張德梅，郭海嘯，李曉輝，王宏建，周劍橋

（中國石油大慶鉆探工程公司測井公司，黑龍江 大慶 163412）

0 引 言

TMCG盆地具有構(gòu)造活動期次多、斷裂多、繼承性強(qiáng)、發(fā)育程度高的特點(diǎn)，近物源、快速堆積沉積導(dǎo)致盆地內(nèi)儲層巖石分選差、巖性變化大。在TMCG盆地內(nèi)TBMZ地層，普遍發(fā)育礫巖儲層，雖然錄井巖性均描述為礫巖，但在實(shí)際測井響應(yīng)特征上卻存在明顯的差異。根據(jù)該區(qū)近200余口探井、評價(jià)井TBMZ地層鉆遇礫巖測井曲線特征統(tǒng)計(jì)，上述3類礫巖測井曲線響應(yīng)差異，主要表現(xiàn)在自然伽馬（GR）、補(bǔ)償中子（CNL）和Th曲線上。

A類礫巖測井響應(yīng)具明顯低伽馬值、高中子值特征，GR一般小于75API，Th含量小于8%，補(bǔ)償中子值在（18～24）m3／m3；C類礫巖測井響應(yīng)特征具明顯高伽馬值、低中子值，GR一般大于105API，Th含量大于12%，補(bǔ)償中子值在（8～12）m3／m3；B類礫巖測井響應(yīng)特征在A類礫巖、C類礫巖之間。

A類礫巖具有高中子值特征，自然伽馬特征較純砂巖略高，與研究區(qū)域內(nèi)碳質(zhì)泥巖發(fā)育相似，在巖性識別時(shí)容易誤認(rèn)為低放射性泥巖；C類礫巖中子特征與純砂巖相似，其高放射性在儲層分析時(shí)易誤判為高含泥儲層。所以，急需弄清以上礫巖測井響應(yīng)機(jī)理，為進(jìn)一步測井解釋儲層評價(jià)奠定基礎(chǔ)。通過巖心實(shí)物觀察不同測井響應(yīng)特征礫巖，了解不同礫巖的物理特征，如礫石組成、結(jié)構(gòu)、填隙物等；通過進(jìn)一步的X衍射全巖分析和X熒光常量與微量元素分析等，了解其化學(xué)成分的構(gòu)成，如元素構(gòu)成、礦物構(gòu)成等，以期得到不同物理組成、化學(xué)成分對測井響應(yīng)特征的影響。

1 巖石物理性質(zhì)分析

1.1 巖石物理成分組成

挑選研究區(qū)域不同放射性特征的礫巖30多口井進(jìn)行巖心實(shí)物觀察，從礫巖的礫石分選、膠結(jié)物和成分等方面加以區(qū)分對比，以期得到這3類測井響應(yīng)特征礫巖主要差異原因。巖心觀察這3類礫巖的主要物理成分對比見表1。

表1 TMCG盆地TBMZ礫巖巖心觀察對比表

1.2 不同物理成分組成對測井響應(yīng)特征的影響

通過巖心觀察，研究區(qū)域內(nèi)的礫巖均為近物源快速沉積類型，其礫石為火山碎屑巖且成分復(fù)雜，所以將上述礫巖統(tǒng)一歸為火山碎屑復(fù)成分礫巖。表1中，3個(gè)類復(fù)成分礫巖在礫石和膠結(jié)物成分與含量上存在較大差異，分析認(rèn)為這是造成其測井響應(yīng)存在較大差異的主要原因。根據(jù)各類礫巖所含礫石與膠結(jié)物的測井響應(yīng)特征值[1－2]（見表2），砂質(zhì)復(fù)成分礫巖所含礫石以中、基性低放射性火山巖為主，且該類礫巖主要膠結(jié)物的測井響應(yīng)特征也呈低放射性，所以其整體測井響應(yīng)特征呈低伽馬特征，說明該類礫巖的礫石與膠結(jié)物成分和含量對地層的放射性特征影響與測井響應(yīng)是一致的，但對地層大中子孔隙度特征（補(bǔ)償中子值在18～24m3／m3）的現(xiàn)象需進(jìn)一步研究；凝灰質(zhì)復(fù)成分礫巖礫石以流紋質(zhì)、凝灰質(zhì)（酸性）等高放射性特征巖石為主，膠結(jié)物成分測井特征也呈高伽馬特征，測井響應(yīng)特征呈高放射性，說明凝灰質(zhì)復(fù)成分礫巖中礫石與膠結(jié)物成分和含量對地層的放射性特征影響與測井響應(yīng)也是一致的。過渡復(fù)成分礫巖由于其礫石、膠結(jié)物的含量與成分介于砂質(zhì)復(fù)成分礫巖與凝灰質(zhì)復(fù)成分礫巖之間，測井響應(yīng)特征也介于砂質(zhì)復(fù)成分礫巖與凝灰質(zhì)復(fù)成分礫巖之間，所以其測井響應(yīng)特征與該類礫巖的礫石與膠結(jié)物的成分和含量相關(guān)。在巖心觀察中發(fā)現(xiàn)，如果礫石母巖是中、酸性火山巖礫石占主要成分，則其放射性參數(shù)接近高伽馬的凝灰質(zhì)復(fù)成分礫巖特性；如果是中、基性火山質(zhì)礫石占主要成分，則其放射性參數(shù)更接近低伽馬砂質(zhì)復(fù)成分礫巖。

