由蒙古国打井实例谈石英脉在MT-VCT成像中的物性反映

mt-vct · 发表于 2020-7-15 10:47

      由蒙古国打井实例谈石英脉在MT-VCT成像中的物性反映

                     郑州地象科技有限公司  寇伟  寇通

2019年4月我去蒙古国一个萤石矿帮朋友勘探找水打了两口水井，他们的选矿厂因缺水已经停工几个月了，打了4口井都不成功，着急打井恢复生产。我去的主要目的是要在萤石矿区对有钻探资料的剖面用VCT探测仪进行复勘，以便对比分析VCT成像中萤石矿的物性反映。去后在已经开挖的露天萤石矿测了十几条剖面，又在几百公里外新收购矿区正在钻探的剖面上探测了2条线，收获颇多，可供研究分析探索。
因打了两口水井，有实地凿井取样和打井记录，与VCT成像剖面图比较分析更具有客观性。尤其第一口井凿井深度300米，出水量仅有10方，远低于原来预估20方的出水量；第二口井仅打了170多米出水量就达到26方。究其原因就是第一口井中间有3层石英岩脉将水隔开了，即使是井孔在断裂构造中心处，沿裂隙渗透到下层的水量还是较少，看似有聚水层但出水量不足。在此不总结水的问题，而是重点对这口井所遇到的石英脉及其在VCT成像剖面图上的物性反映进行分析。

一、VCT大地电磁法理论的几个观点
1、大地电磁法的有效场源是来自于地球内部的导电流体和静磁场的相互作用产生的动态电磁场、与天上的电磁场信号无关。VCT视地表之上所有电磁信号皆为干扰予以屏蔽、以提高抗干扰能力。
2、大地电磁法在地表采集的是电磁波穿过地壳携带介质层电磁特性的剩余能量值，交替传播的电磁波电场与磁场分量皆可独立表征各地层介质的电磁特性，仅用磁传感器采集数据即可。
3、大地电磁场源各频率电磁波自下而上穿过地壳层整体性衰减后，反映介质电磁特性的测值不会随着探测深度加大信号衰减而递增，即使是1万米深度下水的测值依然是小于1的低值。
4、大地电磁法在地表采集的测值符合镜像法的唯一性定理要求，每个频率的测值与地下对应波长深度层介质电磁波能量值互为镜像关系，即每个频点都对应一个固定的深度层（波长），与介质的测值（电磁波幅值）无关。
5、电磁波以电场和磁场交替传播形式穿过地壳到达地表面，各层介质对入射电磁波产生反射、吸收、散射和透射作用使其被吸收衰减，这一衰减过程与介质的电阻率、介电常数无关。

二、有关VCT大地电磁法测值物性反映的几个概念
1、由于大地电磁场源发出电磁波能量及其经过各层介质具体衰减程度的不可测算性，在地表采集的全频段电磁波信号值只能是表征各频点所对应深度层介质电磁反应特性的相对值。
2、通过在地表采集到电磁波剩余能量值可知地层介质对于电磁波的吸收衰减特性，进而总结、判断该地层介质的属性。
3、地层介质的电阻率、介电常数、硬度、强度、密度都不能表征介质对于电磁波衰减特性的物性特征，国外大地电磁法原理推导出的电磁波衰减系数与实际明显不符、无参考价值。
4、利用物探方法只能通过探查地下介质之间的差异来判断地下岩层属性、异常及构造，任何仪器都不可能凭借勘探数据就肯定它是什么岩石，而是要根据以往勘探数据积累确定的岩性范围、结合地面勘查、地质资料及个人经验来判断它的属性。
三、地下不同介质在VCT成像中的物性反映
物探结果分析时主要目标是要找异常，也就是要找与上下层或左右明显不同的介质或构造。在VCT大地电磁法成像数据图表中由蓝绿黄红四种颜色且各有10种色差的VCT成像色块图显示从低到高的测值区间，在VCT成像平面图上一眼就能看出来的就是蓝色块低值与红色快高值异常，需要观察反映不同介质物性的某一测值区间时，还可以利用分析软件上的区段设定过滤显示功能、同时显示两个区段内的色块，以便观察不同介质在勘探剖面上的分布及位置。
1、VCT成像平面图中各种介质的测值区间
根据以往应用中总结的不同岩性的VCT成像物性参数区间为：
测值0--1：液态水或油。一般来说地下空隙内蓄水或聚水多的含水层的测值低，含水裂隙内测值较低，细小裂隙和孔隙内测值稍高，无论含水点围岩是泥土、泥岩或是花岗岩等，只要有含水裂隙或孔隙，都会是1以下的低值。
测值1--2：不含水黄土，堆积土，松散土，致密的粘土，硬的冲积土，粘土质土壤，碎石土，硬化的粘土，砂，小砾石，煤，破碎的面岩，结块的卵石和碎石，胶结的卵石和砂砾岩，各种不坚硬的面岩、泥灰岩、泥岩、泥质砂岩，等等。
测值2—3：砂质面岩，片状砂岩，普通砂岩，砂岩，灰岩，白云岩，中粗粒花岗岩，等等。
测值3—4：很硬的石灰岩、白云岩，不硬的花岗岩，硬的砂岩，硬大理岩，黄铁矿，等等。
测值4—5：硬度高的花岗岩、花岗质岩石，石英质矿脉，很硬的砾岩，很硬的铁矿石，中深层坚硬的砂岩和石灰岩，等等。
测值5—6：坚硬且完整性较高的石英质矿脉，纯度略差的石英岩，深层很硬的花岗岩、石英斑岩硅质面岩及硬度很高的岩石，等等。
测值6以上：极硬、极致密和韧性最大的石英质矿脉，石英岩，几千米之下坚硬的花岗岩、石英斑岩硅质面岩，等等。
2、地下液态水和油在VCT成像中的低值物性反映
在VCT成像平面图中水、油等液体都显示出明显的低值异常，测值约在0--1范围内。液体对电磁波的折射率大、将电磁波能量转换成热能的吸收衰减性好，其对应的VCT测值相对就低，在地下容水空间大的含水层内测值低于0.4的深度层点多、赋水性就好，而只是细小孔隙裂隙含水时测值低于0.4的深度层点明显就少。液态石油的折射率和对电磁波能量的吸收衰减性略低于水，其对应的测值区间略高于水、但明显低于其它固态介质，地下聚油多的断裂构造内测值相对就低，而散布在砂岩细小孔隙裂隙内油的测值相对就高。
3、VCT成像平面图中的高值异常反映
在VCT成像平面图中地下空穴中气体的电磁波穿透性好、折射率低，对应的测值基本上为4以上的高值。固体测值范围大多数与介质硬度和强度的参数值较为吻合，他们的的测值基本上为递阶增高。然而，在VCT成像平面图上会有规律性地出现一些高值异常情况，与其硬度和强度参数值相比明显会高出许多，就像是加热处理后同样硬度的金属、淬火急速冷却的与缓慢降温退火的存在着非常明显的差异。目前对这种现象的理解是岩浆上涌或喷发后迅速冷却、或者是岩层间产生剧烈摩擦等地质构造运动，导致该类介质表面硬度明显增大形成的。比如：在上下两种地层之间、或覆盖层之下会有一薄层明显高于两种地层测值、大于4的带状高值，以此可判断覆盖层深度或分层深度；曾经遇到过路边第四系土层中（地表10米之下）出现约1米厚看似烧烤过的浅黑色土层，在其上探测时该层测值明显高出上下土层一倍以上；含矿石英细、中脉带的测值约在4-6之间，含矿石英中、大脉带的测值约在5-7之间；而纯度较高的石英脉呈现6--20的红色高值反映在VCT成像平面图上更为清晰可见。

