一种地震法探测盐湖卤水的方法

摘要

一种地震法探测盐湖卤水的方法，包括分析研究区的形态、沉降中心，在选定的勘查范围内，判断工作区的地质构造和矿产分布情况，对研究区的断裂进行划分，利用核磁共振方法将确定出富水区，确定开采井位，利用水文地质钻探对确定的富水点进行验证的步骤，能够能够实现推断富水性区域，确定开采井位，利用水文地质钻探对确定的富水点进行验证，涌水量大，水质好。

权利要求

1.一种地震法探测盐湖卤水的方法，其特征在于，依次包括如下步骤：(1)采用高精度重力勘探技术分析研究区的形态、沉降中心；

(2)在选定的勘查范围内，根据不同岩性地层密度性质差异来测定盆地基底特征，判断工作区的地质构造和矿产分布情况，其中根据重力异常形态、水平一阶导数极值点及垂向一阶导数零值点位置，再结合欧拉反褶积，对研究区的断裂进行划分；

(3)结合地震勘探判断底层断裂构造，具体为利用核磁共振方法将核磁共振信号解释为水文地质参数和含水层的几何参数，确定出含水层的深度、厚度和单位体积含水量，并提供含水层平均渗透率的信息和预测涌水量，确定出富水区，确定开采井位；

(4)利用水文地质钻探对确定的富水点进行验证，具体为采用单孔稳定流抽水试验，分三个试段分别对第Ⅰ承压卤水层、第Ⅱ承压卤水层和第Ⅲ承压卤水层进行抽水，其中水位下降过程观测数据，利用Dupit公式计算渗透系数和影响半径：对于承压完整井：

R＝10SW√K；

式中K—含水层渗透系数，单位为m/d；

3

Q—抽水井流量，单位为m/d；

SW—抽水井中水位降深，单位为m；

M—承压含水层厚度，单位为m；

R—影响半径，单位为m；

rW—抽水井半径，单位为m。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：判断工作区的地质构造包括判断背斜、断裂、盐丘局部构造特征。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)具体为：

1)、进行施工前期准备，完成静态试验、动态试验、一致性试验、比例因子标定实验；

2)、设立重力基点，在驻地院墙内设置工区重力基点，设相对重力值为0；

3)、采集重力数据采集，其中测点的重力数据采用单程观测法，每个工作单元首尾连接基点，当天闭合基点，工作开始前都在基点上按基点～辅助点～基点的次序进行观测，以检查仪器是否处于正常工作状态。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(4)中钻孔进尺为150.78m，全孔取芯，野外地层岩性编录分层277层，室内研究合并为91层，统计不同岩性的厚度并进行全孔累积。

说明书

一种地震法探测盐湖卤水的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及探测领域，具体涉及一种地震法探测盐湖卤水的方法。

背景技术

[0002] 承压卤水含水层是马海盐湖的主矿层，KCl资源量占总资源量的95％。为重要的开采目标，但以往勘查资料显示，矿区承压卤水含水层，富水性差，开采难度大。急需选择承压含水层的富水地段进行开采阶段与可采性相关的探索性勘查和试验研究。在这种情况下，有必要开展如下工作：一是对被认为是沉积中心但以往水文地质勘查工作比较薄弱的承压含水层的富水性通过全新的探查技术进行探查，可开采性通过专门的试验予以确定，以便将承压卤水开采列入议事日程；二是寄希望于盐类矿物沉积密实程度的不均一性，会使盐层的渗透性能可能存在相应的不均一性，通过全新的探查技术设法找出这些渗透性能和富水性能相对较好的区段进行开采。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够对承压含水层的富水性和可开采性进行探查和试验，采用现代全新的科学探测技术结合常规水文地质试验进行复核，寻找富水区段，能够实现推断富水性区域，确定开采井位，利用水文地质钻探对确定的富水点进行验证，涌水量大，水质好的地震法探测盐湖卤水的方法。

