王建波，馮明剛，王 昆，周依南

(中國石化勘探分公司，成都 610041)

四川盆地一直是中國重點鉀鹽找礦地區(qū)之一[1]，其中，三疊紀(jì)是上揚(yáng)子地區(qū)由海洋過渡為陸地關(guān)鍵時期[2]，沉積了嘉陵江組和雷口坡組碳酸鹽巖-蒸發(fā)巖[3-5]，在空間上分布有20個大小不等的鹽盆體[6]，鉀鹽礦體資源豐富，具有埋藏深、單層厚度變化大[7]、含鉀鹽層與非含鉀鹽層互層交替頻繁的特點[8-10]。因此，針對四川盆地鉀鹽礦開展研究工作具有重要的現(xiàn)實意義。鄭綿平等[11]認(rèn)為，四川盆地三疊系鉀鹽礦遠(yuǎn)景資源在90億t以上，主要分布在川中和川東北地區(qū)。據(jù)測算，普光地區(qū)鉀鹽資源量為21.99億t，約占到整個四川盆地的四分之一，鉀鹽礦資源豐富。陳科貴等[12]針對雜鹵石開展了重要的研究工作，對川西和川中地區(qū)傳統(tǒng)型雜鹵石的識別方法和發(fā)育情況進(jìn)行了評價，但川東北地區(qū)雜鹵石的類型和分布規(guī)律與川西、川中地區(qū)存在較大差異。隨著“鹽晶顆粒雜鹵石巖礦”的發(fā)現(xiàn)[13]，川東北普光地區(qū)三疊系新型雜鹵石鹽礦成為中國海相鉀鹽勘查的主攻方向。

21世紀(jì)初，中國石化在川東北地區(qū)開展了油氣勘探和地質(zhì)研究工作，圍繞“以三疊系飛仙關(guān)組、二疊系長興組礁灘孔隙型白云巖儲層為主的構(gòu)造-巖性復(fù)合型圈閉”進(jìn)行勘探實踐，發(fā)現(xiàn)了普光大氣田?，F(xiàn)充分吸收前期油氣勘探的成果認(rèn)識，在普光氣田大量鉆錄井、測井資料的基礎(chǔ)上，基于“油鉀兼探”的思路，開展雜鹵石測井評價方法和分布規(guī)律研究等工作。

圖1 四川盆地鹽盆與含鉀有利區(qū)分布圖Fig.1 Salt structures and favorable potassium areas in Sichuan Basin

1 巖性識別研究

1.1 巖性敏感信息分析

四川盆地三疊系廣安、長壽雙龍、黃金口和平羅壩等多個構(gòu)造為含鉀有利區(qū)(圖1)，主要分布在川東和川北地區(qū)。

川東北地區(qū)嘉陵江組沉積時期沉積環(huán)境變化快，巖性復(fù)雜，主要發(fā)育傳統(tǒng)型雜鹵石、鹽晶顆粒雜鹵石、硬石膏、石鹽巖、綠豆巖及泥巖等巖性，富鉀礦物包括雜鹵石和綠豆巖，綠豆巖層普遍較薄，厚度為1～5 m[14-15]。分析6類巖性的響應(yīng)特征，建立測井識別模式(表1和圖2)。

表1 嘉陵江組地層主要巖性測井分類識別模式Table 1 Classification and identification model of the main lithologic logging of Jialingjiang Formation

傳統(tǒng)型雜鹵石為難溶鉀鹽，在硬石膏巖中以條帶狀、紋層狀及塊狀產(chǎn)出，測井曲線具有“三高兩低”特征，表現(xiàn)為高自然伽馬、高鉀、高電阻率、低釷、低鈾。鹽晶顆粒雜鹵石與傳統(tǒng)型雜鹵石存在明顯差異，以斑點狀、團(tuán)塊狀、集合體等大小不等的內(nèi)碎屑顆粒散布于石鹽基質(zhì)中，測井曲線上具有“三高三低一擴(kuò)”特征，具體表現(xiàn)為高自然伽馬、高鉀、高電阻率、低釷、低鈾、低密度，由于石鹽巖為易溶鹽類，常出現(xiàn)擴(kuò)徑，“低密度、擴(kuò)徑”是鹽晶顆粒雜鹵石最典型的識別標(biāo)志。

圖2 嘉陵江組主要巖性測井響應(yīng)雷達(dá)圖Fig.2 Spider diagram of the main lithologic logging response of Jialingjiang Formation

1.2 雜鹵石測井識別

四川盆地雜鹵石常與硬石膏、石鹽巖共生，形態(tài)主要有層狀、團(tuán)塊狀、星點浸染狀、板塊狀等。在測井曲線上表現(xiàn)為高自然伽馬(通常高于50 API，純雜鹵石層自然伽馬值高達(dá)150 API)、高電阻率、高鉀、低釷、低鈾等特征，此外，由于鹽晶顆粒雜鹵石與石鹽巖等易溶礦物伴生，時有擴(kuò)徑發(fā)生，密度值較低。利用曲線疊合和交會圖法、鉀釷比值法等方法對研究區(qū)嘉陵江組地層巖性進(jìn)行定性識別。

