李 靜
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中拐凸起石炭系低放射性火成巖巖性測井識別
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,烏魯木齊830013)
準(zhǔn)噶爾盆地中拐凸起石炭系火成巖巖性復(fù)雜多樣,橫向變化快,厚度大,且均具低放射性特征,利用自然伽馬無法準(zhǔn)確識別巖性。通過巖心觀察及薄片鑒定,分析研究區(qū)主要巖石類型,利用元素俘獲譜測井進(jìn)行巖石成因、成分分析,建立SiO2與Fe2O3和TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)交會圖進(jìn)行火成巖化學(xué)成分劃分,結(jié)合微電阻率掃描成像測井反映的結(jié)構(gòu)構(gòu)造信息建立成像模式圖版,進(jìn)一步從結(jié)構(gòu)上對巖性進(jìn)行識別;在ECS測井和FMI測井識別巖性的基礎(chǔ)上,分析不同巖性、不同結(jié)構(gòu)及礦物成分的火成巖常規(guī)測井響應(yīng)特征,將ECS測井和FMI測井識別結(jié)果推廣到常規(guī)測井中,進(jìn)行常規(guī)測井曲線敏感性分析,建立中子孔隙度—密度交會圖,從而實現(xiàn)利用常規(guī)測井曲線劃分火成巖巖性。
準(zhǔn)噶爾盆地;中拐凸起;石炭系;火成巖;ESC測井;FMI測井;自然伽馬;巖性識別
準(zhǔn)噶爾盆地中拐凸起為石炭紀(jì)—侏羅紀(jì)的大型繼承性鼻狀隆起構(gòu)造[1-3]。長期處于瑪湖、沙灣以及盆1井西3大生油凹陷的油氣運(yùn)移指向區(qū),是準(zhǔn)噶爾盆地西北緣重要的油氣聚集帶之一。中拐凸起石炭系火成巖非均質(zhì)性強(qiáng),裂縫發(fā)育,且處于古隆區(qū),長期暴露于地表,經(jīng)過長期風(fēng)化、淋濾改造,火山角礫巖、玄武安山巖和英安巖均可成為良好的儲集體。中拐凸起分為南、北2個古凸,鉆探顯示油氣主要沿古凸分布:南部古凸金龍10井區(qū)已基本探明,投入開發(fā),多口井長期試采產(chǎn)量穩(wěn)定,金龍10井區(qū)為高效規(guī)模的儲量區(qū)塊;北部古凸勘探程度低,已鉆井中多口獲工業(yè)油流,其中金龍22井在石炭系試油,經(jīng)壓裂獲得日產(chǎn)油21.6 m3的高產(chǎn)油流,證實北部古凸為有利的油氣富集區(qū),勘探潛力大(圖1)。
火成巖儲集層具有巖性復(fù)雜多樣、裂縫-孔隙雙重介質(zhì)、非均質(zhì)性強(qiáng)的特點,運(yùn)用測井資料識別油氣層困難[4-5]。火成巖儲集層巖性識別是進(jìn)行儲集層評價的基礎(chǔ),不同巖性的儲集結(jié)構(gòu)和測井參數(shù)不同,只有在準(zhǔn)確識別巖性的基礎(chǔ)上,才能有效開展儲集類型和儲集層性質(zhì)評價。以往針對研究區(qū)石炭系火成巖巖性識別主要利用自然伽馬—電阻率、自然伽馬—聲波時差圖版進(jìn)行識別[6]。測井曲線的響應(yīng)特征主要受火成巖的致密程度、化學(xué)成分以及后期蝕變作用等因素的影響,單純依靠常規(guī)測井曲線劃分巖性比較困難。通過對研究區(qū)石炭系火成巖的巖石物理特征與巖石學(xué)特征的相關(guān)關(guān)系分析表明,研究區(qū)火成巖的自然伽馬普遍偏低,而補(bǔ)償中子、密度、電阻率等測井?dāng)?shù)據(jù)對火成巖化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)及蝕變程度反應(yīng)較為敏感。因此在巖心分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合常規(guī)測井及ECS(元素俘獲譜)測井和FMI(地層微電阻率掃描成像)測井資料能夠較好的區(qū)分火成巖巖性。
圖1 準(zhǔn)噶爾盆地中拐凸起構(gòu)造位置
中拐凸起石炭系巖石類型主要為玄武安山巖、火山角礫巖、英安巖、花崗巖、沉凝灰?guī)r及凝灰質(zhì)砂礫巖等。儲集層以火山角礫巖、玄武安山巖和英安巖為主,巖性縱向、橫向變化快,具有多期次的特點[7-9]。通過分析研究區(qū)30口井的巖心薄片及測井響應(yīng)特征等資料,統(tǒng)計出了研究區(qū)主要巖石類型的測井?dāng)?shù)值范圍(表1),可較好地區(qū)分巖性。