[0004] 本发明提供一种地震法探测盐湖卤水的方法，依次包括如下步骤：

[0005] (1)采用高精度重力勘探技术分析研究区的形态、沉降中心；

[0006] (2)在选定的勘查范围内，根据不同岩性地层密度性质差异来测定盆地基底特征，判断工作区的地质构造和矿产分布情况，其中根据重力异常形态、水平一阶导数极值点及垂向一阶导数零值点位置，再结合欧拉反褶积，对研究区的断裂进行划分；

[0007] (3)结合地震勘探判断底层断裂构造，具体为利用核磁共振方法将核磁共振信号解释为水文地质参数和含水层的几何参数，确定出含水层的深度、厚度和单位体积含水量，并提供含水层平均渗透率的信息和预测涌水量，确定出富水区，确定开采井位；

[0008] (4)利用水文地质钻探对确定的富水点进行验证，具体为采用单孔稳定流抽水试验，分三个试段分别对第Ⅰ承压卤水层、第Ⅱ承压卤水层和第Ⅲ承压卤水层进行抽水，其中水位下降过程观测数据，利用Dupit公式计算渗透系数和影响半径：

[0009] 对于承压完整井：

[0010]

[0011]

[0012] 式中K—含水层渗透系数，单位为m/d；

[0013] Q—抽水井流量，单位为m3/d；

[0014] SW—抽水井中水位降深，单位为m；

[0015] M—承压含水层厚度，单位为m；

[0016] R—影响半径，单位为m；

[0017] rW—抽水井半径，单位为m。

[0018] 其中，判断工作区的地质构造包括判断背斜、断裂、盐丘局部构造特征。

[0019] 其中，所述步骤(2)具体为：

[0020] 1)、进行施工前期准备，完成静态试验、动态试验、一致性试验、比例因子标定实验；

[0021] 2)、设立重力基点，在驻地院墙内设置工区重力基点，设相对重力值为0；

[0022] 3)、采集重力数据采集，其中测点的重力数据采用单程观测法，每个工作单元首尾连接基点，当天闭合基点，工作开始前都在基点上按基点～辅助点～基点的次序进行观测，以检查仪器是否处于正常工作状态。

[0023] 其中，所述步骤(4)中钻孔进尺为150.78m，全孔取芯，野外地层岩性编录分层277层，室内研究合并为91层，统计不同岩性的厚度并进行全孔累积。

[0024] 本发明的地震法探测盐湖卤水的方法，可以实现：

[0025] 1)采用高精度重力勘探技术分析马海盐湖盆地形态、沉降中心，结合地震勘探判断地层断裂构造，在构造带上布置地面核磁共振探测点确定可开采点位，最后通过水文地质钻探验证可开采点的富水性。即通过“高精度重力+地震勘探+地面核磁共振+水文地质钻探”的方法对盐湖承压卤水进行勘查，能够实现推断富水性区域，确定开采井位，利用水文地质钻探对确定的富水点进行验证，涌水量大，水质好。

[0026] 2)根据盐湖卤水赋存特点，采用遥感构造分析确定勘查范围，在选定的勘查范围内，利用EH4 探测技术，圈定地层裂隙带，推断富水性区域，确定开采井位，利用水文地质钻探对确定的富水点进行验证。

附图说明

[0027] 图1为实测布格重力异常等值线图

[0028] 图2为基底反演结果图

[0029] 图3为断裂划分波形图

[0030] 图4(a)为SNMR方法反演解释含水量直方图

[0031] 图4(b)为SNMR方法反演解释T1*随深度变化曲线

[0032] 图4(c)为SNMR方法反演解释渗透率随深度变化曲线

[0033] 图5为马海钾矿区地面核磁共振法51m深度单位体积含水量平面等值线图[0034] 图6为马海钾矿区地面核磁共振法51m深度T1平面等值线图

[0035] 图7(a)为试验开采点(T1点)反演解释含水量直方图

[0036] 图7(b)为试验开采点(T1点)反演解释T1*随深度变化曲线

[0037] 图7(c)为试验开采点(T1点)反演解释渗透率随深度变化曲线

[0038] 图8为第一试段Q-S关系曲线、q-S关系曲线及Q﹑S-t历时曲线

[0039] 图9为第二试段Q-S关系曲线、q-S关系曲线及Q﹑S-t历时曲线

[0040] 图10为第三试段Q-S关系曲线、q-S关系曲线及Q﹑S-t历时曲线

具体实施方式

[0041] 下面详细说明本发明的具体实施，有必要在此指出的是，以下实施只是用于本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。

