李靜

(中國石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院地球物理研究所, 新疆 烏魯木齊 830013)

0 引 言

隨著JL10井在石炭系火山巖獲得突破,火山巖儲層已成為準噶爾盆地西北緣中拐凸起油氣勘探的重要目標?；鹕綆r儲層具有巖性、孔隙結(jié)構(gòu)復雜多樣,非均質(zhì)性強的特點,運用測井資料識別油氣層非常困難[1-2]。準噶爾盆地西北緣中拐凸起巖石類型主要為火山巖,從基性、中性到酸性均有分布,主要為玄武安山巖、火山角礫巖、凝灰?guī)r、花崗巖及閃長巖等。儲層以中基性火山碎屑巖和火山熔巖為主,縱、橫向變化快,具有多期次噴發(fā)的特點[3-4]。測井曲線響應特征受火山巖的致密程度、化學成分以及后期蝕變作用等因素的影響,單純依靠常規(guī)測井9條曲線劃分巖性比較困難。通過對該區(qū)火山巖的巖石物理特征與巖石學特征的相關關系分析表明,研究區(qū)火山巖的伽馬值普遍偏低,補償中子、密度、電阻率等測井曲線對火山巖化學成分、結(jié)構(gòu)及蝕變程度反應較為敏感。在巖心分析的基礎上結(jié)合常規(guī)及特殊測井資料能夠較好地區(qū)分火山巖巖性。

針對研究區(qū)巖性識別存在的難點,通過詳細的巖心觀察及鏡下鑒定,準確確定各類火山巖巖性定名及歸類;在巖心標定的基礎上,利用ECS測井開展不同巖性成因、成分分析,選取敏感礦物建立交會圖進行火山巖化學成分劃分,結(jié)合電成像測井反映的結(jié)構(gòu)構(gòu)造信息建立成像模式圖版,進一步從結(jié)構(gòu)上對巖性進行識別。在特殊測井識別巖性的基礎上,分析不同巖性其礦物成分及結(jié)構(gòu)構(gòu)造在常規(guī)測井上的響應特征,將特殊測井識別結(jié)果推廣到常規(guī)測井中,進行常規(guī)曲線敏感性分析,建立中子—密度交會圖,實現(xiàn)利用常規(guī)測井曲線劃分火山巖巖性。

1 中拐凸起火山巖巖性識別

圖1 中拐凸起火山巖自然伽馬分布特征

工區(qū)發(fā)育的幾種火山巖測井響應特征。玄武安山巖自然伽馬(GR)數(shù)值低,10～50 API,形態(tài)較平穩(wěn);電阻率值中等到高值,30～1 000 Ω·m;密度值高,2.55～2.86 g/cm3;聲波時差較低,低于60 μs/ft*非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同;成像測井圖像表現(xiàn)為高電阻率塊狀特征,巖石薄片有間隱結(jié)構(gòu)。火山角礫巖電阻率值明顯低于熔巖;密度值降低;聲波時差升高,60～70 μs/ft;自然伽馬數(shù)值降低;巖心及成像測井中見明顯角礫?；◢弾r自然伽馬數(shù)值低,20～40 API,形態(tài)較平穩(wěn);電阻率值高,100～10 000 Ω·m;密度值高,2.60～2.70 g/cm3;聲波時差低于60 μs/ft;成像測井表現(xiàn)為高電阻率塊狀特征。英安巖自然伽馬數(shù)值30～65 API,形態(tài)較平穩(wěn);電阻率值高,50～4 000 Ω·m;密度值相對低,2.5～2.62 g/cm3;聲波時差低于66 μs/ft;成像測井圖像上表現(xiàn)為高電阻率塊狀特征。

自然伽馬測井反映巖石所放射出自然伽馬射線的總強度。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,因而放射性響應增強,自然伽馬值最大。根據(jù)自然伽馬值的變化規(guī)律可以區(qū)分火山巖的酸堿性[5]。在研究區(qū)火山巖中,基性巖到酸性巖整體放射性都比較低,GR值在15～62 API之間變化(見圖1),從基性巖到酸性巖自然伽馬值沒有明顯增大的趨勢,自然伽馬測井的數(shù)值變化基本不反映火山巖的巖性的變化。針對這個特點,利用ECS測井進行研究區(qū)的低自然伽馬成因成分分析,選取敏感礦物進行火山巖化學成分劃分。