四、从蒙古国打井实例看石英脉的物性反映及特点


1、萤石矿区勘探定井及打井情况
勘探区位于蒙古国的一个正在开采的萤石矿区内，因矿区内岩脉发育好、含水裂隙少且连通性差，打了几口井要么出水量太少、要么没有水。使用VCT成像探水仪在矿区的北侧山沟内定了一眼井，勘探线路及断裂带走向如图一所示。该井从VCT成像剖面图上看确实是存在较明显的V形聚水断裂构造，至300米深度有5个明显的含水层，预计出水量应该在20方左右。实际凿井深度300米，出水量仅有10方，与原来预估出水量差距较大。究其原因就是该井在64、140和165米有3层连通性较好的石英岩脉将水隔开了，导致向下渗水裂隙导通性差，在两层之内的含水层和下面的两个含水层看似有聚水层、但因供给不足致使出水量明显减少。
                     图一  勘探线路及断裂带走向示意图
图一.jpg

2、萤石矿在VCT成像剖面图上的测值及分布特征
在25--33米深度层内有较为连续的萤石矿脉，倾角不大，有一定起伏、散落分布，基本上为矿区边上含矿很少的薄层萤石矿。该矿区内萤石矿从地表出露、浅部层状分布、到下面大倾角呈带状分布，边缘处多为没有开采价值散落分布的萤石矿。在凿井过程中遇到的块状萤石矿硬度不高、块体较小，测值多在4--6紫色块之间，个别测值为6--7红色快。

图二北南向1线（2线西10米），萤石矿反映及分布
图三北南向2线（井位78点），萤石矿反映及分布
图四北南向3线（2线东10米），萤石矿反映及分布
图二三四.jpg

3、薄层石英岩脉在VCT成像剖面图上的测值及分布特征
凿井至64米深度时遇到一薄层石英岩脉，因钻孔在断裂构造内含水裂隙发育较好的位置，穿过石英岩脉位置矿化度较高、硬度不是很大。
因萤石矿区最大开挖和钻孔深度都不到200米，加上要在此地找水定井，故在该区域使用VCT探测仪的勘探精度不是很高，具体分层为0--100米深度内间隔20cm/层、100--200米深度内间隔50cm/层，200--400米深度内间隔1米/层。该薄层石英岩脉位置在60--70米深度范围内，测深精度为间隔20cm就能够清晰显示出薄层高值的色块及分布情况。

图五北南向1线（2线西10米），薄层石英岩脉测值反映及分布
图六北南向2线（井位78点），薄层石英岩脉测值反映及分布
图七北南向3线（2线东10米），薄层石英岩脉测值反映及分布
图五六七.jpg

4、较深石英岩脉与断裂构造的关系
一是石英岩脉层倾角不大、宽度较大，应该属于岩浆充填不同地层接触带或断层而成（从图十与其东侧140米处勘探线路剖面图比较可知）；二是石英岩脉构造属于北东走向，与断裂构造的东西走向不一致，说明断裂构造对其影响不大；三是岩浆充填生成石英岩脉的构造运动在前、产生东西向断裂构造的运动在后，断裂构造导致已成岩的石英岩脉上下起伏较大、构造中心处连续性变差；四是以石英含量较高的红色快岩脉为主脉的连续性较好，在主脉层的上下接触影响带范围内会生成测值略低（4--6）的脉状萤石矿。

图八北南向1线（2线西10米），较深层石英岩脉测值反映及分布
图八.jpg