[0042] 马海盐湖承压卤水含水层的可采性需要开展开采阶段专门的水文地质工作，即：第一，对承压含水层的富水性和可开采性进行探查和试验；第二，采用现代全新的科学探测技术结合常规水文地质试验进行复核，寻找富水区段。

[0043] 一、高精度重力

[0044] 1.重力勘探方法原理

[0045] 地球表面的任何物体都受到地球重力的作用，即受到地球的引力和地球自转引起的惯性离心力的合力的作用。地球表面的重力随地点而变化。重力的变化与地下物质密度分布不均匀有关；而物质密度的分布又与地质构造及矿产分布有密切联系。因此，研究地下物质密度分布不均匀引起的重力变化(称为重力异常)，可以了解和推断地球的结构、地壳的构造，以及勘探矿产资源等。

[0046] 重力方法以万有引力定律为基础，测量与围岩有密度差异的地质体在其周围引起的重力异常，结合工作区的地质和其它物探资料，对重力异常进行定性解释和定量解释，以确定这些地质体存在的空间位置﹑规模和形状，从而判断工作区的地质构造和矿产分布情况的一种地球物理勘探方法。

[0047] 重力法根据不同岩性地层密度性质差异来测定盆地基底特征，控制断裂构造。重力法优势在于区域地质背景的控制，面分辨能力高。

[0048] 重力勘探解决以下任务：研究工作区地质构造，包括背斜、断裂、盐丘等局部构造特征；研究工作区覆盖层性质。

[0049] 2.重力勘探工作方法

[0050] 1)、施工前期准备

[0051] 施工前的准备包括：静态试验、动态试验、一致性试验、比例因子标定。经实验，各种指标均符合相关规范

[0052] 2)、重力基点的设立

[0053] 工区重力基点设置在驻地院墙内，平面坐标：X＝4240193.865，Y＝601318.033，H＝2743.178。设其相对重力值为0。

[0054] 3)、重力数据采集

[0055] (1)工区重力剖面点距为100m。

[0056] (2)野外工作期间，测点布设时尽可能选择在地形平坦、近区地形影响较小的地方，野外作业时每个测点都用红色喷漆进行标记，班报详细记录周围地质信息。

[0057] (3)测点的重力观测采用单程观测法，每个工作单元首尾连接基点，当天闭合基点。闭合时间为9.0289～12.1111小时,闭合差为0.015～0.109。

[0058] (4)每天野外工作开始前都在基点上按基点～辅助点～基点的次序进行观测，以检查仪器是否处于正常工作状态。

[0059] 3.重力勘探结果

[0060] 根据设计要求，结合现场踏勘，重力勘探共计布设三条剖面，剖面方位30°。主测线MHZL-1 过K1#，MHZL-2、MHZL-3分别位于主测线两边约2km处。测点共119个，测线总长18000m。具体工作量参见表1。

[0061]序号 测线编号 物理点(个) 点距(m) 测线长度(m)
1 MHZL-1 101 100 10000
2 MHZL-2 9 500 4000
3 MHZL-3 9 500 4000
合计   119   18000

[0062] 表1重力勘探实物工作量统计表

[0063] 1)、布格重力异常

[0064] 各测点观测值经过上述各项校正后获得布格重力异常值，布格重力异常等值线参见图1。由布格重力异常图可得，工区的布格重力异常变化范围是0.02179～1.1968。