1.1 利用元素俘獲能譜測井(ECS)資料識別火山巖

元素俘獲能譜測井(ECS)利用快中子與地層中的原子核發(fā)生非彈性散射碰撞及熱中子被俘獲的原理,通過解譜和氧化物閉合模型得到地層中主要造巖元素的相對百分含量,可直接應用于識別火山巖巖性[6]。

火山巖中各主要氧化物之間關系很密切,其變化有規(guī)律[7]。通過分析發(fā)現(xiàn)該區(qū)GR值低是由于K2O含量低造成的。K2O的變化與SiO2含量沒有明顯的規(guī)律。但是,隨著SiO2含量的增加,Fe2O3、TiO2呈規(guī)律性變化,明顯降低。以SiO2為橫軸分別作鐵、鈦的氧化物含量交會圖(見圖2)。利用交會圖對該區(qū)火山巖進行了單井巖性成分劃分,花崗巖具有明顯的高硅與低鐵、鈦含量的特點;玄武安山巖具有明顯的低硅與高鐵、鈦含量的特點;英安巖的ECS測井響應特征與玄武安山巖相比,硅、鐵、鈦元素的含量界于玄武安山巖與花崗巖之間。識別結(jié)果與巖心分析相對比,二者吻合良好,證明利用ECS測井從化學成分識別火山巖較可靠。

圖2 ECS測井識別火山巖

1.2 利用電成像測井識別火山巖

ECS測井僅反映了地層化學元素成分,沒有反映巖石結(jié)構(gòu)信息,雖然可以準確進行巖石的化學定名,但無法判斷巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)。電成像測井資料能夠提供環(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結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特征?；鹕綆r不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)造在成像測井圖像上表現(xiàn)為不同的電阻率,反映在成像測井圖像上是不同的圖像紋理類型。通過提取成像測井資料的圖像紋理作為巖性識別時反映巖石結(jié)構(gòu)與構(gòu)造的特征[8-9]?；鹕綆r結(jié)構(gòu)往往是巖相重要的標志。常見的火山巖結(jié)構(gòu)包括熔巖結(jié)構(gòu)、熔結(jié)結(jié)構(gòu)、碎屑結(jié)構(gòu)、隱爆角礫結(jié)構(gòu)。測井能夠識別的火山巖構(gòu)造主要有塊狀構(gòu)造、氣孔杏仁構(gòu)造、流紋構(gòu)造、變形流紋構(gòu)造、堆砌構(gòu)造等類型。

將鉆井取心資料刻度到FMI圖像上,參考錄井資料,結(jié)合常規(guī)曲線特征,根據(jù)FMI圖像特征劃分不同結(jié)構(gòu)的火山巖。利用電成像資料建立該區(qū)的成像模式圖版,對中拐凸起火山巖進一步從結(jié)構(gòu)上對巖性進行識別。

熔巖呈高電阻率塊狀結(jié)構(gòu),巖性較為均一,無粒狀特征,通常有裂縫發(fā)育。測井圖像中通常為塊狀模式,FMI圖像上為高電阻率亮色分布,常被裂縫切割,呈現(xiàn)出高電阻率背景下的暗色條紋,整體較均一[見圖3(a)、(b)]。

火山角礫巖為亮色斑點模式,火山碎屑結(jié)構(gòu)是火山爆發(fā)相的重要指示標志。火山角礫之間充填物的礦物成分不同,造成FMI圖像上顏色明暗相間,可見顆粒間相互支撐,混雜堆積,不具磨圓特征。在FMI圖像上可以清晰地顯示出顆粒大小、形狀。根據(jù)顆粒大小,其碎屑結(jié)構(gòu)特征可以細分為集塊結(jié)構(gòu)、角礫結(jié)構(gòu)和凝灰結(jié)構(gòu)。典型的結(jié)構(gòu)特征是具有火山碎屑結(jié)構(gòu)的火山碎屑巖,不規(guī)則組合亮斑模式[見圖3(c)]。

沉凝灰?guī)r為暗色條帶與亮色條帶相間模式,呈現(xiàn)沉積巖的成像特征[見圖3(d)]。

在巖心標定的基礎上,通過ECS測井進行火山巖成分劃分,識別出酸性花崗巖、中酸性英安巖、中基性玄武安山巖;結(jié)合成像測井進行結(jié)構(gòu)構(gòu)造劃分,識別出熔巖與火山角礫巖及火山沉積巖,這樣可以利用特殊測井識別出各類火山巖。

