閆偉賀

（大慶油田有限責(zé)任公司勘探事業(yè)部，黑龍江大慶 163000）

在石油天然氣的地質(zhì)勘探中，火山巖儲(chǔ)層已經(jīng)被國內(nèi)外石油公司廣泛關(guān)注。近年來，大慶油田在松遼盆地徐家圍子斷陷營城組火山巖中發(fā)現(xiàn)了大氣田，火山巖氣藏中巖性對儲(chǔ)層產(chǎn)能的影響較大，因此巖性識(shí)別技術(shù)重要程度凸顯。然而，由于鉆井技術(shù)尤其是鉆頭類型的飛速發(fā)展，巖屑實(shí)物越來越細(xì)小，使得傳統(tǒng)依靠觀察實(shí)現(xiàn)巖性識(shí)別的方法失去了效果，元素分析技術(shù)已經(jīng)成為巖性識(shí)別的主流，其缺點(diǎn)是元素分析技術(shù)單一的交匯圖版無法識(shí)別多種巖性。

層次分析法是對非定量事件做定量分析的一種有效方法。將分析評價(jià)系統(tǒng)層次化，根據(jù)系統(tǒng)的性質(zhì)和總目標(biāo)，把系統(tǒng)分解成不同的組成因素，并按照各因素之間的相互關(guān)系和隸屬關(guān)系劃分出不同的層次組合，構(gòu)成一個(gè)多層次的系統(tǒng)分析結(jié)構(gòu)模型。

經(jīng)大量數(shù)據(jù)分析與試驗(yàn)，作者引入層次分析思想，建立了新的火山巖巖性識(shí)別方法，解決了火山巖巖性識(shí)別問題。

1 基于層次分析思想的應(yīng)用元素分析識(shí)別火山巖方法

層次分析的思想是將所有對象置于一個(gè)集合中，按照特有規(guī)則將其逐步細(xì)分為越來越小的集合，直到每個(gè)集合中僅有一個(gè)對象。該方法能將復(fù)雜的問題分解為多個(gè)問題，逐一擊破，達(dá)到化繁為簡的效果。

元素分析識(shí)別火山巖的基本理論是巖石礦物學(xué)，組成火成巖的礦物種類繁多，但是常見礦物很少，其中主要的造巖礦物13 種（見表1），分為淺色礦物系列和暗色礦物系列，淺色系列主要為石英、長石、云母等。暗色礦物主要是輝石、角閃石、黑云母等Mg、Fe 礦物。這些主要礦物構(gòu)成了特定的巖石類型。

表1 火山巖的主要礦物列表

基于層次分析思想的元素分析技術(shù)識(shí)別火山巖主要分兩步，一是建立火山巖巖性識(shí)別層次分析結(jié)構(gòu)，二是針對建立的識(shí)別層次建立合適的識(shí)別方法。

2 建立層次分析結(jié)構(gòu)模型

建立火山巖巖性識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)庫，收集已知巖性巖芯樣品元素分析數(shù)據(jù)128塊，將收集到的樣品通過薄片鑒定，按照火山巖巖性成分分類標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一定名，保證標(biāo)準(zhǔn)庫準(zhǔn)確性。針對各元素交匯圖版進(jìn)行相關(guān)性分析，優(yōu)選出相關(guān)性高的元素，最終確定了各類火山巖特征元素。

