青藏高原冈底斯成矿带东段水文测井评价方法

刘康林， 谢小国， 郝红兵， 章 旭

(1. 中国地质科学院 探矿工艺研究所，成都 611734；2. 四川省华地建设工程有限责任公司，成都 610081；3. 成都理工大学，成都 610059)

0 引言

青藏高原冈底斯成矿带地处西藏自治区中部，位于印度河-雅鲁藏布江结合带与狮泉河-阿索-九子拉-嘉黎结合带之间。冈底斯成矿带东段主要属其中冈底斯-念青唐古拉板块和喜马拉雅板块的范围，中跨雅鲁藏布江缝合带(图1)[1-3]。该区为西藏人居分布和城镇建设发展的重要地区，区内降水较为贫乏，地下水类型主要为河谷地带松散岩类孔隙水。主要水文地质问题表现为干旱缺水、矿山开发潜在的地下水污染问题，局部由于干旱缺水引发草地退化、土地沙化等环境地质问题[4]，因此开展水文地质调查工作显得意义重大。

测井曲线具有连续性好、精度高，包含丰富的地质信息等特点。结合水文地质勘查的需要，水文测井一般要解决的地质问题包括：①划分地层，确定含水层与隔水层的层位和厚度；②划分咸淡水界面、估计地下水的矿化度；③估算水文地质参数，包括含水层的孔隙度、渗透系数及涌水量等[5-8]。笔者尝试利用测井方法评价青藏高原冈底斯成矿带东段日喀则市幅、拉孜县幅水文地质特征，为水文地质勘查提供一定的借鉴作用。

1 含水层地质特征

青藏高原冈底斯成矿带含水岩组类型主要为：①松散岩类孔隙水含水岩组；②碎屑岩类孔隙裂隙水含水岩组；③碳酸盐岩类及碳酸盐岩夹碎屑岩类岩溶裂隙含水岩组；④岩浆岩类裂隙水含水岩组；⑤变质岩类裂隙含水岩组等类型[9-10]。其中冈底斯成矿带东段主要为水文地质结构较均一的谷地，以“一江两河”中部流域为代表[11]，为该地区主要含水岩组之一。含水层为较均一的砂质砾石、砂卵砾石、卵砾石夹少量砂层，个别地段夹有不厚的亚砂土、亚粘土，质地纯净、富水性好，厚度大(图2)。

图1 工区水文地质略图Fig.1 Hydrological geological map of Gangdise metallogenic belt

图2 工区水文钻孔剖面Fig.2 Hydrology drilling section of Gangdise metallogenic belt(a)ZK04;(b)ZK05;(c)ZK08;(d)ZK10

青藏高原冈底斯成矿带地下水矿化度大部分一般小于0.3g/L，水质较好，多为HCO3-Ca(或Ca·Mg)型水。其中日喀则市幅含水层矿化度为146 mg/L～402 mg/L；渗透系数从0.66 m/d～150.4 m/d不等；除个别孔外，其他孔涌水量较大，一般大于4 000 m3/d。拉孜县幅含水层矿化度在84 mg/L～730 mg/L之间；渗透系数和涌水量均较小，渗透系数基本于20 m/d，涌水量一般小于600 m3/d。

2 水文地质参数测井评价

2.1 泥质含量

水文测井研究的重点是含水层,利用自然伽马、视电阻率能很好地识别出含水层与隔水层[12-13]。第四系松散地层以孔隙水为主，主要的富水层位为砂卵砾石层，主要的隔水层为泥质含量高的粘土层。因此可以利用自然伽马计算堆积物松散层的泥质含量：

(1)

(2)

式中：GR为自然伽马测井值，API；GRmin为自然伽马最小值，API；GRmax为自然伽马最大值，API；GCUR为经验系数，第三纪地层以上取3.7。

2.2 矿化度

视电阻率具有探测深度大、反映地下水矿化度灵敏的特点[14-18]。分析可知，工区测试的地下水矿化度与测井电阻率的对数值具有较好的相关性(图3)。

Cw=-874×ln(lgRt)+709.2

R2=0.626

(3)

式中：Cw为地下水矿化度，mg/L；Rt为视电阻率，Ω·m。

图3 视电阻率与(测试)地层水矿化度相关关系Fig.3 Related relationship of resistivity and salinity (test)

2.3 孔隙度

利用声波时差计算地层的孔隙度为式(4)[19]

