葛紅旗

（長(zhǎng)江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430100）

酸性火山巖巖性識(shí)別方法及應(yīng)用

葛紅旗

（長(zhǎng)江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430100）

中拐地區(qū)火山巖巖性復(fù)雜多樣、縱橫向變化快，火山巖與火山碎屑巖互層，且發(fā)生蝕變，測(cè)井響應(yīng)特征與正?；鹕綆r差別較大，與火山巖碎屑巖特征相似，巖性識(shí)別極其困難，需要針對(duì)共性及個(gè)性特征研究相應(yīng)的火山巖測(cè)井識(shí)別方法。首先利用微電阻率掃描成像測(cè)井（FMI）上不同的圖像紋理類(lèi)型能較好反映巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特點(diǎn)，將FMI與巖心資料相結(jié)合，分析總結(jié)不同火山巖FMI圖像模式，識(shí)別出巖石類(lèi)型有火山角礫巖、英安巖、凝灰?guī)r、玄武安山巖及花崗巖等，以火山角礫巖、玄武安山巖為主。然后分析出常規(guī)測(cè)井對(duì)FMI標(biāo)定的巖性響應(yīng)敏感的測(cè)井參數(shù)，并建立交會(huì)圖巖性識(shí)別法，最后將識(shí)別結(jié)果與薄片資料對(duì)比，符合率高達(dá)88%，提高測(cè)井巖性解釋精度。

火山巖；FMI；巖性識(shí)別；測(cè)井參數(shù)；交會(huì)圖

隨著油氣勘探的不斷深入，以及我國(guó)對(duì)油氣資源的需求不斷增加，傳統(tǒng)的碎屑巖和碳酸鹽巖油氣資源已難以滿足需要，火山巖油氣藏的勘探開(kāi)發(fā)日益受到重視[1-2]?；鹕綆r油氣儲(chǔ)層，在我國(guó)不同類(lèi)型的沉積盆地淺、中、深部地層中廣泛分布。由于火山巖油氣藏具有規(guī)模較小、初始產(chǎn)量高但遞減快、儲(chǔ)集類(lèi)型和成藏條件復(fù)雜等特點(diǎn)，對(duì)該類(lèi)油氣藏的系統(tǒng)研究方法相對(duì)缺乏，儲(chǔ)層評(píng)價(jià)極其困難[3-4]。

巖性識(shí)別是儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)性工作，準(zhǔn)確識(shí)別火山巖的巖性、巖相和確定巖相序列是火山巖測(cè)井評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容，巖性識(shí)別準(zhǔn)確性較差一直是影響火山巖儲(chǔ)層研究的關(guān)鍵因素[5]。目前對(duì)火山巖巖性識(shí)別利用的測(cè)井資料包括常規(guī)測(cè)井、成像測(cè)井、ECS測(cè)井等，巖性識(shí)別方法較多，例如利用交會(huì)圖法識(shí)別火山巖巖性[6]；利用元素測(cè)井資料制作了元素交會(huì)圖，然后用元素與常規(guī)測(cè)井資料交會(huì)，對(duì)火山巖巖性進(jìn)行了有效識(shí)別[7]；利用地球化學(xué)測(cè)井資料識(shí)別火山巖巖性[8]。這些方法對(duì)在巖性較純的安山巖、玄武巖、凝灰?guī)r等識(shí)別效果較好，而對(duì)于酸性—基性—超基性等復(fù)雜火山巖巖性識(shí)別效果不顯著。中拐凸起火山巖具有多期次噴發(fā)和多系列的特點(diǎn)，巖石類(lèi)型有巖漿巖和正常沉積巖。井下鉆巖性主要以大套中基性火山巖為主，局部有花崗巖、火山角礫巖和凝灰?guī)r以及砂礫巖等。由于研究區(qū)火山巖的礦物成分復(fù)雜，巖性種類(lèi)繁多，識(shí)別難度非常大。利用FMI、巖心與薄片資料，標(biāo)定不同類(lèi)型火山巖的FMI圖像模式，對(duì)多口井的巖性進(jìn)行判別分析，然后利用常規(guī)測(cè)井曲線提取對(duì)火山巖巖性敏感的測(cè)井參數(shù)，最后通過(guò)交會(huì)圖等手段識(shí)別巖性，提高測(cè)井巖性識(shí)別精度。

