羅 晶， 章 雄， 徐 敏， 張洞君， 朱亞?wèn)|， 鄭 虹， 曹琳昱

(中國(guó)石油 東方地球物理勘探公司西南物探分公司，成都 610213)

0 引言

四川LH地區(qū)雜鹵石礦床，是一個(gè)大型雜鹵石-石膏伴生礦床，自從上個(gè)世紀(jì)八十年代被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，被廣泛地關(guān)注。雜鹵石是一種難溶性鉀鹽礦物，所含K、Mg、Ca等組分都是農(nóng)作物生產(chǎn)所必需的養(yǎng)分。1988年美國(guó)鉀鹽地質(zhì)專家海特(R.J.Hite)博士來(lái)四川考察時(shí)指出：“雜鹵石作肥料可保持土壤團(tuán)粒松散，穩(wěn)定土壤持水性，避免土質(zhì)板結(jié)，土壤不至于鹽堿化，且選礦后打磨成礦粉，就可直接利用，它是比其他鉀鹽更具現(xiàn)實(shí)使用價(jià)值的鉀肥資源?！?/p>

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，而鉀鹽的儲(chǔ)量只占到全球鉀鹽總量的1.9%，每年的產(chǎn)量都十分有限，絕大部分鉀肥一直靠進(jìn)口。鉀礦作為一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)短缺和急需的現(xiàn)實(shí)礦產(chǎn)和化工等行業(yè)的重要戰(zhàn)略資源，成為找礦和資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)之一。從2016年開(kāi)始，國(guó)家科技部將會(huì)同國(guó)土資源部、教育部、中科院等部門開(kāi)展“深地資源勘察開(kāi)采”重點(diǎn)專項(xiàng)實(shí)施。專項(xiàng)將形成3 000 m以淺礦產(chǎn)資源勘探成套技術(shù)能力，儲(chǔ)備一批5 000 m以深資源勘查前沿技術(shù)，油氣勘查技術(shù)能力擴(kuò)展到6 500 m～10 000 m，加快“透明地球”技術(shù)體系建設(shè)，提交一批深地資源戰(zhàn)略儲(chǔ)備基地，支撐擴(kuò)展“深地”資源空間。

地震勘探方法作為地球物理勘探方法的一種，不僅在其擅長(zhǎng)的油氣資源勘探領(lǐng)域，而且在找尋其他礦藏領(lǐng)域也有廣泛地應(yīng)用。目前，前人對(duì)鉀礦經(jīng)過(guò)多年的探索，對(duì)鉀鹽的成鹽理論[1-2]和測(cè)井評(píng)價(jià)方法[3-4]已有一定的研究，但是對(duì)于地震的研究卻很少涉足。從2011年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了一些針對(duì)鉀鹽的地震識(shí)別研究[5-6]，但是僅僅局限在地震資料的解釋對(duì)比、構(gòu)造成果的評(píng)價(jià)以及一些常規(guī)的地震手段，而忽略了鉀鹽(雜鹵石)與油氣資源的賦存地質(zhì)條件的差異，且并未形成一套有效的地震評(píng)價(jià)手段和流程。本次研究選取LH三維地震資料，該區(qū)域是前人在80年代進(jìn)行石膏礦床詳查時(shí)認(rèn)為的有利目標(biāo)區(qū)域，現(xiàn)擬利用油氣勘探的技術(shù)思路，結(jié)合雜鹵石的賦存地質(zhì)特征，并運(yùn)用目前先進(jìn)的地球物理手段，系統(tǒng)總結(jié)出尋找鉀礦(雜鹵石)的地震勘探解釋技術(shù)和流程，為深部鉀鹽精準(zhǔn)判識(shí)、摸清3 000 m以淺鉀鹽(雜鹵石)資源潛力提供強(qiáng)有力的地震技術(shù)支持。

