塔里木盆地南华系-寒武系岩石电阻率和磁化率及其地质意义

[5]4.2物性分析的统计学方法及绘图在对物性参数进行分析时，用到了了数学统计的方法。利用平均数、方差、标准差来判断数据的一般水平。4.2.1平均数平均数表示一组数据集中情况，一组数据中所有数据的总和除以数据的个数即为平均数，它反映了数据的集中态势。通过平均值，我们可以用来衡量一组数据的一般水平，简明直观，在生活中有着广泛的应用。4.2.1方差及标准差方差是用来衡量一组数据离散程度的度量，在统计学和概率论中，方差都有着广泛的运用。在统计学中，每个样本与整组数据的平均值的差的平方和的均值即为方差，通过计算数组的方差就可以知道数据的离散程度，从而对于数据的浮动有一个清晰的掌握。在统计描述中，方差的定义是每一个变量和总体平均值的差异。方差的计算表达式为：σ其中σ2为总体方差，X为样本数据，μ为数组的均值，NS式中，S2为样本方差，X为样品数据（即变量），X对方差开根号，即为标准差，即为上式中的S。4.2.3GMT绘图GMT是一款绘图工具，全称为GenericMappingTools，即通用制图软件。在绘制地形地貌等领域具有强大的功能，且在程序语言中，可对数据进行一定的分析和处理，例如多项式拟合、读取符合条件的数据、简单的数学逻辑运算等。GMT是开源的，免费供科研工作者使用，使用者可以自由复制转发和修改GMT的所有源代码均可自由复制转发和修改。此外，源码采用ANSIC语言，在UNIX系统下可以完美运行，同时gmt提供了Windows和macOS在内的软件安装包，各种版本的Linux预编译的二进制版本也有发布。GMT绘图得到的图片是PS格式的，即PostScript，它是一种页面描述语言，为矢量图片格式，即可以任意放大缩小并保证不失真，且能很容易的转为其他图片格式。4.3电阻率空间分布特征及其影响因素分析电阻率是用来描述地下岩、矿物的导电性的参数，根据物理学上的定义，它的表达式为：R=ρ该表达式是定义式，它定义了在均匀介质以及直流电路中，电阻R由介质长度横截面积以及系数ρ决定。它与介质长度L成正比，与电流通过的横截面积S成反比。式中，比例系数ρ为介质的电阻率。电阻率的单位为欧姆∙米，记作Ω∙m4.3.1电阻率的空间分布电阻率值主要分布在塔里木盆地西北缘，东北缘和南缘。塔里木盆地西北缘主要为阿克苏地区，东北缘是指罗布庄凸起以北，库尔勒和若羌连线以东的地区，南缘为和田地区。寒武系电阻率在西北缘和南缘表现为高电阻率，东北缘表现为中高电阻率，塔东地区表现为低电阻率。图4.3.1-1塔里木盆地寒武系电阻率分布图震旦系电阻率在西北缘和北缘呈现低电阻，南缘和东缘为高电阻率。图4.3.1-2塔里木盆地震旦系电阻率分布图南华西电阻率数据较少，仅采集到两个井位的数据，在东北缘呈现低电阻，在塔中地区呈现高电阻。图4.3.1-3塔里木盆地南华系电阻率分布图4.3.2电阻率与岩性的关系岩石都是由矿物组成的，矿物的磁化率很大程度上决定了岩石的磁化率，在探讨岩石的磁化率前，我们先讨论矿物的电阻率，固体矿物分为三大类：金属导体、半导体和固体电解质，这是基于导电机理的差异来划分的。金属导体指各种天然金属，自然金、自然铜等都属于天然金属，他们的电阻率值很低，具体来说，自然金的电阻率大约为2×10−8Ω∙m，自然铜的电阻率大约在岩石中的矿物成分磁化率不是一个固定的值，存在变化范围。