1 研究區(qū)火山巖的分類(lèi)

火山巖的分類(lèi)原則總體上包括二種：一種是根據(jù)巖石礦物成分分類(lèi)；另一種是根據(jù)巖石化學(xué)成分分類(lèi)。不同火山巖具有不同的化學(xué)成分，并在某些方面呈現(xiàn)有規(guī)律的變化，因此，本次研究主要利用礦物元素化學(xué)分析結(jié)果對(duì)ECS元素測(cè)井獲取的巖石化學(xué)元素含量進(jìn)行對(duì)比刻度，將氧化物含量投在TAS圖版中進(jìn)行火山巖分類(lèi)和定名（圖1）。從TAS分類(lèi)圖中可以看出，中拐凸起火山巖巖性類(lèi)別分布比較廣泛，以中基性火山巖為主，從玄武安山巖、安山巖到英安巖等都有分布。據(jù)ECS元素測(cè)井資料建立元素含量交會(huì)圖（圖2），從圖中可以看出，研究區(qū)花崗巖具有明顯的高硅與低鋁、鐵、鈦含量的特點(diǎn)，與玄武安山巖相比，K、Na、Ca、Su元素的重量百分含量變化不大；Si元素的含量增加，平均值為0.315；Al元素的含量降低，平均值為0.064；Fe元素的含量降低，平均值為0.038；Ti元素的含量降低，平均值為0.002。英安巖與玄武安山巖相比，K、Na、Ca、Su元素的重量百分含量變化不大，Si、Al、Fe、Ti元素的含量界于玄武安山巖與花崗巖之間。

圖1 中拐凸起火山巖巖心TAS分類(lèi)Fig.1 The TAS classification of volcanic rock core in Zhongguai uplift

圖2 中拐凸起火山巖元素含量交會(huì)圖版Fig.2 The cross plot of element content of volcanic rock in Zhongguai uplift

2 中拐凸起火山巖巖性識(shí)別

針對(duì)中拐凸起火山巖特征，以火山巖巖石學(xué)和測(cè)井響應(yīng)相關(guān)研究成果為依據(jù)，巖心標(biāo)定測(cè)井、精細(xì)巖心歸位，通過(guò)交會(huì)圖等手段對(duì)火山巖進(jìn)行識(shí)別。

2.1 利用電成像測(cè)井識(shí)別火山巖

1）FMI成像測(cè)井模式特征

電成像測(cè)井資料能夠提供環(huán)井壁地層電阻率隨深度變化的圖像，可以清楚直觀地反映巖石巖性、物性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特征?；鹕綆r不同的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，在成像測(cè)井圖像上表現(xiàn)為不同的電阻率，反映在成像測(cè)井圖像上就是不同的圖像紋理類(lèi)型，通過(guò)提取成像測(cè)井資料的圖像紋理作為巖性識(shí)別時(shí)反映巖石結(jié)構(gòu)與構(gòu)造的特征。圖像模式分類(lèi)及特征見(jiàn)表1。在這些圖像模式中，反映巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造的主要是前6個(gè)模式。

2）中拐凸起火山巖圖像特征

表1 圖像模式分類(lèi)及特征Table 1 Classification and features of image pattern

對(duì)研究區(qū)8口取心井的巖心照片與FMI資料進(jìn)行對(duì)比，分析總結(jié)不同類(lèi)型火山巖巖性的圖像特征（表2）。分析發(fā)現(xiàn)，中拐凸起石炭系火山巖發(fā)育有侵入巖、熔巖和火山碎屑巖類(lèi)，巖石類(lèi)型主要有火山角礫巖、玄武安山巖及花崗巖等。中基性火山巖以金龍10井、金龍14井為代表，侵入巖以金龍5井的巨厚花崗巖為代表。

2.2 利用交會(huì)圖識(shí)別火山巖

由于不同巖性火山巖測(cè)井特征相互重疊，很難依據(jù)一種特征進(jìn)行有效識(shí)別，利用多種特征進(jìn)行綜合識(shí)別是一種行之有效的方法。因此，首先要分析不同常規(guī)測(cè)井曲線對(duì)火山巖巖性的敏感性，確定并提取參與巖性識(shí)別的常規(guī)測(cè)井特征。

