機岩礦各項指標含量
1. 頁岩儲層特徵
頁岩本身既是烴源岩又是儲集層，是一種典型的「原位飽和成藏」機制形成。生物化學生氣階段，天然氣或油裂解氣首先吸附在有機質和岩石顆粒表面或聚集在有機質孔隙內，原位滯留飽和後，過飽和的天然氣以游離相或溶解相，向外初次運移到上覆無機質頁岩地層的孔隙中聚集，一部分以游離相存在於粒內、粒間孔或裂縫中，再飽和後，一部分天然氣二次運移到常規儲集層，形成常規天然氣藏(圖5-9)。
圖5-9 頁岩氣形成機理與飽和成藏模式
一、岩石礦物組成
脆性礦物含量是影響頁岩基質孔隙和微裂縫發育程度、含氣性及壓裂改造方式等的重要因素。頁岩中粘土礦物含量越低，石英、長石、方解石等脆性礦物含量越高，岩石脆性越強，在外力作用下越易形成天然裂縫和誘導裂縫，形成樹狀或網狀結構縫，有利於頁岩氣開采。而高粘土礦物含量的頁岩塑性強，吸收能量強，以形成平面裂縫為主，不利於頁岩體積改造。
美國產氣頁岩中石英含量為28%～52%，碳酸鹽含量為4%～16%，總脆性礦物含量為46%～60%。Halliburton(2008)對北美地區多套頁岩的統計及Jarvie(2007)對Barnett頁岩礦物組成的分析(Daniel， et al.，2008;Jenking，2008)，認為頁岩岩礦組成不存在統一模式，如路易斯安那地區位於二級層序海進體系域中的侏羅系Haynesville頁岩，自下而上可劃分為3個基本類型:生物碎屑泥灰岩、紋層狀頁岩及硅質頁岩，其礦物組成粘土礦物含量為50%，石英和方解石含量為50%。加拿大三疊系Montney頁岩，由紋層泥質粉砂岩、富有機質頁岩互層組成，陸源碎屑石英含量呈現縱向波動變化。斯倫貝謝公司利用ECS(元素俘獲能譜)測井及SpectroLith岩性處理解釋技術分析同樣說明(圖5-10)，北美產氣頁岩礦物組成特徵與Barnett頁岩有很大區別。Barnett頁岩以硅質含量高為特徵，Eagle Ford頁岩碳酸鹽含量高(50%以上)。因此，富有機質頁岩儲層發育分布特徵受沉積環境控制，不同沉積模式下的富有機質頁岩儲層礦物組有較大變化。
圖5-10 北美頁岩儲層岩石礦物組成對比
中國海相頁岩、海陸過渡相炭質頁岩、湖相頁岩3種頁岩類型，脆性礦物含量總體比較高，均達到40%以上，如上揚子區古生界海相頁岩石英含量為24.3%～52.0%，長石含量為4.3%～32.3%，方解石含量為8.5%～16.9%，總脆性礦物含量為40%～80%(表5-4;圖5-11);四川盆地須家河組粘土礦物含量一般為15%～78%，平均為50%左右;石英、長石等脆性礦物含量一般為22%～86%，平均為50%左右。鄂爾多斯盆地上古生界含煤層系炭質頁岩石英含量為32%～54%，平均48%，總脆性礦物含量為40%～58%;鄂爾多斯盆地中生界湖相頁岩石英含量為27%～47%，平均40%，總脆性礦物含量為58%～70%。岩石礦物組成對頁岩氣後期開發至關重要，具備商業性開發的頁岩，一般其脆性礦物含量要高於40%，粘土礦物含量小於30%。
表5-4 中國四川盆地與北美頁岩地質條件對比
圖5-11 四川盆地下古生界富有機質頁岩礦物組成百分含量
二、頁岩儲層孔滲與微裂縫特徵
1.孔滲特徵
頁岩孔隙大小從1～3nm至400～750nm不等(Robert， et al.，2009)，比表面積大，結構復雜，豐富的內表面積可以通過吸附方式儲存大量氣體。頁岩儲層孔隙度、滲透率具有明顯的正相關性，是頁岩含氣性的重要控制因素，如EagleFord頁岩儲層充氣孔隙度高達10%，含氣飽和度高達80%，相應的滲透率高達0.1×10-3μm2，為優質頁岩儲層。中國海相富有機質頁岩微孔-納米孔十分發育(圖5-12)，既有粒間孔，也有粒內孔和有機質孔，尤其有機質成熟後形成的納米級微孔甚為發育，這些納米級微孔是頁岩氣賦存的主要空間。四川盆地華鎣山紅岩煤礦龍馬溪組和威遠地區筇竹寺組頁岩實測結果:龍馬溪組頁岩孔隙度為2.43%～15.72%，平均4.83%;筇竹寺組頁岩孔隙度為0.34%～8.10%，平均3.02%。鄂爾多斯盆地中生界湖相頁岩實測孔隙度為0.4%～1.5%，滲透率為(0.012～0.653)×10-3μm2。
有利頁岩氣儲層與一定區域地質背景下的構造、沉積、有機地球化學特徵密切相關，如目的層大多為含油氣系統中主力烴源岩，尤其以海進體系域黑色頁岩為佳，有機質以傾油的Ⅱ型乾酪根為主，且現今處於大量生氣階段或充注過程中，既保存了較高的殘余有機質豐度，儲集大量吸附氣，又能夠增加一定孔隙度，容納足夠數量的游離氣，同時有助於提高基質系統的滲透性(王正普等，2007)，使得頁岩儲層品質提高，形成優質頁岩儲層。
2.微裂縫
裂縫的發育可為頁岩氣提供充足的儲集空間，也可為頁岩氣提供運移通道，更能有效提高頁岩氣產量(程克明等，2009;張金川等，2004;Hill， et al.，2000;Bowker，2002;Hill，2002)。在不發育裂隙的情況下，頁岩滲透能力非常低。石英含量高低是影響裂縫發育的重要因素，富含石英的頁岩段脆性好，裂縫的發育程度比富含方解石的泥頁岩更強。Nelson認為，除石英外，長石和白雲石也是泥頁岩中易脆組分。一般頁岩中具有高含量的粘土礦物，但暗色富有機質頁岩中的粘土礦物含量通常則較低。頁岩氣勘探必須尋找能夠壓裂成縫的頁岩，即頁岩的粘土礦物含量足夠低(＜50%)、脆性礦物含量豐富，使其易於成功壓裂。
中國海相頁岩、海陸交互相炭質頁岩和湖相頁岩均具有較好的脆性特徵，無論是野外地質剖面還是井下岩心觀察，發現其均發育較多的裂縫系統。如:上揚子地區寒武系筇竹寺組、志留系龍馬溪組黑色頁岩性脆、質硬，節理和裂縫發育，在三維空間成網路狀分布，岩石薄片顯示，微裂縫細如發絲，部分被方解石、瀝青等次生礦物充填;鄂爾多斯盆地上古生界山西組岩心切片可看到呈網狀分布的微裂縫;鄂爾多斯盆地中生界長7段黑色頁岩頁理十分發育，風化後呈薄片狀。
三、頁岩儲層含氣性
根據含氣性，頁岩氣區帶可劃分為核心區、外圍區。頁岩含氣量是衡量頁岩氣是否具經濟開采價值和進行資源潛力評估評價的重要指標，頁岩含氣量包括游離氣、吸附氣及溶解氣等。哈里伯頓公司(2009)認為商業開發遠景區頁岩含氣量最低為2.8m3/t。北美已實現商業開發的頁岩氣，其含氣量最低約為1.1m3/t，最高達9.91m3/t(表5-4)。吸附氣部分主要與有機質、粘土礦物相關，游離氣部分主要與基質孔隙相關。圖5-13說明頁岩吸附能力與有機質含量呈現正相關關系。