因此岩石的电阻率也是存在变化范围的。一般来说，火山岩和变质岩的电阻率值较高，沉积岩电阻率指一般较低，这和他们岩石内所含的矿物有关，此外，电阻率的大小与岩石内的孔隙度及所含水分密切相关，同理对矿物也是。因此对岩石的电阻率来说，决定岩石电阻率的因素不仅仅是岩石所含矿物的电阻率大小，还与岩石的结构以及矿物的结构，颗粒大小等相关。岩石可以认为是由矿物颗粒组成的，因此矿物颗粒的电阻率、形状及相对含量会造成电阻率的差异。当物质组分一定时，岩石的电阻率主要由连接矿物的成分决定，当岩石内连接矿物的成分为高阻时，岩石表现为高阻，但当连通矿物的胶结物是低阻物质（如水）时，岩石就会表现出低阻性质。岩石的结构对于其电阻率影响很大，具体来说为温度及孔隙度的影响，同时水中的离子浓度也决定电阻率的大小，影响最大的是盐分的多少。一般来说，含水量大的岩石电阻率较低，而干燥的岩石则电阻率高。当岩石所处的温度和压力发生变化时，电阻率也会出现变化，通常温度升高，电阻率会降低。单纯从压力的角度来看，它的变化不会给岩石的电阻率带来太大的变化，压力主要是通过影响温度从而对岩石的电阻率造成较大的变化。4.3.3电阻率与地质时代的关系总体来说，寒武系的电阻率最高，在北缘和西南缘都具要高电阻率特征，震旦系电阻率在北缘低，猜测是冰碛岩盖层沉积导致，在塔中及南缘地区，出现电阻率较大值，可能是由于盆地边缘造山运动产生的火山碎屑岩沉积。南华西地层出露少，主要分布盆地边缘和东北部，大多是沉积岩，偶夹火山碎屑。4.4磁化率的空间分布特征及其影响因素分析介质在磁场中会被磁化，磁化强度M与磁场H存在以下关系：M=式中的χm4.4.1磁化率的空间分布影响岩石磁化率的因素有很多，主要有岩石中的矿物成分决定，具体来说，有岩石中磁性矿物含量大小，矿物的类别，被磁化的矿物颗粒的粒度大小，矿物的化学成分，岩石中氧化物的含量大小和氧化程度，以及岩石所处的温度和压力条件。岩石的磁化率含有丰富的地质和地球物理信息，岩石磁化率的研究，对恢复地质地貌情况以及地球物理反演都具有重要的意义。塔里木盆地岩浆岩分布广泛，其中侵入岩分布最多，主要位于西昆仑-喀喇昆仑造山带内，沿着几条蛇绿岩混杂岩分布。侵入岩从超基性到酸性在盆地均有分布，时代主要集中在震旦纪到二叠纪之间，侵入岩的磁化率值浮动较大，这与岩石的发育时代具有密切的关系，基性、超基性侵入岩主要发育于晚古生代，大部分岩石表现为强磁性，但少部分辉绿岩和辉长岩表现为弱磁性。图4.3.1-4塔里木盆地侵入岩磁化率分布图塔里木盆地内火山岩也有广泛的分布，并且岩石种类多，有变质安山玄武岩、糜棱岩化玄武岩、碎裂状玄武岩、杏仁状强蚀变橄榄玄武岩、变质玄武岩、变基性火山岩、变安山岩、硅化变酸性火山岩、英安岩等,这些岩石发育时代大都为晚古生代,岩石类别主要玄武岩为主。这些产出的侵入岩可以反映出塔南地区在晚古生代经历了多期岩浆运动和造山运动。从实测的磁化率结果分析，发育于晚古生代二叠纪的玄武岩磁化率变化范围大，从8.7×10−5−6520×10−5SI，与其他火山岩相比较，整体呈现较高的磁化率，大多数玄武岩的磁化率是高于1000×10−5SI,。