1）火山巖測(cè)井響應(yīng)敏感性分析

自然伽馬測(cè)井反映巖石所放射出自然伽馬射線的總強(qiáng)度。一般情況，從基性巖、中性巖到酸性巖，其鉀的含量逐漸增高，而酸性巖的鈾、釷含量最高，因而放射性響應(yīng)增強(qiáng)，自然伽馬曲線值最大。在中拐凸起火山巖中，基性巖到酸性巖整體放射性都比較低，GR值在15.8～62.5 API變化，從基性巖到酸性巖自然伽馬沒(méi)有明顯增大的趨勢(shì)（圖3a），因此，自然伽馬測(cè)井的數(shù)值變化基本上反映不了火山巖的巖性的變化。

電阻率值是火山巖巖性和其中流體的綜合反映，相比巖性而言流體對(duì)電阻率大小的影響較小。本研究區(qū)塊火山巖各種巖性電阻率值的跨度較大，且相互重疊（圖3b）。因此，電阻率曲線對(duì)區(qū)分火山巖巖性的敏感性較差。

圖3 測(cè)井參數(shù)敏感性分析Fig.3 Sensitivity analysis of log parameters

聲波時(shí)差是巖性、孔隙度、巖層的地質(zhì)年代和埋藏深度的綜合反映，當(dāng)巖石受蝕變嚴(yán)重或溶蝕孔洞比較發(fā)育時(shí)，聲波時(shí)差會(huì)增大。在中拐凸起，從基性巖到酸性巖聲波時(shí)差有逐漸減小的趨勢(shì)，但對(duì)玄武安山巖、火山角礫巖、石英安山巖和閃長(zhǎng)巖還是不能有效的區(qū)分開(kāi)（圖3c）。因此，聲波曲線對(duì)區(qū)分火山巖巖性的敏感性較差。

中子測(cè)井受地層巖性、流體性質(zhì)影響較大，并隨孔隙、裂隙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、絹云母等含有大量的結(jié)晶水和結(jié)構(gòu)水，這時(shí)常表現(xiàn)出很高的中子孔隙度值，特別是在蝕變嚴(yán)重時(shí)，中子測(cè)井反應(yīng)敏感。研究區(qū)的火山巖巖性從基性到酸性變化的過(guò)程中，中子孔隙度是逐漸減小的（圖3d）。因此，中子孔隙度值在劃分火山巖巖性時(shí)具有較高的敏感性。

密度測(cè)井受巖石的礦物成分、孔隙、裂隙、井眼尺寸和泥餅的影響。在火山巖中，隨著巖性從基性到酸性變化，巖石中鐵鋁等重礦物含量逐漸減少，理論上密度應(yīng)該是逐漸減小的。當(dāng)然，孔隙發(fā)育的地層，其密度值會(huì)相應(yīng)減小。在同類(lèi)巖石中，火山碎屑巖的密度低于熔巖?？锥椿蛄芽p發(fā)育段由于受泥漿侵入的影響，密度明顯下降，并呈鋸齒狀劇烈變化。同樣，在巖石蝕變次生的沸石充填于氣孔、裂縫之中，也會(huì)造成密度值下降。中拐凸起玄武安山巖和花崗巖的巖性密度平均值分別為2.69 g/cm3和2.65 g/cm3，而火山角礫巖、石英安山巖和閃長(zhǎng)巖的密度平均值在2.57 g/cm3左右（圖3e）。因此，密度曲線可以將玄武安山巖、花崗巖與其他幾種巖石區(qū)分開(kāi)，雖然密度曲線對(duì)火山巖巖性的敏感性不如中子曲線，但也具有一定的敏感性。

通過(guò)前面的研究可知，該區(qū)火山巖的主要巖性是玄武安山巖、石英安山巖、火山角礫巖、閃長(zhǎng)巖以及花崗巖。一般從基性巖到酸性巖，巖石中鉀的含量逐漸增高，酸性巖中的鈾、釷含量最高，因而放射性更強(qiáng)，自然伽馬曲線值最大。但該區(qū)的火山巖，從基性巖到酸性巖的鉀含量變化不大，因此，用自然伽馬曲線很難區(qū)分火山巖巖性。聲波時(shí)差和電阻率曲線對(duì)火山巖巖性的敏感性較差，從酸性巖到基性巖并沒(méi)有明顯的規(guī)律性。中子和密度曲線在劃分火山巖巖性時(shí)具有較高的敏感性（圖3f）。

