楊武, 張應文， 王亮

(1.貴州省地礦局地球物理地球化學勘查院，貴州 貴陽 550018; 2.貴州省地質礦產勘查開發(fā)局102地質大隊，貴州 遵義 563003； 3.貴州省地質調查院，貴州 貴陽 550081)

0 引言

地熱資源在城鄉(xiāng)供暖、洗浴桑拿、醫(yī)療康養(yǎng)、生態(tài)旅游、農業(yè)觀光等領域應用廣泛，特別是溫泉旅游對我國經濟發(fā)展具有重要作用。造成地熱探井成功率不高的因素較多，有鉆探工藝、樣品采集、測井方法、資料解釋不足等。我國地熱測井技術應用已經比較普及，但貴州尚處于起步階段，工作基礎薄弱，研究程度不深，應用實踐較少。如： 在鉆探上采用無心鉆進技術，在采樣分析上取砂樣進行鉆孔地質編錄(砂樣取樣為每5 m取一個樣品)及巖性判定、地層分層，這種方法對巖石分層精度不高，又無法劃分含水層： 在測井方法應用上地球物理參數觀測不多，對測井異常曲線分布特征的認識局限，測井勘查成果應用程度低(通常僅滿足于取得的測溫數據分析研究)； 野外作業(yè)在出水量不大和水溫不夠時，忽視了對測井觀測異常的深入研究； 在測井解釋上，對復雜異常曲線特征無法辨識及定性，忽視了重要的微弱信息； 對多種不同性質測井的異常曲線解釋意義體會不深； 物性資料零散、研究不足，造成資料解釋研究程度不高，對地層及含水層的判定不準； 存在遺漏含水層和脫離實測測井曲線，直接進行地質解釋等現象[1-7]?？傮w來說，對觀測的大量測井異常曲線特征解釋質量不高，綜上表明，野外地熱勘查質量和測井資料解釋水平的提高，是地熱成井率的重要技術方法和重要技術路線。

本文針對遵義北郊某地熱測井的測井曲線特征，對實測測井異常進行了解釋。具體方法為結合地質、地面物探資料，提解分析、分辨、厘定測井異常曲線特征，通過研究區(qū)內與地熱相關的儲層和蓋層分布的普遍規(guī)律，利用測井曲線對井中地層巖性進行最大化分層解釋，從而提高井中目標地質體的地層分層精度，在相應地層分層對象確定后，再對可能的含水層(或目標熱儲地層)進行細化定性解釋，高精度劃分含水層[8-9]。本文希望通過這一地熱測井勘探實例，總結地熱測井解釋的一般方法，建立一套適宜研究區(qū)的有效的地熱測井多種參數測量方法及多種勘探方法組合，更好地應用于今后全省地熱勘探測井中，順利開展井中地溫測量、安檢熱流水質、地熱綜合勘探等工作，推動地熱測井有效方法的深入應用。

1 研究區(qū)概況

1.1 測井概況

研究區(qū)位于NE—SW向的遵義—金沙地熱資源富集區(qū)北東部，出露二疊系、寒武系等地層，斷層密布(圖1)，位于NE向的遵義向斜和松林巖孔背斜之間[10]。區(qū)內地形多為山間小平地，有多條河流通過。地理上位于黔北遵義的北部，是人口聚集區(qū)之一，交通路網發(fā)達。已勘探開發(fā)地熱井6口，本次地熱測井勘探鉆孔編號為SZK1(圖1)。前期除地質工作外，還布置了可控源音頻大地電磁測深法勘探,成井后又布置了廣域電磁法勘探試驗，勘探線方位大致垂直于地層走向，其中有勘探線經過SZK1鉆孔。勘探過程中測井按設計要求分4次測井，每次提供階段測井成果，最后統(tǒng)一整合后提供全孔測井成果。

1.第四系； 2.侏羅系； 3.三疊系中統(tǒng)楊柳井組； 4.三疊系中統(tǒng)關嶺組； 5.三疊系下統(tǒng)茅草鋪組； 6.三疊系下統(tǒng)夜郎組； 7.二疊系下統(tǒng)； 8.二疊系中統(tǒng)； 9.奧陶系； 10.寒武系中—上統(tǒng)婁山關組； 11.寒武系中統(tǒng)石冷水組； 12.寒武系中統(tǒng)高臺組； 13.寒武系下統(tǒng)清虛洞組； 14.寒武系下統(tǒng)金頂山組； 15.寒武系下統(tǒng)明心寺組； 16.寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組； 17.震旦系上統(tǒng)燈影組； 18.震旦系上統(tǒng)陡山沱組； 19.震旦系下統(tǒng)南沱組； 20.地層線； 21.背斜軸； 22.斷層； 23.逆斷層； 24.地層產狀； 25.本次勘查地熱井及編號； 26.已有地熱井及編號； 27.河流。

