔隙度不同，其電位電阻率變化較大；中粒砂巖、細粒砂巖在測井曲線上有時不易區分，統稱細砂巖。

3)粉砂巖、泥質粉砂巖

物理性質介于砂巖與泥巖之間，粉砂巖近于砂巖，泥質粉砂巖則接近于泥巖，故其電阻率異常偏低且往往隨薄層泥巖夾層的出現，粉砂巖電阻率異常多呈參差不齊的鋸齒狀反映。

4)粉砂質泥巖、泥巖

泥巖類巖石的共同特點是電阻率低，自然伽瑪強度較高。在正常孔徑的情況下，電位電阻率曲線呈低平舒緩狀，自然伽瑪曲線為穩定的較高幅值異常，尤以泥巖的幅值最為突出。因其吸水膨脹、軟化往往垮塌造成孔徑擴大，在伽瑪(密度)曲線上出現高幅值異常群。

5)灰巖、泥質灰巖

碳酸鹽巖類巖石在測井曲線上顯示特別突出，在全區煤系地層中電阻率最高、自然伽瑪值最低的巖層。泥質灰巖和泥質白云巖由于泥質含量的增加，電阻率值與密度值隨之降低，自然伽瑪異常增高而區別于灰巖和白云巖。

3.2 測井異常解譯

根據所測曲線將含水層分為四個等級，從低到高分別為：干層、低產水層、二類裂縫層、一類裂縫層。其中，干層的孔隙度通常在15%以下，電位電阻率和側向電阻率相對高，而滲透率相對低；低產水層孔隙度在22%～30%之間，電位電阻率和側向電阻率相對低時，滲透率相對高，地溫梯度變高，推測含熱水；二類裂縫層孔隙度在22%～40%之間，電位電阻率和側向電阻率相對更低一些時，而滲透率更高一些；一類裂縫層孔隙度在22%～60%之間，自然伽瑪低、電位電阻率很低時，而滲透率很高，地溫梯度變高，推測含熱水。根據測井異常特征并結合地質資料，本次研究工作在鉆孔ZK1中劃分了13個水層，各層特征見表1。

表1 異常特征表

該地熱井終孔深度為3 080 m，孔深2 450 m至地表段已固井，由于在后期的流量觀測過程中發現目標儲水層2 450～3 080 m之間的產水量明顯不足，幾乎可以定義為干孔。因此，經過多方案的對比研究，最終選用物探測井資料探測孔內具有產水潛力的層位，目前，共對該孔進行了三次全孔物探測井工作；根據測井成果，基本掌握了全孔的含水層位、巖性等信息。綜合地質、測井等資料，在以下4段進行了射孔，1 370～1 380 m，1 657～1 667 m (下圖為1 370～1 380 m含水段)，通過射孔之后該孔水量達800 t/d，水溫約49℃，效果非常明顯，顯著提升了該地熱井的利用價值，假如沒有測井資料，就不知道準確的含水段，不知道在那段射孔，干孔的機率非常大，見圖1。

圖1 四季花城ZK01鉆孔1 370～1 380 m測井推測含水段

4 結 語

1)該次工作在490～2 857 m共推測出的13個水層，并與地質資料相吻合；最終通過射孔技術，該孔目前產水量約800 t/d，水溫約49℃，產量極為可觀。

2)通過該次工作，可以確定，在地熱水勘探中，物探測井它可以準確劃出整孔的含水層位置和含水性質(構造含水、裂隙水、基巖破碎含水等)，還可以大致估計水量的大小，這些數據都是地熱勘探中致關重要的，所以在地熱水的勘探中地球物理測井是必不可少的。