1.3 利用常規(guī)測井交會圖識別火山巖

在沒有特殊測井資料的情況下,利用常規(guī)測井資料建立圖版進行識別。通常使用自然伽馬曲線與密度曲線識別火山巖,但其很難將低伽馬酸性火山巖與中基性火山巖區(qū)分開。根據(jù)特殊測井巖性識別的成果,分析低GR值成因機理,建立ECS敏感礦物、FMI成像結(jié)構(gòu)與常規(guī)測井曲線響應特征之間的關系,進行常規(guī)曲線敏感性分析,建立中子—密度測井交會圖版。

該區(qū)火山巖的聲波時差和電阻率曲線對火山巖巖性的敏感性較差,從酸性巖到基性巖并沒有明顯的規(guī)律性。中子和密度曲線在劃分火山巖巖性時具有較高的敏感性。

圖3 FMI成像測井識別火山巖

中子測井受地層巖性、流體性質(zhì)影響較大,并隨孔隙、裂隙流體的含量的變化而發(fā)生變化。當巖石發(fā)生蝕變時,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,這時常表現(xiàn)出很高的中子孔隙度值,特別是在蝕變嚴重時,中子測井值反映敏感。研究區(qū)的火山巖巖性從基性到酸性變化的過程中,中子孔隙度是逐漸減小的。因此,中子孔隙度值在劃分火山巖巖性時具有較高的敏感性[10]。

密度測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,密度值逐漸降低?？紫栋l(fā)育的地層其密度值會相應減小。在同類巖石中火山碎屑巖的密度低于熔巖。

電阻率值是火山巖巖性和其中流體的綜合反映,相對巖性,流體對電阻率大小的影響較小。該區(qū)火山巖各種巖性電阻率值的跨度較大,對于區(qū)分熔巖和火山角礫較敏感。

針對中拐凸起火山巖測井曲線敏感性特征,提取有準確巖心薄片定名資料的火山巖井段信息,讀取密度和中子常規(guī)測井數(shù)據(jù)進行交會。圖4為該區(qū)的中子—密度測井交會圖。圖4中,玄武安山巖具有高中子、高密度的特點;火山角礫巖具有高中子、低密度的特點;英安巖具有中中子、中密度的特點;花崗巖具有低中子、高密度的特點。應用中子—密度測井交會圖有效解決了低伽馬酸性火山巖的巖性識別問題。

綜合運用上述巖性識別方法,對中拐凸起30口探井進行火山巖性劃分,如圖5所示,侵入巖以JL5井的巨厚花崗巖為代表,僅在局部發(fā)育;其西北發(fā)育火山沉積相,以K021井為代表;英安巖以JL14井為代表,主要發(fā)育在研究區(qū)北部;其他井以中基性火山角礫巖及熔巖為主,在研究區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育,識別結(jié)果與巖心分析較吻合。

巖性識別為單井巖相劃分、連井對比、平面優(yōu)勢巖相劃分奠定基礎。電阻率曲線對區(qū)分熔巖和火山角礫巖較敏感,結(jié)合地震,運用多屬性神經(jīng)網(wǎng)絡模擬技術對電阻率測井曲線進行了非線性模擬,有效預測出爆發(fā)相的火山角礫巖及溢流相的熔巖分布范圍(見圖6)。

圖5 中拐凸起主要探井石炭系綜合柱狀圖(測井解釋巖性)

圖6 中拐凸起石炭系火山巖儲層頂面優(yōu)勢巖相分布圖

2 結(jié)論與認識

(1) 中拐凸起石炭系火山巖巖性復雜,基性巖、中性巖到酸性巖均有發(fā)育,且從酸性到基性均呈低伽馬的特征,巖性識別難度大。

(2) 利用ECS元素俘獲能譜測井,從化學成分角度解決巖性識別問題。利用SiO2與暗色礦物鐵和鈦的含量交會圖將該區(qū)火山巖分為中基性巖、中性巖、中酸性巖。

(3) 利用FMI電成像測井,從巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征方面識別巖性,能夠?qū)⒛規(guī)r、火山角礫巖和熔巖區(qū)分開。

(4) 在巖心薄片刻度下,利用特殊測井進行成因成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造分析,確定常規(guī)測井曲線敏感性響應特征,應用中子—密度測井交會圖有效解決了低伽馬酸性火山巖的巖性識別問題,提高了該區(qū)火山巖巖性識別的符合率。

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