1.2 斷裂構造

研究區(qū)位于遵義向斜的西北翼(圖1)，屬一單斜構造，SZK1鉆孔附近NS方向的斷層為與本次勘探密切的斷層，走向為NE—SW向，傾向為北西向，傾角為65°左右[10]，該斷層為地熱勘探擬揭穿的斷層。

1.3 地層

表1 貴州遵義北郊一帶綜合地質情況Tab.1 Comprehensive summary of geological conditions in the northern suburb of Zunyi in Guizhou Province

1.4 熱儲及蓋層

研究區(qū)分布有2個熱儲。第一熱儲層為震旦系燈影組，厚518.30 m，埋藏深，為本區(qū)最好的熱儲單元，其蓋層為寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組、明心寺組、金頂山組，厚520～600 m[10]。第二熱儲層為寒武系(婁山關組、石冷水組、高臺組、清虛洞組)、奧陶系(紅花園組、桐梓組)，厚1 374.00 m，埋藏淺，蓋層為奧陶系下統(tǒng)湄潭組和奧陶系中統(tǒng)十字鋪組、牯牛潭組等，厚0～240 m，蓋層較薄，埋藏較淺。

2 地熱測井解釋方法及原則

2.1 測井解釋一般方法

根據以往總結的黔北煤田測井資料解釋技術[11-12]和多地長期測井工作經驗及地熱測井解釋的特殊性，提出地熱測井解釋的5種方法、4個步驟。5種方法分別為： 典型標志層測井特征法、地層序列測井特征法、斷層的測井解譯特征法、含水層的測井解譯特征法和井溫突變的測井解譯特征法。4個步驟分別為： 一是掌握區(qū)域地層及礦區(qū)地層序列關系、構造屬性、相關斷層的大致情況，充分應用鉆探成果、錄井成果、地面勘探解釋成果，建立以解釋鉆孔為中心的垂向空間地質結構； 二是總結區(qū)內各種物性參數在各地層、各巖石的測井響應變化特征，分析單種(支)測井曲線特征(形態(tài)、幅度高低、曲線變化情況等)伸縮狀態(tài)，綜合分析多種(支)測井曲線的組合變化特征，將具有明顯測井曲線特征相對應的地層或組合地層確定為典型標志層； 三是以空間地質結構為基礎，以測井曲線分布特征為依據，應用5種方法，依次綜合分析解釋地層序列、目的層(含水層、斷層(破碎帶))和其他因素(井溫、水位、套管、擴徑、縮徑、其他有益礦產等)； 四是從地質、鉆探、物探多角度分析測井解釋的合理性、一致性，合理修正解釋結果，確定最佳解釋結果。

2.2 測井解釋一般原則

根據以往總結的黔北煤田測井資料解釋技術[11-12]和多地長期測井工作經驗，以及地熱測井解釋的特殊性，提出以空間地質結構為基礎，以各時代地層及巖石的測井曲線特征為依據的綜合解釋。遵循從已知點、標志層為起點向外推斷，反復研究、逐步推進原則，抓住測井曲線特征明顯的變化參數及多個參數的組合特征，全面應用測井取得的所有參數綜合研究，體現先解釋確定標志層，再解釋地層，后解釋含水層、斷層(破碎帶)和其他因素的影響。

3 測井解釋實例

3.1 典型標志層測井特征法

圖2 SZK1鉆孔深側向視電阻率和自然伽馬測井異常曲線特征示意圖Fig.2 Schematic diagram of apparent resistivity andnatural gamma logging of Borehole SZK1

3.2 地層序列測井特征法

圖2中地層的測井解釋底板與錄井底板存在較大偏差，據統(tǒng)計錄井與測井底板深度最小相差0.83 m，最大相差109.03 m，平均相差23.98 m，測井底板偏淺，相對于砂樣采集間隔(5 m)及砂粒從鉆頭鏟碎再運動到取樣位置存在滯后等因素，測井底板淺具有合理性。另外，根據砂粒巖樣判定的底板與根據測井解釋的底板相比較，可能測井解釋的底板更趨于合理。