圖5-12 四川盆地下古生界頁岩有機質微孔-納米級孔隙分布特徵
圖5-13 Barnett頁岩含氣量與有機質豐度TOC關系
①1scf(標准立方英尺)=0.0283168m3
需要強調的是，從頁岩生烴、富集成藏機理的角度看，頁岩有機質數量與質量等都是頁岩含氣量的關鍵影響因素。進一步而言，頁岩氣藏形成的有機質豐度下限及成熟度就是很關鍵的問題。目前，斯倫貝謝(Charles Boyer et al.，2006，轉引自《頁岩氣地質與勘探開發實踐叢書》編委會，2009)及Devon等在頁岩氣藏勘探開發實踐中，將TOC含量下限值確定為2.0%。這一選值實際上相當於石油地球化學家在評定源岩等級時所確定的「好生油岩」標准。結合母質類型、熱成熟度、礦物組成和岩石結構進行綜合分析和判識，對於提高頁岩氣藏勘探開發的效果非常重要。有機質成熟度Ro大於1.2%往往被普遍作為形成有利的頁岩氣上限。
實測發現，四川盆地下寒武統筇竹寺組黑色頁岩含氣量為1.17～6.02m3/t，龍馬溪組黑色頁岩含氣量為1.73～5.1m3/t，與北美產氣頁岩的含氣量(表5-4)相比，均達到了商業性頁岩氣開發的下限，具備商業性開發價值。由於中國頁岩氣尚未進入開發階段，鑽探頁岩氣井少，因此無法獲取更多的頁岩含氣量數據。但根據老井復查結果(程克明等，2009;王蘭生等，2009;王社教等，2009;王世謙等，2009;張金川等，2008)，在已往的鑽井中，鑽遇的黑色頁岩段發現了大量的氣測顯示，有井涌和井噴現象發生，證明頁岩段含氣性很好。如四川盆地威遠地區鑽穿筇竹寺組的107口井中，有32口井52個井段出現不同級別的氣測顯示，威5井在鑽至2795～2798m筇竹寺組頁岩層段時發生井噴，中途測試獲日產2.46×104m3的天然氣;鑽穿川南地區下志留統龍馬溪組頁岩層段的15口井中有32個層段見良好氣測顯示，陽63井3505～3518m龍馬溪組頁岩段，測試後獲日產天然氣3500m3。
四、頁岩儲層評價標准
根據Barnett和Haynesville等北美主要頁岩氣藏的地質特點，頁岩氣優質儲層一般具備如(表5-5)所示特點，此標准對於開展中國頁岩氣儲層評價具有重要指導意義。
中國頁岩勘探開發尚處於起步階段，頁岩氣地質條件與美國相比既有相似性，也存在很多差異。因此，對頁岩儲層評價的標准還不能完全照搬北美頁岩氣儲層評價標准(蔣裕強等，2009)。根據中國南方海相和北方海陸交互相頁岩氣富集特徵，從厚度、地化指標、脆性礦物含量、物性、孔隙流體和力學性質等方面確定的中國頁岩儲層評價標准(表5-6)為:厚度大於30m，熱成熟度為1.1%～4.5%，有機質含量＞2%，具有較好脆性(石英、方解石等脆性礦物含量大於40%，粘土含量小於30%)，有效孔隙度在2%以上，含油飽和度低於5%，岩石楊氏彈性模量在3.03MPa以上，泊松比小於0.25。
表5-5 北美主要產氣頁岩儲層特徵
表5-6 中國頁岩氣儲層評價標准
2. 礦的含量多少
鉛鋅礦 簡介
鉛是人類從鉛鋅礦石中提煉出來的較早的金屬之一。它是最軟的重金屬，也是比重大的金屬之一，具藍灰色，硬度1.5，比重11.34，熔點327.4℃，沸點1750℃，展性良好，易與其他金屬(如鋅、錫、銻、砷等)製成合金。
鋅從鉛鋅礦石中提煉出來的金屬較晚，是古代7種有色金屬(銅、錫、鉛、金、銀、汞、鋅)中最後的一種。鋅金屬具藍白色，硬度2.0，熔點419.5℃，沸點911℃，加熱至100～150℃時，具有良好壓性，壓延後比重7.19。鋅能與多種有色金屬製成合金或含鋅合金，其中最主要的是鋅與銅、錫、鉛等組成的黃銅等，還可與鋁、鎂、銅等組成壓鑄合金。
鉛鋅用途廣泛，用於 我國鉛鋅礦分布電氣工業、機械工業、軍事工業、冶金工業、化學工業、輕工業和醫葯業等領域。此外，鉛金屬在核工業、石油工業等部門也有較多的用途。
礦產分布
分布廣泛，但儲量主要相對集中幾個省區。目前，已有 27個省、區、市發現並勘查了鉛鋅資源，但從富集程度和現保有儲量來看，主要集中於6個省區，鉛鋅合計儲量大於800萬噸的省區依次為雲南2662.91萬噸、內蒙古1609.87萬噸、甘肅1122.49萬噸、廣東1077.32萬噸、湖南888.59萬噸、廣西878.80萬噸，合計為8239.98萬噸，佔全國鉛鋅 我國鉛鋅礦分布合計儲量12956.92萬噸的64%。從三大經濟地區分布來看，主要集中於中西部地區，鉛儲量佔73.8%，鋅儲量佔74.8%。
礦物特點
鉛鋅礦礦石標本鉛鋅在自然界里特別在原生礦床中共生極為密切。它們具有共同的成礦物質來源和十分相似的地球化學行為，有類似的外層電子結構，都具有強烈的親硫性，並形成相同的易溶絡合物。它們被鐵錳質、粘土或有機質吸附的情況也很相近。鉛在地殼中平均含量約為15×10-6，在有關岩石中平均含量：砂岩7×10-6、碳酸鹽岩9×10-6、頁岩20×10-6。鋅在地殼中平均含量約為80×10-6，在有關岩石中平均含量：玄武岩105×10-6、花崗岩中60×10-6、砂岩16×10-6、碳酸鹽岩20×10-6、頁岩95×10-6。
目前，在地殼上已發現的鉛鋅礦物約有250多種，大約1/3是硫化物和硫酸鹽類。方鉛礦、閃鋅礦等是冶煉鉛鋅的主要工業礦物原料。
礦石工業要求
盡管現在已發現有250多種鉛鋅礦物，但可供目前工業利用的僅有17種。其中，鉛工業礦物有11種，鋅工業礦物有6種，以方鉛礦、閃鋅礦最為重要。還有菱鋅礦、白鉛礦等。
礦石工業類型，以礦石自然類型為基礎，按礦石氧化程度可分為硫化礦石(鉛或鋅氧化率＜10%)、氧化礦石(鉛或鋅氧化率＞30%)、混合礦石(鉛或鋅氧化率10%～30%)；按礦石中主要有用組分可分為：鉛礦石、鋅礦石、鉛鋅礦石、鉛鋅銅礦石、鉛鋅硫礦石、鉛鋅銅硫礦石、鉛錫礦石、鉛銻礦石、鋅銅礦石等；按礦石結構構造，可分為：浸染狀礦石、緻密塊狀礦石、角礫狀礦石、條帶狀礦石、細脈浸染狀礦石等。
為適應我國鉛鋅礦地質勘探工作和礦山生產建設的需要，地質礦產部和冶金工業部根據我國鉛鋅礦產資源狀況和采選冶技術條件，於1983年聯合制定並頒布《鉛鋅礦地質勘探規范》(試行)，制定了鉛鋅礦一般工業指標，普查勘探中用於評價礦床有否工業價值。
礦業簡史