[0065] 重力勘探在测区布置了三条剖面，由布格重力异常分布图得出了研究区基底形态，主体大致为东北、西南高，中间低的凹陷状；上下层之间的继承性很好，上层较陡下层较缓。

[0066] 2)、基底反演

[0067] 为反演底界面的起伏形态，利用了经典的Parker-Oldenburg界面反演算法。1974年，Oldenburg 在park界面正演基础上提出了一种迭代界面反演方法。利用该方法对主剖面进行反演，结果见图 2。基底界面较深时，其产生的异常值较小；基底界面深度较浅时，其产生的重力异常值较大。各个重力值与其深度值之间的对应关系比较好。

[0068] 根据重力异常形态、水平一阶导数极值点及垂向一阶导数零值点位置，再结合欧拉反褶积(构造指数取零)，对研究区的断裂进行划分。根据上述算法，划分出6条断裂，结果如图3所示。

[0069] 二、地面核磁共振

[0070] 1.核磁共振方法原理

[0071] 核磁共振技术是一种地球物理找水技术，在核磁共振理论中，水分子中的氢核(质子)被发送到地表线圈中的特定频率电流脉冲所激发，在地磁场中产生拉莫尔进动，其进动频率为氢核所特有。对不同能量的激发脉冲产生的核磁共振信号进行测量分析，得到不同深度地层的含水量和孔隙大小。核磁共振信号的振幅与含水量直接相关，即地层中含水量越多，NMR信号响应就越强。衰减时间与孔隙大小有关，即衰减时间常数越大，表明含水岩石的孔隙度越大。

[0072] 核磁共振方法特点：

[0073] 1、MRS找水仪是目前世界上唯一的直接找水的地球物理新技术方法，解释具有唯一性。

[0074] 2、反演解释具有量化的特点，信息量丰富。

[0075] 核磁共振方法可将核磁共振信号解释为某些水文地质参数和含水层的几何参数。在方法的探测深度范围内,可以给出定量解释结果，确定出含水层的深度、厚度、单位体积含水量，并可提供含水层平均渗透率的信息和预测涌水量。

[0076] 3、核磁共振法探测深度一般小于150m，且易受矿区电力干扰的影响。

[0077] 2.核磁共振工作方法

[0078] 数据采集仪器设备选用法国IRIS公司核磁共振系统(NUMIS POLY)，该系统是输出功率高、接收灵敏度高并由PC机控制的当今世界上最先进的直接探测地下水的仪器。NUMIS POLY系统由直流电源(汽车电瓶2块)、DC/DC转换器、发射机、发射/接收天线、调谐单元、接收机、外接计算机及部分辅助连线构成。

[0079] 施测过程中时敷设线圈形状为“□”型，边长为150m。测量范围5000-68000nV、记录长度 240ms、脉冲持续时间40ms、脉冲间歇时间20-40ms、脉冲矩的个数为16个、叠加次数32-64次。根据工区电磁噪声大小来确定各测点的叠加次数。

[0080] 3.核磁共振勘探结果

[0081] 核磁共振法工作布置以原地震探测断层处为轴线，南部延伸55km，面积约55km2的晶间卤水含水层区域，以500m×500m为布点间距开展承压卤水含水层的可采性核磁共振探查。

[0082] 图4给出08测线54.75点一组反演解释结果。由图可知：浅层有一个含水层，其单位体积含水量为3.6％，但含水层厚度较薄；深度44—150m层段为一含水层，其单位体积含水量为1.3％。浅层的纵向弛豫时间常数T1*较小，最大时为420ms,说明该岩层的孔隙较小，不利于自由水的赋存；在深度44—150m层段的纵向弛豫时间常数T1*逐渐增大，最大时为570ms，说明该岩层的孔隙较大, 有利于自由水的赋存。

[0083] 进一步，根据各剖面及51m深度的单位体积含水率、纵向驰豫时间等值线平面图综合对比分析，绘制了51m深度单位体积含水量平面等值线图5和51m深度T1平面等值线图6，同时给出富水性相对较好点位。

