胡書林 王國(guó)瓦 陳向輝 胡 偉 王艷彬 買 振 李建成 曾 杰

(①中國(guó)石油西部鉆探工程公司地質(zhì)研究院；②中國(guó)石油塔里木油田公司勘探開發(fā)研究院)

0 引 言

塔里木油田庫(kù)車克深區(qū)塊是“西氣東輸”主力資源區(qū)，目的層巴什基奇克組致密裂縫性砂巖儲(chǔ)集層埋深普遍在5 500～8 000 m之間。由于鉆井成本及工程復(fù)雜性因素，取心工作量很少，加之使用PDC鉆頭，破碎的巖屑粒徑小于0.3 mm,顆粒細(xì)碎，依靠肉眼觀察的傳統(tǒng)手段識(shí)別巖性較為困難。為實(shí)現(xiàn)錄井現(xiàn)場(chǎng)快速識(shí)別巖性建立地層剖面，通過(guò)應(yīng)用X射線熒光元素分析技術(shù)(以下簡(jiǎn)稱XRF)分析巖屑元素含量及組合變化，可以有效解決粉末狀巖屑的巖性定名難題[1-4]。利用方差分析方法統(tǒng)計(jì)篩選出9種敏感元素，通過(guò)克深區(qū)塊多口井元素分析數(shù)據(jù)處理，初步建立該區(qū)巖屑XRF元素識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)方法(圖譜法、單元素及元素比值交會(huì)法、三維圖板法)，將其用于地質(zhì)錄井粉末狀巖屑的巖性識(shí)別，應(yīng)用效果較好。

1 敏感性元素方差分析

1.1 樣品數(shù)據(jù)來(lái)源

采用江蘇天瑞EDX5500H型能量散射X射線熒光光譜儀，分析范圍涵蓋原子序數(shù)Z 11(Na)-Z 92(U)。根據(jù)沉積巖常量元素成分，選取19個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)巖石樣本進(jìn)行元素標(biāo)定，得到35種元素的相對(duì)百分含量，完成巖性識(shí)別和地層劃分需要[5-10]。在庫(kù)車克深區(qū)塊XRF元素分析樣品大約485個(gè)(表1)。

表1 克深區(qū)塊XRF元素分析取樣情況

1.2 方差分析

依據(jù)地球化學(xué)理論認(rèn)識(shí)和沉積巖中元素含量的一般規(guī)律[11-12]，在XRF分析的35種元素中，重點(diǎn)選擇17種元素(Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Ba、Ti、Mn、Fe、V、Ni、Sr、Zr)，分別按巖心與巖屑運(yùn)用 SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件開展敏感元素方差分析，概率值P的結(jié)果見表2、表3。

表2 KS 501井與KS 506井巖心XRF敏感元素方差分析結(jié)果

1.3 敏感元素確定

根據(jù)巖心與巖屑XRF敏感性元素方差分析結(jié)果，主要依據(jù)概率值P進(jìn)行顯著性分析：0.01

依據(jù)概率值P，最終敏感元素定為Si、Fe、Al、Ca、Mn、Mg、Zr、Na、K，其中Al元素雖然敏感性不好，但在沉積巖礦物中普遍存在，故保留。P與S元素因含量太低而去除(表4)。

表3 克深區(qū)塊巖屑XRF敏感元素方差分析

表4 克深區(qū)塊巖心與巖屑XRF元素方差敏感分析結(jié)果

2 方法的建立

通過(guò)對(duì)克深區(qū)塊白堊系巴什基奇克組(K1bs)6口井巖屑、2口井巖心XRF分析實(shí)驗(yàn)和上述9種元素?cái)?shù)據(jù)歸納分析，總結(jié)巖性定名方法主要有圖譜法、單元素及元素比值交會(huì)法、三維圖板法。

2.1 圖譜法

一般情況下，Si元素代表砂質(zhì)含量，F(xiàn)e元素反映泥質(zhì)含量，Ca元素反映灰質(zhì)含量。通過(guò)克深區(qū)塊巖屑樣品XRF元素分析能譜圖，觀察XRF元素能譜圖中Si、Fe、Ca、Cl、S元素相對(duì)含量，可快速、大致判斷識(shí)別巖性(圖1、 圖2)。