相比之下，安山岩，凝灰岩，杏仁状橄榄玄武岩，英安岩等这类图4.3.1-5塔里木盆地火山岩磁化率分布图沉积岩总体表现为无磁性，主要的岩性有白云岩，砂岩，白云质灰岩，硅质泥岩等，大部分沉积岩磁化率范围在10−5图4.3.1-6塔里木盆地沉积岩磁化率分布图变质岩的磁化率总体表现为弱磁性，具有一定磁性强度的是有片麻岩，黑云角闪斜长片麻岩，石榴黑云母片岩，绿泥石片岩等。图4.3.1-7塔里木盆地变质岩磁化率分布图通过上述三大岩类磁化率的结果分析，我们可以发现，岩浆岩（侵入岩和火山岩）具有较高的磁化率，其中侵入岩的磁化率最高，尤以玄武岩最高。变质岩大多表现为弱磁性，个别几种岩石表现为中等磁性，沉积岩磁化率较弱，大多无磁性。这三大类岩石的磁化率差异特征可以概括为以下三点：1、岩性不同，磁化率存在差异，岩浆岩，沉积岩，变质岩这三类岩石之间存在着显著的磁化率差异。2、同种岩性的岩石，所处的时代不同也会造成磁化率的差异，这和岩石产生发育时代不同，生成的环境不同以及经历的构造活动不同导致。3、同种时代不同地区的岩石具有不同的磁化率，这是由于不同地区地质条件以及构造活动不同等因素造成的。火山岩和侵入岩都具有较高的磁化率特征，相比之下，火山岩的磁化率具有较大的离散度，变化范围大，这和两种岩石的形成过程有关。火山岩是指岩浆喷出地表，快速冷凝后形成的，由于喷出的过程中冷却的快慢不同，不同的冷却条件下，造成岩石的孔隙度，结晶颗粒大小等不同，造成了火山岩的磁化率差异大，而侵入岩是未喷出地表的岩浆冷凝形成，相对来说，其磁化率的离散度没有那么大.。同时岩浆岩中矿物成分橄榄石、磁铁矿、辉石以及一些含铁矿物具有较强的磁性，岩浆岩冷凝中填充的这些矿物多少也很大程度影响了最终岩石的磁化率。侵入岩中，基性和超基性岩侵入岩的磁化率大多明显高于中酸性侵入岩，这是由于蛇纹石和磁铁矿具有较大的磁化率，而中酸性侵入岩大多是因为基性和超基性岩石手蛇纹石化后，辉石分解成磁化率值较大的蛇纹石和磁铁矿，导致了磁化率急剧变大。岩石中的矿物很大程度决定了岩石的磁化率，以中酸性岩石为例，黑云母、角闪石和辉石是强磁性的矿物，造成了其磁化率值相对较高。沉积岩整体呈现无磁化率，沉积岩主要以生物碎屑、泥质、黏土矿物、石英、碳酸钙矿物等为主，这些矿物几乎都呈现弱磁性或者无磁性，因此沉积岩大多无磁化率，但当沉积岩的矿物中包含少量黑云母或绿泥石时，也会造成岩石的磁化率有一定的升高。变质岩的磁化率和原岩的磁化率关系密切，以千枚岩为例，它具有千枚状构造，是低级变质岩。它的原岩主要为泥质岩石或粉砂岩，这类沉积岩表现为无磁性或弱磁性，因此千枚岩也表现出无磁性或弱磁性。由于变质岩的磁化率和原岩紧密相关，结合变质岩的磁化率以及其矿物分析，我们可以得出结论：以沉积岩为原岩的副变质岩，它的磁化率往往表现为弱磁性，因为其所含的磁性矿物颗粒少，而以岩浆岩为原岩的正变质岩，往往表现出较高的磁化率，因为其原岩含有较多的顺磁性颗粒。根据研究区内磁化率的分布图，和田地区南部呈现中间磁化率高，两边磁化率较低的特征，磁化率高的数据分布主要在库地—其曼于特早古生代结合带，集中在博斯坦乡南，叶亦克东部和阿羌乡东部，根据测区的磁化率数据及岩性数据，结合采样的地点和地质资料，我们可以得出博斯坦乡南部磁化率高是因为该处发育有晚古生代二叠纪蛇纹岩、辉长岩等高磁化率岩石。