馮沖 ，王清斌 ，王立紅 ，劉曉健 ，郭龍龍

（1.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司，天津 300459）

0 引言

隨著渤海油田油氣勘探向中深層的推進(jìn)，潛山火山巖油氣藏勘探逐漸成為一個(gè)新的領(lǐng)域?；鹕綆r勘探面臨的首要問題就是巖石類型復(fù)雜多樣、儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，而識別火山巖巖性是劃分火山巖巖相、研究儲(chǔ)集空間及儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)律的基礎(chǔ)，對實(shí)際生產(chǎn)具有重要意義。通過測井識別火山巖巖性，相對于巖（壁）心標(biāo)本和薄片鑒定以及元素地球化學(xué)手段來說，在縱向上具有連續(xù)性，橫向上具有可對比性，有重要的應(yīng)用價(jià)值［1］。前人對火山巖巖性測井識別已有大量研究，方法主要可以分為兩大類：一類是基于常規(guī)測井曲線的巖性識別方法，主要包括常規(guī)測井曲線形態(tài)特征法、常規(guī)測井交會(huì)圖識別法，以及衍生出來的主成分分析法、對應(yīng)分析法、逐步判別法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等統(tǒng)計(jì)學(xué)方法［2-3］；另一類是基于元素測井、成像測井等特殊測井技術(shù)手段的巖性識別方法，元素測井和成像測井分別在巖石成分和結(jié)構(gòu)識別方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢［4-5］。2類方法互補(bǔ)逐漸成為火山巖以及復(fù)雜巖性識別的重要方法，但是成本較高，僅在重點(diǎn)井段錄取，難以普及到每口鉆井。

墾利16-A構(gòu)造中生界火山巖巖性多樣，非均質(zhì)性強(qiáng)，并且靠近郯廬斷裂，古近系火山活動(dòng)強(qiáng)烈，受深部熱液影響，硅質(zhì)交代強(qiáng)烈。該區(qū)火山巖的自然伽馬普遍偏高，最大值接近500 GAPI，常規(guī)測井曲線巖性識別無相關(guān)經(jīng)驗(yàn)值可借鑒。針對上述問題，本次研究將特殊測井識別和常規(guī)測井識別方法相結(jié)合，進(jìn)行火山巖巖性識別。首先，在錄取元素和成像資料等特殊測井資料的井段進(jìn)行精細(xì)研究，利用巖性掃描測井對火山巖進(jìn)行成分識別，利用成像測井對巖石結(jié)構(gòu)進(jìn)行識別，結(jié)合巖心、薄片和錄井等資料，準(zhǔn)確識別各種巖性；然后，以這些標(biāo)定過的井段作為樣本，統(tǒng)計(jì)分析不同巖性的常規(guī)測井曲線特征，進(jìn)行火山巖巖性指示特征曲線優(yōu)選，建立常規(guī)測井曲線識別流程，在未錄取特殊測井資料井段取得良好應(yīng)用效果。

1 地質(zhì)背景及巖石類型

1.1 地質(zhì)背景

萊州灣凹陷位于渤海南部、濟(jì)陽坳陷東部，郯廬斷裂從該凹陷東部和西部通過，是在中生界基底之上發(fā)育的新生代凹陷［6］。墾利16-A構(gòu)造位于萊州灣凹陷南部斜坡帶（見圖1），中生界潛山處于高部位，緊鄰萊州灣凹陷生烴中心，圈閉形態(tài)好，風(fēng)化時(shí)間長，風(fēng)化殼，內(nèi)幕裂縫較發(fā)育，成藏條件優(yōu)越。鉆井揭示，該構(gòu)造中生界發(fā)育白堊系義縣組和侏羅系藍(lán)旗組火山巖系地層?；鹕綆r分布具有明顯的區(qū)域性特征：西部井區(qū)主要發(fā)育安山質(zhì)火山巖，主要包括安山巖、安山質(zhì)角礫巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r；東部井區(qū)主要發(fā)育流紋質(zhì)火山巖，主要包括流紋斑巖、流紋質(zhì)火山角礫巖、流紋質(zhì)凝灰?guī)r。

