测井曲线在新疆哈密某勘查区沉积环境分析中应用

肖春生，刘福胜，刘付光

(1.中国煤炭地质总局一二九勘探队，河北 邯郸 056004； 2.中煤地质工程总公司，北京 100040)

岩石的粒度、分选性、泥质含量、层理、垂向沉积序列、砂体的形态和分布等都是沉积环境的成因标志。不同的岩石具有不同的物理性质，在测井曲线上有不同的反映，其形态和形态组合特征是沉积环境的重要标志。通过分析、研究勘查区19个钻孔测井曲线的反映特征，了解岩石物理性质与成因标志之间的关系，研究岩性、粒度、分选性、泥质含量等成因标志在纵向上和横向上的变化，解释该区沉积环境，解决了含(隔)水层的富水性、渗透性、连通性等地质问题。

1 勘查区地质与地球物理特征

本次施工为水文地质补充勘探工程，井筒勘查区内共施工19个钻孔(图1)，其中以往12个、本次7个。

揭露地层分别是第四系、新近系葡萄沟组和侏罗系西山窑组，主要岩性为砾岩、粗粒砂岩、中粒砂岩、细粒砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、煤层等。

①煤层。本区煤层属长焰煤，变质程度较差，密度在1.30～1.50g/cm3，自然伽马在5～50API，聚焦电阻率大部分在150～4 000Ωm。煤层相对围岩在密度和自然伽马曲线上为低异常反映、而在聚焦电阻率曲线上是高异常反映，物性特征非常明显，极易识别。

②岩层。一般的砂泥岩层在测井曲线上聚焦电阻率值由小到大，自然伽马值由大到小，密度值也由小到大。从测井曲线上对各种岩层的物性响应值分别进行了综合统计，详见表1。

图1 工程布置图Figure 1 Project layout

表1 测井物性响应值一览表

2 测井曲线特征与沉积环境关系

利用测井曲线分析岩层沉积环境，主要从测井曲线幅度和测井曲线形态入手，研究沉积成因标志在纵向上和横向上的变化，解释沉积环境。

2.1 测井曲线幅度

测井曲线幅度大小主要反映了沉积物的粒度、分选性及泥质含量等沉积特征的变化。砾岩、粗粒砂岩及中粒砂岩等一般具有电阻率高、自然电位高负异常、密度大、自然伽马低的测井曲线特征，反映了高能环境中的产物。说明沉积物水流环境稳定、粒度大、分选较好、泥质含量少、含水性强。细粒砂岩、粉砂岩、泥质砂岩及泥岩等具有电阻率低、自然电位低负异常、密度小、自然伽马高的测井曲线特征，反映了低能环境中的产物。说明沉积物粒度小、分选较差、泥质含量多、渗透性差。

2.2 测井曲线形态

测井曲线形态反映了沉积过程中物源供应与水动力条件等沉积特征，常见的测井曲线形态特征与沉积物层序、沉积环境之间的关系如下：

(1)箱形：反映沉积过程中物源供应丰富、水动力条件稳定下的快速堆积，或环境稳定的沉积。

(2)钟形：是指测井曲线下部最大，往上越来越小，是水流能量逐渐减弱和物源供应越来越少的表现。

(3)漏斗形：与钟形相反，垂向上呈水退的反粒序，水动力能量逐渐加强和物源供应越来越丰富的沉积环境。

(4)菱形：曲线则是下部为漏斗形，上部为钟形曲线的组合。表示一种水动力环境向另一种环境的变化。

(5)其他：测井曲线又可细分为光滑形和锯齿形，曲线光滑说明沉积时物源丰富，水作用稳定，持续时间长；曲线齿化说明沉积时间歇性沉积或叠积，水动力作用强，持续时间短。

(6)接触关系：指砂岩层与上下岩层之间的接触关系，曲线反映形态可分渐变型和突变型两大类。底部突变型曲线反映了砂体与下伏岩层之间存在着剥蚀接触关系，或有冲刷面存在，典型的有河道底部冲刷沉积，底部渐变型曲线则反映了砂体的堆积特点。顶部突变型曲线是沉积物源供应突然中断的象征，顶部渐变曲线则表明沉积物源供应是逐渐减少至中断的。

