葉 濤 韋阿娟 高坤順 吳慶勛 趙弟江

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院 天津 300452)

渤海海域中生界火山巖測井-地質巖性綜合識別方法*

葉 濤 韋阿娟 高坤順 吳慶勛 趙弟江

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院 天津 300452)

以渤海海域豐富的鉆井取心、薄片鑒定及常規(guī)測井資料為基礎，建立了以巖石成分、巖石結構為主導的研究區(qū)中生界火山巖測井-地質分類方案，明確了不同類型火山巖的測井響應特征，其中自然伽馬與密度對巖石成分響應敏感，聲波時差、中子孔隙度及電阻率對巖石結構識別能力較強。在此基礎上，建立了研究區(qū)中生界火山巖巖石成分識別圖版、巖石結構識別圖版及巖性綜合識別圖版，并將識別圖版應用于實際生產(chǎn)，認為安山巖及安山角礫巖是研究區(qū)中生界火山巖油氣藏主要儲集巖。本文方法對于渤海海域尋找火山巖優(yōu)質儲層，降低火山巖油氣藏勘探風險具有重要意義。

渤海海域；中生界；火山巖；巖性識別；測井-地質分類

近年來，我國陸上油區(qū)火山巖油氣藏的勘探不斷取得重大突破，為我國油氣儲量增長奠定了堅實的物質基礎[1-4]。渤海海域作為我國海上油氣勘探的主戰(zhàn)場，在中生界火山巖中獲得了良好的油氣顯示，并有相當規(guī)模的油氣發(fā)現(xiàn)。渤海海域位于渤海灣盆地中東部，介于郯廬斷裂帶與滄東斷裂帶之間，勘探面積約4萬km2。侏羅紀—古新世，歐亞大陸與太平洋板塊之間的左旋剪切使得前期形成的郯廬大斷裂發(fā)生平行移動，控制晚侏羅世—早白堊世發(fā)生大規(guī)模的火山運動，渤海海域中生界火山巖廣泛分布[5]。由于火山巖巖性變化大，且儲層發(fā)育直接受控于巖性，所以加強巖性識別對于降低渤海海域火山巖油氣藏勘探風險具有重要意義。

目前，巖性識別的方法有巖心觀察、元素分析、元素測井、成像測井、重磁法以及地震法等[6-12]。其中，巖心觀察與元素分析主要針對單一深度的精細巖性分析；元素測井與成像測井是目前巖性識別最為有效的手段，但由于價格高昂，同時應用較晚，使得渤海海域大部分老井均無此資料；重磁法與地震法主要應用于宏觀大范圍的巖性描述，精度往往較差。筆者在對取心井精細標定的基礎上，通過對不同的巖性進行巖電分析，利用常規(guī)測井曲線交會圖對渤海海域中生界火山巖進行識別，建立了該地區(qū)中生界火山巖巖石成分識別圖版、巖石結構識別圖版及巖性綜合識別圖版，并成功應用于實際生產(chǎn)中，明確了安山巖及安山角礫巖是該地區(qū)中生界火山巖油氣藏的主要優(yōu)質儲集巖。

1 火山巖測井-地質分類與測井響應特征

1.1 測井-地質分類

火山巖的合理分類是進行巖性特征研究的基礎，傳統(tǒng)的地質學分類主要是根據(jù)礦物組合及元素含量來劃分的，使得部分地質學分類中不同的巖石具有相似的測井響應特征(如玄武巖與輝綠巖)，也使得相同的巖性命名可能存在不同的測井響應(如安山質角礫巖與玄武質角礫巖具有不同的自然伽馬響應值)，為巖性識別帶來了較大的困難。本次研究是在傳統(tǒng)地質學分類的基礎上，同時綜合測井響應的差異，建立了以巖石成分與巖石結構為主導的測井-地質分類方案，即根據(jù)巖石成分差異先將研究區(qū)中生界火山巖劃分為基性、中基性、中性、中酸性、中堿性及酸性六大類，再從巖石結構出發(fā)將其劃分為熔巖結構與碎屑結構(進一步細分為角礫結構、凝灰結構及熔巖蝕變結構)兩大類。具體分類見表1。

