張晏奇 羅光東 李 義

(①中國(guó)石油大慶鉆探工程公司地質(zhì)錄井一公司；②吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院)

0 引 言

松遼盆地北部古中央隆起帶(以下簡(jiǎn)稱古中央隆起帶)是大慶油田天然氣勘探的新領(lǐng)域之一，由于基底地質(zhì)條件復(fù)雜、已鉆井內(nèi)幕揭示少、地層揭示厚度薄，導(dǎo)致錄井對(duì)基底地層、巖性特征認(rèn)識(shí)薄弱。近年隨著巖屑顯微鏡觀察、XRF元素分析、巖屑薄片分析等新技術(shù)廣泛應(yīng)用到錄井現(xiàn)場(chǎng)，有效地提高了對(duì)巖屑、地層的認(rèn)識(shí)。本文通過對(duì)鉆遇古中央隆起帶基底的40口已鉆井實(shí)物資料分析，簡(jiǎn)要介紹古中央隆起帶地層巖性特征和巖屑響應(yīng)特征的最新研究成果，總結(jié)出一套適合古中央隆起帶的巖性識(shí)別方法，可指導(dǎo)錄井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行巖性識(shí)別和層位判斷，有效增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)巖性識(shí)別的及時(shí)性、準(zhǔn)確性，也為古中央隆起帶滾動(dòng)勘探提供重要地質(zhì)資料。

1 古中央隆起帶地質(zhì)概況

古中央隆起帶位于古龍斷陷和徐家圍子斷陷之間，近南北向展布，東西寬 9～34 km、南北長(zhǎng) 110 km、面積2 400 km2，發(fā)育6個(gè)凸起?；鶐r頂面埋深2 500～3 500 m。目前已鉆探井30口，其中工業(yè)氣流井2口，低產(chǎn)氣流井6口，見顯示井9口。根據(jù)地震資料，古中央隆起帶早期遭受強(qiáng)烈擠壓，發(fā)育疊瓦狀推覆構(gòu)造和高角度逆沖構(gòu)造兩種類型的構(gòu)造樣式(圖1)。汪家屯、昌德凸起為疊瓦狀推覆構(gòu)造，永樂、肇州、衛(wèi)星、升平凸起主要為高角度逆沖構(gòu)造[1-4]。

圖1 基巖構(gòu)造特征(據(jù)大慶勘探開發(fā)研究院)

2 古中央隆起帶巖性分布

古中央隆起帶基底發(fā)育巖性較復(fù)雜，根據(jù)鉆遇基巖的錄井巖心、巖屑資料分析發(fā)現(xiàn)，目前揭示出6種類型變質(zhì)巖，巖性主要為泥板巖、千枚巖、片(麻)巖、糜棱巖、變質(zhì)礫巖和變質(zhì)花崗巖類，可進(jìn)一步細(xì)分出板巖、綠泥千枚巖、石英片巖、角閃片巖、花崗巖、碎裂花崗巖、糜棱化花崗巖、糜棱巖、構(gòu)造角礫巖等多種巖性(表1)。古中央隆起帶基底長(zhǎng)期暴露于地表，頂部風(fēng)化殼發(fā)育網(wǎng)狀裂縫，氧化特征明顯。永樂、肇州凸起為穩(wěn)定的塊體，主要發(fā)育碎裂花崗巖、花崗巖夾花崗閃長(zhǎng)巖；昌德凸起為疊瓦狀推覆構(gòu)造，主要發(fā)育泥板巖、千枚巖、片巖、碎裂花崗巖；衛(wèi)星凸起為高角度斷裂，主要發(fā)育糜棱巖；汪家屯凸起為疊瓦狀推覆構(gòu)造，主要發(fā)育變質(zhì)礫巖、千枚巖、片巖；升平凸起以塊體為主，主要發(fā)育泥板巖、千枚巖。

表1 古中央隆起帶基底巖性統(tǒng)計(jì)

3 巖性識(shí)別方法

3.1 變質(zhì)巖原巖的識(shí)別

變質(zhì)巖主要是原巖受溫度、壓力、剪切力等作用影響，造成礦物重結(jié)晶、結(jié)構(gòu)構(gòu)造上的變化，主量元素并未產(chǎn)生大幅變化，因此，通過元素特征識(shí)別原巖是可靠的方法[5]。XRF元素分析技術(shù)可以檢測(cè)Si、Fe、Mg、Al、K、Na、Ca、Ti、S等35種元素。

3.1.1 火成巖指數(shù)的確定

根據(jù)巖石成分組成特征，沉積巖和火成巖在Na+K和Fe+Mg含量上有明顯相關(guān)性，建立Na+K和Fe+Mg含量圖解，并通過火成巖與沉積巖區(qū)分圖解(圖2)，得出分界函數(shù):

Na+K=-0.34(Fe+Mg)+5.8

(1)

假設(shè)區(qū)分值為50%，經(jīng)公式(1)轉(zhuǎn)換:

50=8.6(Na+K)+2.9(Fe+Mg)

(2)

令火成巖指數(shù)Zmag=8.6(Na+K)+2.9(Fe+Mg)