3 实例分析

勘查区内葡萄沟组是本次水文地质补勘的目的层位，该组岩性以褐红色、浅黄色、灰黄色、灰白色砾岩和粗粒砂岩、粉砂岩、砂质泥岩为主，钙质、泥质胶结，块状，自下而上划分为四个岩段，每个岩段均为从低水位体系域或湖侵体系域开始到高水位体系域结束沉积的岩石，沉积物粒度总体向上由粗(砾岩、粗粒砂岩)到细(泥岩、粉砂岩)。

3.1 Ⅰ岩段

该岩段总体由下而上呈粒度由粗～细的变化，河道中从砾岩过渡为粗粒砂岩或中、细粒砂岩，河道两侧从底部的灰白色砂岩、砾岩向上过渡为灰绿色粉砂岩或粉砂岩，砂质泥岩过渡为泥岩，与下伏地层呈起伏不整合接触。在视电阻率曲线上越往上幅度越低；在自然伽马曲线上平均幅值明显高于上覆Ⅱ岩段地层。详见图2，说明上、下岩段不是连续同物源同期的沉积。

3.2 Ⅱ岩段

该岩段底部为一层全区普遍发育的灰白色钙质或泥质胶结的砾岩～含砾中粒砂岩，渗透性和连通性好，是主要含水层之一。含钙量高，是本岩段地层的一大特点。

(1)在测井曲线上，由于含钙量较高，视电阻率曲线由上而下呈多尖刺状，且越向本岩段底部，“尖刺”越长，把这种曲线叫“钙刺”，详见图3。说明越往下岩石粒度越大，岩段下部为冲积扇漫流沉积，向上过渡为河漫湖泊的沉积环境。

(2)在岩段顶部泥岩层，视电阻率、密度、自然电位、声波时差等曲线表现为近乎一直线，详见图4，反映了该泥岩成份比较均一的特性，水动力差、沉积环境稳定，为重要隔水层。

3.3 Ⅲ岩段

该岩段经历了地质构造较快的升降活动，从下部三角洲平原沉积到河漫湖泊沉积，再到冲积扇河道沉积，最后又到河漫湖泊沉积，洪泛频繁。岩层自下而上表现为大小不等的多次重迭的韵律层理， 在平面上岩石粒度由西向东从砾岩到中粒砂岩变细，在测井曲线上反映明显。

图2 Ⅱ岩段与Ⅰ岩段自然伽马曲线形态Figure 2 Gamma-ray trace patterns of lithologic member II and I

图3 “钙刺”曲线Figure 3 Logging trace “calcareous spine”

图4 Ⅱ岩段顶部泥岩物性特征Figure 4 Lithologic member II mudstone physical property features

(1)在河道发育层位视电阻率曲线呈“多峰”林立形状，每一“山峰”下部陡直，到顶峰后向上逐渐阻值变低，反应了碎屑岩石从粗粒到细粒的变化；每一座“山”代表着一个正粒序韵律，见图5。在河漫滩沉积中，亦有相似反应，只是视电阻率曲线幅值变化小，圆滑些而已。

图5 Ⅲ岩段视电阻率曲线的 “多峰”林立Figure 5 Ⅲ rock section of apparent resistivity curve of the “peak”

(2)中下部视电阻率平均值比上部视电阻率平均值低，反映了本岩段地层泥质含量中下部比上部高一个台阶。

(3)顶部泥岩-粉砂岩地层视电阻率曲线有起伏但不大，说明其砂质含量较高且分布不均的反应，固结程度较弱。

3.4 Ⅵ岩段

本岩段以冲积扇三角洲平原河流沉积为主。中部地区为河床充填沉积，以砾岩、粗粒砂岩为主，垂向上过渡为中粒砂岩、细粒砂岩；河道充填淤积后过渡为河漫滩粉砂岩、砂质泥岩、泥岩沉积。本岩段顶部沿古河道方向再次河道冲刷充填，沉积砾岩、粗粒砂岩。

4 结论

①利用视电阻率、自然伽马、密度测井曲线分析含煤岩系的沉积环境是有效的。但有时会出现多解性，应以地质为基础，参考水文、钻探等方面的资料进行综合分析和研究，只有这样才能快速优质地分析沉积环境。

②勘查区岩系沉积模式的建立，对该区岩层对比，划分含(隔)水层，研究富水性、渗透性、连通性等水文特征和规律，具有重要的指导意义。

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