表1 中拐凸起石炭系火成巖測井相應(yīng)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(qiáng)度。一般情況下,從基性火成巖—中性火成巖—酸性火成巖,鉀的含量逐漸增高,因酸性火成巖的鈾和釷含量較高,因而放射性響應(yīng)增強(qiáng),自然伽馬增大,因此,可根據(jù)自然伽馬的變化規(guī)律區(qū)分火成巖的酸堿性[10]。而研究區(qū)的火成巖整體放射性都比較低,自然伽馬沒有明顯增大的趨勢(自然伽馬為10~70 API),因此,根據(jù)自然伽馬測井,基本上無法判斷研究區(qū)火成巖的酸堿性。
圖2 ECS測井識別火成巖
針對中拐凸起火成巖低放射性的特征,利用ECS測井進(jìn)行研究區(qū)的火成巖化學(xué)成分分析,選取敏感礦物進(jìn)行火成巖化學(xué)成分劃分。
2.1利用ECS測井資料識別火成巖
ECS測井可得到地層中硅、鈣、硫、鐵、鈦等元素含量,應(yīng)用特定的氧化物閉合模型技術(shù),得到地層中主要造巖元素的相對質(zhì)量分?jǐn)?shù),因此,ECS測井可應(yīng)用于識別火成巖巖性[11]。
在火成巖中,各主要氧化物之間關(guān)系很密切,其變化也有規(guī)律[7]。通過ECS測井分析發(fā)現(xiàn),研究區(qū)火成巖放射性低是由于K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)低造成的,K2O與 SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)沒有明顯的相關(guān)性。但是隨著SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,F(xiàn)e2O3和TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯降低(圖2a,圖2b)。利用SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)與Fe2O3和TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)交會圖對研究區(qū)火成巖進(jìn)行了單井巖性成分劃分(圖2),花崗巖具有明顯的高硅、低鐵、低鈦含量的特點;玄武安山巖具有明顯的低硅、高鐵、高鈦含量的特點;英安巖的硅、鐵、鈦的含量介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(xué)成分上識別火成巖較可靠。
2.2利用FMI測井資料識別火成巖
ECS測井僅反映了地層化學(xué)成分,沒有反映巖石結(jié)構(gòu)信息,雖然可以準(zhǔn)確進(jìn)行巖石的化學(xué)定名,但無法判斷巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)。FMI測井資料可以清楚直觀地反映巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特征。火成巖不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)造在FMI圖像上表現(xiàn)為不同的圖像紋理類型[12-13]。
根據(jù)FMI測井資料建立研究區(qū)的成像模式圖版,結(jié)合錄井資料和常規(guī)測井曲線特征,進(jìn)一步從結(jié)構(gòu)上對中拐凸起火成巖巖性進(jìn)行識別。
玄武安山巖和英安巖FMI圖像呈高阻塊狀結(jié)構(gòu),巖性較為均一,無粒狀特征,通常有裂縫發(fā)育。FMI圖像呈塊狀高阻亮色分布,但常被裂縫切割,呈現(xiàn)出高阻背景下的暗色條紋,整體較均一(圖3a,圖3b)。
火山角礫巖FMI圖像為不規(guī)則組合亮色斑點,火山碎屑結(jié)構(gòu)是火山爆發(fā)相的重要指示標(biāo)志,火山角礫之間充填物的礦物成分不同導(dǎo)致FMI圖像上顏色明暗相間,顆粒間相互支撐,混雜堆積,磨圓差(圖3c)。
凝灰質(zhì)砂礫巖及沉凝灰?guī)rFMI圖像上呈現(xiàn)沉積巖特征,凝灰質(zhì)砂礫巖為不規(guī)則組合斑狀模式,沉凝灰?guī)r為暗色條帶與亮色條帶相間(圖3d,圖3e)。
在巖心薄片資料確定火成巖巖性的基礎(chǔ)上,通過ECS測井識別出酸性花崗巖、中酸性英安巖、中基性玄武安山巖;結(jié)合FMI測井判斷其結(jié)構(gòu)和構(gòu)造,識別出玄武安山巖、英安巖、火山角礫巖、凝灰質(zhì)砂礫巖及沉凝灰?guī)r。
圖3 FMI測井識別火成巖
2.3利用常規(guī)測井交會圖識別火成巖
