原位量化区分深海热液硫化物与围岩的钻测解析方法

技术领域

本发明属于深海热液硫化物资源评价研究领域，涉及原位量化区分深海热液硫化物与围岩的钻测解析方法。

背景技术

深海热液硫化物是广泛分布于洋中脊、弧后盆地和岛弧等深海环境中的金属矿产资源，具有重要的经济价值和开发利用前景。

深海热液硫化物可在海底面以下与围岩共存，混合形成超过百米厚度的堆积体。由于这种堆积体固结度较差，因此造成钻探取心效率极低，往往不足40％且取心各层段通常不连续，导致无法用岩心样品直接进行资源潜力评估。基于上述原因，对钻孔进行原位物性测量、结合钻孔岩心样品的实验室物性测试特征进行拟合分析，进而解析各层段硫化物和围岩的分布及相对含量就成为准确评估深海硫化物资源潜力的必备途径。

当前在深海热液硫化物区进行的钻探工作较少，钻孔测量工作更是凤毛麟角，针对钻孔岩层含矿性解析的相关理论基础和方法仍不成熟，严重制约了科学界和工业界对于深海硫化物资源价值的准确认知和开发利用准备工作。目前亟需原位量化区分深海热液硫化物与围岩的钻测解析方法。

有鉴于此，特提出本专利申请。

发明内容

本发明所述原位量化区分深海热液硫化物与围岩的钻测解析方法，在于解决上述现有技术存在的问题和需求，提出一种可行的钻测解析手段，以实现准确识别出整个钻孔剖面硫化物和围岩分布情形与相对含量的目的。

为实现上述设计目的，所述原位量化区分深海热液硫化物与围岩的钻测解析方法包括下述步骤：

步骤1、在硫化物矿区进行钻孔取心，开展多参数钻孔测量并依据测量曲线从顶到底进行岩层层段划分；

步骤2、对取心样品进行实验室物性测试、分层显微镜识别和实验计算；

步骤3、建立实验室环境下的硫化物和围岩的区分公式；

步骤4、将各层段钻孔测量曲线的平均值带入步骤3得出的区分公式，计算出整个剖面各层段硫化物和围岩的相对含量。

进一步地，所述的步骤1包括下述过程：

在深海硫化物矿区海底面，进行钻孔取心；

取心完成后，在钻孔中央垂直下放物性测量设备并开始进行全孔段测量工作；

当存在更多测量曲线时，选择最稳定的一条曲线为基准，用以校正其他曲线的深度范围；

以测量曲线的极大值及其相邻极小值的中间深度值点、或是测量曲线的极小值及其相邻最大值的中间深度值点为界，将整个测量剖面从顶到底进行若干层段划分；

进一步地，所述的步骤2包括下述过程：

将从深海钻孔中采集到的岩心样品浸泡在与取心时相同温度和压力的海水中，对其进行从顶到底的连续物性测试；

测试完毕后，取出样品，对其进行分层显微镜识别和实验计算，得到每一层段的硫化物和围岩的相对含量值。

进一步地，所述的步骤2中，实验室海水温度通过钻孔内下放测量设备的温度探头测得，实验室海水表面压力通过钻孔海底面的单波束或者多波束的中央波束水深值计算得出。

进一步地，所述的步骤3包括下述过程：

基于多参数物性测量方法，建立实验室环境下硫化物和围岩的区分标准；

感应电阻率、声波速度与硫化物或围岩相对含量之间存在多项式函数关系，基于步骤2测得的每一个层段的感应电阻率、声波速度与硫化物的相对含量进行多项式回归分析，得到下述拟合公式，

P

其中，R和S分别代表某一个岩层层段的感应电阻率值和声波速度值，a

进一步地，所述的步骤4包括下述过程：

读取钻孔剖面物性探测曲线上、不同层段内各深度值所对应的曲线数值，计算出各层段各物性参数的平均值；

将计算出的各层段感应电阻率和声波速度的平均值带入步骤3得出的拟合公式(1)，得出钻孔全剖面测量曲线上各层段的硫化物和围岩的相对比例。

综上，本申请提出的原位量化区分深海热液硫化物与围岩的钻测解析方法具有的优点是，有效解决了现有技术在量化区分深海热液硫化物堆积体纵剖面上硫化物和围岩分布相关理论和方法上的匮乏，提出了具体且可行性的钻测解析方案，能够准确识别出整个钻孔剖面的硫化物和围岩的分布及相对含量，从而为深海热液硫化物资源量的准确评估和开发利用提出相关理论基础和技术参考。

附图说明

图1为原位量化区分深海热液硫化物与围岩的钻测解析方法的流程图；

图2为应用本申请所述方法的解析结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1，本申请提出的原位量化区分深海热液硫化物与围岩的钻测解析方法，包括下述实施步骤：