中華民族的祖先對鉛鋅礦的開采、冶煉和利用曾做出過重要貢獻。中國古代「鉛」寫作「釒公」。商代(公元前16～前11世紀)中期在青銅器鑄造中已用鉛，西周(公元前11世紀～前771年)的鉛戈含鉛達99.75%。在古代，鉛往往被加入銅中成為合金化金屬，還用來製作鉛白、鉛丹等。古代煉鉛的原料有兩類，一類是氧化鉛，以白鉛礦為主，另一類是硫化礦，以方鉛礦為主。明代陸容在《菽園雜記》中有敘述含銀硫化鉛礦的冶煉方法。宋應星在《天工開物》中提到當時開採的三種鉛鋅礦物，一種是「銀礦鉛」，系指與輝銀礦等共生的方鉛礦；另一種是「銅山鉛」，系指含方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦等的多金屬礦；還一種是「草節鉛」，可能是指結晶粗大的方鉛礦。
由於鉛礦中多含有銀，古代為了提取白銀，因此大量開采並冶煉鉛。
中國是最早發明煉鋅的國家。古代稱鋅為「倭鉛」。煉鋅，據史料記載至遲在10世紀的五代就已能冶煉。貴州赫章志上即有該縣媽姑地區在五代後漢高祖天福年間(公元947年)開始煉鋅的記載。明代宋應星在《天工開物》中也有敘述，用爐甘石作原料，用坩堝冶煉，書中附有圖。
明、清時鋅主要用配製黃銅，供鑄錢及製造各種器皿用。約在17世紀初開始向歐洲出口鋅錠。1745年從廣州裝運鋅錠的一艘船在瑞典哥德堡觸礁沉沒，1872年被打撈起一部分鋅錠，經分析鋅含量達98.99%，可見當時中國冶煉鋅的水平是相當高的。
中國古代不僅對鉛鋅的冶煉和利用有重要創舉，而且很早就認識了鉛鋅礦的產出分帶性。在《管子·地數篇》中就記載「上有陵石者，下有鉛錫赤銅」，「上有鉛者 ，其下有銀」。當代許多鉛鋅礦床的勘查有不少的礦區都是通過古礦硐和冶煉爐渣遺址等發現的。
近百年來，在舊中國時期鉛鋅業基礎薄弱，只有幾個規模小的礦山和工廠，采礦、選礦、冶煉基本上土法生產，最高年產量，鉛8900t、鋅7100t。新中國成立後，鉛鋅業發展很快。經過40多年來的大規模地質勘查，探明了豐富的鉛鋅礦產資源，建設了一大批國營大中型鉛鋅礦山和冶煉廠，形成了較大的采選冶生產能力，產量居於世界前列。1996年鉛精礦(金屬含量，下同)產量64.3萬t，鋅精礦(金屬含量，下同)產量112.1萬t。鉛鋅金屬產量(含礦產產量和雜產產量)：鉛70.6萬t，居世界第2位；鋅118.4萬t，居世界第1位。現在不僅滿足國內需求，而且還出口鉛鋅產品，成為世界鉛鋅生產大國之一。
3. 岩漿岩的礦物成分
盡管自然界的礦物種類很多，但組成岩漿岩的常見礦物只有十幾種，這些礦物稱為主要造岩礦物（rock-forming mineral）。對於主要造岩礦物可以根據其含量多少、成分、成因等進行多種劃分。
1.按照礦物含量多少的劃分
岩漿岩的主要礦物的平均含量見表1-2，其中長石含量最高，占整個岩漿岩成分的60%以上，其次是石英。因此這兩種礦物就成了岩漿岩的鑒別和分類的重要依據之一。為了便於研究不同礦物的含量與特徵，將岩漿岩中的礦物分為主要礦物、次要礦物和副礦物。
◎主要礦物：在岩石中含量較高，是劃分岩石大類的依據，是確定岩石名稱所不可缺少的。例如，花崗岩類的主要礦物是石英和鉀長石，若不含石英和鉀長石就不能定名為花崗岩。
◎次要礦物：在岩石中含量較低，對劃分岩石大類不起主要作用，但可作為確定岩石種屬的依據。例如，花崗岩中石英和鉀長石是主要礦物，但也可以含有少量的角閃石或黑雲母，它們是次要礦物，此時，角閃石和黑雲母就可作為劃分花崗岩種屬的依據，如含角閃石的花崗岩稱角閃花崗岩，含黑雲母的花崗岩稱黑雲母花崗岩。次要礦物和主要礦物因岩石種類而異，如角閃石在花崗岩中是次要礦物，而在閃長岩中是主要礦物，橄欖石在輝長岩中是次要礦物，在橄欖岩中則是主要礦物。
◎副礦物：含量最低，通常不到1%，個別情況下可達5%，因此在一般岩漿岩的分類命名中不起作用。常見的副礦物有鉻鐵礦、磁鐵礦、鈦鐵礦、鋯石、榍石、磷灰石、褐簾石、石榴子石、碳酸鹽類礦物等。但是，有時在某些特殊類型的岩石中，通常作為副礦物的某些礦物會成為次要礦物甚至主要礦物。例如，碳酸鹽礦物，在一般岩漿岩中為副礦物，但在碳酸岩中為主要礦物。
2.按照礦物成分的劃分
按化學成分特點，將主要造岩礦物分為兩類：
◎硅鋁礦物：SiO2與Al2O3的含量較高，不含Fe、Mg，其中包括石英、長石類及副長石類。這些礦物顏色較淺，所以又叫淺色礦物（light-colored mineral）。
◎鎂鐵礦物：FeO與MgO的含量較高，SiO2含量較低，主要包括橄欖石類、輝石類、角閃石類及黑雲母類等礦物。這些礦物的顏色一般較深，多為黑色或暗綠色，所以又叫暗色礦物（dark-colored mineral）。岩石的顏色、密度常與鐵鎂礦物的含量有關，含鐵鎂礦物多的，顏色深，密度較大，反之顏色淺，密度較小。
在岩漿岩中，鐵鎂礦物和硅鋁礦物的含量是隨岩石而異的。有的岩石淺色礦物集中，有的又是鐵鎂礦物較多。鐵鎂礦物在岩漿岩中的百分含量稱為色率（color index）。色率是肉眼鑒定岩石的重要指標，就鈣鹼性岩石而言，色率越高，岩石越基性，反之岩石越酸性。例如，橄欖岩的平均色率為90，輝長岩為30～50，閃長岩為20～30，花崗岩小於10（參見表1-2）。
盡管造岩礦物種類繁多，但其中最主要的不外乎橄欖石、輝石、角閃石、黑雲母、斜長石、鉀長石、石英七種。這七種礦物在不同種類的岩石中的組合和相對含量都不相同，故在標本上鑒定這些岩石時，主要的任務之一就是正確鑒定出岩石中的這些礦物的種類及其相對含量，以區別不同類別的岩漿岩。
3.按照礦物成因的劃分
按成因，岩漿岩礦物可分為原生礦物、他生礦物和次生礦物三類。
◎原生礦物：在岩漿結晶過程中所形成的礦物，如橄欖石、輝石、角閃石、雲母、長石、石英等，也包括部分岩漿作用晚期析出的富含揮發分的礦物，如電氣石、螢石等。
◎他生礦物：一般在正常的岩漿岩中不出現，大多是由於岩漿同化了圍岩和捕虜體使其成分發生變化而形成的。如果花崗岩漿同化了碳酸鹽類的岩石，則形成富含鈣的硅酸鹽礦物，如鈣鐵榴石、硅灰石等；如果同化了泥質岩石，則常形成堇青石、紅柱石等富鋁礦物。
◎次生礦物：是在岩漿岩形成後，由於受到風化作用或岩漿期後熱液蝕變作用，由原生礦物發生變化而形成的新礦物。例如，橄欖石蝕變成蛇紋石或伊丁石，輝石、角閃石蝕變成綠泥石，鉀長石蝕變成高嶺石等。這些次生礦物交代原生礦物後，還常保留有原生礦物的外形，稱為礦物假象。
4. 選礦指標如何計算
金屬礦主要算精礦的回收率，試驗中，精礦回收率=（精礦產率*精礦品位）/（100*給礦產率）*100%
生產上 就得看整個選礦流程有幾個產品了，利用方程式計算出產率，再由上面的公式計算回收率
5. 岩心鑽探六大指標是什麼
岩心鑽探六大指標：
鑽孔布置；