1 雜鹵石賦存地質(zhì)特征分析

1.1 礦體沉積特征

四川盆地海相三疊系為一套碳酸鹽巖和蒸發(fā)巖的沉積組合，厚為800 m～1 300 m，為盆地重要的鹽系地層，蒸發(fā)巖極其發(fā)育，其分布范圍已經(jīng)超越現(xiàn)今四川盆地，面積大于40*104km2。LH地區(qū)雜鹵石主要產(chǎn)于中三疊統(tǒng)嘉陵江組嘉五2亞段和雷口坡組雷一1亞段下部的硬石膏中，在古地理位置上處于上揚(yáng)子臺(tái)地廣闊的局限海臺(tái)地-蒸發(fā)臺(tái)地的局部低凹地區(qū)，水體循環(huán)差，蒸發(fā)作用強(qiáng)，從而形成一套菱鎂質(zhì)白云巖、硬石膏和石鹽頻繁的交替沉積。其中，石鹽的Br*103/Cl值頗大，達(dá)0.4～0.5以上，咸化程度甚高。

1.2 礦體分布特征

研究區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，塑性變形極其強(qiáng)烈，致使硬石膏-雜鹵石重復(fù)、斷缺，與其上下巖層呈不整合形變接觸。礦體明顯受波狀層間褶曲控制，分布在褶曲底部塑性層處于相對(duì)引張狀態(tài)的部位。雜鹵石的分布嚴(yán)格受巖性控制，與硬石膏依附產(chǎn)出，在構(gòu)造破壞作用較強(qiáng)的構(gòu)造破碎帶，水化石膏及角礫巖大量發(fā)育，硬石膏很少保存，無(wú)雜鹵石分布。礦層底板巖層的破碎，使地下承壓水進(jìn)入石膏層，硬石膏發(fā)生水化，雜鹵石則發(fā)生淋蝕作用[7]。

從近幾年盆地鉀鹽勘察開(kāi)發(fā)的實(shí)踐表明，具中等褶皺強(qiáng)度，并伴隨一定規(guī)模斷裂發(fā)育的構(gòu)造，既可使礦體能較好地保存，同時(shí)也可為后期礦體的開(kāi)采運(yùn)移和高產(chǎn)富集作用提供良好的條件。而褶皺強(qiáng)度過(guò)大的構(gòu)造，則可能導(dǎo)致礦藏遭受淋濾破壞，過(guò)弱的構(gòu)造雖保存條件良好，但構(gòu)造裂隙欠發(fā)育，又缺乏鹵水足夠的儲(chǔ)存和運(yùn)移空間。兼顧礦藏富集和保存兩個(gè)方面的條件，在構(gòu)造相對(duì)較低緩，褶皺強(qiáng)度中等的背斜構(gòu)造，較有利于礦藏的高產(chǎn)富集[8]。

1.3 礦體形成機(jī)制

由于雜鹵石賦存形式的不同和結(jié)構(gòu)的特殊性，其形成過(guò)程十分復(fù)雜，不能一概而論，要根據(jù)實(shí)際情況做具體的分析。通常認(rèn)為，雜鹵石形成于早成巖階段，由富含K+和Mg2+的鹵水和早期形成的石膏、硬石膏或者鈣芒硝發(fā)生逆向反應(yīng)形成[9]。在鉀鎂鹽沉積階段或者鹵水中已經(jīng)有超飽和的K+和Mg2+，富鈣和硫酸根的溶液外來(lái)補(bǔ)給形成雜鹵石[10]。近些年，國(guó)內(nèi)、外學(xué)者通過(guò)大量的研究總結(jié)，發(fā)現(xiàn)雜鹵石的成因主要有3種成因方式：①原生沉積作用，當(dāng)海水濃縮到硫酸鉀鎂鹽沉積階段時(shí)，有一部分外來(lái)鈣源作為補(bǔ)充，形成雜鹵石，也可能是在硫酸鈣鹽沉積階段有鉀鎂離子作為補(bǔ)充形成；②準(zhǔn)同生交代，早期沉淀的硬石膏(或石膏)與鹵水不斷濃縮形成的濃鹵水(濃鹵水中富含鉀、鎂離子)發(fā)生反應(yīng)形成雜鹵石；③后生交代，在成巖作用以后，外來(lái)溶液與巖石發(fā)生交代作用形成雜鹵石。