由于上述火山碎屑復(fù)成分礫巖巖性多較致密，當(dāng)2種礫巖物性相當(dāng)時(shí)，體積密度與聲波時(shí)差值相近；而由于礫石成分差異較大引起中子值差異大時(shí)，測井綜合圖上則顯示不同種復(fù)成分礫巖中子—密度曲線交會形態(tài)和大小差異較大。

表2 復(fù)成分礫巖物理組份測井響應(yīng)特征表

2 巖石化學(xué)性質(zhì)分析

為進(jìn)一步了解巖石礦物成分和含量、微量元素和雜質(zhì)的存在對巖石的測井參數(shù)的影響，挑選研究區(qū)塊3類復(fù)成分礫巖的巖石小樣進(jìn)行X衍射全巖和X熒光常量與微量元素分析，以了解其化學(xué)成分的構(gòu)成對測井參數(shù)的影響。

2.1 礫巖化學(xué)成分構(gòu)成

對該區(qū)礫巖進(jìn)行X衍射全巖分析結(jié)果表明，3類礫巖主要的礦物成分均為石英、鉀長石、斜長石、方解石、白云石、綠泥石、高嶺石、伊利石。圖1中（a）、（b）、（c）分別是3類復(fù)成分礫巖的主要礦物成分分布圖。

進(jìn)一步對該區(qū)礫巖進(jìn)行X熒光常量與微量元素分析對比（見圖2）。3類礫巖主要造礦氧化物為SiO2、CaO、FeO、MnO、TiO2、Fe2O3、P2O5、K2O、MgO、Na2O。從圖2可看出，含量較高的造礦氧化物在3類礫巖中的含量有一定規(guī)律性。

圖2 3類礫巖主要圖氧化物含量對比

微量元素相對于主要元素在地層中的含量雖然非常小，但對地層的某些特性影響較大。如Gd、B等，即使含量極少，由于熱中子俘獲截面值很高也會大大影響中子測井響應(yīng)。圖3為3類礫巖微量元素對比圖，可以看出，含量相對較高的元素在3類礫巖中的分布規(guī)律性較強(qiáng)。

針對對測井響應(yīng)特征影響較大的稀有元素，將其含量與測井響應(yīng)間的關(guān)系做分析對比，以得到測井響應(yīng)的主要影響因素。

2.2 不同化學(xué)成分構(gòu)成對測井響應(yīng)特征的影響

該區(qū)3類火山碎屑復(fù)成分礫巖測井響應(yīng)特征主要在自然伽馬和補(bǔ)償中子測井曲線上差異大，針對自然伽馬和補(bǔ)償中子進(jìn)行測井響應(yīng)機(jī)理分析。

圖3 3類礫巖主要微量元素對比圖

2.2.1 自然伽馬

放射性測井是對巖石放射性特征的總體反映，即對巖石中U、Th、K元素含量的綜合反映[3]。因此，對于復(fù)雜巖性體的放射性要弄清是來自泥質(zhì)的反映還是其他巖石類型。

從圖1可知，上述3類復(fù)成分礫巖的黏土礦物類型以伊利石和綠泥石為主，只有低伽馬特征的A類礫巖砂質(zhì)復(fù)成分礫巖含少量高嶺石，且黏土礦物總含量（伊＋高＋綠）均不超過10%。據(jù)火成巖礦物測井響應(yīng)特征（見表3）[3－4]，由于高嶺石含量非常少，對砂質(zhì)復(fù)成分礫巖的低伽馬、高中子測井響應(yīng)影響較小。綠泥石和伊利石在3種復(fù)成分礫巖中含量差別較小，相對于測井響應(yīng)的變化可以認(rèn)為3類復(fù)成分礫巖放射性變化與黏土礦物類型和含量關(guān)系較小。