因此，當(dāng)Zmag≥ 50%時(shí)，原巖巖性可能為火成巖；當(dāng)Zmag≤50%時(shí)，原巖巖性可能為沉積巖。

圖2 火成巖與沉積巖區(qū)分圖解

3.1.2 火成巖原巖識(shí)別方法

變質(zhì)巖中，其原巖由火山物質(zhì)組成的，本文統(tǒng)稱為火成巖，其中包括火山碎屑巖、噴出巖及侵入巖。如果原巖為火成巖，可采用元素經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析其巖性(表2)。

如果原巖為火成巖中的噴出巖或侵入巖，可采用火成巖Tas圖板(圖3)進(jìn)一步區(qū)分原巖巖性。

表2 元素含量分析與巖性對(duì)應(yīng)關(guān)系 %

巖性Si平均值Fe平均值Mg平均值A(chǔ)l平均值K平均值Na平均值Ca平均值Ti平均值玄武質(zhì)54.499 68.652 14.367 814.268 903.677 4282.661 5444.399 61.215 2安山質(zhì)64.515 66.539 92.840 314.721 973.846 9243.751 6742.304 80.896 0粗面質(zhì)65.738 95.953 72.248 314.089 974.347 3974.640 5140.463 70.392 5英安質(zhì)72.049 33.727 32.139 514.822 324.485 5363.979 2300.515 30.338 0流紋質(zhì)77.497 02.895 11.936 113.809 314.963 2972.920 6320.466 70.253 5

3.2 風(fēng)化殼巖性識(shí)別

研究區(qū)鉆遇基底的探井有40口，其中有16口井見風(fēng)化殼，但是厚度都不大。鉆井揭示見“花崗巖”和“花崗巖+糜棱巖”的井較多，且多數(shù)井未見風(fēng)化殼，可以初步認(rèn)為，該區(qū)“花崗巖”和“花崗巖+糜棱巖”較發(fā)育，并且也較易被風(fēng)化?；鹕綆r及碎屑巖，由于含有相當(dāng)多甚至大量的玻璃質(zhì)或火山灰，其風(fēng)化速度大都相當(dāng)快，所以古中央隆起帶上的火山巖被保存下來的很少。結(jié)構(gòu)上頂部一般為風(fēng)化較嚴(yán)重的花崗質(zhì)礫巖，多為紅色，為氧化堆積層，其下進(jìn)入基巖風(fēng)化殼主體，裂隙發(fā)育，可見紅褐色鐵質(zhì)氧化物充填物。

采用XRF元素分析技術(shù)可準(zhǔn)確檢測(cè)巖屑中各種元素含量，從而計(jì)算風(fēng)化指數(shù)[6]。針對(duì)侵入巖的風(fēng)化殼，斜長(zhǎng)石蝕變系數(shù)(IPA)(據(jù)Fedo，1995)具有良好的指示。

IPA=100[W(Al2O3)-W(K2O)]/[W(Al2O3)+

W(CaO)+W(Na2O)-W(K2O)]

圖3 火成巖Tas圖板

當(dāng)IPA<50表示未風(fēng)化，IPA=100為完全風(fēng)化。

針對(duì)其他變質(zhì)巖的風(fēng)化殼變質(zhì)，風(fēng)化指數(shù)(IWP)(據(jù)Parker，1970)具有良好的指示。

IWP=100[2W(Na2O)/0.35+W(MgO)/0.9+

2W(K2O)/0.25+W(CaO)/0.7]

當(dāng)IWP>100表示未風(fēng)化，IWP=0為完全風(fēng)化。

3.3 內(nèi)幕巖性的識(shí)別

通過對(duì)已鉆井巖心、巖屑、井壁取心實(shí)物資料分析，總結(jié)古中央隆起帶基底內(nèi)幕變質(zhì)巖的特征，建立以成分識(shí)別、結(jié)構(gòu)構(gòu)造識(shí)別為主的變質(zhì)巖識(shí)別方法，確定松遼盆地古中央隆起區(qū)基底巖石類型，建立變質(zhì)砂礫巖+板巖+千枚巖+片巖、花崗巖+閃長(zhǎng)巖、碎裂化+糜棱化花崗巖三組基底巖石序列。

3.3.1 變質(zhì)砂礫巖+板巖+千枚巖+片巖

主要發(fā)育在汪家屯凸起、升平凸起，疊瓦狀推覆構(gòu)造，元素分析結(jié)果見表3。板巖類：W(SiO2)為60.40%～65.41%，W(Al2O3)為16.29%～17.29%，W(MgO)為2.58%～4.06%。片巖類：W(SiO2)為50.34%～55.52%，W(Al2O3)為17.91%～18.49%，W(MgO)為3.96%～6.01%。

表3 巖石樣品元素含量分析統(tǒng)計(jì) %

巖石名稱SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgOCaO長(zhǎng)石石英黑云片巖55.520.8718.492.925.540.103.962.12綠簾鈉長(zhǎng)陽起石片巖50.340.8217.914.025.740.256.016.92灰綠色粉砂質(zhì)板巖60.400.8217.293.613.330.434.063.33千枚狀粉砂質(zhì)板巖65.410.7716.292.023.950.132.580.33絹云長(zhǎng)石石英千枚巖51.520.278.361.421.650.150.930.41變質(zhì)安山質(zhì)凝灰?guī)r62.760.7515.815.553.130.0751.483.90