3.3 斷層的測井解譯特征法

此處目的層主要指斷層破碎帶。圖3所示的SZK1鉆孔2 620～2 690 m井段，位于震旦系燈影組(Z2dy)，裂隙發(fā)育為主要的出水層段，對應圖2的WB2標志層。從圖3可以看出，該斷層破碎帶表現為自然伽馬曲線上、下段均由多個單峰正異常組成，上部異常幅值較大，下部異常幅值相對較小，中間異常幅值較低，反映泥質含量升高； 井徑曲線的上部微弱縮徑，下部稍有擴徑，異常相對明顯，反映該段地層破碎，主要是巖石受地質構造應力作用破壞程度變化相對周邊巖層影響較大，表現為上段擠壓下段拉張的復雜力學組合，應呈較好的富水性特征； 自然電位曲線上、下部出現正異常，反映地層有變化； 測溫曲線出現臺階，局部有起伏變化，也反映地層有變化； 聲波時差曲線在致密巖石中上、下部出現明顯正異常，反映孔隙變大； 淺側向和深側向的視電阻率曲線在高阻地層中上、下部出現明顯低阻異常及相對低阻異常，反映地層泥質含量增加或地層破碎，中部曲線正常。根據上述綜合特征，異常段解釋為斷層破碎帶，2個異常段中間側向視電阻率曲線有相對較弱的低阻異常，顯示破碎特征，故將上、下部及中間段合并解釋為1個斷層破碎帶，井深為2 644.22～2 672.22 m，厚度為28.00 m，其自然伽馬、視電阻率、聲波時差是關鍵的解釋參數。

在實際工作中，應用砂粒巖樣判定斷層破碎帶可能存在困難。本文應用了實測多種地球物理參數測井曲線資料反映的組合特征研究，對于發(fā)現斷層破碎帶要容易得多，測井解釋的可靠性會更好。

1.震旦系上統(tǒng)燈影組； 2.斷層破碎帶； 3.斷層破碎帶含水層； 4.孔隙含水層； 5.自然伽馬曲線； 6.井徑測量曲線； 7.自然電位曲線； 8.井溫測量曲線； 9.聲波時差曲線； 10.淺側向電阻率曲線； 11.深側向電阻率曲線； 12.參數曲線刻度標識。

3.4 含水層的測井解譯特征法

此處目的層主要指含水層。在斷層破碎帶內(SZK1鉆孔的2 630～2 690 m井段)，圖3的上部(2 644.22～2 653.72 m)及下部(2 664.52～2 672.22 m)多個參數異常明顯，其中的自然伽馬曲線呈正異常(巖溶、裂隙含水層呈低負異常或曲線呈平直反應)，說明充填的泥質含量較重； 井徑有縮徑、擴徑特征，反映該段地層存在破碎現象； 自然電位曲線呈正異常，具含水層特征； 地溫測量曲線局部有臺階異常的起伏變化，總體呈增高趨勢，說明與深部通過的斷裂有關，因地溫梯度變化為10 ℃/100 m，是全孔平均梯度的6.37倍，為較明顯變化的地溫梯度異常(局部放大圖形)，體現出含水層特征[4，13]，符合含水層的一般分布規(guī)律，地溫突然的變化也是判定含水層分布的重要標志之一，對于研究和確定含水層具重要意義； 聲波時差曲線正異常明顯，表示該處巖土體分布具孔隙度大和水滲透性強的特點。視電阻率曲線呈低阻異常及相對低阻異常，體現出含水層的特征。斷層破碎帶的上部及下部，可以解釋為破碎帶含水層，其自然電位、視電阻率、聲波時差是關鍵的解釋參數。側向視電阻率曲線呈低阻異常及相對低阻異常，體現出含水層的特征。

圖3中的自然伽馬曲線呈正異常，側向視電阻率異常解釋有多解性，但井徑、自然電位、聲波時差、地溫等異常顯示的信息，以及深、淺側向視電阻率有局部的微小負差異出現，將其定為強含水層依據是充分的。圖3的中間段自然伽馬極低，側向視電阻率相對負異常較高，且深、淺側向視電阻率也存在負差異，表現為含水層的特征，故解釋為弱含水層，而整個斷層破碎帶解釋為含水層。

在斷層破碎帶2 672.22 m之下，聲波時差曲線顯示孔隙度較大，側向視電阻率為相對低阻，井徑有跳動，上部自然伽馬顯示為低值，解釋推斷為孔隙含水層，底板深度2 688.78 m，厚度16.56 m。

震旦系燈影組(Z2dy)為熱儲層中預期的隱伏斷層，是本次勘探的主要目的層之一。總結區(qū)內斷層破碎帶、巖溶、裂隙含水層的基本分布特征，全孔解釋劃分了多處含水層，本層位劃分出含水層8層，大部分含水層厚度較薄，斷層破碎帶中的含水層為主要出水層。

本文探井出水為自溢，井口溫度30 ℃，測溫最深點2 693 m，井溫72.20 ℃，全孔平均地溫梯度1.57 ℃/100 m，表明地溫梯度值不大，屬正常地溫梯度，全孔井溫曲線總體呈緩斜型，曲線總體圓滑，符合該區(qū)地溫變化的一般規(guī)律。成井時的抽水最大降深49.32 m，涌水量411.8 m3/d，水溫53 ℃[10-15]。

