测井数据在固原硝口地区岩盐矿品位定量解释中的应用

陈少泽， 张 媛， 张 华

(宁夏地球物理地球化学调查院，银川 750001)

0 引言

岩盐矿的勘探与开发中需要从地球物理数据方面获得矿层的定性、定量解释。而现有地球物理测井方法仅能满足对岩盐矿的定性解释,在岩盐矿品位定量解释方面还缺乏深入的研究。为了解决当前岩盐矿品位定量解释的难题,本文利用宁夏固原硝口地区已有的测井资料和地质矿产资料(钻孔、岩心分析报告)进行对比和数理统计分析,确定岩盐矿品位与主要测井参数之间的关系,采用IBM SPSS软件中数理统计与回归方程建构的方法,建立岩盐矿品位与测井参数的回归方程模型,从而预测岩盐矿品位。

1 研究区地球物理特征

1.1 测井参数物性特征

研究区位于宁夏固原市硝口地区,主要含盐地层为下白垩统乃家河组(K1n),岩性主要为含泥盐岩和含盐泥岩[1-3];上覆地层为渐新统清水营组(E3q),岩性以粉砂岩、粉砂质泥岩为主。通过对研究区的17眼钻孔测井数据进行统计分析[4-5],获得了该区域含盐地层的物性参数(表1)。

表1 固原市硝口地区含盐地层地球物理参数统计

1.2 测井曲线在含盐地层响应特征

选取研究区标准孔ZK202(图1)进行综合分析,从测井参数的曲线形态和钻孔岩心对比可以看出:岩盐与围岩的密度、电性等物性差异非常明显,利用这一特征能够确定岩盐层的埋深和厚度;三侧向电阻率曲线反应岩盐矿地层电阻率值在50～200Ω·m,粉砂质泥岩、粉砂岩与电阻率值为10～20Ω·m,明显看出电阻率差值较大,利用该曲线能够清晰准确划分地层地质年代;自然伽马和密度曲线能够较为清晰的反应出含盐地层中泥质含量的变化,即自然伽马与密度值越大对应的岩盐矿中泥质含量越高,而岩盐矿中泥质含量的多少与岩盐矿品位又有着直接的关系[6-9]。所以利用三侧向电阻率、自然伽马、密度曲线能够确定地层的岩性、埋深、厚度,这为本次利用测井数据拟合岩盐矿品位的研究工作提供了较好的物性基础。

图1 ZK202综合曲线Figure 1 Borehole ZK202 integrated logging traces

2 建立回归方程模型

在建立多元线性回归方程过程中,利用IBM SPSS软件的数据统计分析功能[12],使用相关性矩阵和主成分分析法验证变量间的联系,选取适用于建立回归方程的变量。通过模型摘要R方分析检验因变量与自变量间的关系,关系越密切,自变量对因变量的解释能力和数据稳定性越好。最后得到多元线性回归方程并通过回归系数t检验某个自变量否对因变量有显著的影响[13]。

2.1 测井参数与岩心品位的相关性分析

1)利用IBM SPSS软件分析变量化验岩心品位、三侧向电阻率(LL3)、自然伽马(GR)、密度(DENB)之间的相关性[14-15]。相关性矩阵的意义是衡量两个变量因素的相关密切程度，值越接近1，变量间相关性越紧密，从表2可以看出变量三侧向电阻率(LL3)分别与化验岩心品位相关性为0.485,与密度(DENB)相关性为-0.297,与自然伽马(GR)相关性为-0.498。显示变量三侧向电阻(LL3)与其他变量相关性很差。

表2 相关性矩阵

2)通过公因子方差验证相关性矩阵,其意义是每一个变量都可以用公因子表示,而公因子表达的大小就是公因子方差中的“提取”值，“提取”值越大说明变量与公因子相关性越好。表3中只有三侧向电阻率(LL3)提取值为0.365,远小于其他变量的提取值,说明变量三侧向电阻率(LL3)与其他变量相关性差,间接验证了相关性矩阵变量间的关系。

表3 公因子方差

综上所述,确定选用自然伽马(GR)、密度(DENB)测井参数来建立岩盐矿品位的多元回归方程模型。

2.2 多元线性回归模型的建立与检验

经计算得到模型摘要(表4),其中R为0.922表示拟合优度,用来衡量模型的拟合程度,越接近1越好;R方为0.850，表示决定系数,用于反应模型能够解释的方差占因变量方差的的百分比,越接近1越好;调整后R方为0.849,考虑自变量之间的相互影响之后,为避免自变量间相互干扰的因素,对决定系数R方的校正,越接近1越好,从表4中可见因变量岩心品位和自变量自然伽马(GR)、密度(DENB)高度相关。

表4 模型摘要

最后得到多元线性回归模型变量系数(表5):常量系数为159.016,自然伽马系数(GR)为-0.387,密度系数(DENB)为-28.065。

利用回归系数t检验自变量的显著性。常量t为10.400,对应的显著性(P值)为0,表明常数对因变量具有显著性影响;自然伽马(GR)t为-18.026,对应的显著性(P值)为0表明常数对因变量具有显著性影响;密度(DENB)t为-4.227,对应的显著性(P值)为0,表明常数对因变量具有显著性影响。综上所有的输出结果,说明因变量(岩心品位)和自变量自然伽马(GR)、密度(DENB)拟合效果理想,得到以下多元线性回归方程。

岩盐品位=159.016-0.387×GR-28.065×DENB (1)

3 回归方程应用效果

通过自然伽马(GR)、密度(DENB)曲线反演拟合的多元线性回归方程模型经过理论检验成立,但回归方程模型能否反应地质规律,还需要经过野外测井数据的进一步验证。表6列出了研究区内ZK401、ZK302钻孔随机选取的24层岩盐矿化验品位和模型拟合岩盐品位结果比较。

表6 模型拟合统计

续表

结果显示:品位误差低于10%的有20层,表明密度(DENB)、自然伽马(GR)曲线与岩盐矿品位确实存在显著相关关系;品位误差大于10%的4层,分析原因发现ZK401孔861.00～863.00m层位出现误差的是因为测井解释成果为泥岩层与岩心取样岩盐层不符，出现了高自然伽马(GR)对应高品位岩盐矿,与低自然伽马(GR)对应高品位岩盐矿相悖,造成了拟合品位误差,另外3层的品位误差则是在自然伽马(GR)大于200CPS的背景值下出现的,而且误差与自然伽马(GR)成正比关系,说明多元拟合方法不适用于高放射性地层中岩盐矿品位的解译。

4 结论

从本次测井数据在固原地区岩盐矿应用研究结果可以看出测井数据不但可以对岩盐地层进行定性解释,还能通过建立回归方程模型定量地解释岩盐矿品位。该数学模型对钻孔岩盐品位的计算可以起到提前预判、指导取样分析的作用,品位拟合结果可以满足野外生产的需求,具有较高的适用性和时效性,能够为岩盐矿勘查工作提供有效信息。