川西凹陷钙芒硝矿地球物理特征分析

谢小国，陶俊利，安艳东，高精理，高利剑，罗 兵

川西凹陷钙芒硝矿地球物理特征分析

谢小国1,2,3，陶俊利1,2,3，安艳东1,2,3，高精理1,2,3，高利剑1,2,3，罗 兵1,2,3

（1.四川省华地建设工程有限责任公司，成都 610081；2.四川省地质矿产勘查开发局成都水文地质工程地质中心，成都 610081；3.四川省环境保护地下水污染防治工程技术中心，成都 610081）

川西凹陷白垩系灌口组复式沉积多层品位高的钙芒硝矿，为更好地识别钙芒硝矿赋存层位，通过开展视电阻率、自然伽马测井，以及高密度电阻率法勘探，建立起含钙芒硝矿的地球物理特征。含钙芒硝矿电阻率相对于非含矿地层表现为明显的高电阻率，低自然伽马，高密度电阻率剖面表现为明显的高阻特征。因此分析川西凹陷钙芒硝矿地球物理特征，有助于提高对该区钙芒硝矿勘查、采空区调查的认识。

钙芒硝矿；测井；高密度电阻率；新津

作为一种重要的盐类矿物，钙芒硝矿主要为单盐组分硫酸钙（CaSO4）和单盐组分硫酸钠（Na2SO4）组成的CaSO4·Na2SO4复盐类矿物，通过对钙芒硝矿开发利用，可提取出工业用途广泛的硫酸钠[1]。川西凹陷蕴藏丰富的钙芒硝矿，分布包括双流、彭山、眉山、新津、洪雅等地，为中新生代陆相碎屑岩型复式钙芒硝矿床，赋存于白垩系灌口组红层中，一般可划分为上、下两个含矿带，含矿带厚度为90~120m，纯矿段厚度为20~50m，工业品位较高，一般为25%~45%，因此具有巨大的开发利用价值[2-3]。

物探方法在矿产勘查中发挥了重要的作用。四川地矿局二〇七地质队物探组在四川川西凹陷牧马山向斜中，根据井中钙芒硝矿的自然伽马计算了Na2SO4的工业品位[4]；王永等在内蒙统计分析了芒硝矿的自然伽马测井响应特征[5]；王定英等在河南南阳利用测井方法确定了芒硝层的测井响应特征，芒硝矿电阻率较高、声波时差较小、密度较低、自然伽马为低值[6]。然而针对钙芒硝矿找矿的物探方法应用较少，特别是川西凹陷钙芒硝矿的地球物理特征鲜有研究。本文以川西凹陷新津县境内的金华钙芒硝矿、和昌钙芒硝矿物探资料为例，分析该区钙芒硝矿的地球物理特征，以期为钙芒硝矿勘查、采空区调查等提供一定支撑。

图1 工区钙芒硝矿岩性

上图：钙芒硝矿岩心 下图：矿体“结霜”

1 地质概况

新津县金华钙芒硝矿、和昌钙芒硝矿位于上扬子准地台四川台凹川西凹陷成都断凹西南部眉山—普兴场凹陷内，出露地层主要为白垩系上统灌口组、第三系、第四系，其中白垩系上统第二段为钙芒硝矿层段，属干旱湖泊相沉积环境，岩相由砂质碎屑岩向含钙质粘土碎屑、硫酸盐、粘土质粉砂质碎屑变化，含盐矿物由碳酸盐向硫酸盐变化。由于气候及地壳升降变化，矿层与堆积粘土物质交互沉积，从而形成复式沉积的钙芒硝矿床[7-8]。据矿区地质资料，钙芒硝矿结晶为自形-半自形结构，致密层状—散点状构造，自上而下划分为上、下两个含矿带，赋存30余层倾角小于10°的钙芒硝矿，平均厚度220m，中部由平均104m厚的泥质粉砂岩隔开。上矿带为矿区的主要含矿带，由第4～11结晶钙芒硝矿及3～10层夹石组成。钙芒硝矿成复式产出，夹层由紫红色粘土岩、粉砂质粘土岩、泥质粉砂岩组层。其中，上矿带下矿组4～6层，单层厚度0.85～2.80m，品位34.51%～41.61%；上矿组7～11层，单层厚度0.83～6.73m，品位22.95%～36.93%。

金华钙芒硝矿ZK01号钻孔资料表明，该孔揭露地层包括紫红色粉质粘土、砂卵石土、强风化泥岩、中风化泥岩夹砂岩、含钙芒硝矿泥岩夹砂岩。其中岩石表面的白色晶体易吸收空气中的水份，从而形成纤维霜状晶体，这种“结霜”作用是钙芒硝矿物识别的一个重要特征。

2 物性条件分析

工区第四系主要为黄色成都粘土及冰水堆积粘土夹卵石。粘土层和砂卵石土层由于其含水性高，导电性良好，电阻率为相对低值。作为一种复盐矿物，钙芒硝是由Na2SO4和CaSO4所组成Na2SO4. CaSO4。固体状态下，盐类属于导电性极差的矿物，当其浸泡于井液中，被水溶蚀分解，形成Na2SO4的水溶液，从而导致井液矿化度升高，电阻率降低。但总体来看，含钙芒硝矿的岩石层相对于不含矿岩层电阻率为高值。

湖相沉积过程中，粘土、泥岩由于其泥质成份高，富含有机质放射性物质较多，因此自然伽马值较高。纯钙芒硝天然放射性极低，因此在沉积过程中，随着结晶程度的增大，相同体积内钙芒硝矿含量越多，其泥质成分越少，自然伽马值越低。