前人對(duì)四川盆地雜鹵石的成因問(wèn)題經(jīng)過(guò)多次討論后，絕大部分人認(rèn)為是后期交代成因形成。其形成原因主要是由于石膏轉(zhuǎn)變?yōu)橛彩噙^(guò)程發(fā)生脫水，而水遇易溶性鉀鎂鹽又發(fā)生了水溶變質(zhì)作用，進(jìn)而產(chǎn)生了富K和Mg的熱鹵水，最后又與硬石膏次生交代產(chǎn)生雜鹵石[11-14]。蔡克勤等[15]對(duì)四川農(nóng)樂(lè)地區(qū)的雜鹵石成因進(jìn)行分析，分析認(rèn)為該區(qū)域雜鹵石主要有以下2種成因：①主要為準(zhǔn)同生交代作用形成(硬石膏與濃鹵水作用形成)；②后生交代成因形成。

2 礦體空間分布趨勢(shì)分析

雜鹵石一般與多鈣鉀石膏、硫鍶鉀石共生礦物伴生存在，表明了鹽類淋濾變質(zhì)的復(fù)雜性。礦層經(jīng)復(fù)雜的熱融、水溶變質(zhì)交代作用而成，導(dǎo)致了雜鹵石在沉積后并沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的巖性組合，對(duì)應(yīng)于地震剖面的外部及內(nèi)部形態(tài)上沒(méi)有統(tǒng)一的共性特征。一方面，根據(jù)井震標(biāo)定分析，結(jié)合川東地區(qū)高陡復(fù)雜構(gòu)造的解釋模式(圖1)，對(duì)比解釋嘉五2亞段底和雷一2亞段底(圖2)；另一方面，在精細(xì)層位對(duì)比解釋的基礎(chǔ)上，基于古地貌恢復(fù)的三維成圖，便可繪制出礦體賦存的地層厚度分布圖(圖3)。

厚度大的區(qū)域主要分布在陡緩轉(zhuǎn)折帶和向斜部位，受膏巖塑性地層的影響，地層的變形褶皺使地層厚度增大。由于雜鹵石與膏巖的賦存關(guān)系，膏巖厚的地方，雜鹵石可能發(fā)育，但需要借助其他技術(shù)手段綜合考慮分析。

圖1 LH6井地震地質(zhì)剖面Fig.1 Well LH6 seismogeological cut plane

圖2 LH地區(qū)地震剖面展示圖Fig.2 LH region seismic cross section

圖3 雜鹵石賦存地層厚度空間分布圖Fig.3 Thickness profile of polyhalite distribution

3 敏感測(cè)井曲線分析

雜鹵石的測(cè)井響應(yīng)特征通常表現(xiàn)為(圖4)：①井徑曲線規(guī)則，無(wú)擴(kuò)徑現(xiàn)象；②自然伽馬值較高，通常在90 API～180 API；③自然伽馬能譜測(cè)井鉀含量較高(普遍大于4%)，釷、鈾曲線值較低；④三孔隙度曲線中，聲波時(shí)差大，中子值高(通常大于18)，密度值也較大(大于2.72 g/cm3)；⑤電阻率表現(xiàn)為高值。泥巖層的自然伽馬值較高，聲波、中子值也較大，與雜鹵石響應(yīng)特征類似，但是泥巖層通常密度值較低，電阻率值低，且泥巖層疏松易垮塌，井徑曲線往往不規(guī)則。

從LH三維的實(shí)際鉆井資料來(lái)看，在雜鹵石發(fā)育的嘉五2-雷一1地層中，圍巖巖性主要包括石膏、硬石膏、灰質(zhì)白云巖和白云巖，不含泥巖(圖5)，部分井在雷口坡組底部發(fā)育一套綠豆巖，一般為1 m～2 m。綠豆巖為一富含鉀鋁硅酸鹽的火山凝灰?guī)r，經(jīng)水解作用，產(chǎn)生去玻化脫硅蝕變?yōu)樗颇刚惩翈r。因此，綠豆巖通常含有放射性鉀元素，且部份井綠豆巖中還含有雜鹵石。在地震綜合預(yù)測(cè)中，將不把綠豆巖作為影響因素考慮到雜鹵石的厚度預(yù)測(cè)中，而儲(chǔ)層的精細(xì)描述將重點(diǎn)針對(duì)雜鹵石的敏感曲線(GR或RT)開(kāi)展交會(huì)分析、門檻值確定，以便開(kāi)展后續(xù)的巖性模擬定量預(yù)測(cè)。