2）交會(huì)圖識(shí)別火山巖

針對(duì)中拐凸起火山巖測(cè)井曲線敏感性特征，提取有準(zhǔn)確巖性的火山巖井段信息，從每個(gè)樣本點(diǎn)讀取密度DEN和中子CNL常規(guī)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，進(jìn)行交會(huì)。圖4為該區(qū)的DEN與CNL交會(huì)圖，從圖4中可以看出，玄武安山巖具有高中子、高密度的特點(diǎn)，火山角礫巖具有高中子、低密度的特點(diǎn)，英安巖具有中中子、中密度的特點(diǎn)，花崗巖具有低中子、高密度的特點(diǎn)。

圖4 中拐凸起火山巖DEN-CNL交會(huì)圖Fig.4 DEN-CNLcross plot of volcanic rock in Zhongguai uplift

3 應(yīng)用效果分析

利用上述巖性識(shí)別方法對(duì)研究區(qū)三口井（金龍10井、11井、8井）做了巖性識(shí)別（圖5），并將識(shí)別結(jié)果和成像測(cè)井以及薄片確定的巖性進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表3。研究區(qū)成像測(cè)井分析巖性與薄片分析結(jié)果基本一致。沉積巖利用常規(guī)測(cè)井曲線很容易識(shí)別，基性火山巖中的玄武巖、安山巖也易識(shí)別，符合率很高。研究區(qū)花崗巖呈酸性—中性變化，識(shí)別難度較大，且?guī)r性中夾雜有凝灰質(zhì)等成分，使得符合率有所降低，但整體符合率依然達(dá)到88%，提高了測(cè)井巖性識(shí)別精度。

表3 巖性識(shí)別效果對(duì)比Table 3 Lithology identification effect contrast

4 結(jié)論

1）利用電成像資料和巖心資料，對(duì)不同類(lèi)型火山巖的FMI模式進(jìn)行了分析總結(jié)，主要的圖像模式有塊狀模式、線狀模式、條帶狀模式、斑狀模式、雜亂模式等，分析出研究區(qū)石炭系發(fā)育有侵入巖、熔巖和火山碎屑巖類(lèi)，巖石類(lèi)型主要有火山角礫巖、玄武安山巖及花崗巖等。

圖5 金龍10井巖性解釋成果Fig.5 Lithology interpretation results of well Jinglong 10

2）在FMI識(shí)別的基礎(chǔ)之上，提取出對(duì)火山巖巖性識(shí)別敏感的常規(guī)測(cè)井參數(shù)，主要為密度和中子測(cè)井參數(shù)，后建立交會(huì)圖識(shí)別火山巖巖性圖版，并利用巖心薄片資料對(duì)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，符合率達(dá)到88%，提高了巖性識(shí)別精度。

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（編輯 尹淑容）

Lithologic identification method and application of acidic volcanic rocks

Ge Hongqi
(Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources,Ministry of Education, Yangtze University,Wuhan,Hubei 430100,China)

In Zhongguai area,lithology of volcanic rocks is complex and changes rapidly in vertical horizontal direction.Volcanic rocks interbed with pyroclastic rocks and form alteration.Log response characteristic has a great difference from normal volcanic rocks;however it is similar to pyroclastic rocks.Due to the extremely difficult lithology identification,aiming at common and personality features,it needs to research corresponding volcanic rock logging recognition method.Firstly,micro resistivity was used to scan different image texture types of full bore microscan imager(FMI),which could preferably reflect rock texture and structure. Combined with FMI and core data,different FMI image patterns of volcanic rock were summarized,and rock types were identified. The rock types are volcanic breccia,dacite,tuff,andesibasalt and ganite,among them,volcanic breccia and andesibasalt are the main types.Secondly,logging parameters of conventional logging to lithological response sensitive marked by FMI were analyzed, and cross plot lithology identification method were established.Finally,compared with recognition results and thin slices,the coincidence rate reached 88%,thereby,the interpretation accuracy of logging lithology was greatly improved.

volcanic rock,full bore microscan imager(FMI),lithology identification,log parameter,cross plot

P631.8

：A

2015-05-16。

葛紅旗（1989—），男，在讀碩士研究生，地球物理測(cè)井及測(cè)井資料解釋研究。