1.2.1 曲線重疊和交會圖法

圖3 交會圖法巖性識別效果圖Fig.3 Crossplot of lithology identification effect

利用測井組合法識別雜鹵石能起到一定區(qū)分效果，以泥巖段為基準(zhǔn)巖性將自然伽馬與聲波、密度曲線進(jìn)行重疊，對高伽馬層段幅度差異進(jìn)行判定，差異越大，雜鹵石越純。在此基礎(chǔ)上，優(yōu)選巖性敏感曲線，在選取基準(zhǔn)巖性基礎(chǔ)上進(jìn)行定性識別。選取硬石膏為基準(zhǔn)巖性，針對K與電阻率交會圖，當(dāng)K>4.0%、電阻率>10 000 Ω·m時多為雜鹵石層；硬石膏和石鹽巖鉀值整體低于1.0%[圖3(a)]。針對K與Th交會圖，當(dāng)K>4.0%、Th<1.0×10-6時多為雜鹵石層；硬石膏和石鹽巖K值整體低于1.0%、Th值低于4.0×10-6[圖3(b)]。由于地層巖性復(fù)雜，交會圖版法常存在較多重疊區(qū)，通常利用交會法定性判別巖性。

1.2.2 鉀釷比值法(K/Th)

地層中釷元素主要受泥質(zhì)含量和粒度變化的影響，當(dāng)?shù)貙訋r石顆粒粒度變細(xì)時，釷值增大；泥質(zhì)含量增加時，釷值增大。在碳酸鹽巖地層中，釷曲線為低值時，可識別為低含黏土地層，排除泥質(zhì)對識別雜鹵石的影響；鉀元素主要受地層中富鉀礦物影響，鉀曲線對雜鹵石響應(yīng)敏感，當(dāng)?shù)貙又泻s鹵石時，鉀值明顯增大。因此，可以綜合鉀與釷曲線，擴(kuò)大對雜鹵石的敏感性，將K/Th作為識別雜鹵石的敏感曲線。利用本地區(qū)系統(tǒng)取心井Z6井為標(biāo)準(zhǔn)對分類評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行刻度(表2)，以K/Th=1.0為巖性識別線，K/Th>1.0時，地層中雜鹵石含量多在10%以上，為雜鹵石層；K/Th<1.0時，地層中雜鹵石含量較少，多低于10%，為非雜鹵石層。利用K/Th對雜鹵石品質(zhì)進(jìn)行半定量評價，并結(jié)合Z6井巖心描述情況開展分類評價。當(dāng)雜鹵石含量為10%～50%時，K/Th=1.0～2.0，定義為三類雜鹵石層；當(dāng)雜鹵石含量為50%～80%時，K/Th分布在2.0～4.0，定義為二類雜鹵石層；當(dāng)雜鹵石含量大于80%時，K/Th>4.0，定義為一類雜鹵石層(表3)。利用上述評價標(biāo)準(zhǔn)對D02井3 390.0～3 500.0 m井段進(jìn)行評價(圖4)。

表2 Z6井雜鹵石巖心描述厚度及含量Table 2 Core describes thickness and content of polyhalite in well Z6

表3 雜鹵石層測井分類評價標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Classification and evaluation criterion for well logging of polyhalite

圖4 D02井鉀釷比值法雜鹵石識別效果圖Fig.4 Recogniting effect diagram of polyhalite by potassium-thorium ratio method in well D02

1.2.3 應(yīng)用分析

分析幾種方法的應(yīng)用效果，曲線重疊法和交會圖法識別雜鹵石較直觀、快速，但影響因素較多，與其他巖性常存在重疊，可對雜鹵石層進(jìn)行定性判別。鉀釷比值法識別雜鹵石效果較好，根據(jù)其比值對雜鹵石進(jìn)行分類評價。結(jié)合川東北地區(qū)嘉陵江組地層特征，采用鉀釷比值法對普光地區(qū)嘉陵江組雜鹵石層進(jìn)行識別(表4)。綜合分析雜鹵石識別情況，不同井之間雜鹵石厚度差異較大，累計厚度為1～85.0 m，主體為0～20 m，單層厚度為0～40 m，多小于6 m，呈薄層產(chǎn)出(圖5)。

雜鹵石厚度在平面上具有變化較大、井間差異明顯、呈局部富集的特點，存在明顯分區(qū)分帶現(xiàn)象，主體走向為北東-南西向，同時，研究區(qū)二疊、三疊系幾個基本構(gòu)造單元均以北東向為主[16]，兩者之間相互吻合，說明雜鹵石的發(fā)育與區(qū)域構(gòu)造之間存在一定耦合關(guān)系。