步骤1、在硫化物矿区进行钻孔取心，开展多参数钻孔测量并依据测量曲线从顶到底进行岩层层段划分；

选择一个地形平坦的深海硫化物矿区海底面，借助海底钻机、钻探平台或者钻探船垂直向下钻孔，并进行样品取心；

取心完成后，在钻孔中央垂直下放物性测量设备并开始进行全孔段测量工作；

具体地，以感应电阻率(单位为Ω·m)和声波速度(单位为μm/s)测量设备为例，当设备下放测量曲线与上提测量曲线存在差异时，以设备上提时的测量曲线为最终结果；由于声波测量受小颗粒沉积物、井壁孔隙等外界干扰因素相对更多，因此以相对更稳定的感应电阻率曲线为准，将声波速度曲线的深度值校准到感应电阻率曲线上，使两条测量曲线的深度范围保持一致；

当存在更多测量曲线时，同样地选择最稳定的一条曲线为基准，用以校正其他曲线的深度范围；

以测量曲线的极大值及其相邻极小值的中间深度值点、或是测量曲线的极小值及其相邻最大值的中间深度值点为界，将整个测量剖面从顶到底进行若干层段划分，此时每一个层段内的硫化物和围岩均匀分布；

测量曲线的极大值或者极小值点用以下公式来界定：

f(x)′＝0

其中，x为测量曲线的数值；

比如，f(x

需要注意的是，由于测量精度的制约，层间距小于2cm的层段通常不被认为是独立层段，而是归入上一层段或者下一层段中，即x

步骤2、对取心样品进行实验室物性测试、分层显微镜识别和实验计算；

将从深海钻孔中采集到的岩心样品浸泡在与取心时相同温度和压力的海水中，对其进行从顶到底的连续物性测试；

其中，实验室海水温度通过钻孔内下放测量设备的温度探头测得，实验室海水表面压力通过钻孔海底面的单波束或者多波束的中央波束水深值计算得出；

以感应电阻率和声波速度测量方法为例，岩心样品室内物性测试时，检测器与样品的距离与钻孔中设备与井壁的距离一致；此处的声波速度为纵波速度，利用声波检测仪测得，其值为样品的声程除以声波穿过样品的时间；感应电阻率利用电性测量仪测得，其值为样品横剖面积与电阻值的乘积除以两个测量电极间的长度；

测试完毕后，取出样品，对其进行分层显微镜识别和实验计算，得到每一层段的硫化物和围岩的相对含量值；由于这些岩心样品赋存在热液区海底面以下，氧化物含量极低，因此可忽略氧化物组分，只考虑围岩和硫化物的相对含量；

将样品按照一定厚度切片后，磨制成光片，在显微镜下观察整个光片样品。由于组成岩石的矿物与组成硫化物的矿物在反射光泽上存在明显差异，岩石矿物多为玻璃光泽或油脂光泽，而硫化物矿物具有明显的金属光泽。因此在光片上圈划出所有具有金属光泽的矿物，并将这些圈划区域的面积进行累加，然后除以整个样品的面积，即可得到硫化物的相对面积含量。然后，再用硫化物的相对面积含量乘以该层位硫化物的密度，除以硫化物和围岩与各自密度的乘积之和，即可得到硫化物和围岩的相对百分含量。

各层位岩心样品中硫化物和围岩的密度，通过显微镜下挑选出来的硫化物和围岩样品的重量除以其体积获得，其中重量通过电子天平称重得到，体积通过排水法得到。

岩心样品中硫化物含量的计算公式：P

岩心样品中围岩含量的计算公式：P

其中，P

步骤3、建立实验室环境下的硫化物和围岩的区分公式；

基于多参数物性测量方法，建立实验室环境下硫化物和围岩的区分标准；

以感应电阻率和声波速度测量方法为例，首先，由于深海热液硫化物是金属阳离子物质与硫阴离子结合而成，导电性强，其感应电阻率低于岩浆冷凝形成的围岩；其次，深海热液硫化物是从热液流体中沉淀出来堆积而成，未经过压实作用和交代作用，因此其孔隙度高于围岩，导致其声波传播速度低于围岩；

基于以上关系可以确定感应电阻率、声波速度与硫化物或围岩相对含量之间存在多项式函数关系；引用步骤2中测得的每一个层段的感应电阻率、声波速度与硫化物的相对含量进行多项式回归分析，可拟合得到公式如下：

p

其中，R和S分别代表某一个岩层层段的感应电阻率值和声波速度值，a

步骤4、将各层段钻孔测量曲线的平均值带入步骤3得出的区分公式，计算出整个剖面各层段硫化物和围岩的相对含量；

读取钻孔剖面物性探测曲线上不同层段内各深度值所对应的曲线数值，计算出各层段各物性参数的平均值；

以感应电阻率(R)和声波速度(S)为例，将计算出的各层段感应电阻率和声波速度的平均值带入步骤3得出的拟合公式(1)，得出钻孔全剖面测量曲线上各层段的硫化物和围岩的相对比例；

钻测解析结果如图1所示。

如上所述，结合附图和描述给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案，均仍属于本发明技术方案的权利范围。