表1 渤海海域中生界火山巖測井-地質分類

1.2 測井響應特征

不同的火山巖具有不同的礦物組合及結構特征，決定了巖石測井響應特征的差異，而明確不同巖石測井響應特征是巖性識別的關鍵。為了便于與火山巖巖石成分(基性、中基性、中性、中酸性、中堿性、酸性)及巖石結構(熔巖結構、碎屑結構)對應，分別以GR=60、120 API，AC=70、80 μs/ft，DEN=2.45、2.60 g/cm3，CNL=20%、25%,RD=10、17 Ω·m為分界點,將自然伽馬、聲波時差、密度、中子孔隙度及電阻率測井響應特征劃分為低、中、高等3個區(qū)間。

1) 同構異類火山巖測井響應特征。

自然伽馬對同構異類(即相同巖石結構、不同巖石成分)的火山巖具有較好的響應。整體而言，由酸性巖到基性巖，自然伽馬逐步降低：研究區(qū)酸性巖自然伽馬往往大于120 API；中酸性、中堿性熔巖具有中高自然伽馬的特征，一般為93～120 API；中性巖自然伽馬一般介于60～93 API之間；中基性巖類的安山玄武巖及玄武安山巖，自然伽馬主要介于53～70 API之間；基性巖自然伽馬最低，往往小于48 API(圖1)。

密度也是火山巖巖石成分的輔助判識參數(shù)。以熔巖類為例，由基性熔巖至酸性熔巖，巖石密度逐步降低：基性熔巖由于含有較高的鐵鎂礦物，密度較大，往往大于2.6 g/cm3，甚至可達2.8 g/cm3；中性、中基性熔巖的密度往往介于2.45～2.60 g/cm3之間；酸性、中堿性熔巖的密度則小于2.45 g/cm3(圖1)。

2) 同類異構火山巖測井響應特征。

同類異構(即相同巖石成分、不同巖石結構)的火山巖同樣會具有不同的測井響應特征，如圖2。

圖1 渤海海域“同構異類”火山巖測井響應特征

圖2 渤海海域“同類異構”火山巖測井響應特征

以基性巖為例，玄武巖、蝕變玄武巖、玄武質角礫巖及玄武質凝灰?guī)r的自然伽馬均具有低值特征(<60 API)，但聲波時差、中子孔隙度、電阻率及密度對巖石結構差異響應敏感，尤其是聲波時差、中子孔隙度及電阻率，隨著火山巖巖石結構由熔巖結構逐漸向角礫結構、凝灰結構、蝕變結構過渡，聲波時差、中子孔隙度均有增大趨勢，而電阻率則明顯降低。另外，當火山巖巖石成分相同時，受巖石結構的控制，密度也會存在一定的變化。

2 火山巖巖性識別

以火山巖測井-地質分類為基礎，通過對巖石成分及巖石結構的獨立識別，最終可確定巖石的類型，因此準確的巖石成分及巖石結構識別是火山巖巖性識別的關鍵。通過對取心井段的巖心歸位，以研究區(qū)取心井段大量的薄片資料為基礎(共375個數(shù)據(jù)點)，優(yōu)選對火山巖巖石成分、巖石結構及巖性響應敏感的參數(shù)進行交會分析，建立了研究區(qū)的巖性識別圖版。

2.1 巖石成分識別圖版

自然伽馬及密度對火山巖巖石成分響應敏感。以火山熔巖為例，兩者交會分析可將數(shù)據(jù)點劃分為基性巖、中基性巖、中性巖、中酸性巖、中堿性巖及酸性巖等六大區(qū)域(圖3)，其中基性巖自然伽馬整體小于53 API，主要為玄武巖；中基性巖自然伽馬介于53～70 API之間，主要為安山玄武巖及玄武安山巖；中性巖自然伽馬分布在70～93 API之間，主要為安山巖；中酸(堿)性巖自然伽馬為93～120 API，