1.2 巖石類型

通過研究區(qū)11口井的錄井、巖心和薄片分析等資料，該區(qū)中生界火山巖主要分為火山熔巖、火山碎屑巖和火山碎屑沉積巖，以火山熔巖和火山碎屑巖為主。火山碎屑沉積巖發(fā)育較為局限，僅在KL16-A-6井下部見到，巖性為凝灰質(zhì)砂礫巖；火山熔巖按化學(xué)成分可分為安山巖和流紋巖；火山碎屑巖按照顆粒粒徑和化學(xué)成分可以分為安山質(zhì)火山角礫巖、流紋質(zhì)火山角礫巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r和流紋質(zhì)凝灰?guī)r。

圖1 墾利16-A構(gòu)造位置示意

安山巖多呈褐灰色，塊狀構(gòu)造、氣孔構(gòu)造和裂縫發(fā)育（見圖2a）。鏡下呈斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要為斜長石和角閃石等暗色礦物，基質(zhì)呈交織結(jié)構(gòu)，成分為中基性斜長石微晶、隱晶質(zhì)和玻璃質(zhì)。研究區(qū)安山巖存在不同程度的蝕變，主要為綠泥石化和長石斑晶高嶺土化（見圖3a）。安山巖分布范圍較廣，典型井段為KL16-A-6井、KL16-A-8井、KL16-A-9井義縣組。流紋斑巖顏色混雜，肉紅色為主，塊狀構(gòu)造（見圖2b），鏡下呈斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要為堿性長石和石英，常具有熔蝕邊，基質(zhì)脫?；瘒?yán)重（見圖3b）。流紋斑巖分布相對局限，典型井段為KL16-A-4井藍(lán)旗組下部。

安山質(zhì)火山角礫巖顏色混雜，灰褐色為主，火山角礫結(jié)構(gòu)，礫石磨圓，分選差（見圖2c），鏡下呈火山碎屑結(jié)構(gòu)，角礫具自碎結(jié)構(gòu)，蝕變強(qiáng)烈，部分火山角礫為凝灰?guī)r，粒間凝灰質(zhì)伊利石化（見圖3c），典型井段為KL16-A-1井、KL16-A-6井義縣組。流紋質(zhì)火山角礫巖顏色混雜，以灰綠色為主，火山角礫和斑狀結(jié)構(gòu)（見圖2d），鏡下火山角礫具球粒結(jié)構(gòu)和霏細(xì)結(jié)構(gòu)，基質(zhì)以長英質(zhì)為主，裂縫較發(fā)育，多充填硅質(zhì)（見圖3d），典型井段為KL16-A-4井、KL16-A-7井藍(lán)旗組。

安山質(zhì)凝灰?guī)r多為深灰色，疏松塊狀構(gòu)造（見圖2e），鏡下呈凝灰結(jié)構(gòu)，成分主要為石英晶屑和玻屑，火山玻璃多已脫玻化形成隱晶質(zhì)，微裂縫發(fā)育（見圖3e），典型井段為 KL16-A-1井、KL16-A-6井、KL16-A-8井義縣組。流紋質(zhì)凝灰?guī)r顏色多為灰綠色，層狀結(jié)構(gòu)明顯（見圖2f），鏡下具有凝灰結(jié)構(gòu)和熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu)，碎屑物質(zhì)主要為玻屑、晶屑，晶屑多為斜長石（見圖3f），玻屑脫?；癁殚L英質(zhì)，后絹云母化，典型井段為KL16-A-4井藍(lán)旗組。

圖2 不同巖石類型巖石標(biāo)本

圖3 不同巖石類型微觀照片

2 利用特殊測井資料識別巖性

2.1 應(yīng)用巖性掃描測井識別巖石成分

巖性掃描測井儀相比以前的ECS測井儀器，測量的元素更多，精度更高，可準(zhǔn)確測量地層的鎂、鈉和鉀元素，進(jìn)而可有效區(qū)分方解石、白云石以及長石亞類，在火山巖性的成分識別方面具有較好的應(yīng)用潛力［7］。