岩、礦心採取率與整理；
鑽孔彎曲度與測量、孔深誤差測量與校正；
簡易水文觀測和工程地質編錄；
原始班報表；
終孔與封孔
6. 石灰岩礦床地質勘查與評價
一、礦床一般工業指標
不同的工業用途，對石灰岩礦石有不同的工業要求。
.1 冶金熔劑、電石、制鹼石灰岩化學成分一般要求（表20-1、表2-02）
表20-1 黑色冶金熔劑石灰岩化學成分一般要求
表20-2 有色冶金熔劑、電石、制鹼石灰岩化學成分一般要求
2.水泥原料礦石化學成分一般要求（表20-3）
表20-3 水泥用石灰質原料礦石化學成分一般要求
3.礦山開采技術條件要求
礦山露天開采技術條件一般要求如下：
1）最低可采標高：一般不低於礦區附近的最低地平面標高，如低於最低地平面標高，必須通過技術經濟論證確定。
2）剝采比：覆蓋層、脈岩、夾層、邊坡圍岩的剝離總量與礦石總量之比，一般不大於0.5:1(m3/m3）。
3）可采厚度：大、中型礦一般8 m，小型礦4 m。
4）夾石剔除厚度：一般2 m。
5）采場最終邊坡角：一般50。～60°。
6）采場最終底盤最小寬度：大中型一般不小於60 m，小型礦一般不小於40 m。
7）爆破安全距離：礦床開采邊界對公路、鐵路、高壓線、居民區和其他主要建築物的爆破安全距離一般不小於300m，如爆破安全距離小於300m時，應與投資者商定。
二、礦床勘探類型的劃分
.1 勘查類型劃分的主要地質依據
（1）礦體內部結構復雜程度
1）簡單：礦石質量穩定或變化有規律，不含或含少量不連續夾層。
2）中等：礦石質量較穩定，含不連續夾層，分布無規律。
3）復雜：礦石質量不穩定，含較多的不連續夾層，分布無規律。
（2）礦體厚度穩定程度
1）穩定：礦體連續，厚度變化小或呈有規律變化，厚度變化系數＜40%。
2）較穩定：礦體基本連續，厚度變化不大，局部變化較大，厚度變化系數40%～70%。
3）不穩定：礦體連續性差，厚度變化大，變化無規律，厚度變化系數＞70%。
（3）構造復雜程度
1）簡單：礦體呈單斜或寬緩向、背斜，產狀變化小，一般沒有較大斷層切割礦體，所見少量斷層對礦體形態影響小。
2）中等：礦體呈單斜或寬緩向、背斜，產狀變化較大，有少數較大斷層切割礦體，對礦體圈定、對應連接有一定影響。
3）復雜：礦體呈單斜或中常向斜、背斜，產狀變化大，有一些較大斷層或較多斷層切割礦體，破壞了礦體的完整性，對礦體圈定、對應連接影響較大。
（4）岩漿岩與變質岩
1）不發育：一般沒有較大脈岩、岩株、變質岩等分布，所見岩漿岩及變質岩不發育對礦體影響小。
2）較發育：有一些較大脈岩、岩株、變質岩等分布，所見岩漿岩及變質岩較發育對礦體影響較大。
3）發育：有較多較大脈岩、岩株、變質岩等分布，所見岩漿岩及變質岩發育對礦體影響大。
（5）岩溶發育程度
1）不發育：有少量較大溶洞分布，地表、地下岩溶率一般＜3%，對開采影響小。
2）較發育：分布有較多較大的溶洞，地表、地下岩溶率一般為3%～10%，對開采有一定影響。
3）發育：分布大量溶洞，地表、地下岩溶率一般在10%以上，對開采有較大影響。
2.冶金、化工用石灰岩及水泥原料礦產勘查類型（表20-4）
表20-4 冶金、化工用石灰岩及水泥原料礦產勘查類型
三、不同勘探類型勘探工程間距的要求（表20-5）
表20-5 石灰岩礦參考勘查工程間距
以上不同勘探類型和不同儲量級別之間的工程間距總是相互過渡的，沒有規定過死，這樣，有利於結合礦床實際靈活運用，甚至可以考慮過渡類型。
一般在確定一個具體礦床的勘探類型和工程間距時，首先要以礦床本身的地質特徵為基礎，參照規范，初步擬定礦床的類型和大致的工程間距，並遵循由稀而密、由淺入深，由表及裡的施工程序，逐步施工，隨著工作的不斷深入，認識的不斷深化，隨時注意檢查和驗證早期擬定的類型和網度，發現問題，及時糾正。這樣，才能使類型和工程間距確定得較為正確和合理。
四、采樣、樣品加工及化驗要求
石灰岩礦床勘探工作的主要任務就是要查明礦石質量，圈定礦體，計算儲量，為礦山設計和開采提供依據。為此，地質勘查的各個階段，隨著勘探工程施工的進展情況，均應及時的進行各種取樣工作。
.1 基本分析
基本分析樣品在勘查工程中分層、分段採取。地表樣品應在新鮮岩礦層中採取，采樣方法一般用刻槽法，刻槽斷面規格一般為（3cm x 2cm）～（10cm ×5cm），鑽孔中采樣用半心法。樣長一般為2～4 m。采樣方法、長度和斷面規格，應根據礦石質量變化情況，考慮礦體可采厚度和夾石剔除厚度而定。對肉眼可以區別的夾石，其厚度超過0.5 m者應單獨采樣分析。基本分析項目見表20-6。
表20-6 石灰岩基本分析項目
2.組合分析
組合分析樣品應按勘查工程分層、分類型、分品級由基本分析的副樣中按所代表的厚度按比例組合而成。組合分析樣品代表厚度一般為8～16 m。石灰岩組合分析項目見表20-7。
表20-7 石灰岩組合分析項目
3.光譜分析、多元素分析取樣
光譜分析、多元素分析樣品是按礦層、礦石類型、品級從基本分析樣品的副樣中抽取1～2件。
多元素分析項目可視光譜分析的結果而定，一般多元素分析項目為CaO, MgO, SiO2,Al2O3,Fe2O3,K2O,Na2O,SO3,TiO2,P2O5,Mn3O4,Cl-和燒失量。
4.樣品加工
化學分析樣品的加工包括破碎、過篩、拌勻和縮分四個程序。樣品縮分公式：Q =K 2d,K值一般採用0.05～0.1，對質量均勻者採用較小的K值，反之採用較大的K值。
五、礦石加工技術試驗要求
預查階段應收集礦石加工技術有關資料進行類比研究，普查階段一般應進行礦石加工技術對比研究，做出是否可作為工業原料的評價，詳查階段與勘探應根據投資者的需求進行礦石加工技術的試驗。
1.冶金、化工石灰岩加上技術試驗要求
耐磨、耐壓：冶金工業用做熔劑石灰岩一般做此項試驗。試樣規格5cm ×5cm ×5cm。
煅燒試驗：試驗一般採用半工業規模試驗。如果已有類似加工技術方面數據，可通過類比確定。
水洗試驗：通過水洗試驗，確定是否增加洗礦設備，目的是為提高礦石質量，確保礦石經破碎、磨礦後能滿足要求。
2.水泥原料工藝性能試驗要求
應通過試驗以驗證礦石利用的可能性。需進行試驗時，應在勘探階段進行.對新類型礦石應提前進行。試驗研究一般採用實驗室規模試驗。一般情況下全套試驗（不含輥磨試驗）需各種原料試驗樣重約100～200 kg，輥磨易磨性試驗所需樣重約1200～1500 kg。干法生產應做易磨性、磨蝕性、可磨性、可破性、輥磨易磨性、易燒性等試驗項目。