圖3 渤海海域中生界火山巖巖石成分識別圖版

主要對應英安巖及粗面巖；酸性巖自然伽馬則大于120 API，主要為流紋巖及霏細巖。對于具有相同自然伽馬響應特征的中酸性巖(英安巖)與中堿性巖(粗面巖)，密度可對其進行較好的區(qū)分，中堿性巖的密度往往小于2.45 g/cm3，這是由中堿性巖中鉀長石含量較高導致的。

2.2 巖石結構識別圖版

聲波時差、中子孔隙度及電阻率對火山巖巖石結構響應敏感，同時受巖石成分影響較小。以火山熔巖為例，其具有低聲波時差、低中子孔隙度及高電阻率的特征，當巖石發(fā)生破碎及蝕變時，各曲線會向相反的方向變化。根據(jù)電阻率與聲波時差比值(RD/AC)及中子孔隙度的交會分析，可將數(shù)據(jù)點劃分為熔巖結構、角礫結構及凝灰+蝕變結構等三大區(qū)域,其中熔巖結構中子孔隙度較低，一般低于17%，RD/AC大于0.4×0.304 8 Ω·m2/μs；凝灰+蝕變結構RD/AC往往小于0.04×0.304 8 Ω·m2/μs，而角礫結構RD/AC主要介于兩者之間(圖4)。

圖4 渤海海域中生界火山巖巖石結構識別圖版

2.3 巖性綜合識別圖版

巖石成分識別圖版與巖石結構識別圖版組合可以較好地完成巖石的綜合定名，同時筆者建立了巖性綜合識別圖版，選取了對巖石成分響應敏感的自然伽馬與對巖石結構響應敏感的電阻率這2個參數(shù)進行交會分析。以此為基礎，在圖版上可以劃分出玄武巖、蝕變玄武巖、中基性熔巖等10個區(qū)域(圖5)，綜合識別可與成分-結構獨立識別配合來提高巖性識別精度。

注：(1)玄武巖;(2)蝕變玄武巖;(3)中基性熔巖;(4)中基性角礫巖;(5)安山巖;(6)安山質角礫巖;(7)凝灰?guī)r;(8)中酸性-中堿性熔巖;(9)酸性熔巖;(10)沉凝灰?guī)r。

圖5 渤海海域中生界火山巖巖性綜合識別圖版

Fig .5 Lithology comprehensive identification plate of Mesozoic volcanic rocks in Bohai sea

3 實例應用

以A井為例，從圖6可以看出，就巖石成分而言，該井深度2 504 m處自然伽馬具有明顯跳躍現(xiàn)象，上部自然伽馬均值74 API，綜合識別圖版上分布于(5)、(6)區(qū)，表明頂部為中性巖；下部自然伽馬均值55 API，綜合識別圖版上分布于(2)區(qū)，表明底部為基性巖。就巖石結構而言，該井深度2 485～2 490 m及2 500～2 504 m處電阻率介于26～52 Ω·m，為典型的熔巖結構，綜合識別圖版上分布于(5)區(qū)，為安山巖；深度2 490～2 500 m處電阻率為6～16 Ω·m，為角礫結構，綜合識別圖版上分布于(6)區(qū)，為安山質角礫巖；而深度2 504 m以下電阻率為0.68～1.46 Ω·m，同時中子孔隙度大于45%，綜合識別圖版上主要分布于(2)區(qū)，這與蝕變巖的特征一致。由于該井巖性解釋成果與實鉆取心結果相吻合(圖7)，因此應用本文方法對研究區(qū)48口探井進行了巖性校正，綜合判別結果與巖心、薄片鑒定結果對比準確率為82.6%，表明該方法在研究區(qū)適用性較強。

基于本文方法對現(xiàn)有測試數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，結果表明渤海海域中生界安山巖及安山質角礫巖油氣產(chǎn)能較高，而玄武巖及玄武安山巖等基性、中基性火山巖油氣產(chǎn)能較低(圖8)。分析認為，一方面可能是由于基性、中基性巖以暗色礦物為主，后期成巖作用難以溶蝕形成有效孔隙；另一方面可能是由于基性、中基性巖以塑性礦物為主，裂縫不容易發(fā)育，難以對孤立的孔隙進行溝通有關。因此，安山巖及安山角礫巖是渤海海域中生界火山巖主要優(yōu)質儲集巖，準確的巖性識別可以有效降低火山巖油氣藏勘探風險。

