山西某礦床地球物理特性及測井研究

孫 宇

（中國煤炭地質(zhì)總局第一水文地質(zhì)隊，河北 邯鄲 056004）

通過測井數(shù)據(jù)對山西某礦床蝕變程度與鉆孔水量、水質(zhì)之間關(guān)系的研究，不僅可以為水源地的選取提供可靠的依據(jù)，還可為勘探孔深度的確定提供寶貴的參考。

1 勘探區(qū)目的層地質(zhì)概述

奧陶系中統(tǒng)為該勘探區(qū)找水的目的層，本區(qū)奧陶系中統(tǒng)分為三組八段；峰峰組分為02f1、02f2兩段，上馬家溝組分為02s1、02s2、02s3三段，下馬家溝組分為02x1、02x2、02x3三段。其中02f1、02s1、02x1三段是礦床發(fā)育的層段。其中02f1中部有-10m至20m厚的泥晶灰?guī)r。02f2、02s2、02s3、02x2、02x3段主要以石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、花斑狀灰?guī)r為主，夾薄層泥質(zhì)灰?guī)r。

02f1、02s1、02x1段的地層大多呈網(wǎng)狀、脈狀分布于角礫之間，當?shù)V床被侵蝕，破壞了礦石的原始狀態(tài)，形成角礫狀泥灰?guī)r，角礫大小不一，相差懸殊。

2 巖石的地球物理特性

奧陶系中統(tǒng)地層大部分為石灰?guī)r，視電阻率呈高值（700Ω·M～1500Ω·M），自然伽馬低平（小于30API），接近基底值，密度高（可達2.78g/cm3），伽馬伽馬曲線很平。（見表1）。

表1 不同巖石的地球物理特征

白云質(zhì)灰?guī)r：視電阻率值略低于石灰?guī)r（500Ω·M～1000Ω·M），自然伽馬略高于石灰?guī)r（25～50API），密度與石灰?guī)r相近。泥質(zhì)灰?guī)r：視電阻率低值（150Ω·M～500Ω·M），自然伽馬呈高值（50～150API），密度略低于石灰?guī)r，伽馬伽馬基本上同于石灰?guī)r。角礫狀泥灰?guī)r：視電阻率呈最高值（50～200），自然伽馬呈高值（50～200API），伽馬伽馬曲線呈深鋸齒狀，井徑擴大現(xiàn)象嚴重。含石膏泥灰?guī)r：視電阻率成高值（500Ω·M～1200Ω·M），自然伽馬高于石灰?guī)r（30～80API），密度2.72～2.80g/cm3。隨著石膏不斷被侵蝕，視電阻率降低，自然伽馬增大，密度減小[1]。當被侵蝕到一定程度，破壞了原有形態(tài)，形成角礫狀泥灰?guī)r時，視電阻率值明顯降低，自然伽馬明顯增加，井徑亦不光滑，出現(xiàn)井徑擴大現(xiàn)象，伽馬伽馬曲線呈深鋸齒狀。

3 含礦地層的判定與劃分

首先根據(jù)各層段特有的曲線形態(tài)劃分出02f1、02s1、02x1地層段位，再依照曲線形態(tài)，02f1段中間灰?guī)r的視電阻率曲線呈“饅頭狀”，自然伽馬曲線低平，伽馬伽馬曲線低平；當?shù)V物含量較高且保存較好時，其視電阻率曲線平高，伽馬伽馬曲線低平，自然伽馬值略高于石灰?guī)r，但自然伽馬曲線形態(tài)呈淺鋸齒狀。通過視電阻率特別是自然伽馬曲線便可將其與石灰?guī)r相區(qū)別。隨著石膏不斷被侵蝕，電阻率相對降低，密度減小，自然伽馬相對增加，曲線形態(tài)的“鋸齒”加深；當被侵蝕到一定程度，巖石的原始形態(tài)被破壞，視電阻率和密度明顯減小，自然伽馬明顯增大；當基本上被侵蝕完，形成角礫狀泥灰?guī)r時，視電阻率呈最低值，而自然伽馬和伽馬伽馬曲線呈深鋸齒狀。

綜上所述，利用視電阻率電位、自然伽馬、伽馬伽馬三參數(shù)曲線，不但能夠劃分含石膏地層，還能夠判定其被侵蝕程度。

4 礦物鉆孔中的垂向分布規(guī)律

通過測井曲線對比得出：石膏被侵蝕程度隨鉆孔深度增加而減弱，既0f1段地層被侵蝕程度強于0s1段，而0x1222段被侵蝕程度最弱。在02f1段中，中間灰?guī)r上部地層被侵蝕程度強于其下部地層被侵蝕程度，部分鉆孔（如8539、8530號孔等）甚至出現(xiàn)中間灰?guī)r上部地層被侵蝕，形成角礫狀泥灰?guī)r，而中間灰?guī)r下部地層卻較好的保存下來?？碧絽^(qū)鉆孔分布如圖1所示。