按照化學(xué)成分對火山巖進(jìn)行分類的方法主要有SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)、TAS、QAPF 分類法［8-9］。SiO2是巖漿巖中最主要的一種氧化物，根據(jù)SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω的不同，可以把巖漿巖分成 4 類：超基性巖（ω（SiO2）≤45%）、基性巖（45%＜ω（SiO2）≤52%）、中性巖（52%＜ω（SiO2）≤63%）、酸性巖（ω（SiO2）＞63%）［10］。 因此，利用 KL16-A-7，KL16-A-8，KL16-A-9 井的 ω（SiO2），可以對其火山巖成分進(jìn)行有效區(qū)分。識別結(jié)果與巖（壁）心分析結(jié)果吻合良好，證明利用元素測井從化學(xué)成分上識別火山巖可靠（見圖4a）。 M.Le等提出全堿（Na2O+K2O）-SiO2的TAS圖解，只需全堿（Na2O+K2O）和SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)便可對火山巖進(jìn)行分類。將KL16-A-8井相關(guān)數(shù)據(jù)在TAS圖解上投點(diǎn)分析，數(shù)據(jù)主要落在粗面安山巖、玄武質(zhì)粗面安山巖、玄武安山巖，以及安山巖區(qū)域，與薄片鑒定結(jié)果基本一致（見圖4b），進(jìn)一步說明巖性掃描測井在火山巖巖性識別方面的獨(dú)特優(yōu)勢。

圖4 火山巖成分識別圖版

2.2 應(yīng)用成像測井識別巖石結(jié)構(gòu)

巖性掃描測井或ECS測井，反映的是巖石組分，無法準(zhǔn)確反映巖石結(jié)構(gòu)，熔巖與角礫巖不易區(qū)分；而FMI成像測井能夠提供環(huán)井壁地層電阻率深度變化圖像，在探測地層構(gòu)造、產(chǎn)狀、裂縫方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢，可以較為清楚、直觀地觀測巖石結(jié)構(gòu)：二者在識別火山巖巖性方面具有互補(bǔ)作用［11］。研究中主要應(yīng)用FMI和薄片鑒定，以及巖（壁）心實(shí)物來細(xì)分熔巖、火山角礫巖、凝灰?guī)r。將鉆井取心和井壁取心，以及薄片鑒定資料刻度到FMI圖像上，參考錄井資料，結(jié)合常規(guī)曲線特征，綜合利用FMI圖像特征，劃分不同結(jié)構(gòu)的火山巖，建立研究區(qū)的成像模式圖版，進(jìn)一步從結(jié)構(gòu)上識別墾利16-A構(gòu)造中生界火山巖。

圖5 墾利16-A構(gòu)造中生界火山巖成像測井識別圖版

熔巖巖性整體較為均一，并且較為致密，通常呈高亮塊狀模式，F(xiàn)MI圖像上為高電阻率亮色，裂縫呈高阻背景下的暗色條紋（見圖5a，5b）?；鹕浇堑[巖主要由粒徑為2～64 mm的火山角礫組成，不具磨圓結(jié)構(gòu)，填隙物主要是火山灰和火山塵，是火山爆發(fā)相的主要巖石類型?；鹕浇堑[與火山灰（塵）電阻率差異明顯，F(xiàn)MI圖像上呈不規(guī)則組合亮斑模式（見圖5c）。凝灰?guī)r主要由顆粒直徑小于2mm的火山碎屑組成，成分主要是晶屑、玻屑，以及巖屑，層狀或塊狀構(gòu)造，電阻率相對熔巖和火山碎屑巖較低。而凝灰?guī)r局部夾雜的火山角礫或礫石則呈亮色，因此凝灰?guī)r表現(xiàn)為暗色斑點(diǎn)模式（見圖5d）。