圖5 研究區(qū)雜鹵石累計厚度和單層厚度分布Fig.5 Distribution of polyhalites’ accumulative thickness and thickness of single layer

表4 普光地區(qū)嘉陵江組地層雜鹵石累計厚度統(tǒng)計表Table 4 Statistical table of polyhalites’ thickness of Jialingjiang Formation in Puguang Area

2 測井解釋模型建立與參數(shù)研究

在利用常規(guī)測井資料定性識別和分類評價雜鹵石的基礎(chǔ)上，根據(jù)其沉積規(guī)律和區(qū)域地質(zhì)特征，建立泥質(zhì)、富鉀礦物等礦物含量的計算模型，形成測井定量評價方法。

2.1 泥質(zhì)含量計算

地層自然放射性主要來源于地層中的U、Th、K。對于蒸發(fā)巖地層，U主要來源于黏土、干酪根、地層水、碳酸鹽巖等，地層中廣泛存在，不能作為泥質(zhì)的指示元素；Th主要來源于泥質(zhì)，控制沉積巖中分布的主要因素，是泥質(zhì)對Th的吸附性以及Th在穩(wěn)定礦物中的存在；K主要來源于泥質(zhì)和雜鹵石，由于地層中K含量較少，可以認(rèn)為K主要是富鉀礦物的貢獻(xiàn)[17]。

由于Th在地層中的存在相對穩(wěn)定，與沉積環(huán)境和泥質(zhì)含量具有較強(qiáng)相關(guān)性，因此可利用Th值的變化計算地層泥質(zhì)含量[12]，即

(1)

(2)

式中：SHTh為釷的泥質(zhì)含量指數(shù)；Thmax為純泥巖層的釷值，10-6；Thmin為純砂巖地層的釷值，10-6；VTh為泥質(zhì)總量，%；GCUR為地層常數(shù)，一般老地層取2。

2.2 富鉀礦物含量計算

地層中不含富鉀礦物時，利用Th和K曲線計算的泥質(zhì)含量基本相同，當(dāng)二者出現(xiàn)差異時，尤其當(dāng)K曲線計算的泥質(zhì)含量高于Th曲線計算結(jié)果時，這種差異主要受富鉀礦物影響。因此，在利用Th曲線計算泥質(zhì)含量后，再利用K曲線計算地層視泥質(zhì)含量(泥質(zhì)含量與富鉀礦物之和)[18]，在李召成等研究的基礎(chǔ)上，引入GCUR經(jīng)驗常數(shù)優(yōu)化計算模型，即

(3)

(4)

(5)

2.3 應(yīng)用實例

利用上述模型對D02井礦物含量進(jìn)行計算(圖6)。建模研究中將富鉀礦物作為測井計算的礦物成分之一，建立有針對性的定量計算模型，可有效解決礦物含量計算與實際情況誤差較大的問題。利用釷曲線計算泥質(zhì)含量，將富鉀礦物含量作為主要的礦物成分之一計算的巖性剖面更符合實際情況，有效提高了嘉陵江組地層測井評價精度。

圖6 D02井測井解釋成果圖Fig.6 Log interpretation map of well D02

3 結(jié)論

(1)川東北普光地區(qū)嘉陵江組巖性復(fù)雜，常出現(xiàn)不同巖性混雜，含鉀鹽層和非含鉀鹽層互層交替頻繁，主要發(fā)育傳統(tǒng)型雜鹵石、鹽晶顆粒雜鹵石、硬石膏、石鹽巖、綠豆巖及泥巖等巖性。其中，傳統(tǒng)型雜鹵石具有高自然伽馬值、高鉀、高電阻率、低釷、低鈾等“三高兩低”測井響應(yīng)模式。鹽晶顆粒雜鹵石具有“三高三低一擴(kuò)”特征，表現(xiàn)為高自然伽馬值、高鉀、高電阻率、低釷、低鈾，密度值較低，伴隨一定程度擴(kuò)徑。

(2)利用曲線重疊和交會圖法、鉀釷比值法等方法對雜鹵石開展定性識別和分布規(guī)律研究，鉀釷比值法識別效果較好，能有效區(qū)分薄層雜鹵石，并可根據(jù)K/Th的大小對雜鹵石品質(zhì)進(jìn)行分類評價。K/Th<1為非雜鹵石層；K/Th=1.0～2.0，定義為三類雜鹵石層，K/Th=2.0～4.0，定義為二類雜鹵石層；K/Th>4.0，定義為一類雜鹵石層。普光地區(qū)雜鹵石累計厚度主體為1～40 m，單層厚度多小于4 m，分布具有平面變化大、井間差異明顯、局部富集的特點，與區(qū)域構(gòu)造之間存在一定耦合關(guān)系。

(3)利用雜鹵石層K曲線與Th曲線指示泥質(zhì)含量差異的特點，建立“伽馬能譜差值分析法”計算富鉀礦物，為雜鹵石層礦物含量的準(zhǔn)確計算提供了新思路。