六、石灰岩作為水泥原料時的配料計算及綜合評價
自然界較難找到一種單一的原料，能完全滿足製造水泥的要求，因此，只能選用幾種原料，進行合理搭配，使其總的化學成分符合生產優質水泥熟料要求。一般水泥熟料中的CaO為60%～66%,SiO2為19%～23%,Al2O3為4%～7%,Fe2O3為3%～5%。
目前生產硅酸鹽水泥熟料的原料主要有石灰質原料、粘土質原料和輔助原料三大類。石灰質原料的種類有石灰岩、大理岩、泥灰岩、白堊等，以石灰岩應用最廣泛。粘土質原料包括地殼表層的風化沉積物如粘土、黃土等，也包括了已經硬結成岩的頁岩、泥岩等。其總的特點是組成物質以粘土礦物為主，其含量一般大於50%。化學成分上w(SiO2)56%～70%,w(Al2O3)12%～16%,w(Fe2O3)4%～8%。它是水泥熟料所需SiO2, Al2O3和Fe2O，的主要來源。是製造硅酸鹽水泥不可缺少的主要原料之一。輔助原料在水泥生產中，有些用量較少，但對提高產品質量，改善操作條件，保證正常生產起著良好作用的原料。
熟料中的有害雜質為MgO,K2O,Na2O,SO3,fSiO2等。
氧化鎂主要來源於灰質原料中的白雲石，煅燒後以方鎂石存在於熟料中，製成水泥後，與水作用形成氫氧化鎂，並引起水泥的體積膨脹，降低了水泥的強度，甚至引起構件的破壞。所以，國家標准規定，熟料中氧化鎂的含量不得超過5%。氧些鉀及氧化鈉主要來源於粘土原料中的雲母及長石等礦物。它們能與熟料中的硅酸二鈣和硅酸三鈣起化學反應，生成游離的氧化鈣，降低了水泥質量，故要求熟料中氧化鉀和氧化鈉的總含量不得超過1.3%。三氧化硫能與氧化鉀和氧化鈉反應生成硫酸鹽，影響到製成水泥的安定性，含量多時，在煅燒過程中易引起結窯，影響正常生產，故規定其含量不得超過1.5%。游離二氧化硅主要為燧石及石英顆粒，因其硬度大，難粉磨，而且化學活潑性差，增加了煅燒的困難，所以灰質原料中限定其含量不超過4%。粘土質原料中含砂量一般要求不超過5%，最多不超過10%。
在水泥生產中，只有通過調整水泥生料中各種原料的配比，以獲得所需要的化學成分，才能控制熟料中各種礦物成分的含量。生產實踐中是通過對以下幾個系數的計算，以求得合理的原料配比。
（1）飽和系數（KH）
是指石灰質飽和系數，也叫石灰質飽和比。它是反映熟料中的二氧化硅被氧化鈣所飽和的程度，即熟料中所含氧化鈣的總和，扣除滿足三氧化二鋁、三氧化二鐵、三氧化硫形成鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣和硫酸鈣所需要的氧化鈣以後，剩餘的氧化鈣，如果能滿足熟料中二氧化硅全部形成硅酸三鈣，則飽和系數應為1，如果只能滿足二氧化硅全部形成硅酸二鈣，則飽和系數等於0.66，如果飽和系數大於1，說明熟料中二氧化硅全部形成硅酸三鈣後，尚有游離的氧化鈣存在；如果飽和系數小於0,66，說明熟料中氧化鈣嚴重不足，有游離二氧化硅存在。水泥配料中要求控制飽和系數在0.85～0.92。即
非金屬礦產地質與勘查評價
實際上KH值是控制熟料中硅酸三鈣與硅酸二鈣兩種礦物的含量比例。當飽和系數超過0.92趨近於1時，說明熟料中硅酸三鈣過多，它的早期強度高，凝結硬化快，但燒成較困難，如果飽和系數小於0.85趨近於0.66時，說明熟料中硅酸二鈣過多，它製成的水泥凝結硬化慢，早期強度較低，而且熟料冷卻不迅速時，易產生粉化現象，嚴重影響水泥質量。
（2）硅酸率（n）
硅酸率簡稱硅率，是熟料中二氧化硅與三氧化二鋁及三氧化二鐵總和的比值，它實際上反映了熟料中硅酸鹽礦物與熔媒礦物的相對含量關系。硅酸率大，說明熟料中硅酸鹽礦物較多，製成的水泥強度較大，但煅燒困難。如果硅酸率較小，說明熟料中熔媒礦物較多，熟料較易燒成，但製成的水泥強度較低，質量較差。一般要求硅酸率控制在1.8～2.5之間較為適宜，即
n=SiO2/(Al2O3+Fe2O3)=1.8～2.5
(3）鋁氧率（ρ）
鋁氧率也叫鐵率，是熟料中三氧化二鋁與三氧化二鐵的比值，它代表了熟料中鋁酸三鈣與鐵鋁酸四鈣兩種熔媒礦物的相對含量關系。鋁氧率高，說明熟料中鋁酸三鈣相對較多，這種熟料製成的水泥凝結硬化較快，但煅燒熟料時黏性大，操作困難。鋁氧率低，熟料中鐵鋁酸四鈣相對較多，煅燒比較容易，但製成的水泥凝結硬化較慢，強度較低。一般要求控制鋁氧率在1.0～1.8的范圍內較為合適。即
ρ= Al2O3/Fe2O3=1.0～1.8
在對作為水泥原料的石灰岩礦床進行評價時，除按照規范要求對其質量進行評價外，還需要注意結合水泥生產對原料的總體要求進行評價，特別是水泥灰岩原料緊缺地區，應加強對有害組分含量較低的泥質灰岩的綜合評價，通過調整水泥生產時的配料，使其能滿足水泥生產的要求。
七、石灰岩礦床地質經濟技術評價要點
石灰岩礦床的地質勘查評價工作主要是在區域地質調查的基礎上進行，它實質上是將踏勘中發現的各個石灰岩礦點進行比較，根據不同的用途和要求，本著先易後難，先近後遠的原則，選擇經濟技術條件較好的石灰岩礦床作為下一步工作的重點。在石灰岩礦床的地質勘查工作中應注意下列問題。
（1）礦點選擇
這是一項綜合性的技術經濟工作。礦點選擇是否合理，關繫到地質工作及建廠後的經濟效益。在一個建廠的區域內有一個以上可供選擇的礦點時，應本著先易後難，全面衡量，保證礦石質量數量與開采條件最為有利的原則進行比選。交通條件和礦區地形是選點時必須考慮的問題，在當前技術經濟條件下，石灰岩礦床應在通航河道兩側或在鐵路沿線20km的范圍內，以便於礦石及其製品的運輸，降低成本。由於石灰岩礦床易於風化溶蝕，一般地形比較復雜，這樣，礦床的地形條件就關繫到能否被開采利用，因此，選點時必須考慮前礦床開采時采場的安排，廠房的修建場地等因素。另外，還必須注意石灰岩的用途。不同的用途，對石灰岩的質量、產狀、規模、形態、硬度、花紋甚至工作方法都有不同的要求。如選擇溶劑用石灰岩的原料基地時，應偏重於厚度大，岩石成分均勻的石灰岩礦床，只要它能供給大批開采而不需加以選分，鎂含量可稍高一些。選擇水泥用石灰岩時，純灰岩礦床最為理想，石灰岩和白雲岩互層時.由於需剔除白雲岩層，對礦床開采不利。厚度小而傾角陡的石灰岩層一般不宜做大型的原料基地，但當石灰岩質純，開采條件好時，可做電石用石灰岩開采。具有一定層理和節理的石灰岩礦床有利於開採石材，堅硬的結晶石灰岩宜做建築用碎石，在評價飾面用石灰岩時，最重要的因素是石灰岩的顏色、花紋、裂隙、節理的形態和大小。
（2）白雲岩化問題