通過巖性掃描測井進(jìn)行火山巖成分識別，可以識別出安山質(zhì)火山巖和流紋質(zhì)火山巖；結(jié)合成像測井進(jìn)行巖石結(jié)構(gòu)劃分，識別出熔巖、火山角礫巖、凝灰?guī)r。這樣就可以利用特殊測井進(jìn)行火山巖的巖性識別。

3 利用常規(guī)測井資料進(jìn)行識別

在利用巖性掃描測井、成像測井，以及相應(yīng)巖心、薄片和錄井資料識別該區(qū)各種常見火山巖巖性的基礎(chǔ)上，繪制該區(qū)火山巖的測井曲線值箱型圖（見圖6）。通過箱型圖，分析不同曲線對火山巖巖石成分和結(jié)構(gòu)的區(qū)分程度，進(jìn)而依靠這些特征曲線的特征值定量識別火山巖。

自然伽馬測井反映了巖石放射出自然伽馬射線的總強(qiáng)度。一般從基性到酸性巖，巖石中的鉀體積分?jǐn)?shù)逐漸增高，因而酸性巖放射性最強(qiáng)，自然伽馬最大［12］。由圖6a可知：該區(qū)從中性巖到酸性巖，自然伽馬增大明顯；同質(zhì)火山巖爆發(fā)相的（火山角礫巖）放射性元素體積分?jǐn)?shù)比溢流相（熔巖）低，凝灰?guī)r在同質(zhì)火山巖中自然伽馬最低；從分布范圍上看，凝灰?guī)r和熔巖分布范圍小于火山角礫巖。自然伽馬測井?dāng)?shù)值基本反映了該區(qū)火山巖巖性成分的特征，在火山巖巖性識別中起到成分識別作用（見圖6a）。

電阻率測井往往反映了巖石的礦物成分、蝕變、孔洞，以及裂縫發(fā)育程度［13］，流體對其大小影響較小。由圖6b可知，研究區(qū)中性火山巖和酸性火山巖的電阻率大體相當(dāng)；同質(zhì)火山巖溢流相（熔巖）電阻率高于爆發(fā)相（火山角礫巖），凝灰?guī)r電阻率最低。電阻率對巖石結(jié)構(gòu)的區(qū)分程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于對巖石成分的區(qū)分程度，因此同質(zhì)火山巖的巖石結(jié)構(gòu)可以利用電阻率進(jìn)行區(qū)分（見圖 6b）。

補(bǔ)償中子測井實(shí)質(zhì)是測量氫的濃度。對沉積巖來說，補(bǔ)償中子測井主要受孔隙流體中氫濃度的影響，而火山巖的補(bǔ)償中子測井主要受巖石礦物成分以及孔隙和裂縫中流體濃度的影響［14］。由圖6c可知，同質(zhì)火山巖爆發(fā)相（火山角礫巖）補(bǔ)償中子值高于溢流相（熔巖），凝灰?guī)r的最大。補(bǔ)償中子對巖石結(jié)構(gòu)的區(qū)分程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于對巖石成分的區(qū)分程度，因此同質(zhì)火山巖的巖石結(jié)構(gòu)識別也可以用中子測井曲線進(jìn)行。由于安山質(zhì)凝灰?guī)r的中子孔隙度與流紋質(zhì)凝灰?guī)r差異較大，因此在明確凝灰?guī)r結(jié)構(gòu)的前提下，可以用該特征對二者進(jìn)行區(qū)分（見圖 6c）。

圖6 各類巖性測井曲線箱型圖

聲波測井受巖石礦物成分、致密程度、巖石結(jié)構(gòu)，以及巖石孔隙流體性質(zhì)影響［15］。由圖6d可知，安山質(zhì)火山巖的聲波范圍大于流紋質(zhì)火山巖；同質(zhì)火山巖爆發(fā)相（火山角礫巖）聲波時(shí)差高于溢流相（熔巖），凝灰?guī)r聲波時(shí)差最大。聲波時(shí)差對巖石結(jié)構(gòu)的區(qū)分程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于對巖石成分的區(qū)分程度，因此同質(zhì)火山巖的巖石結(jié)構(gòu)識別也可以用聲波時(shí)差進(jìn)行。由于安山質(zhì)凝灰?guī)r聲波時(shí)差和流紋質(zhì)凝灰?guī)r聲波時(shí)差差異較大，因此在明確凝灰?guī)r結(jié)構(gòu)的前提下，可以用該特征對二者進(jìn)行區(qū)分（見圖6d）。