2.2 單元素及元素比值交會(huì)法

選擇最能代表泥質(zhì)含量的Fe元素與代表砂質(zhì)含量的Si元素作二維交會(huì)(圖3、圖4)，或者使用Si/Fe、K/Na、Al/Na等作二維交會(huì)(圖5、圖6)，可以看出不論是Na元素還是K/Na、Zr/Al、Mg/Ca、Al/Na、Mg/Al比值均無(wú)實(shí)際作用，其中起決定作用的是 Si、Fe元素及Si/Fe，主要利用這三個(gè)參數(shù)建立克深區(qū)塊(K1bs)巖屑元素及元素比值法巖性識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)(表5)，兩種圖板顯示砂巖、泥巖、砂泥巖過(guò)渡區(qū)三者分區(qū)效果明顯。

圖1 KS 501井巖心泥巖與細(xì)砂巖Si元素譜圖

圖2 KS 501井巖心泥巖與細(xì)砂巖Fe元素譜圖

圖3 克深區(qū)塊Fe與Na、Si與Na元素二維交會(huì)圖板

圖4 克深區(qū)塊Si與Fe元素二維交會(huì)圖板

圖6 克深區(qū)塊Si/Fe與K/Na二維交會(huì)圖板

表5 克深區(qū)塊巖屑(K1bs)XRF元素分析巖性識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)

2.3 元素及比值三維圖板

選擇Fe元素、Si元素分別與Si/Fe比值、K/Na比值作三維立體空間交會(huì)(圖7)。Fe元素、Si元素分別與Si/Fe比值在三維空間呈斜坡帶狀展布，F(xiàn)e元素、Si元素分別與K/Na比值在三維空間呈俯臥三角錐體狀展布，明顯可見起作用的是Si、Fe與Si/Fe比值，砂泥巖分區(qū)效果明顯，K/Na比值作用有限。

圖7 克深區(qū)塊Si、Fe元素與Si/Fe、K/Na比值三維交會(huì)圖板

3 實(shí)例及應(yīng)用效果

在克深區(qū)塊KS 508井應(yīng)用單元素和元素比值二維交會(huì)法巖性判別標(biāo)準(zhǔn)，沒有按單個(gè)樣品分析進(jìn)行巖性解釋，統(tǒng)一在XRF分析數(shù)據(jù)庫(kù)依據(jù)解釋標(biāo)準(zhǔn)，分別按照每段砂層、泥巖層元素均值，建立Si、Fe、Na的砂泥巖線及Si/Fe、K/Na的砂泥巖線，分別提取巖性解釋剖面(圖8、圖9)。從二者比較看，Si/Fe比值法解釋剖面效果要好于單元素交會(huì)法。

Si/Fe與K/Na比值法解釋的巖屑巖性解釋剖面與利用電測(cè)伽馬巖屑?xì)w位剖面相比較(圖9)，砂巖解釋符合率92.1%，泥巖解釋符合率95%，過(guò)渡巖性解釋符合率80%，錄井元素XRF巖性解釋剖面平均符合率89%，應(yīng)用效果較好。

圖8 KS 508井巖屑元素分析砂巖、泥巖線及解釋剖面錄井圖

建立的克深區(qū)塊巖屑XRF元素巖性三種判別標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)在克深區(qū)塊多口井應(yīng)用分析認(rèn)為，圖譜法雖簡(jiǎn)單但人為隨意性較大，三維圖板法應(yīng)用復(fù)雜不利于現(xiàn)場(chǎng)推廣，二維圖板交會(huì)法(Si/Fe與K/Na比值)相比單元素含量判別考慮全面，巖性判別準(zhǔn)確性高，可有效避免不同井之間元素含量差異導(dǎo)致的判別失誤，且使用方便、快速。因此Si/Fe與K/Na二維圖板交會(huì)法可以在克深區(qū)塊巖性定名中推廣使用。

圖9 KS 508井巖屑元素分析比值及解釋剖面錄井圖

4 結(jié)束語(yǔ)

利用XRF元素分析技術(shù)建立的巖屑巖性識(shí)別方法一定程度解決了庫(kù)車超深井PDC鉆頭破碎的粉末狀巖屑定名難題，提升了元素錄井的應(yīng)用價(jià)值，為現(xiàn)場(chǎng)巖屑定量化定名提供了新的技術(shù)途徑。但在實(shí)際應(yīng)用中需要注意的是，巖心與巖屑、不同區(qū)塊Si、Fe、Na元素與 Si/Fe、K/Na比值砂泥巖石標(biāo)準(zhǔn)略有差異，需要分別建立適應(yīng)區(qū)塊的元素比值判別標(biāo)準(zhǔn)，才具有針對(duì)性和適用性。