阿羌乡东部地区磁化率高是因为晚古生代二叠纪闪长岩和火山岩发育较多。叶亦克东部则是因为石炭—二叠纪发育多种类型的花岗岩，造成磁化率值高。塔里木盆地西部为喀什地区，该处磁化率整体偏低，尽管该处该地区岩性复杂，但主要以变质岩为主，且副变质岩占优势，这也是该处磁化率低的原因，因为岩石内含磁性矿物少，但在该处地区西南部分，出露少部分花岗岩体，总体来说该区域侵入岩和火山岩少，主要为变质岩。通过之前的分析，我们发现沿着库地—其曼于特早古生代结合带磁化率高值主要是由侵入岩造成的，说明该处的火成岩多为深源产物，这也解释了该处磁化率较其他地方更高的原因：在高温高压条件下，磁性矿物变得更加活跃，导致岩石的磁化率更高。4.4.2磁化率与岩性的关系自然界中，物质大多是抗磁性或顺磁性的，只有少数矿物呈现铁磁性，例如铁和钛的氧化物。所以常见的磁铁矿物有磁铁矿，赤铁矿，钛磁铁矿。岩石的磁性主要由其所含磁性矿物的多少决定，岩石所含的磁性矿物越多，则其磁性越强，其所含的磁性矿物少，那么它的磁性弱。但所含磁性矿物多少并不是决定岩石磁性强弱的唯一因素，岩石的磁性还和磁性矿物的颗粒大小，岩石的孔隙度及其所处的温度、压力等因素有关。在其余条件相同的情况下，矿物的颗粒越大，岩石的磁性越强，颗粒分布越孤立，其磁性越强。一般来说，在沉积岩、火成岩、变质岩三大岩类中，火成岩的磁性最强，其中，火成岩从酸性到基性，磁性增强。沉积岩的磁性主要取决于颗粒大小，颗粒从小到大，磁性逐渐增强。变质岩的磁性主要取决于原岩，因此，正变质岩的磁性通常要高于副变质岩。4.4.3磁化率与地质时代的关系寒武系的磁化率数据涉及到的地层结构单位有奇格拉克组，玉尔吐斯组，肖尔布拉克组。根据测得的数据，该时代的磁化率表现为弱磁性或无磁性，主要分布在塔里木盆地北缘阿克苏地区和西南缘和田地区。结合地质资料来看，寒武系涉及到的岩层岩性以沉积岩为主，发育有白云岩是，石膏岩，盐岩等，他们均表现为低磁化。图4.3.1-8塔里木盆地寒武系磁化率分布图震旦系的磁化率稍高于寒武系的，主要分布于塔东北缘地区和塔西南区域，分析塔东北缘的低磁化率原因，根据尉犁1井钻井地质资料，该区域震旦系地层结构主要为水泉组和库尔卡克组，岩性主要以粉砂岩等沉积岩为主，这也与该处的磁化率低值相吻合。而磁化率略高于寒武系，猜测可能是因为南华系造山及岩浆运动产生含磁性矿物，在震旦系进行沉。图4.3.1-9塔里木盆地震旦系磁化率分布图南华系的磁化率呈现高值，分布在塔里木盆地北缘和西南缘，塔里木盆地西北缘的磁化率数据高值是由于该处发育玄武岩，根据测井资料，该处地层缺失，未包含南华系岩层，猜测该处的玄武岩为别处发生的岩浆运动形成的岩石，通过构造运动出现在北缘分地区，塔里木盆地东北缘也呈现中等磁化率或高磁化率，根据钻井资料显示，该处岩性主要为粉砂岩、砂岩和细砂岩，为沉积岩，因此我们可以判断沉积岩中含有磁性矿物，可能是由于南华系出现剧烈的造山运动和岩浆运动，火山岩的磁性矿物成分随着岩石的风化和剥蚀，进行了沉积作用，导致该时代形成的沉积岩具要比寒武系震旦系岩石磁化率高的特点。图4.3.1-10塔里木盆地南华系磁化率分布图根据上述的磁化率时代分布特征，我们可以得出结论，南华系可能经历了多期岩浆运动与造山运动，出露玄武岩等岩浆岩，同时沉积岩的磁化率普遍偏高也从侧面证明了该猜测。