4 優(yōu)勢(shì)屬性分析

屬性預(yù)測(cè)分析是將提取和優(yōu)化后的各種地震屬性與已知井的地層結(jié)構(gòu)、巖石物性、儲(chǔ)層含油氣等信息相結(jié)合，明確可利用地震屬性的地質(zhì)物理意義，并進(jìn)行精細(xì)的解釋、推斷，從而得出對(duì)儲(chǔ)層定性或定量的結(jié)論。

受膏巖褶皺的影響，其間發(fā)育的雜鹵石存在非均值性和復(fù)雜性，在雜鹵石發(fā)育區(qū)，可利用最能準(zhǔn)確表征其特點(diǎn)的屬性特征進(jìn)行區(qū)域的定性描述。從優(yōu)選的的多種屬性分析來(lái)看(圖6)，弧長(zhǎng)屬性是表征時(shí)窗內(nèi)地震波道的長(zhǎng)度，反映了地震波振幅和頻率

圖4 雜鹵石測(cè)井曲線特征Fig.4 Polyhalite borehole log

圖5 LG001-29井嘉五2-雷一1段巖性柱狀圖Fig.5 Well LG001-29 jiawu2-leiyi1 lithological column

的綜合變化情況，其基本能準(zhǔn)確表征雜鹵石的富集規(guī)律。從整體面貌上來(lái)看，顏色變化過(guò)渡自然，井吻合率高，同時(shí)與定量成果的驗(yàn)證也具有一定相似性(圖10)。

5 基于DEM的地震資料應(yīng)用

數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)，是通過(guò)有限的地形高程數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)地面地形的數(shù)字化模擬(即地形表面形態(tài)的數(shù)字化表達(dá))，它是用一組有序數(shù)值陣列形式表示地面高程的一種實(shí)體地面模型。在雜鹵石地震資料應(yīng)用中，雜鹵石的埋藏深度影響著雜鹵石的實(shí)際開(kāi)采價(jià)值。當(dāng)埋藏深度達(dá)到3 000 m，側(cè)壓力為600 kgf/cm3,會(huì)導(dǎo)致膏巖變形加劇[16]。故3 000 m以淺的資源勘探區(qū)塊將成為首選的目標(biāo)靶區(qū)，3 000 m～5 000 m為戰(zhàn)略儲(chǔ)備的備選靶區(qū)。

四川盆地川東地區(qū)山勢(shì)陡峻，切割厲害，高程落差大。經(jīng)過(guò)融合處理和正射糾正后的遙感影像及數(shù)字高程模型，可準(zhǔn)確地為地震勘探提供精度達(dá)到2.5m的地表高程，結(jié)合目的層的地震反射構(gòu)造圖，可準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)目的層的埋藏深度(圖7)。

圖6 嘉五2-雷一1層段間多種屬性平面分布圖Fig.6 Multi-attribute areal profile in jiawu2-leiyi1

圖7 數(shù)字高程模型圖及嘉五2底界地震反射埋深圖Fig.7 Digital elevation model profile and jiawu2 base seismic buried depth profile

圖8 嘉五2-雷一1裂縫分布預(yù)測(cè)圖Fig.8 Jiawu2-leiyi1 split forecast profile

6 波形復(fù)雜程度及微細(xì)裂縫刻畫

比起傳統(tǒng)的相干預(yù)測(cè)，針對(duì)小尺度裂縫的AFE技術(shù)更能凸顯層間或?qū)觾?nèi)的小裂縫，表征出目的層的波形復(fù)雜程度。AFE技術(shù)主要是在第三代本征相干屬性結(jié)果的基礎(chǔ)上對(duì)傾角掃描，進(jìn)行線性濾波和斷層邊界增強(qiáng)，提取傾角和方位屬性，進(jìn)行小尺度的裂縫識(shí)別。

從雜鹵石的成藏機(jī)理來(lái)看，微細(xì)裂縫為雜鹵石準(zhǔn)同生交代或后生交代提供了運(yùn)移通道，也為后期雜鹵石的開(kāi)采注水提供了滲濾條件。所以，對(duì)目的層的微細(xì)裂縫的刻畫顯得尤為重要，因而在對(duì)地震資料AFE處理的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開(kāi)展三個(gè)方面的綜合考慮：①沿主測(cè)線或聯(lián)絡(luò)線進(jìn)行線性噪音濾波，使得有效信息得到增強(qiáng)；②消除華①上、華②沿L方向以外的信息，增強(qiáng)破碎帶信息的抗干擾能力，突出資料復(fù)雜帶的有效信號(hào)；③檢測(cè)判斷裂縫相干值的梯度變化方向，增強(qiáng)資料較好區(qū)域(華②和30號(hào)斷層之間)的線性異常條帶(圖8)。

