山西某矿床地球物理特性及测井研究

孙 宇

（中国煤炭地质总局第一水文地质队，河北 邯郸 056004）

通过测井数据对山西某矿床蚀变程度与钻孔水量、水质之间关系的研究，不仅可以为水源地的选取提供可靠的依据，还可为勘探孔深度的确定提供宝贵的参考。

1 勘探区目的层地质概述

奥陶系中统为该勘探区找水的目的层，本区奥陶系中统分为三组八段；峰峰组分为02f1、02f2两段，上马家沟组分为02s1、02s2、02s3三段，下马家沟组分为02x1、02x2、02x3三段。其中02f1、02s1、02x1三段是矿床发育的层段。其中02f1中部有-10m至20m厚的泥晶灰岩。02f2、02s2、02s3、02x2、02x3段主要以石灰岩、白云质灰岩、花斑状灰岩为主，夹薄层泥质灰岩。

02f1、02s1、02x1段的地层大多呈网状、脉状分布于角砾之间，当矿床被侵蚀，破坏了矿石的原始状态，形成角砾状泥灰岩，角砾大小不一，相差悬殊。

2 岩石的地球物理特性

奥陶系中统地层大部分为石灰岩，视电阻率呈高值（700Ω·M～1500Ω·M），自然伽马低平（小于30API），接近基底值，密度高（可达2.78g/cm3），伽马伽马曲线很平。（见表1）。

表1 不同岩石的地球物理特征

白云质灰岩：视电阻率值略低于石灰岩（500Ω·M～1000Ω·M），自然伽马略高于石灰岩（25～50API），密度与石灰岩相近。泥质灰岩：视电阻率低值（150Ω·M～500Ω·M），自然伽马呈高值（50～150API），密度略低于石灰岩，伽马伽马基本上同于石灰岩。角砾状泥灰岩：视电阻率呈最高值（50～200），自然伽马呈高值（50～200API），伽马伽马曲线呈深锯齿状，井径扩大现象严重。含石膏泥灰岩：视电阻率成高值（500Ω·M～1200Ω·M），自然伽马高于石灰岩（30～80API），密度2.72～2.80g/cm3。随着石膏不断被侵蚀，视电阻率降低，自然伽马增大，密度减小[1]。当被侵蚀到一定程度，破坏了原有形态，形成角砾状泥灰岩时，视电阻率值明显降低，自然伽马明显增加，井径亦不光滑，出现井径扩大现象，伽马伽马曲线呈深锯齿状。

3 含矿地层的判定与划分

首先根据各层段特有的曲线形态划分出02f1、02s1、02x1地层段位，再依照曲线形态，02f1段中间灰岩的视电阻率曲线呈“馒头状”，自然伽马曲线低平，伽马伽马曲线低平；当矿物含量较高且保存较好时，其视电阻率曲线平高，伽马伽马曲线低平，自然伽马值略高于石灰岩，但自然伽马曲线形态呈浅锯齿状。通过视电阻率特别是自然伽马曲线便可将其与石灰岩相区别。随着石膏不断被侵蚀，电阻率相对降低，密度减小，自然伽马相对增加，曲线形态的“锯齿”加深；当被侵蚀到一定程度，岩石的原始形态被破坏，视电阻率和密度明显减小，自然伽马明显增大；当基本上被侵蚀完，形成角砾状泥灰岩时，视电阻率呈最低值，而自然伽马和伽马伽马曲线呈深锯齿状。

综上所述，利用视电阻率电位、自然伽马、伽马伽马三参数曲线，不但能够划分含石膏地层，还能够判定其被侵蚀程度。

4 矿物钻孔中的垂向分布规律

通过测井曲线对比得出：石膏被侵蚀程度随钻孔深度增加而减弱，既0f1段地层被侵蚀程度强于0s1段，而0x1222段被侵蚀程度最弱。在02f1段中，中间灰岩上部地层被侵蚀程度强于其下部地层被侵蚀程度，部分钻孔（如8539、8530号孔等）甚至出现中间灰岩上部地层被侵蚀，形成角砾状泥灰岩，而中间灰岩下部地层却较好的保存下来。勘探区钻孔分布如图1所示。