圖1 勘探區(qū)各鉆孔分布圖

5 礦物被侵蝕分布規(guī)律及與水文地質(zhì)之間的關(guān)系

根據(jù)石膏不同侵蝕程度在視電阻率、自然伽馬、和伽馬-伽馬曲線上有著不同的曲線反映來確定其在02f1地層被侵蝕的程度，據(jù)此將勘探區(qū)劃分為4個分區(qū)，并繪制出0f12地層礦物被侵蝕程度分區(qū)圖（見圖2）。從圖2可看出，在長治斷層附近，石膏基本上被侵蝕完，形成角礫狀泥灰?guī)r。從長治斷層自東向西，侵蝕程度逐漸減弱，這主要是受區(qū)域地層埋深自東向西逐漸增大的影響。在二崗山地壘影響范圍內(nèi)，被侵蝕程度自北向南逐漸減弱，二崗山地壘的影響以8533、8530兩孔最為突出。

圖2 O2f1地層礦物被侵蝕程度分區(qū)圖

對勘探區(qū)各勘探孔的礦化度、SO42-離子濃度和q值等進行整理統(tǒng)計，制得下表2。

表2 O2f1地層分類及水質(zhì)統(tǒng)計表

通過對表2和圖2對比發(fā)現(xiàn)，位置處于Ⅰ類區(qū)的勘探孔，其水樣礦化度低，SO42-離子濃度在153.12mg/L～177.81mg/L之間，鉆孔水量q值偏大；處于Ⅱ類區(qū)的勘探孔，如8520號孔，其SO42-離子濃度為191.81mg/L，水樣礦化度為465.72mg/L，都高于Ⅰ類區(qū)的勘探孔；處于Ⅲ類區(qū)的勘探孔，其水樣礦化度在367.97mg/L～502.98mg/L之間，高于Ⅰ、Ⅱ類區(qū)的勘探孔，SO42-濃度也大于Ⅰ、Ⅱ類區(qū)的勘探孔；處于Ⅳ類的勘探孔的礦化度大于1000mg/L，SO42-離子濃度在849.13mg/L～1171.00mg/L之間。由此可見，水樣的礦化度、SO42-離子濃度跟O2f1地層被侵蝕程度有關(guān)。

以8548號孔為例，因其僅揭穿了O2f2和O2f1地層上部的角礫狀泥灰?guī)r，未進入到O2f1地層下部的發(fā)育地層，所以其礦化度和SO42-離子濃度都很低，分別為477.21mg/L和147.35mg/L，水質(zhì)遠好于其周圍的8533、8538和8539號孔的水質(zhì)。盡管8548號孔處于Ⅲ類區(qū)，但因其僅揭穿了Ⅰ類區(qū)地層，所以其水質(zhì)跟Ⅰ類區(qū)的勘探孔一樣。

從表2還可看出，地層線裂隙率與O2f1地層被侵蝕程度劃分的區(qū)域也有良好的相關(guān)性：Ⅰ類區(qū)域含水層發(fā)育，Ⅱ類區(qū)域含水層較發(fā)育，Ⅲ類區(qū)域含水層一般發(fā)育，Ⅳ類區(qū)域含水層發(fā)育弱。

6 結(jié)論

（1）鉆孔中礦物的垂向分布規(guī)律是：被侵蝕蝕程度隨鉆孔深度的增加而減弱。

（2）根據(jù)測井曲線形態(tài)可以反映出勘探區(qū)礦物被侵蝕程度自東向西可分為4類：Ⅰ類：完全被侵蝕，形成角礫狀泥灰?guī)r；Ⅱ類：大部分被侵蝕，以角礫狀泥灰?guī)r為主；含石膏泥灰?guī)r為次；Ⅲ類：部分被侵蝕，以石膏灰?guī)r為主，角礫狀泥灰?guī)r為次；Ⅳ類：基本上未被侵蝕。分布規(guī)律與地層傾向向西、巖溶水水位埋深（一般250m～280m）以及巖溶水的徑流條件自東向西由強變?nèi)醯纫蛩赜嘘P(guān)。

（3）水樣礦化度和SO42-離子濃度與O2f1地層被侵蝕程度密切相關(guān)：隨著地層被侵蝕程度降低，礦化度與SO42-離子濃度逐漸升高。