震旦系和寒武系在盆地北缘和西南缘，大都发育沉积岩，说明这两个时期构造活动较少，塔里木盆地进入一个平缓的发育期。影响岩石密度的因素有其矿物组成、岩石的孔隙度、岩石的构造以及它的温度压力环境。上述的因素对于不同的岩石影响程度是不同的。对火成岩来说，侵入岩的密度主要由它的化学组分决定，岩石从酸性到超基性，二氧化硅的含量逐渐减少，而镁铁质的氧化物含量逐渐增加，岩石的密度就会增大。而喷出岩的密度变化规律和侵入岩相同，但是由于喷出岩在外面冷却，它的凝固速度快，因此它的孔隙度比侵入岩要大，因此喷出岩相较于侵入岩来说，密度要小。对沉积岩来说，影响其密度大小的主要因素是矿物密度，孔隙度大小以及填充物决定的。沉积岩的孔隙度越小其密度就越大。由于沉积岩的形成环境是在压力下沉积的，我们可以得到，随着沉积岩的埋深变大，它的成岩作用就会加深导致岩石的密度变大。变质岩的密度主要取决于原岩的矿物成分。此外，它还和变质作用的性质密切相关，在区域变质作用下，绿片岩相的密度通常比原岩小，而其他深变质相的岩石密度通常比原岩大；在动力变质作用下，如果构造过程中应力较小，那么变质岩的密度小于原岩，繁殖，如果应力较大，则会引起岩石的再结晶作用，这将导致岩石的密度大于或等于原岩。第五章南华系-寒武系岩石电阻率和磁化率时间-空间变化的地质意义5.1南华系-寒武系岩石电阻率时间-空间变化的地质意义塔里木盆地西北缘主要为阿克苏地区，震旦系出露苏盖特布拉克组，主要为火山岩，发育玄武岩和辉绿岩，但测井反映出来的电阻率是低值，这可能于钻井位分布在火成岩脉上而是在沉积层上有关。寒武系主要为一套白云岩，但表现为高电阻率，可能混入了大量的岩浆岩脉。寒武系呈现大量的电阻率高值，这可能与寒武系早期寒武系基底有关，这可能与新元古代罗迪尼亚超大陆地下地幔柱活动有关，从侧面反映出塔里木板块从罗迪尼亚超大陆裂解出来。震旦系出露的苏盖特布拉克组发育大量的玄武岩和辉绿岩，玄武岩锆石U-Pb年带数据表明它产出于630-615Na，后期受到265-212Ma基性岩墙的侵入，这可以看作是超大陆裂解的证据，同时指示裂解不晚于震旦纪早期。塔里木盆地东北缘是指罗布庄凸起以北，库尔勒和若羌连线以东的地区。震旦系主要发育粉砂岩，砂岩和泥岩，实际电阻率也呈现低阻，符合表现出来的岩性特征。寒武系主要为一套石灰岩和泥岩沉积，表现为低-中电阻率，结合测井反映出的地质资料，这是因为沉积岩中混入了黄铁矿，在西尔山布拉克组发育了大量的黄铁矿泥岩。据地质资料指示，东北缘火山岩十分发育，但测井未显示该地质特征，可能与测井数量少有关导致资料不够全面。塔里木盆地南缘为和田地区，南华系发育棕褐色的花岗岩，对应电阻率高值。寒武系不整合与南华系之上，出露丘里塔格下亚群，主要为一套白云岩沉积，厚1783米，相应的其电阻率低。5.2南华系-寒武系岩石磁化率时间-空间变化的地质意义寒武系磁化率数据仅在西北缘和西南缘显示，塔西地区主要以变质岩和沉积岩为主，侵入岩发育极少，这也和磁化率在该处的特征相符。说明塔西喀什地区造山运动少，罕见岩浆活动。其中，阿瓦塔格组发育大量的盐岩和石膏岩，这说明在早寒武世可能发生海侵，随后发生海退，在地势高的地方，发生了强烈的蒸发作用，形成了较厚的膏盐层。