注：(1)玄武巖；(2)蝕變玄武巖；(3)中基性熔巖；(4)中基性角礫巖；(5)安山巖；(6)安山質角礫巖；(7)凝灰?guī)r；(8)中酸性-中堿性熔巖；(9)酸性熔巖；(10)沉凝灰?guī)r。

圖6 渤海海域A井巖性綜合識別

Fig .6 Lithology comprehensive identification of Well A in Bohai area

圖7 渤海海域A井巖性測井綜合解釋

圖8 渤海海域中生界火山巖不同巖性測試產(chǎn)能

4 結論

1) 建立了以巖石成分、巖石結構為主導的渤海海域中生界火山巖測井-地質分類方案。根據(jù)巖石成分差異將研究區(qū)火山巖劃分為基性、中基性、中性、中酸性、中堿性及酸性六大類，根據(jù)巖石結構差異將研究區(qū)火山巖劃分為熔巖結構與碎屑結構兩大類。

2) 建立了適合研究區(qū)的火山巖巖石成分識別圖版、巖石結構識別圖版及巖性綜合識別圖版。利用測井自然伽馬與密度交會圖可對火山巖巖石成分進行識別，利用測井聲波時差、中子孔隙度及電阻率可對火山巖巖石結構進行識別，利用測井自然伽馬與電阻率交會可進行火山巖巖性綜合識別。

3) 將識別圖版應用于實際生產(chǎn)，其解釋成果與實鉆結果相吻合，表明該方法對研究區(qū)具有較強的適應性?，F(xiàn)有測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，安山巖及安山質角礫巖為研究區(qū)的主要優(yōu)質儲集巖，準確的巖性識別可有效降低研究區(qū)火山巖油氣藏的勘探風險。

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(編輯：馮 娜)

Lithology comprehensive identification method with logging-geology data of Mesozoic volcanic rocks in Bohai sea

Ye Tao Wei Ajuan Gao Kunshun Wu Qingxun Zhao Dijiang

(BohaiOilResearchInstitute,TianjinBranchofCNOOCLtd.,Tianjin300452,China)

With the data of cores, rock thin sections and well logging, rock classification method of well logging-geology mainly based on composition and structure has been established, and the well logging response characteristics of different rocks in Bohai sea have been made clear in which natural gamma and density are sensitive to rock composition, interval transit time and neutron porosity, and resistivity are sensitive to rock structure. The cross plots of rock composition, rock structure and lithology comprehensive identification are established based on rock physics analysis. The application of these cross plots shows that the andesite and the andesitic conglomerates are the high quality reservoirs in the study area. This method is significant for searching vocalic high quality reservoir and reducing exploration risk in Bohai sea.

Bohai sea; Mesozoic; volcanic rocks; lithology identification; logging-geology classification

葉濤，男，1987年生，助理工程師，2013年畢業(yè)于中國石油大學(華東)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，獲碩士學位，主要從事油氣勘探與綜合評價工作。地址：天津市塘沽區(qū)閘北路1號勘探樓303(郵編：300452)。E-mail:yetao2@cnooc.com.cn。

1673-1506(2016)01-0048-06

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.01.007

P631.84

A

2015-07-24 改回日期：2015-11-10

*“十二五”國家科技重大專項“渤海海域大中型油氣田地質特征(編號：2011ZX05023-006-002)”部分研究成果。

葉濤,韋阿娟,高坤順，等.渤海海域中生界火山巖測井-地質巖性綜合識別方法[J].中國海上油氣，2016,28(1)：48-53.

Ye Tao,Wei Ajuan,Gao Kunshun,et al.Lithology comprehensive identification method with logging-geology data of Mesozoic volcanic rocks in Bohai sea[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(1):48-53.