青海锡铁山—全吉山地区地球物理特征研究

摘要：为认识青海省锡铁山-全吉山地区的地球物理特征，在系统收集前人资料基础上，总结归纳了在煤炭预查工作中开展的地震、重力、地球物理测井数据所反映的地球物理特征，为今后在研究区开展物探工作提供基础。结果表明：新生代地层与其下伏奥陶系（O3）或下元古界（Pt1）之间存在着0.23～0.45 g/cm³的密度界面和较大的电性差异，测井物性曲线反映良好，界面较清晰，能较准确划分不同岩层的岩性，有利于开展电法和重力勘查工作，但由于研究区地震地质条件较差，不利于开展地震工作。

关键词：青海；锡铁山；全吉山；岩石密度特征；地层电性特征；地震条件；测井响应特征

中图分类號：P31

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2017）14-0253-03

1 引言

氦气资源是一种稀有紧缺性战略资源[1]，这种资源在世界范围内都十分贫乏[2]。近期，张云鹏等[3]，在锡铁山-全吉山地区施工的煤田钻孔中发现了体积分数较高的氦气显示（赋存于新生代地层中），必然引起研究人员的关注。而相关的前期研究工作主要包括两个方面：一方面是成藏条件的研究，另一方面就是综合地质、物探等资料对其资源分布规律的研究。例如，基于重磁资料分析与氦气资源分布重要相关的构造发育情况[4]。因此，本次研究在系统梳理总结前人已有的物探资料基础上，总结归纳在煤炭预查工作中开展的地震、重力、地球物理测井数据所反映的地球物理特征，最终厘定作为氦气储盖层的古近系-新近系岩层与其围岩的物性差异，为今后在研究区开展物探工作提供基础，具有一定的参考价值。

2 研究区地质概况

研究区位于柴达木盆地北缘中段，整体为三山所夹的凹陷盆地（图1）。研究区西南方向为锡铁山，主要出露古元古界，由片岩、花岗片麻岩等中、深变质岩组成[5]；东北方向为全吉山，出露为古元古界、震旦系、寒武系、奥陶系，其中古元古界与锡铁山为同类岩浆变质岩，震旦系-奥陶系则为典型的边缘裂陷沉积的细碎屑岩夹碳酸盐岩[6]；东南方向埃姆尼克山，为一套海陆交互砂泥岩夹砾岩建造组合[7]；盆地中基底由古元古界和奥陶系组成，上覆地层为新生代陆相碎屑岩，地表大部为第四系覆盖。

3 地球物理特征

3.1 岩石密度特征

通过在区内开展重力剖面测量工作，对区内各时代地层的岩石采集，测定了了岩石密度，经统计该区的岩（矿）石密度（表1），发现新生代与其下伏奥陶系（O3）或下元古界（Pt1）之间，存在着0.23～0.45 g/cm³的密度界面。基于岩石密度特征，开展重力剖面勘查，剖面解释的相对誤差最大为90.67%，最小为1.36%。有三个钻孔重力解释误差小于10%，为可靠级别，说明重力剖面解释的基底深度大部分可信。今后，区内可通过重力勘查手段探查基底的起伏形态及判定断裂构造。

3.2 地层电性特征

通过统计分析研究区内前人实施的直流电法资料，区内各地层参数见表2，由电性参数可知，第四系砂卵、砾石层电阻率较高，与下伏地层存在着明显的电性界面。新生界地层古近系、新近系电性差异较小，不易区分。但与基底古元古界地层电性差异较大，存在明显的电性界面。与震旦系之间也存在着较大的电性差异，非常容易区分。

总体来说，所勘探的目的层与基底存在着较大的电性差异，有利于控制基底深度。

3.3 地震条件

研究区表层及浅层地震地质条件较差，深层地震地质条件相对较好。

3.3.1 表层地震地质条件

（1）预查区地形北东较高，向西南逐渐降低，该测线上海拔3000～3300 m，相对高差约300 m。

（2）预查区为典型的山前地貌特征，测线上中部及小号端（西南部）存在两个沼泽洼地（沼泽洼地表层为含水的粘土层，但0.5m以下即为冻土层），而两沼泽洼地之间为沙丘且冲沟极其发育，多为“V”字形。除沼泽洼地外，地表基本上无植被生长，无地表径流。区内地形凸凹不平、迭荡起伏的地形条件给地震勘探野外施工工作带来很大困难。

（3）测线上大号端（即东北部）往山前约5 km的地段，地表层赋存深度及厚度不一的卵石与砂粒相间的松散层，由于缺少粘土层的粘性，导致钻进3 m以下即会埸孔（钻杆钻进困难且无法拔出），该层位地震激发成孔难度极大。另外，沼泽洼地、沙丘与冲沟相间极其发育地段导致钻机无法进入成孔。其它地段表层基本为细砂层与黄土层相间，且潜水位较浅（一般在12～50 m之间变化），该地段地震地质条件较好。

3.3.2 浅层地震地质条件

区内古近系及新近系在预查区内偶有部分出露，主要以厚层状黄灰色、红色粉砂岩、灰～灰白～紫红色砾岩、含砾砂岩为主，厚度300～700m。第四系在普查区内广为分布，为冲积、洪积砂砾所组成，厚度3～300m，层质蓬松，地震反射波能量衰减严重，不利于地震反射波的激发和接收。