3.5 井溫突變的測井解譯特征法

此處目的層主要指地溫突變區(qū)。研究區(qū)已實施的SZK1地熱井，鉆探深度2 693 m，平均地溫梯度1.57 ℃/100 m，地溫梯度低，是熱對流影響的結果，屬正常地溫梯度范疇。全孔井溫曲線總體圓滑呈緩斜型。在孔深2 644.22～2 653.72 m和2 664.52～2 672.22 m處裂隙發(fā)育，為主要的出水層段?？椎诇囟?2.2 ℃，穩(wěn)定出水溫度30 ℃，日出水量可達400 km3以上，為迄今為止區(qū)內勘查程度較高的一口地熱井。

地溫變化也是判定含水層分布的重要標志之一。一般含水層，在出現溫度的突變時，無論是升高還是降低的變化，均可能和地下深部通過的斷裂有關，溫度升高，表示有斷裂導入深部熱水； 溫度降低，表示有斷裂導來淺部冷水，對于研究和確定含水層具有重要意義。在斷層破碎帶內，發(fā)現地溫曲線，在正常背景場中，井深2 644.22 m后局部有臺階異常顯示，局部地段地溫梯度可達最大10.00 ℃/100 m，是全孔平均梯度的6.37倍，為較明顯變化的地溫梯度異常(圖3)，體現出受深部熱水貫入的含水層影響特征[4，13]，符合含水層存在的一般分布變化[16-17]。

由此看來，對如何運用各種解釋參數解譯含水層至關重要，應注意對應含水層的性質變化，通常具有下列變化特點： ①若視電阻率低，可能泥質含量高，一般不會是好的含水層，即使是斷裂，也可能是擠壓性的，富水性一般不好； ②可進一步明確，地溫梯度低，是熱對流影響的結果，一般為含水層； 溫度的突變，無論是升高還是降低，均可能和斷裂有關(溫度升高，表示斷裂導入深部熱水； 溫度降低，表示斷裂導來淺部冷水)； 若電阻率高，放射性低，一般表示富水性較好。

4 結論與建議

對研究區(qū)SZK1鉆孔地熱測井資料的綜合地質解釋，主要針對全孔異常、目標異常2個方面進行，應用了5種方法、4個步驟與自然伽馬、自然電位、聲波時差、淺側向電阻率、深側向電阻率、井溫等多個物性參數相結合進行。不同方面的處理結果，具有不同的解決方法及不同的地質意義。

4.1 結論

(2)對全孔的目標異常進行了準確提取。在斷層破碎帶2 620～2 690 m上，厘定出2處(2 644.22～2 653.72 m、2 664.52～2 672.22 m)裂隙發(fā)育含水層段(出水層段)。在斷層破碎帶2 672.22 m之下，推測存在一處厚度16.56 m的孔隙含水層，底板深度2 688.78 m。

(3)利用井溫曲線突變的特征地區(qū)，較好判定了含水層的存在。

本文解釋的標志層、地層、斷層、含水層等定性可靠，分層精度高(達厘米級)。對地熱的鉆孔定位、下套管、下篩管、隔離、射孔、爆破，特別對出水量不夠或無水勘查井的出水量、地熱勘查成井率的提高等具有重要的參考意義。測井解釋底板較鉆探錄井底板偏淺，但不影響解釋結果的合理性。

4.2 建議

(1)對于地熱井資料現行的解釋方法，還需要有進一步的改進。在參數應用上，野外施工應當考慮增加三側向電阻率測量，以加大探測深度，增加極化率、泥漿電阻率的測量，了解礦化度等變化情況。在電極距的選擇上，最好充分考慮三側向、深側向、淺側向的“組合拳”關系。在綜合解釋上，全方位總結組合參數特征，強化自然電位、地溫(其中包括分次測井地溫)的參與應用，充分應用聲波時差(孔隙度、滲透率)、極化率(半衰時及衰減度等)等二級參數，注重整體信息與局部信息的特征研究，盡量發(fā)現微弱信息的變化，注重含水層間的補水與排水關系等。

(2)對于地熱井資料解釋今后應該怎么深入研究上，要重視理論與實踐的高度結合。凡有鉆探資料的地熱井，可對測井資料進行二次綜合解譯，找出解釋底板偏差的原因。

(3)對于該地熱井如何根據測井成果決定成井工藝，有必要進行專題研究。用地熱井抽水試驗的結果說明測井及其解譯的意義，如果能和其他未測井的地熱井的出水能力和出水溫度相比，進一步說明測井及其正確解譯對地熱井成井工藝的指導作用更好。