震旦系磁化率主要分布在东北缘，磁化率很低，未找到地质资料中显示的东北缘震旦系发育火山岩的特征。南华系磁化率主要分布在北缘，具要高磁化率的特征。这说明塔东北喷发事件集中，根据地质资料，这一时期盆地主要在塔东和塔西两个地区接受沉积。5.3南华系-寒武系岩石电阻率和磁化率在塔里木深层勘探中的作用在资源勘探中，物性参数往往能起到很好的指示作用，通常，我们把能够储集油气且油气在一定压差能下流出来的岩层称为储集层。储集层必须要具有孔隙性和渗透性，在实际的勘探工作中，我们通过钻井资料，利用地质剖面来划分能够储存水、油、气的。在碎屑岩剖面的储集层中，测井资料具有以下显著特征：井壁上存在一定厚度的泥饼，测井曲线上为井径缩小，微电极曲线表现为中等视电阻率，曲线变化平缓但具有明显的幅度差。即是说，在拿到测井资料后，我们可以根据物性参数来对测井的孔隙度和渗透性做一个估计，通过对油层通常的物性参数做一个统计，当得到其参数范围时，我们可以通过物性参数来判断该地层是否存在有储集层的可能性，这可以大大提高勘探的效率。典型油层在测井曲线上有如下显著的特征：深探测电阻率较高，会发生减阻侵入，没有自由水，自然点击变化幅度略小于水层，录井有油气显示（包括岩屑录井、气测和井壁取心）或与邻井经试油资料证实的油层相似。我们就可以根据物性参数中的电阻率，出现电阻率高值异常的时候，再结合磁化率进行简单的分析判断，一般来说泥岩和碳酸盐岩可能是生油层，而砂岩和碳酸盐岩可能为储集层，膏盐层、泥岩和致密碳酸盐岩为盖层或隔层，这些岩层的磁化率往往是偏低的，因此在实际分析中，当出现磁化率低于平均值3倍以上，而电阻率出现高于均值3倍以上时，我们可以快速找到可能存在的储集层，在根据测井曲线进行进一步的分析，这对于勘探工作具有重要的意义。第六章结论与建议电阻率数据主要分布在塔里木盆地西北缘，塔里木盆地东北缘，塔里木盆地南缘。寒武系西北缘和南缘表现为高电阻率，东北缘表现为中高电阻率，塔东地区表现为低电阻率。震旦系电阻率在西北缘和北缘呈现低电阻，南缘和东缘为高电阻率。南华西电阻率数据较少，在东北缘呈现低电阻，在塔中地区呈现高电阻。从时代的角度来看寒武系的电阻率最高，在北缘和西南缘都具要高电阻率特征，震旦系电阻率在北缘低，猜测是冰碛岩盖层沉积导致，在塔中及南缘地区，出现电阻率较大值，可能是由于盆地边缘造山运动产生的火山碎屑岩沉积。南华西地层出露少，主要分布盆地边缘和东北部，大多是沉积岩，偶夹火山碎屑。磁化率分布特点是和田地区南部呈现中间磁化率高，两边磁化率较低的特征，磁化率高的数据分布主要在库地—其曼于特早古生代结合带，集中在博斯坦乡南，叶亦克东部和阿羌乡东部塔里木盆地西部为喀什地区，该处磁化率整体偏低，尽管该处该地区岩性复杂，但主要以变质岩为主，且副变质岩占优势，寒武系的磁化率大多表现为弱磁性或无磁性，震旦系的磁化率也表现为低磁性，但其磁化率稍高于寒武系，南华系的磁化率呈现高值，分布在塔里木盆地北缘和西南缘，塔里木盆地西北缘的磁化率数据高值是由于该处发育玄武岩，塔里木盆地东北缘也呈现中等磁化率或高磁化率，主要为粉砂岩，细砂岩等沉积岩。致谢感谢我的导师陈超教授，徐义贤教授在我的毕设期间给予我的指导，在我工作陷入思维上的误区时，老师们会