這是水泥用石灰岩礦床勘查地質工作中的一個重要問題，它影響石灰岩礦床評價及開采利用。如四川江油天井山石灰岩礦山，在地質勘查初期階段由於對白雲岩化問題不夠重視，經深入勘探後發現白雲岩化使礦床復雜化，以至不能開發利用，浪費了勘查投資。
（3）岩溶
岩溶是石灰岩礦床的特殊問題，必須注意研究。對岩溶發育的礦床要用各種手段如物探、鑽探來摸清大型溶洞的位置和大小，了解一般溶洞的大小，形態、充填情況及其分布規律，統計岩溶系數，以判斷岩溶對礦床開採的影響程度，以免造成不應有的損失。如武山吉子坪石灰岩礦床，因對岩溶沒有足夠的重視，一個規模達33萬m3的溶洞沒有被發現，致使采准工作面200餘m 無法正常采礦，被迫再行補充勘探，修改采礦設計。可見，岩溶研究是勘查石灰岩礦床的一項不可忽視的工作。
（4）綜合利用
石灰岩是一種多用途的工業岩石，在地質勘查評價時，一定要注意綜合評價，綜合利用，以提高礦床的工業價值，最大限度地利用礦產資源。
（5）礦床經濟評價
影響石灰岩礦床經濟評價的因素主要為質量、開采技術條件、運輸條件和儲量。石灰岩質量是礦床評價的前提。不同用途的石灰岩對質量要求不同，如石灰岩中由於磷或硫含量過高，不宜用於冶金熔劑，但卻是燒石灰的優良原料。不適合生產水泥的石灰岩，卻可能完全符合建築工業的要求如做毛石等。因此，必須根據需要來確定石灰岩的質量是否合乎要求，從而對礦床做出評價。
開采技術條件是礦山能否經濟合理地被利用的前提。有的白灰岩的量很大，質也很好，但由於開采技術條件不符合要求而難以作為礦床來加以開采。對石灰岩來講，過厚的覆蓋層、過厚的夾層、過多的侵入體而導致局部剝采比過大或總剝采比過大是礦山不能利用的最主要原因。另外，過分發育並有粘土充填的岩溶洞隙，影響機械化開采，巨大的溶洞不但影響采礦的作業，而且可能引起機械和作業人員的突然陷落事故。地形也影響到礦床評價，陡峻山區的石灰岩層，由於采場展開及場內運輸等困難，也不能作為石灰岩礦床來開采。我國目前大都採用露天法開採石灰岩，因此，地面下埋深過大的石灰岩也難以成為礦床。
交通運輸條件是石灰岩礦床的一個極為重要的評價因素。以水泥石灰岩為例，由於石灰石礦石和水泥都是廉價而需要量大的產品，所以水泥廠都建於礦山近旁，盡量減少內部運輸距離以降低生產成本。工廠生產的水泥，必須就近運往銷售市場，並且運輸的價格要便宜。因此水泥廠必須靠近通航江河或鐵路愈近愈好，以免修築過長的運水泥專用鐵路線或人工河渠，增加基建投資。
儲量的多少影響礦山和水泥廠的規模，因而也影響機械裝備和采礦成本。儲量大，礦山開採的年限長，工廠企業的規模也大，礦山的機械化程度相應也高，采礦成本就低。就水泥石灰岩而言，在我國一般要求大中型礦山的服務年限為50年，小型礦山的服務年限為30年。
7. 頁岩氣儲層礦物組分及有機碳含量測井評價方法研究——以鄂西渝東建南構造東岳廟段為例
路 菁1，2 李 軍1
（1.中國石化石油勘探開發研究院，北京 100083；
2.中國石油大學（北京）博士後流動站，北京 102249）
摘 要 鄂西渝東地區下侏羅統為四川盆地典型的陸相頁岩氣藏，儲層礦物組分及有機碳含量是確定該類氣藏工程開采難度與有效性的重要指標。為突破常規儲層測井評價方法在復雜礦物儲層評價中存在的多解性問題，本研究充分挖掘常規測井資料中蘊含的地質信息，以非線性反演與最優化演算法為核心思想，綜合評價包含有機碳在內的頁岩岩石組分與含量，取得了較好的測井評價結果。研究結果完善了頁岩氣儲層測井評價手段，為推進頁岩氣勘探開發相關技術發展起到了積極的作用。
關鍵詞 常規測井響應 礦物組分 有機碳含量 非線性反演 最優化方法 測井評價
Logging Evaluation of Mineralogical Constituent and
Total Organic Contents for Gas Shale
LU Jing1，2，LI Jun1
（1.Exploration and Proction Research Institute，SINOPEC，Beijing 100083，China；
2.Postdoctoral Center，China University of Petroleum，Beijing 102249，China）
Abstract Formation of lower Jurassic in the western Hubei and East Chongqing is an typical continental facies shale gas reservoir in Sichuan Province.The mineral constituents and total organic contents（TOC）are important indicator of the engineering difficulty and its effectiveness for such gas reservoir.To breakthrough the problem of multi －solutions，that always occur when the conventional reservoir logging evaluation methods are used to solve the gas shale reservoir evaluation，this study fully tap the geological information concealed in conventional logging response，use the nonlinear joint inversion and optimization as the core ideas，to evaluate both the mineralogical constituent contents and TOC for gas shale，and achieve a desirable result .This research supplements the logging evaluation methods for gas shale and play a positive role in related technology developments for gas shale exploration and development.