[0084] 研究区大部分地段承压卤水含水层的富水性普遍差，但确实存在因含水层渗透性能强烈的非均质性而形成的局部强富水区段。通过综合判断试验开采点(T1点)为富水性较好的区域(附图7)。含水率：在5.4％；弛豫时间：820ms；渗透率：2.5×10-4m/s。

[0085] 三、水文地质钻探验证

[0086] 钻孔进尺150.78m，全孔取芯，野外地层岩性编录分层277层，室内研究合并为91层。统计不同岩性的厚度并进行全孔累积(表2)，结果显示该孔地层岩性主要为含淤泥、石盐、石膏粘土(43.53％)与含粉细砂、粘土石盐(29.66％)，其次为石盐(10.38％)，石膏层(3.36％)和粘土层 (3.84％)，其中含石膏淤泥层、粉细砂层和含石盐芒硝层均小于3％，含石盐芒硝所占比例最少，只有0.75％。

[0087]

[0088] 表2 ZKT1孔岩性累计厚度统计表

[0089] 采用单孔稳定流抽水试验，分三个试段分别对第Ⅰ承压卤水层、第Ⅱ承压卤水层和第Ⅲ承压卤水层进行抽水，试验情况见表4。

[0090] 第一试段是在钻井至33.30m时，采用裸孔抽水，测试0～33.30m相关数据。下泵深至27.00m，通过试抽，水位无法达到稳定状态，判断水量不大。做一个大落程抽水试验，抽水历时较短，仅维持14min，水位恢复时间较长且记录完整。第二试段是在钻井至84.29m时，下套管对0～33.30m 进行止水，33.30～84.29m为裸孔，下泵深至60.00m，测试33.30～84.29m的相关数据。用不同流量的潜水泵分两个落程进行抽水试验，在每个落程抽水后进行恢复水位观测。第三试段是在完井后，井深151.29m，对84.29～151.29m进行抽水试验，下泵深度为81.50m，停抽后进行水位恢复观测。

[0091]

[0092] 表3 T1孔抽水试验情况

[0093] 1.观测数据与关系曲线

[0094] T1孔抽水试验观测数据见表4。

[0095]

[0096] 表4 T1孔抽水试验观测数据

[0097] T1孔抽水试验三个试段的的Q-S关系曲线、q-S关系曲线及Q﹑S-t历时曲线见图8。

[0098] 2.参数计算

[0099] 采用水位下降过程观测数据，利用Dupit公式计算渗透系数和影响半径。

[0100] 对于承压完整井：

[0101]

[0102]

[0103] 式中K—含水层渗透系数(m/d)；

[0104] Q—抽水井流量(m3/d)；

[0105] SW—抽水井中水位降深(m)；

[0106] M—承压含水层厚度(m)；

[0107] R—影响半径(m)；

[0108] rW—抽水井半径(m)。

[0109] 水文地质参数计算结果见表5。

[0110]

[0111]

[0112] 表5 ZKT1孔抽水试验水文地质参数计算结果

[0113] 通过抽水试验可知，主要含水层出水量可达4129.83(m3/d)。实践证明，通过“高精度重力+ 地震勘探+地面核磁共振+水文地质钻探”技术方法在承压卤水可采性试验成效显著。

[0114] 尽管为了说明的目的，已描述了本发明的示例性实施方式，但是本领域的技术人员将理解，不脱离所附权利要求中公开的发明的范围和精神的情况下，可以在形式和细节上进行各种修改、添加和替换等的改变，而所有这些改变都应属于本发明所附权利要求的保护范围，并且本发明要求保护的产品各个部门和方法中的各个步骤，可以以任意组合的形式组合在一起。因此，对本发明中所公开的实施方式的描述并非为了限制本发明的范围，而是用于描述本发明。相应地，本发明的范围不受以上实施方式的限制，而是由权利要求或其等同物进行限定。