在沒有ECS測井和FMI測井資料情況下,利用常規(guī)測井資料建立圖版進(jìn)行火成巖識別,盡管此方法識別難度大,但具有重要的實際意義。通常使用自然伽馬測井與密度測井來識別火成巖,但此方法很難將低自然伽馬的酸性火成巖與中基性火成巖區(qū)分開來。本次根據(jù)ECS測井和FMI測井巖性識別的成果,分析低自然伽馬成因機(jī)理,建立ECS測井和FMI測井與常規(guī)測井曲線響應(yīng)特征之間的關(guān)系,進(jìn)行常規(guī)測井曲線敏感性分析,建立中子孔隙度—密度交會圖版。
聲波時差和電阻率測井對研究區(qū)火成巖巖性的敏感性較差,從酸性火成巖到基性火成巖并沒有明顯的規(guī)律性。
中子和密度測井在劃分火成巖巖性時具有較高的敏感性。①中子測井受地層巖性、流體性質(zhì)影響較大,并隨孔隙、裂隙流體含量的變化而發(fā)生變化。當(dāng)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,特別是在蝕變嚴(yán)重時,中子測井反映敏感。研究區(qū)火成巖從基性到酸性,中子孔隙度逐漸減小。因此,中子孔隙度在劃分火成巖巖性時具有較高的敏感性[14-15]。②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。從基性火成巖到酸性火成巖,低密度成分(SiO2等)逐漸增多,高密度成分(鐵、鎂)逐漸減少,巖石密度逐漸減小,密度變化能夠有效地反映火成巖巖性。孔隙發(fā)育的地層,其密度會相應(yīng)減小。同質(zhì)火成碎屑巖的密度低于熔巖,密度在一定程度上反映火成巖結(jié)構(gòu)的變化。
電阻率是火成巖巖性和其中流體的綜合反映,相對巖性而言,流體對電阻率大小的影響較小。研究區(qū)火成巖電阻率的跨度較大,但對于區(qū)分玄武安山巖、英安巖和火山角礫巖較敏感。
針對中拐凸起火成巖測井曲線敏感性特征,提取有準(zhǔn)確巖心薄片定名資料的火成巖井段信息,讀取密度和中子測井?dāng)?shù)據(jù),做研究區(qū)中子孔隙度—密度交會圖(圖4),從圖4可以看出,玄武安山巖具有高中子孔隙度、高密度的特點;火山角礫巖具有高中子孔隙度、低密度的特點;英安巖具有中中子孔隙度、中密度的特點;花崗巖具有低中子孔隙度、高密度的特點;凝灰質(zhì)砂礫巖具有中高中子孔隙度、低密度的特點;沉凝灰?guī)r具有高中子孔隙度、中密度的特點。應(yīng)用中子孔隙度—密度交會圖可有效地識別低自然伽馬酸性火成巖的巖性。
圖4 中拐凸起火成巖中子孔隙度—密度交會
綜合運(yùn)用上述巖性識別方法,對中拐凸起30口探井進(jìn)行火成巖巖性劃分(圖5),侵入巖以金龍5井的巨厚花崗巖為代表(圖5a),僅在局部發(fā)育;研究區(qū)西北部發(fā)育凝灰質(zhì)砂礫巖及沉凝灰?guī)r的火山沉積相,以克021井為代表(圖5b);英安巖以金龍14井為代表(圖5c),主要發(fā)育在研究區(qū)北部;火山角礫巖及玄武安山巖(圖5d)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。
圖5 中拐凸起典型探井石炭系測井解釋巖性綜合柱狀剖面
在巖性識別的基礎(chǔ)上,采用“巖性-組構(gòu)-成因”分類方案同時考慮巖相與儲集層的關(guān)系,對研究區(qū)火成巖相類型及分布特征進(jìn)行研究[16-17]。中拐凸起石炭系發(fā)育的主要火成巖相為侵入相、溢流相、爆發(fā)相和火山沉積相。侵入相分布較局限,主要為花崗巖;溢流相主要巖性為玄武安山巖、英安巖;爆發(fā)相主要巖性為火山角礫巖;火山沉積相主要巖性為凝灰質(zhì)砂礫巖和沉凝灰?guī)r。
依據(jù)測井識別的30口探井火成巖巖性進(jìn)行單井、連井巖相劃分,結(jié)合區(qū)域重磁力研究成果、地震相特征以及地震反演結(jié)果完成研究區(qū)石炭系頂面火成巖優(yōu)勢相平面圖,有效地預(yù)測出爆發(fā)相的火山角礫巖和溢流相的玄武安山巖及英安巖分布(圖6)。
(1)中拐凸起石炭系火成巖巖性復(fù)雜,基性、中性到酸性火成巖均有發(fā)育,且均呈低放射性的特征,用自然伽馬測井識別巖性難度大。
圖6 研究區(qū)石炭系火成巖儲集層頂面優(yōu)勢相
(2)利用ECS測井,根據(jù)SiO2與Fe2O3和TiO2的含量交會圖將研究區(qū)火成巖分為中基性、中酸性和酸性火成巖;利用FMI測井,根據(jù)巖石結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征,區(qū)分出火山角礫巖、玄武安山巖、英安巖、沉凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)砂礫巖。