Key words conventional logging；mineralogical constituent；TOC；nonlinear joint inversion；optimization； logging evaluation
鄂西渝東地區是四川盆地周緣頁岩氣藏有利目標區之一。建南構造位於四川盆地川東褶皺帶石柱復向斜中北部，下侏羅統自流井組發育的深湖－半深湖頁岩屬於典型的陸相頁岩氣藏。該套頁岩區域分布穩定、厚度大、埋藏淺，但相較於海相頁岩具有更加頻繁的相變特徵，儲層礦物組分復雜多變。准確把握頁岩氣儲層礦物組分與有機碳含量是後續儲層關鍵參數——脆性與含氣性評價的重要基礎，也是頁岩氣測井評價亟待攻克的重點及難點問題。依靠固定的解釋模型，採用少部分測井曲線確定儲層礦物含量的評價方法，在岩性及礦物較為單一的常規儲層中評價效果較好，卻無法妥善解決頁岩氣儲層復雜礦物組分與含量的多解性問題。筆者通過深入挖掘各項常規測井資料中蘊含的豐富地質信息，分析建立儲層礦物組分模型，以非線性反演與最優化演算法評價包含有機碳在內的復雜岩石組分含量，突破了常規測井儲層評價的思想，拓展了非常規頁岩氣儲層礦物組分與有機碳含量的測井評價方法，通過實驗室岩心全岩組分數據驗證，該方法已取得了較好的評價效果。
1 東岳廟段含氣頁岩岩性及岩石礦物學特徵
目標層下侏羅統自流井組東岳廟段泥頁岩，區域橫向分布穩定，厚度較大，暗色泥頁岩厚約60～100m。儲層岩性以含灰泥頁岩為主，多見灰色粉砂質泥頁岩、介殼泥頁岩與介殼灰岩夾層（圖1）；儲層礦物成分以黏土礦物、石英及方解石為主（平均含量分別為22.49％、55.95％、17.5％），同時含有少量長石與黃鐵礦。自生礦物的存在，表明東岳廟段所處的沉積環境為有利於有機質富集與保存的還原環境，實驗室分析結果顯示，儲層有機碳以Ⅱ型乾酪根為主，平均含量2％～3％；儲層孔隙結構以礦物粒間孔為主，同時發育少量粒內孔及溶蝕裂隙，大量因有機質熱解產生的納米孔隙，使儲層具有較好的天然氣吸附與儲集性能。
圖1 研究區東岳廟段泥頁岩典型岩性
2 常規測井響應評價儲層岩石組分
測井響應是被測地層物理特性的宏觀表現［1］，在排除井眼與泥漿侵入等影響的情況下，測井響應本質是測井儀器探測范圍內所有岩石微觀組分物理特性的綜合表現，故各類測井響應實際上涵蓋了被測地層所有組分的岩石物理信息。充分挖掘、利用常規測井響應中蘊藏的儲層信息評價頁岩岩石組分，提供了一條除實驗室分析和元素俘獲能譜（ECS）測井之外的儲層評價思路，同時，彌補了岩心實驗室分析無法全井段連續、ECS測井數據採集與解釋評價成本高昂等問題［2，3］。
2.1 常規曲線非線性聯合最優化反演演算法
2.1.1 目標函數
區別於利用單一或少數測井曲線與儲層某一礦物含量建立函數關系、用以評價其含量的方法，利用常規測井信息開展非線性聯合最優化反演評價儲層礦物組分的方法與步驟，可簡要概括如下：首先，需要對實測響應進行預處理，以期得到接近原始儲層真實物理特性的校正測井響應；其次，依據岩心觀察與常規評價結果得到的初步認識，圈定解釋評價井段內存在的岩石組分類型，並確定其初始含量，形成完整的基於原始假設的儲層岩石物理體積模型；再次，依據地區經驗或理論參數合理選取各組分的測井響應骨架值，以非線性測井響應方程正演各個常規測井響應，並計算關於校正曲線與正演模擬曲線如式（1）所示的目標函數T（Xj）；最後，通過反復迭代調整各礦物組分含量，使目標函數T（X）達到最小值，並將此時的岩石組分與含量模型作為反演的最終結果，即通過解決圖2所示的最優化問題，達到求解復雜礦物儲層岩石組分與含量問題的目的［4］。
油氣成藏理論與勘探開發技術（五）
圖2 非線性聯合最優化反演演算法簡圖
式中：loggings為第j次迭代後產生的正演曲線組；loggingc為實測曲線經校正產生的校正曲線組；Xj為第j次迭代確定的各個岩石組分含量；W為各測井曲線在目標函數中的權重；α為迭代穩定性控制參數；T（Xj）為反映正演曲線與校正曲線相似程度的目標函數，當該函數達到最小值時，表明正演曲線已逼近校正曲線，此時，即可認為模型求解得到的岩石組分與含量與地層真實情況最為接近。需要說明的是，採用更豐富的測井響應信息，以及岩心分析、常規儲層評價取得的地層初步認識等，能夠在更大的程度上降低反演演算法的多解性。
2.1.2 共軛梯度最優化演算法
從上述分析可知，求解頁岩復雜岩石組分的測井評價問題，已被轉化為求解目標函數T（Xj）最小值的最優化問題。本研究綜合考慮目標函數屬於多元函數，且測井響應的非線性關系決定了目標函數的非線性特性，故採用共軛梯度法解決目標函數的最優化問題［5］。
對目標函數T（Xj），在極值點X*處作Taylor展開，忽略高效項時，有
油氣成藏理論與勘探開發技術（五）
式中：H＝▽2T（X*）為T（X）在X*處的二階偏導數矩陣。因為X*為極值點，故▽T（X*）＝0，因而
油氣成藏理論與勘探開發技術（五）
可見，任何次的函數T（X）在其極值點附近具有二次函數的特徵。設T（X）可以表示為如下所示二次函數
油氣成藏理論與勘探開發技術（五）
可以證明具有N階正定矩陣A的n元二次函數，最多可在n維空間中找到n個彼此關於A的共軛方向（向量），且從任意的初始點出發，依次沿這n個共軛方向作不超過n次的一維搜索，就可以求得目標函數T（X）在n維空間內的極小點。採用上述共軛梯度演算法迴避了因牛頓法及其改進演算法需要計算二階偏導數矩陣的逆矩陣而帶來的巨大運算量，且克服了最速下降法在接近極小點時收斂速度很慢的缺陷，妥善地解決了研究建立的非線性反演演算法的求解問題。
2.2 東岳廟段頁岩岩石組分反演
2.2.1 初始模型假設
圖3為研究區某井東岳廟段泥頁岩常規測井響應，該井含氣頁岩岩石組分評價的目的在於，明確包括有機碳在內的岩石重要組分的具體含量。初始模型假設的建立，需要分別確定待求解的儲層岩石組分及其初始含量，以及參與岩石組分評價的測井曲線。
依據上節所述實驗室全岩分析結果（圖3），初始模型假設頁岩中不存在除乾酪根之外的其他固體有機碳；脆性礦物包括石英、方解石、長石，塑性礦物即為黏土；另外，由於相關研究表明，頁岩成岩過程中自生的黃鐵礦常結晶於儲層層理界面之間，在一定程度上有利於水力壓裂形成網狀縫，且黃鐵礦物具有極好的導電特性、極高的光電俘獲截面指數以及較高的密度，即使含量較小，對電阻率、光電截面指數與體積密度等測井響應的影響也十分明顯，因此，作為影響頁岩力學性質與岩石物理特性的重要礦物，黃鐵礦在岩石組分模型中不可忽略；最後，由於該段泥頁岩黏土礦物含量較高、有效孔隙度較低，且地層水礦化度不高，自由水對測井響應影響不大，故模型僅考慮黏土束縛水存在且假設頁岩儲層有效孔隙全部被游離氣占據的情況。綜合上述考慮，最終確定該井東岳廟段泥頁岩需要反演計算的岩石組分如圖4所示，依次包含黏土（含黏土束縛水）、石英、方解石、長石、黃鐵礦、孔隙（游離氣）與有機碳（乾酪根）。
圖3 建南地區某井東岳廟段泥頁岩常規測井響應特徵與岩心分析結果
圖4 頁岩岩石體積模型