從巖屑實(shí)物特征上看(圖4)，礦物成分為石英、長(zhǎng)石、綠泥石、白云母、黑云母等，礦物較細(xì)，具粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，片狀礦物定向連續(xù)分布。

圖4 變質(zhì)砂礫巖+板巖+千枚巖+片巖序列典型巖屑圖像

3.3.2 花崗巖+閃長(zhǎng)巖

發(fā)育在永樂凸起、肇州凸起,為穩(wěn)定的塊體，主要發(fā)育碎裂花崗巖，其中花崗巖夾花崗閃長(zhǎng)巖；花崗巖 XRF元素分析呈酸性巖特征，閃長(zhǎng)巖XRF元素分析呈中性巖特征。Tas圖板能較好進(jìn)行分類(圖5)。

圖5 花崗巖-閃長(zhǎng)巖Tas圖板分類

3.3.3 碎裂化+糜棱化花崗巖

主要發(fā)育在衛(wèi)星凸起、昌德凸起，其中衛(wèi)星凸起為高角度斷裂，發(fā)育碎裂化、糜棱化花崗巖，昌德凸起母巖為花崗巖侵入體。

XRF元素分析呈酸性巖特征，Tas圖板均落于花崗巖區(qū)域，花崗巖經(jīng)剛性變形形成碎裂化花崗巖(圖6)，韌性變形形成糜棱化花崗巖(圖7)。常夾雜構(gòu)造角礫巖，成分和糜棱化花崗巖一致， 為糜棱化花崗巖再發(fā)生動(dòng)力變質(zhì)形成。

圖6 碎裂化花崗巖巖屑特征

圖7 糜棱化花崗巖巖屑特征

4 應(yīng)用實(shí)例

LT 2井為肇州凸起的新鉆井，完鉆井深3 370 m，揭示基底厚度552 m，揭示了基巖風(fēng)化殼和內(nèi)幕兩套地層，巖性為碎裂花崗巖、花崗巖夾花崗閃長(zhǎng)巖。

花崗巖巖屑特征：全晶質(zhì)，主要礦物為石英、肉紅色鉀長(zhǎng)石、灰白色酸性斜長(zhǎng)石，次要礦物為綠色角閃石和少量黑云母?；鶐r風(fēng)化殼可見紅褐色鐵質(zhì)氧化物。

元素分析特征(圖8)：進(jìn)入基巖風(fēng)化殼，Si元素含量大幅上升，Ti元素含量大幅下降，Mg、Fe、Al、Na、K元素含量均有不同幅度變化，呈現(xiàn)出由沉積巖向酸性侵入巖的變化。各元素曲線表現(xiàn)不平穩(wěn)，根據(jù)礦物成分的不同產(chǎn)生規(guī)律性變化，符合風(fēng)化淋濾特征。進(jìn)入內(nèi)幕后，Si元素穩(wěn)定在72%左右，Ti、 Mg、Fe、Al、Na、K等元素含量均穩(wěn)定，說明地層礦物變化不大，符合塊狀酸性侵入巖特征。綜合應(yīng)用巖性分布規(guī)律、實(shí)物結(jié)構(gòu)構(gòu)造、XRF元素分析、Tas圖板等方法，準(zhǔn)確地識(shí)別出風(fēng)化殼和內(nèi)幕巖性。

圖8 LT 2井元素分析綜合圖

5 結(jié) 論

綜合巖屑鏡下觀察、XRF元素分析、巖屑薄片分析等錄井資料，在大量數(shù)據(jù)分析和地質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)了松遼盆地古中央隆起帶北部地層特征和巖屑響應(yīng)特征，獲得了幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

(1)在古中央隆起帶發(fā)育疊瓦狀推覆構(gòu)造和高角度逆沖構(gòu)造，造成基底巖性復(fù)雜，共發(fā)育6個(gè)凸起，不同構(gòu)造上發(fā)育不同的巖石序列。

(2)古中央隆起帶基底長(zhǎng)期暴露于地表，常見風(fēng)化殼。通過XRF元素?cái)?shù)據(jù)計(jì)算風(fēng)化指數(shù)及斜長(zhǎng)石蝕變指數(shù)能很好地識(shí)別風(fēng)化殼。

(3)通過元素?cái)?shù)據(jù)能有效識(shí)別變質(zhì)巖原巖，對(duì)地質(zhì)綜合研究有重要意義。

(4)采用結(jié)構(gòu)構(gòu)造識(shí)別方法，XRF成分識(shí)別方法結(jié)合分布規(guī)律能有效識(shí)別古中央隆起帶巖性。

利用這幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)錄井，能有效增強(qiáng)錄井資料的及時(shí)性、準(zhǔn)確性，為松遼盆地古中央隆起帶基底的勘探與研究提供重要地質(zhì)資料。