图1 勘探区各钻孔分布图

5 矿物被侵蚀分布规律及与水文地质之间的关系

根据石膏不同侵蚀程度在视电阻率、自然伽马、和伽马-伽马曲线上有着不同的曲线反映来确定其在02f1地层被侵蚀的程度，据此将勘探区划分为4个分区，并绘制出0f12地层矿物被侵蚀程度分区图（见图2）。从图2可看出，在长治断层附近，石膏基本上被侵蚀完，形成角砾状泥灰岩。从长治断层自东向西，侵蚀程度逐渐减弱，这主要是受区域地层埋深自东向西逐渐增大的影响。在二岗山地垒影响范围内，被侵蚀程度自北向南逐渐减弱，二岗山地垒的影响以8533、8530两孔最为突出。

图2 O2f1地层矿物被侵蚀程度分区图

对勘探区各勘探孔的矿化度、SO42-离子浓度和q值等进行整理统计，制得下表2。

表2 O2f1地层分类及水质统计表

通过对表2和图2对比发现，位置处于Ⅰ类区的勘探孔，其水样矿化度低，SO42-离子浓度在153.12mg/L～177.81mg/L之间，钻孔水量q值偏大；处于Ⅱ类区的勘探孔，如8520号孔，其SO42-离子浓度为191.81mg/L，水样矿化度为465.72mg/L，都高于Ⅰ类区的勘探孔；处于Ⅲ类区的勘探孔，其水样矿化度在367.97mg/L～502.98mg/L之间，高于Ⅰ、Ⅱ类区的勘探孔，SO42-浓度也大于Ⅰ、Ⅱ类区的勘探孔；处于Ⅳ类的勘探孔的矿化度大于1000mg/L，SO42-离子浓度在849.13mg/L～1171.00mg/L之间。由此可见，水样的矿化度、SO42-离子浓度跟O2f1地层被侵蚀程度有关。

以8548号孔为例，因其仅揭穿了O2f2和O2f1地层上部的角砾状泥灰岩，未进入到O2f1地层下部的发育地层，所以其矿化度和SO42-离子浓度都很低，分别为477.21mg/L和147.35mg/L，水质远好于其周围的8533、8538和8539号孔的水质。尽管8548号孔处于Ⅲ类区，但因其仅揭穿了Ⅰ类区地层，所以其水质跟Ⅰ类区的勘探孔一样。

从表2还可看出，地层线裂隙率与O2f1地层被侵蚀程度划分的区域也有良好的相关性：Ⅰ类区域含水层发育，Ⅱ类区域含水层较发育，Ⅲ类区域含水层一般发育，Ⅳ类区域含水层发育弱。

6 结论

（1）钻孔中矿物的垂向分布规律是：被侵蚀蚀程度随钻孔深度的增加而减弱。

（2）根据测井曲线形态可以反映出勘探区矿物被侵蚀程度自东向西可分为4类：Ⅰ类：完全被侵蚀，形成角砾状泥灰岩；Ⅱ类：大部分被侵蚀，以角砾状泥灰岩为主；含石膏泥灰岩为次；Ⅲ类：部分被侵蚀，以石膏灰岩为主，角砾状泥灰岩为次；Ⅳ类：基本上未被侵蚀。分布规律与地层倾向向西、岩溶水水位埋深（一般250m～280m）以及岩溶水的径流条件自东向西由强变弱等因素有关。

（3）水样矿化度和SO42-离子浓度与O2f1地层被侵蚀程度密切相关：随着地层被侵蚀程度降低，矿化度与SO42-离子浓度逐渐升高。