綜合考查本井可參考的測井曲線條數，以及上述頁岩岩石體積模型需要涵蓋的組分種類，確定利用光電截面指數（PEF）、自然伽馬（GR）、中子孔隙度（NPHI ）、體積密度（DEN）、聲波時差（DT）、淺側向電阻率（LLS）、深側向電阻率（LLD）、鈾（URAN）、釷（TH）共9條曲線（圖3），反演8種岩石（圖4中）組分的含量。可以注意到，如不考慮欠定求解，參加非線性反演的測井曲線條數理論上最多可處理10種岩石組分含量的求解問題，此數大於本模型求解的岩石組分數量，故模型求解結果屬於非線性超定解，能夠有效降低評價結果的多解性，確保評價結果更加接近頁岩氣儲層的真實情況。
依靠常規儲層評價方法，如自然伽馬泥質含量Vsb評價方法［6］、密度中子孔隙度Phi評價方法［7］、Pessay有機碳TOC含量評價方法等［8］，可以取得黏土、孔隙度、乾酪根含量的初步評價結果，對本井岩石組分初始含量 進行賦值， 剩餘組分的初始含量——石英含量 根據實驗室岩心分析確定的平均含量（石英55.9％、方解石17.5％、長石7.2％、黃鐵礦4.5％）按比例分配，結果如圖5第2～8道內實線所示。可以注意到，各岩石組分初始含量（棕色實線）與岩心分析結果（黑色圓點）相比，均存在不同程度的偏差。其中方解石、長石兩種礦物含量的偏差最為明顯；利用中子－密度孔隙度評價的孔隙度結果也明顯偏高；此外，利用自然伽馬泥質含量評價方法計算的黏土礦物含量，以及電阻率－聲波重疊Passey法計算的有機碳含量，在局部深度上還存在一定誤差。本研究將通過隨後的反演計算逐步降低這些誤差，以得到最接近真實地層岩石組分的評價結果。
圖5 建南地區某井東岳廟段泥頁岩非線性反演初始模型
2.2.2 模型反演結果
經過非線性反演計算，最終確定該井岩石組分的含量如圖6所示，圖中第2～8道依次為黏土礦物（含黏土束縛水）、石英、方解石、長石、黃鐵礦、孔隙及有機碳含量的評價結果（實線）與對應組分實驗室分析結果（黑色圓點），圖中第9與第10道分別為頁岩岩石組分非線性反演結果與岩心實驗室分析結果。
圖6 建南地區某井東岳廟段泥頁岩岩石組分非線性反演成果圖
通過圖7各組分初始評價結果（黑色方塊）與非線性反演計算結果（三角）的對比分析可以發現，非線性反演結果與實驗室分析結果具有更好的線性相關性，與初始評價結果相比更集中於45°對角線附近。圖6與圖7均顯示，非線性反演演算法顯著提高了石英與方解石含量的評價精度；使孔隙度評價結果更加接近實驗室分析結果；此外，黏土礦物與有機碳含量各自在局部位置上的誤差也得到了較好的修正；在初始模型中，以平均含量為依據粗略估算的長石與黃鐵礦含量，這里也得到了進一步細化，評價結果與實驗室分析結果在整體趨勢上更為吻合。至此，本研究利用建立的非線性反演方法，同時完成了研究區東岳廟段頁岩氣儲層復雜礦物組分與有機碳含量測井評價兩個問題，且取得了較高的評價精度，本研究將進一步定量分析測井評價結果，以驗證該方法的可靠性與有效性。
2.2.3 非線性反演結果分析
考慮到各項實測測井響應其本質是被測儲層岩石組分反映在各類物理場中的宏觀物理特性，因此，為驗證非線性反演演算法及其反演結果的可靠性與有效性，本研究同時分析了非線性反演結果並在反演結果下模擬了測井響應的誤差。
圖8展示了非線性反演結果下的模擬測井響應（虛線）與環境校正後的測井響應（黑色實線），涉及的測井項目依次為自然伽馬GR、鈾Uran、釷Th、中子孔隙度Nphi、體積密度DEN、宏觀截面指數U、聲波時差DT、沖洗帶電導率CXO與原狀地層電導率CT。從兩組測井響應的對比看，非線性反演結果下的模擬測井響應與實測測井響應具有良好的一致性。表1中定量評分析了兩組測井響應間的相關系數，各項測井響應的相關系數在0.867～0.996之間，相關系數均值達到0.921，充分反映了反演結果下的岩石組分宏觀物理特性與真實儲層物理特性的相似性，即說明通過非線性反演得到的岩石組分及其含量已十分接近頁岩氣儲層的實際情況。此外，以實驗室分析結果為標准，表2分別統計分析了圖8中初始評價結果與非線性反演結果對實驗室結果的相關系數，兩組相關系數的對比可以說明，本研究建立的非線性反演演算法明顯提高了頁岩各岩石組分評價的精確度。因此，上述兩方面分析充分證明，本研究建立的非線性反演演算法在解決頁岩儲層復雜岩石組分與含量評價問題方面的可靠性與有效性。
該方法能夠同時解決頁岩氣儲層岩石礦物組分與有機碳含量評價的兩大問題，這兩項問題的順利解決對於後續儲層脆性、吸附氣含量等重要儲層參數評價提供了科學的依據與技術保障。
圖7 頁岩岩石組分初始評價結果與非線性反演計算結果對比
表1 模擬測井響應與實測響應相關系數
圖8 建南地區某井東岳廟段泥頁岩復雜岩石組分反演質量控制
表2 初始評價及非線性反演評價較岩心分析結果的相關性對比
3 結論
本研究以非線性反演與最優化演算法為核心思想建立的頁岩氣儲層岩石組分測井評價方法，在鄂西渝東建南構造東岳廟段的頁岩氣儲層評價中取得了較好的評價效果。該方法充分挖掘了常規測井資料中蘊含的豐富地質信息，同時解決了頁岩儲層重要礦物與有機碳含量評價兩大問題，彌補了岩心分析深度不連續、ECS測井代價高昂的弊端，且極大地提高了測井評價結果的精度，為後續儲層脆性與含氣性的綜合評價提供了科學的依據與重要的技術保障。
參考文獻
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8. 金礦床工業指標
工業指標是評價礦床的工業價值、圈定礦體、估算礦產資源/儲量的標准和依據。工業指標因礦產地質特徵不同而有較大差別。具體礦床的工業指標應單獨編制。詳查、勘探地質報告所採用的工業指標則應在其勘查工作中，通過多個方案進行經濟技術比較確定。
工業指標也是變數，是諸多因素(地質、科技、經濟、社會等)的函數。例如，紫金山金礦1992年提交詳查儲量5.45t，平均品位4.24×10-6。1997～1999年通過擴大生產規模，用堆浸法選礦，改為露天開采，調整工業指標(邊界0.5×10-6，工業1.0×10-6)，這樣一來，該金礦由原40多個小礦變為一個巨大礦體，可供利用儲量達138.2t(平均品位1.23×10-6)，成為超大型金礦床(王科強等，2008)。
金礦預查、普查資源量估算可參照國家標准來確定。
岩金工業指標參考表1-6，岩金礦共生(銅、鉛、鋅)礦產工業指標一般要求見表1-7，岩金礦伴生組分評價參考表1-8。
表1-6 岩金礦工業指標參考表
表1-7 岩金礦共生(銅、鉛、鋅)礦產工業指標
表1-8 岩金礦伴生組分評價參考
9. 岩礦光譜數據
多年來使用紅外智能光譜儀（IRIS）對大量的岩礦樣品進行了野外和實驗室光譜特性測試，並對岩礦光譜的特性、形成機理以及光譜特徵數據處理分析與應用有一定程度的認識和理解，為本次深入研究岩礦光譜特性及其變異性分析奠定了基礎。在此基礎上，對新疆東天山試驗區、山東招遠試驗區進行了野外（ASD FR-Pro光譜儀）和室內（IRIS）的岩礦光譜測試分析，同時也利用河北張家口的崇禮-赤城地區的岩礦樣品進行了光譜測試分析。使用了美國地質調查局（USGS）和美國宇航局（NASA）噴氣推進實驗室（JPL）的標准礦物光譜資料庫。