(4)

式中：Δt为声波时差测井曲线值，μs/m；Δtf为流体声波时差值，μs/m；Cp为压实校正系数；Δtsh为泥岩段的声波时差值，μs/m；φ为孔隙度值，%。

2.4 渗透系数

渗透系数是描述含水层介质透水能力的一个重要参数，它与含水层介质的内部结构与地下水性质有关[20]。渗透率是表征流体介质渗透性能的参数，一般它与地层孔隙度具有较好的相关性，而渗透系数与渗透率存在如下关系[21]：

K=k×γ/u

(5)

式中：K为渗透系数，m/d；k为渗透率，mD；γ为水的容重，9.8 kN/m3；u为粘滞系数。

基于以上分析，可以建立起冈底斯成矿带日喀则市幅、拉孜县幅的渗透系数与孔隙度的相关关系(图4)：

日喀则市幅：K=10-5×e0.663×φ

R2=0.988

(6)

拉孜县幅：K=0.253×e0.155×φ

R2=0.811

(7)

图4 渗透系数与孔隙度相关关系Fig.4 Related relationship of permeability coefficient and porosity

2.5 单井涌水量

利用裘布依公式计算单井涌水量为式(8)[22-26]：

(8)

式中：Q为单井涌水量，m3/d；K为渗透系数；M为含水层累计厚度，m；S为抽水井水位降深，m；R为影响半径，m；r为抽水井半径，m。

3 应用分析

3.1 单孔水文测井解释

以日喀则市幅ZK02号水文钻孔为例，该孔120 m以上钻遇的岩性以灰黄色、松散、不可塑的砂卵砾石为主，抽水试验确定其影响半径为617 m，渗透系数为38.1 m/d，涌水量为5 497 m3/d，水样测试矿化度为180 mg/L。

利用建立的测井解释模型分析ZK02号孔水文地质参数，测井解释8.75 m～118.10 m为砂砾石和粉砂质砾石，为含水层段，自然伽马为97 API ～147 API，平均为121 API；电阻率为35.4Ω·m ～139.3 Ω·m，平均为84 Ω·m；声波时差为279 μs/m ～348 μs/m，平均为289 μs/m。测井解释地层水矿化度为137 mg/L，孔隙度平均为22.5%，渗透系数为38.2 m/d，涌水量为3 152 m3/d，测井解释结果与实验结果吻合度较高(图5)。

图5 日喀则市幅ZK02号孔水文测井解释成果图Fig.5 The chart of hydrologic logging interpretation of ZK02 in Shigatse

孔号ZK01ZK02ZK04ZK05ZK06ZK07ZK08ZK09ZK10试验测试矿化度/mg·L-122818014640226084730160346涌水量/m3·d-1584654974724425958384188158516渗透系数/m·d-1150.438.113.231.10.71.93.016.74.2影响半径/m625617362492351989833186测井数据视电阻率/Ω·m2884562288100163947自然伽马/API56708863702307444149声波时差/s·m-1299289277284260235266297279含水层厚度/m38.3109.496.481.013.979.975.414.795.6测井分析矿化度/mg·L-1386137221452128103547303260孔隙度/%24.622.520.021.516.511.417.824.220.5渗透系数/m·d-1150.138.17.419.20.71.54.010.76.0涌水量/m3·d-143353152574120912103291184508

3.2 工区综合分析

基于水文地质参数测井解释模型，对青藏高原冈底斯成矿带东段的日喀则市幅、拉孜县幅水文钻孔的矿化度、渗透系数、涌水量等进行分析预测(表1)。从表1可以看出，测井解释矿化度与水样测试矿化度比较接近，误差范围在±200 mg/L之间；渗透系数最大误差为11.9 mg/L，平均误差为2.4 mg/L；除ZK04、ZK05号孔外，其他钻孔测井解释涌水量与抽水试验确定的涌水量基本在同一个数量级范围内。

4 结论

1)青藏高原冈底斯成矿带东段含水层段主要为砂卵砾石等松散岩类，以孔隙水为主，富水性好，厚度大，隔水层主要为粘土、粉土等。

2)根据建立的测井解释模型计算了水文地质参数，结果表明，测井解释的矿化度、渗透系数、涌水量与抽水试验和水质测试结果吻合度高，应用效果明显。

3)实践表明测井数据能够较敏感地反映地下水富集情况，对水文地质研究提供了借鉴。

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