总之，本区浅层地震地质条件较差。

3.3.3 深部条件

通过地震试验线资料看，除因激发条件较差区外，在激发条件较好地段，虽有反射波，但只是局部有较强反射波。

3.4 测井响应特征

测井选定的参数方法有：长短源距伽玛伽玛、自然伽玛、三侧向电阻率、声波时差、井温、井径、井斜等。经过测井地层对比与地质研究后，认为测井参数确定后，对岩层划分、特殊矿种的判定有相对较准确的判定。

3.4.1 岩层物性特征

研究区岩层物性曲线反映良好，界面较清晰。尤其是自然伽玛曲线在各地层反映明显。以泥岩、粉砂岩、细、中、粗砂岩为主，依次物性反映为自然伽玛由高变低、电阻率由低变高，密度由低变高，但不同地层岩性物性反映数值不尽相同。在测井解释中各种参数曲线的物性特征明显，能较准确划分不同岩层的岩性。具有代表性的几种岩层物性特征分述如下。

（1）泥岩。泥岩密度相对较小，在三侧向电阻率（GR01）曲线上呈低幅值反映，在密度（DENB）曲线上为较低异常反映，在自然伽马（NG01）曲线上呈高异常反映。

（2）砂岩。砂岩的组成成份比较复杂，当砂岩的岩性由粗、中、细砂岩顺序排列时，其孔隙度逐渐减小，泥质含量增加，因而在三侧向电阻率（GR01）曲线上其幅值逐渐降低；在密度（DENB）曲线上，随着砂岩的岩性由粗变细，砂岩的密度稍有减小，则异常的幅值由高變低；在自然伽马（NG01）曲线上，砂岩随着岩性颗粒的变细和泥质含量的增大，则自然伽马（NG01）曲线的异常幅值随之增大。

（3）石灰岩。石灰岩在物性曲线反映特征上最明显的特征是三侧向电阻率（GR01）值，反映出明显的高异常特征；在自然伽马（NG01）曲线上也反映上呈低异常。

3.4.2 地层响应特征

（1）第四系。 工作区内第四系广泛，其厚度从几米到几百米，测井解释很粗，基本上都定为砂砾层，有时有少量的砂卵砾石、卵砾石、卵石等层段。全吉整装勘查区的第四系具有胶结差，松散等特征。反映在物性参数中，三侧向电阻率约有20～100 Ω·m，基本上为低阻，它是确定第四系地层的主参数；第四系所含的自然伽玛较低，全区变化不大，一般情况下在40～100API左右，它是确定第四系的辅助参数；由于胶结松散，声波传播的速度低，时差大的特征，一般情况下反映幅值在2400～3200 m/s，声波时差参数是确定、划分第四系界面的有效方法。

（2）新近系。新近系地层电性曲线的变化形态基本变化不是很大，当进入侏罗系地层时，在三侧向电阻率曲线、自然伽马曲线均有明显的高低起伏变化。

（3）古近系。古近系地层在整装项目中在西大滩等项目中较为发育其它项目中零星发育。古近系地层是较新成岩地层，主要以砂岩、粉砂岩为主，电阻率低是古近系地层的物性特征，它是划分钻孔岩性地质剖面的主参数。自然伽玛参数反映的幅值变化要比第四系地层要大一些，但比侏罗系地层幅值要小，它是划分钻孔岩性剖面的辅助参数。同样，古近系地层胶结较侏罗系差一些，密度也小。

4 结论

古近系-新近系岩层与其下伏奥陶系（O3）或下元古界（Pt1）之间存在较明显的地球物理特征差异：①存在着0.23～0.45 g/cm³的密度界面，可通过重力勘查手段探查基底的起伏形态及判定断裂构造；②同样与基底存在着较大的电性差异，有利于开展电法工作，控制目的地层和基底深度；③研究区地震地质条件较差，不利于开展地震工作；④研究区岩层测井物性曲线反映良好，界面较清晰，能较准确划分不同岩层的岩性和特殊矿种，可为其他物探手段施工前提供一定的参考价值。

参考文献：

[1]李玉宏，王行运，韩 伟. 陕西渭河盆地氦气资源赋存状态及其意义[J]. 地质通报，2016，35（Z1）：372～378.

[2]张亮亮，孙庆国，刘岩云，等. 氦气全球市场及我国氦气安全保障的建议[J]. 低温与特气，2014，32（3）：1～5.

[3]张云鹏，李玉宏，卢进才，等. 柴达木盆地北缘富氦天然气的发现——兼议成藏地质条件[J]. 地质通报，2016，35（Z1）：364～371.

[4]张春灌，袁炳强，李玉宏，等. 基于重磁資料的渭河盆地氦气资源分布规律[J]. 地球物理学进展，2017，32（1）：344～349.

[5]孟繁聪，张建新，杨经绥. 柴北缘锡铁山早古生代HP/UHP变质作用后的构造热事件——花岗岩和片麻岩的同位素与岩石地球化学证据[J]. 岩石学报，2005，21（1）：47～58.

[6]李怀坤，陆松年，王惠初，等. 青海柴北缘新元古代超大陆裂解的地质记录——全吉群[J]. 地质调查与研究，2003，26（1）：27～37.

[7]姜高磊，张思敏，柳坤峰，等. 祁连-柴达木-东昆仑新元古-中生代沉积盆地演化[J]. 地球科学（中国地质大学学报），2014，38（8）：1000～1016.