石英和斜、鉀長石為主要造巖礦物，均為火成巖、變質(zhì)巖和沉積巖中共有的成分[4]，在沉積巖中長石的豐度次于石英，在大多數(shù)火成巖中斜長石占主要，石英次之，鉀長石除花崗巖外其含量在10%左右。從圖1可知，復(fù)成分礫巖中長石總含量接近甚至大于石英含量，礫石為火成巖成分，且成分復(fù)雜，巖石放射性變化與礫石巖性有關(guān)。

為進(jìn)一步從微觀上認(rèn)識復(fù)成分礫巖放射性差異大的原因，挑選研究區(qū)域內(nèi)有自然伽馬能譜測井資料的15口井37塊礫巖樣品，用自然伽馬分別與U、Th、K含量建立交會圖（見圖4）。從圖4可以看出，工區(qū)內(nèi)隨自然伽馬值的升高K的含量輕微穩(wěn)定升高；U的含量變化較K略大，但數(shù)據(jù)點(diǎn)較離散；Th的含量明顯隨放射性的增加而穩(wěn)定急劇升高?？梢姷唾ゑR→高伽馬特征火山碎屑復(fù)成分礫巖其放射性的逐漸增強(qiáng)主要是U、Th含量增加引起的，尤其是Th含量變化。根據(jù)對Th含量增加[5]的認(rèn)識可知，砂質(zhì)復(fù)成分礫巖→過渡復(fù)成分礫巖→凝灰質(zhì)復(fù)成分礫巖其放射性的逐漸增強(qiáng)的原因是由于其母巖成分中富硅質(zhì)的酸性火成巖含量逐漸增加所致。這一認(rèn)識與巖心觀察結(jié)果完全一致。

圖4 GR與U、Th、K含量關(guān)系圖

2.2.2 補(bǔ)償中子

中子測井受地層巖性、流體性質(zhì)影響大，并隨孔隙、裂隙中流體含量的變化而發(fā)生變化。當(dāng)巖石發(fā)生蝕變時(shí)，次生的綠泥石、沸石、絹云母等礦物含有大量結(jié)晶水和結(jié)構(gòu)水，常表現(xiàn)出高中子孔隙度值，特別是在蝕變嚴(yán)重時(shí)，中子測井曲線反映異常敏感[1]。圖1中該區(qū)3類復(fù)成分礫巖中均不含絹云母，且綠泥石含量差別相當(dāng)小，而方沸石含量與3類礫巖高中子→低中子測井響應(yīng)特征對應(yīng)關(guān)系差。分析認(rèn)為在該盆地內(nèi)火山碎屑復(fù)成分礫巖其中子的特征差異與巖石中含有大量結(jié)晶水和結(jié)構(gòu)水的礦物含量關(guān)系較小。

中子測井除反映儲層孔隙大小外還可以根據(jù)快中子對14Si28核的活化反應(yīng)識別巖性[5]；地層中某些稀有元素即使含量很少，由于其具有高熱中子俘獲截面，也會極大影響熱中子孔隙度響應(yīng)。挑選工區(qū)內(nèi)有代表樣品22塊進(jìn)行X熒光常量和微量元素測定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，具有大熱中子俘獲截面值元素如Gd、Eu等其含量增加與補(bǔ)償中子測量值近似成正比[見圖5（a）至圖5（d）]，只有B元素與中子值關(guān)系不明顯[見圖5（e）]。

圖5 中子與大熱中子俘獲截面值稀有元素關(guān)系圖

圖5（f）中橫坐標(biāo)為中子測量值，縱坐標(biāo)為大熱中子俘獲截面稀有元素因子，它是各元素含量的多少和元素本身的熱中子俘獲截面乘積之和。隨著熱中子俘獲截面稀有元素因子升高，中子測量值也相應(yīng)增大，說明巖石中子測井值的增加與大熱中子俘獲截面稀有元素及其含量密切有關(guān)。從圖5（f）中可知，研究工區(qū)內(nèi)對3類復(fù)成分礫巖中子測量值影響較大的稀有元素前5位依次為 Gd、Sm、B、Eu、Co。

將3類復(fù)成分礫巖的大中子俘獲截面稀有元素測定結(jié)果分類進(jìn)行平均含量對比（見圖6）。自然伽馬值從低到高，礫巖中所含大中子俘獲截面稀有元素的含量（除B外，不排除實(shí)驗(yàn)誤差）逐漸減少。3類復(fù)成分礫巖在中子響應(yīng)特征上的綜合差異是與其礫石中所含各大熱中子俘獲截面稀有元素及其含量的總體平均豐度相關(guān)。