（1）K、Ca、Ti、Si為火山巖與沉積巖識(shí)別的特征元素；

（2）Ca、Mg、Al、Si、Ti為火山巖酸、中、基性識(shí)別的特征元素；

（3）Na、Fe、Ba、Zr、Y、V、Rb、In為各類火山熔巖與火山碎屑巖識(shí)別的特征元素。

根據(jù)研究區(qū)生產(chǎn)需求和火山巖元素特征，建立層次分析結(jié)構(gòu)模型，將巖性分類為三個(gè)層次。第一層次為火山巖與陸相沉積巖大類判別；第二層次為火山巖內(nèi)部酸中基性大類細(xì)分，將火山巖分為酸性火山巖、中性火山巖、基性火山巖；第三層次為各酸、中、基性火山巖內(nèi)火山熔巖與火山碎屑巖識(shí)別，分為酸性火山熔巖、酸性火山碎屑巖、中性火山熔巖、中性火山碎屑巖、基性火山熔巖、基性火山碎屑巖六大類；陸相沉積巖粒度分類為泥巖、砂巖、礫巖三類。依據(jù)巖性分類，建立巖性識(shí)別層次分析結(jié)構(gòu)模型（圖1）。通過三個(gè)層次逐級(jí)劃分，使巖石定名逐漸清晰，再與實(shí)物特征結(jié)合，可準(zhǔn)確識(shí)別十六種火山巖巖性。

圖1 巖性識(shí)別層次分析結(jié)構(gòu)模型

3 建立各層次元素分析識(shí)別火山巖方法

按照層次分析結(jié)構(gòu)模型，使用已知巖性巖芯樣品元素分析數(shù)據(jù)，針對對三個(gè)層次依次建立交匯圖版識(shí)別方法。

3.1 第一層次，火山巖與沉積巖的識(shí)別

建立了TiO2-SiO2、TiO2-CaO、SiO2-K2O三種交匯圖版（見圖2），完成第一層次識(shí)別，區(qū)別沉積巖與火山巖，用于識(shí)別火山巖與上下圍巖界面。

圖2 火山巖沉積巖分類交匯圖版

3.2 第二層次，火山巖性質(zhì)的識(shí)別

按照火山巖SiO2含量，將火山巖分為酸性、中性、基性三大類。建立了Al2O3-CaO、TiO2-CaO 、TiO2-SiO2、TiO2-MgO、MgO-SiO2五種圖版（見圖3），完成第二層次識(shí)別，區(qū)別火山巖性質(zhì)。由于不同火山巖性質(zhì)，評價(jià)參數(shù)不同，因此區(qū)分火山巖性質(zhì)對儲(chǔ)層評價(jià)意義重大。

圖3 火山巖酸、中、基性分類交匯圖版

3.3 第三層次，火山熔巖與火山碎屑巖的識(shí)別

本次研究優(yōu)選了Na、Fe、Ba、Zr、Y、V、Rb、In 為8種元素作為區(qū)分熔巖與火山碎屑巖特征元素，并分別按基性、中性、酸性熔巖與基性、中性、酸性火山碎屑巖建立了識(shí)別方法。

3.3.1 中基性熔巖與中基性火山碎屑巖識(shí)別方法

中、基性熔巖與碎屑巖區(qū)分上具有相似性，應(yīng)用Na、Zr、Y、V 建立了Zr-Y、Na2O-Zr 、V-Zr 三種圖版（見圖4），用于識(shí)別中基性熔巖與中基性火山碎屑巖。

圖4 中基性熔巖與中基性火山碎屑巖分類交匯圖版

3.3.2 酸性熔巖與酸性火山碎屑巖識(shí)別方法

應(yīng)用In、Al 兩種元素作為區(qū)分酸性熔巖與酸性火山碎屑巖的特征元素，建立了In-Al2O3圖版（見圖5），能有效區(qū)分酸性熔巖與酸性火山碎屑巖。

4 應(yīng)用效果

利用該方法能有效識(shí)別出砂巖、泥巖、砂質(zhì)礫巖、流紋巖、安山巖、玄武巖、流紋質(zhì)凝灰?guī)r、安山質(zhì)凝灰?guī)r、玄武質(zhì)凝灰?guī)r等多種巖性。近兩年在松遼盆地徐家圍子斷陷應(yīng)用38口井，利用層次分析的思路有效地提高了火山巖巖性識(shí)別準(zhǔn)確率，現(xiàn)場識(shí)別由82%提高至92.5%。

本次研究成果主要用于徐家圍子斷陷復(fù)雜巖性識(shí)別，對該區(qū)塊火山巖精細(xì)勘探開發(fā)具有指導(dǎo)意義。其原理和方法可推廣到類似斷陷涉及火山巖領(lǐng)域的巖性鑒定。