(3)在巖心薄片分析資料確定巖性的基礎(chǔ)上,分別利用ECS測井和FMI測井進(jìn)行化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造分析,確定常規(guī)測井曲線敏感性響應(yīng)特征,應(yīng)用中子孔隙度—密度交會圖有效地解決了低自然伽馬酸性火成巖的巖性識別問題,提高了研究區(qū)火成巖巖性識別的準(zhǔn)確率。
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(編輯曹元婷)
Lithology Identification of Carboniferous Low-Radioactivity Igneous Rocks by Logging Data in Zhongguai Swell, Junggar Basin
LI Jing
(Geophysics Institute,Research Institute of Exploration and Development,Xinjiang Oilfield Company,PetroChina,Urumqi,Xinjiang 830013,China)
The lithology of Carboniferous igneous rocks in Zhongguai swell of Junggar basin is complicated and characterized by rapid lateral variation,large vertical thickness and low radioactivity,so natural gamma logging can not be used to accurately identify the lithology. The main rock types are analyzed based on core observation and thin section examination.Analyses on rock genesis and components are performed with elementary capture spectroscopy logging(ECS)and the mass fraction crossplot of SiO2,F(xiàn)e2O3and TiO2 is established to classify chemical component of igneous rocks.According to texture and structure information reflected by FMI logging,an imaging mode chart is established to further identify the lithology.Based on the above,conventional logging response features are analyzed for igneous rocks with different lithologies,structures and mineral compositions.Then the ECS and FMI identification results are integrated with the conventional one,analyzing the conventional curve sensitivity and establishing neutron porosity-density crossplot,finally,the conventional logging curves can be used to classify the lithologies of igneous rocks.
Junggar basin;Zhongguai swell;Carboniferous;igneous rock;ECS logging;FMI Logging;natural gamma ray;lithology identifi cation
TE112.222
A
1001-3873(2016)04-0474-05
10.7657/XJPG20160417
2015-11-13
2016-05-18
國家油氣重大專項(2011ZX05001-06)
李靜(1983-),女,新疆沙灣人,工程師,油氣藏評價,(Tel)15099330835(E-mail)lj918@petrochina.com.cn