7 儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及精細(xì)描述

研究區(qū)內(nèi)雜鹵石非常薄，約1.5 m～17 m，單層厚度為0.5 m～3.5 m，故本次儲(chǔ)層的精細(xì)描述采用地震波形特征指示反演。該方法的基本思路是井間模擬時(shí)除了空間距離作為一個(gè)次要控制因素。而將地震波形的相似性作為主要因素來(lái)優(yōu)選統(tǒng)計(jì)樣本，使模擬結(jié)果實(shí)現(xiàn)井和震協(xié)同。

地震波形指示反演，利用地震波形的橫向變化信息來(lái)代替變差函數(shù)篩選有效樣本，表征儲(chǔ)層空間結(jié)構(gòu)，也就是說(shuō)在考慮了距離的基礎(chǔ)上，更一步考慮了波形的相似性，而后面的模擬部分和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)

方法一樣，即通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)建模、貝葉斯判別、馬爾可夫鏈蒙特卡羅先進(jìn)技術(shù)得到多個(gè)等概率的隨機(jī)反演結(jié)果，進(jìn)行不確定性分析，最后得到模擬結(jié)果。這種反演方法較地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演來(lái)說(shuō)，最大的優(yōu)點(diǎn)就是確定性成分增加了，另外是利用到波形的橫向變化信息，具有相控思想，因此橫向分辨率也提高了(圖9)。

8 雜鹵石富集區(qū)綜合評(píng)價(jià)

通過(guò)精細(xì)的儲(chǔ)層描述預(yù)測(cè)的雜鹵石厚度與嘉五2層段的地震反射埋藏深度圖疊合，預(yù)測(cè)4個(gè)有利區(qū)塊。按照目前淺深部資源綜合勘察和增儲(chǔ)的要求，3 000 m作為一個(gè)勘探評(píng)價(jià)的門限值。首要的目標(biāo)優(yōu)選靶區(qū)位于龍會(huì)潛伏構(gòu)造這一區(qū)域，雜鹵石較厚，埋藏淺，約6.47 km2；張家場(chǎng)區(qū)塊(Ⅱ)、涌興場(chǎng)(Ⅲ)、三房營(yíng)(Ⅳ)雜鹵石較厚，但埋藏較深，為備選靶區(qū)，合計(jì)約104.94 km2(圖10、表1)

表1 雜鹵石優(yōu)選目標(biāo)區(qū)綜合評(píng)價(jià)表

圖9 LG27-LH005-x1井伽馬連井反演剖面Fig.9 Well LG27-LH005-x1 GR well-tie inverted section

圖10 雜鹵石綜合預(yù)測(cè)圖Fig.10 Polyhalite synthesize forecast profile

9 結(jié)論及建議

1)筆者從地震勘探的角度出發(fā)，結(jié)合雜鹵石賦存地質(zhì)特征和最新的物探技術(shù)，詳細(xì)地闡述了地震手段在礦產(chǎn)資源勘查中的應(yīng)用，對(duì)四川盆地找尋鉀鹽礦床具有積極意義。

2)本次研究可供借鑒的單井分析評(píng)價(jià)資料較少，主要是以往的研究均是針對(duì)油氣資源。隨著國(guó)家對(duì)資源勘探部署的戰(zhàn)略提升，針對(duì)礦產(chǎn)資源的單井評(píng)價(jià)乃至地震采集都將會(huì)是今后發(fā)展的趨勢(shì)。

3)不同行業(yè)之間的思路融匯、多學(xué)科的交叉分析往往能帶來(lái)突破性進(jìn)展，因此，把油氣勘探手段與礦產(chǎn)資源勘察合理地結(jié)合起來(lái)，實(shí)行油氣、礦產(chǎn)兼探，借助三維地震資料，利用地球物理手段，不但具有重大戰(zhàn)略意義還具有技術(shù)上的可行性。

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