因此，钙芒硝矿与其它岩性具有明显的电阻率、自然伽马差异，这为钙芒硝矿地球物理勘探提供了很好的物性基础。

3 综合研究

3.1 测井分析

ZK01号钻孔孔深92m，针对该孔开展了视电阻率和自然伽马测井，测井井深18~87m（0~18m为套管）。根据测井曲线响应特征，套管以下地层大致可划分为三层，分别为强风化泥岩、中风化泥岩、含钙芒硝矿泥岩。

19.70~29.75m为强风化泥岩，其自然伽马值高，一般为52~97API，平均为77API；电阻率为208~409Ω•m，平均为318Ω•m。29.75~47.05m为中风化泥岩，自然伽马值较高，一般为46~79API，平均为62API；电阻率为193~351Ω•m，平均为258Ω•m。47.05~87m为含芒硝矿泥岩，其自然伽马6~93API，平均为40API；电阻率为140~1022Ω•m，平均为530Ω•m。测井曲线分析可知，在含芒硝矿段自然伽马值和电阻率变化较大，含矿段自然伽马值低，平均为12API，电阻率高，平均为686Ω•m。

图2 ZK01号钻孔测井解释成果图

47.05~87m含矿段地层自然伽马与视电阻率曲线呈复式交错变化，进一步反映了气候及地壳升降变化导致盐类矿层与粘土物质交互沉积，从而形成了该区复式沉积的钙芒硝矿床。

资料表明，工区含芒硝矿层自然伽马与矿层品位呈良好的负相关关系[4]：

=51.507-1.9552=0.9

式中：为矿层品位，%；为矿层自然伽马值，API。

利用上式计算钙芒硝矿品位一般为10-39.8%，平均为28%，与实际结果较一致。

3.2 高密度电阻率分析

基于地层的电阻率差异，利用高密度电阻率法对钙芒硝矿进行剖面探测。XJ-3测线位于新津县和昌钙芒硝矿区内，测线长1150m，点距10m。

从XJ-3测线视电阻率剖面可以看出，电阻率成层性较好。桩号170-610浅部电阻率变化较大，从20Ω.m到400Ω.m不等，推断为第四系粘土、砂卵砾石层；第四系以下有一明显的低阻带，电阻率一般低于50Ω.m，推断为含水的强风化泥岩；强风化泥岩地层以下电阻率不断增大，呈层性好，电阻率基本大于500Ω.m，推断为含芒硝矿泥岩（夹砂岩）层。

图3 XJ-3测线高密度电阻率剖面图及推断解释成果图

XJ-3测线高密度电阻率法划分的岩性剖面及对应电阻率值，与邻近的ZK01钻孔各岩性视电阻率值一致性较好，说明测井解释与电法推断具有可对比性，能相互验证。

4 结论

川西凹陷白垩系灌口组蕴含丰富的钙芒硝矿，其厚度大、埋深浅、品位高，具有巨大的开发利用前景。通过对新津县金华钙芒硝矿ZK01号钻孔开展测井工作，对和昌钙芒硝矿进行高密度电法勘探，取得了以下认识：

1）工区含钙芒硝矿的地层为复式沉积，反映在测井曲线上表现为自然伽马与电阻率高低交互反遇。

2）不同岩石具有不同的测井响应特征，含钙芒硝矿电阻率值高、自然伽马值低，与围岩相比具有明显的电性差异。

3）基于测井物性分析，高密度电法能很好地划分地层以及识别含钙芒硝矿。测井分析与高密度电法推断吻合性好。

通过建立川西凹陷钙芒硝矿地球物理特征，有助于对该区盐类矿产的勘查、采空区调查以及其它地质灾害防治提供有效的支撑。

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[2] 杨开富. 四川彭山钙芒硝矿统一规划勘探和开发之成效[J]. 四川地质学报，2004，24（2）：85-87.

[3] 王子忠，许模. 四川盆地含膏盐红层特征及坝基工程地质问题（I）[J]. 水利水电技术，2011，42（3）：10-12.

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[5] 王永，赵首云. 自然伽马测井可估算芒硝矿品位[J]. 物探与化探，1992，16（2）：153-155.

[6] 王定英，郑应阁. 芒硝井测井方法浅谈[J]. 内江科技，2013，34(11)：100-101.

[7] 刘民生，张丰述，钟东，等. 四川钙芒硝矿山地质环境保护与治理恢复建议[J]. 四川地质学报，2015，35(01)：95-98.

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Geophysical Characteristics of Glauberite Deposits in the West Sichuan Trough

XIE Xiao-guo1,2,3TAO Jun-li1,2,3AN Yan-dong1,2,3GAO Jing-li1,2,3GAO Li-jian1,2,3LUO Bing1,2,3

(1- Sichuan Huadi Construction Engineering Co. Ltd, Chengdu 610081; 2- Chengdu Center of Hydrogeology and Engineering Geology, SBGEEMR, Chengdu 610081；3-Sichuan Environmental Protection and Underground Water Pollution Prevention and Control Engineering Technology Center, Chengdu 610081)

This study yields geophysical characteristics of glauberite deposits in the west Sichuan trough by means of apparent resistivity logging, natural gamma-ray logging and high-density resistivity methods. The results show that glauberite ore is characterized by high resistivity and low natural gamma.

glauberite ore; logging; high-density resistivity; Xinjin

2018-09-25

成都市规划和自然局“成都市城市地下空间资源地质调查”项目

谢小国（1992—），男，四川成都人，工程师，工程硕士，从事物探与地质工程工作

P631

A

1006-0995（2019）03-0473-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2019.03.025