圖6 3類礫巖大中子俘獲截面稀有元素含量對比直方圖

為進(jìn)一步確定巖石對火山碎屑復(fù)成分礫巖中子值的影響，建立了10種造礦巖石主要氧化物含量與中子測量值交會圖（見圖7）。

在圖2中顯示造巖礦物中含量最高的氧化物SiO2含量在C類復(fù)成分礫巖中含量最高，B類礫巖中含量次之，A類礫巖中含量最小。圖7（b）顯示，SiO2含量隨中子值增加而含量呈明顯減少。這些現(xiàn)象再一次表明，自然伽馬值的變化與巖石中富硅質(zhì)的酸性火成巖含量逐漸增加有關(guān)。圖7（a）中CaO、FeO、MnO與圖7（b）中 TiO2、Fe2O3、P2O5含量隨中子值含量呈不同程度增加趨勢；圖2中Fe2O3、FeO、TiO2、MnO、CaO、MgO、Na2O在 A類礫巖中含量最高，B類礫巖中次之，C類礫巖中含量最少，即以上氧化物隨自然伽馬值升高逐漸減低。所以A類砂質(zhì)復(fù)成分礫巖具低伽馬、高中子特點(diǎn)，而C類凝灰質(zhì)復(fù)成分礫巖由于這些造礦氧化物含量降低而具高伽馬、低中子特點(diǎn)。其原因是這些氧化物測井參數(shù)特征具高熱中子俘獲截面和低伽馬特點(diǎn)（見表3）[4]。

圖7 礫巖中子值與主要造礦氧化物關(guān)系圖

表3 3類復(fù)成分礫巖主要造礦氧化物測井參數(shù)特征表

3 巖性識別在儲層評價(jià)中應(yīng)用

3.1 測井巖石骨架參數(shù)確定

根據(jù)3類復(fù)成分礫巖的測井響應(yīng)特征，應(yīng)用GR—Th和Pe—Th巖性識別圖版[4]判定儲層以哪2種或1種火山巖為主，數(shù)字處理時(shí)就以這2種或1種火山巖理論骨架值的平均值為該井測井?dāng)?shù)字處理的巖石骨架值。

3.2 孔隙度模型確定

對計(jì)算孔隙度敏感的測井曲線通常為聲波、中子和密度。通過分析，復(fù)成分礫巖中子值大小除反映孔隙大小外，主要因?yàn)榇笾凶臃@截面稀有元素的關(guān)系。所以，火山碎屑復(fù)成分礫巖的孔隙模型選擇聲波孔隙度和密度孔隙度疊加

式中，φ為計(jì)算的有效孔隙度；φΔt為聲波時(shí)差計(jì)算孔隙度；φden為密度計(jì)算孔隙度；α、β、γ為加權(quán)系數(shù)。

3.3 泥質(zhì)含量模型確定

鑒于火山碎屑復(fù)成分礫巖的自然伽馬放射性大小一部分來自泥質(zhì)含量，一部分來源于巖石本身，所以泥質(zhì)含量計(jì)算模型選用測井曲線組合法[7]。

式中，Vsh1為自然伽馬求取泥質(zhì)含量，%；IGR為自然伽馬相對值；Vsh2為中子密度求取泥質(zhì)含量，%；Vsh為計(jì)算的總泥質(zhì)含量。

4 結(jié) 論

（1）從砂質(zhì)復(fù)成分礫巖→過渡復(fù)成分礫巖→凝灰質(zhì)（高伽馬）復(fù)成分礫巖礫石的成分、分選、磨圓情況可知礫巖實(shí)質(zhì)均為近物源、快速沉積的火山碎屑復(fù)成分礫巖，其測井曲線特征繼承了其礫石的母巖特征。

（2）砂質(zhì)復(fù)成分礫巖→過渡復(fù)成分礫巖→凝灰質(zhì)（高伽馬）復(fù)成分礫巖的放射性逐漸增加與巖石中所含黏土類型及其含量相關(guān)性小，主要是其所含礫石母巖中基性火山碎屑巖減少，酸性火山碎屑巖含量增加導(dǎo)致U和Th含量增加所致，與具有低放射性造礦氧化物含量減少有關(guān)。

（3）砂質(zhì)復(fù)成分礫巖→過渡復(fù)成分礫巖→凝灰質(zhì)（高伽馬）復(fù)成分礫巖的中子響應(yīng)值逐漸變小，與巖石中含有大量結(jié)晶水和結(jié)構(gòu)水的礦物含量關(guān)系較小，主要原因是巖石中大中子俘獲截面稀有元素和大中子俘獲截面造礦氧化物的含量逐漸減少所致。

（4）3種復(fù)成分礫巖測井參數(shù)影響因素的分析，可為下一步儲層評價(jià)中測井巖石骨架參數(shù)確定、孔隙度模型確定、泥質(zhì)含量模型確定奠定良好基礎(chǔ)。

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