綜上分析，可以看出：自然伽馬曲線在區(qū)分火山巖巖石成分方面具有明顯優(yōu)勢，而電阻率、補(bǔ)償中子、聲波時(shí)差在區(qū)分巖石結(jié)構(gòu)方面更具優(yōu)勢；同質(zhì)火山巖爆發(fā)相的（火山角礫巖）自然伽馬值和電阻率比溢流相（熔巖）低；而同質(zhì)火山巖爆發(fā)相（火山角礫巖）的補(bǔ)償中子和聲波時(shí)差比溢流相（熔巖）高。研究結(jié)果為常規(guī)測井曲線識別火山巖巖性奠定了巖石物理學(xué)基礎(chǔ)。

在沒有特殊測井資料的情況下，該區(qū)實(shí)際的火山巖巖性識別可以依據(jù)上述常規(guī)測井曲線巖性指示特征分析結(jié)論及錄井資料，按步驟進(jìn)行（見圖7）。先根據(jù)自然伽馬值判斷巖性大類，區(qū)分中性安山質(zhì)火山巖和酸性流紋質(zhì)火山巖；然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)細(xì)判，主要根據(jù)電阻率判斷火山碎屑巖和熔巖2個(gè)亞類；最后依據(jù)補(bǔ)償中子、電阻率特征，并參照錄井資料，可較為準(zhǔn)確地判別出火山角礫巖和凝灰?guī)r，最終實(shí)現(xiàn)2個(gè)大類、4個(gè)亞類和6種巖性的準(zhǔn)確識別。實(shí)際應(yīng)用效果表明，該方法可以提高火山巖巖性判別的效率和準(zhǔn)確率（見圖8）。

圖7 墾利16-A構(gòu)造中生界復(fù)雜火山巖巖性判別流程

圖8 墾利16-A構(gòu)造×井應(yīng)用實(shí)例

4 結(jié)論

1）通過分析萊州灣凹陷墾利16-A構(gòu)造中生界火山巖巖石特征，應(yīng)用巖性掃描測井和成像測井，建立了與巖石對應(yīng)的火山巖巖性分類標(biāo)準(zhǔn)，可將研究區(qū)火山巖分為中性火山巖和酸性火山巖2個(gè)大類，熔巖、火山角礫巖和凝灰?guī)r3種巖相，安山巖、安山質(zhì)火山角礫巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r、流紋斑巖、流紋質(zhì)火山角礫巖和流紋質(zhì)凝灰?guī)r等6種巖性。

2）將特殊測井識別結(jié)果推廣到常規(guī)測井中，進(jìn)行巖性指示特征曲線優(yōu)選。自然伽馬測井對火山巖化學(xué)成分的變化指示效果最好，從基性到酸性火山巖的自然放射性強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)；而電阻率、補(bǔ)償中子以及聲波時(shí)差在巖石結(jié)構(gòu)識別方面更具優(yōu)勢。同質(zhì)火山巖爆發(fā)相（火山角礫巖）電阻率比溢流相（熔巖）低，凝灰?guī)r最低；而同質(zhì)火山巖爆發(fā)相（火山角礫巖）的補(bǔ)償中子和聲波時(shí)差比溢流相（熔巖）高，凝灰?guī)r最高。

3）通過火山巖巖性成分和結(jié)構(gòu)特征曲線分析，建立復(fù)雜火山巖常規(guī)測井曲線巖性識別流程，提高了識別復(fù)雜火山巖巖性的準(zhǔn)確率，取得良好應(yīng)用效果。

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