基于層次分解思想的火成巖巖性識(shí)別

譚伏霖,王志章,隆 山,董彥喜,王洪亮,趙 遠(yuǎn)

(1.中國石油大學(xué)資源與信息學(xué)院,北京102249;2.油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中國石油大學(xué),北京102249; 3.中國石油西部鉆探工程有限公司測井公司,新疆克拉瑪依834000)

0 引 言

火成巖作為一種特殊的油氣藏類型正在引起人們越來越多的關(guān)注[1-2]。目前已探明的火成巖油氣藏儲(chǔ)量雖占世界探明油氣儲(chǔ)量的份額較小,但在某些地區(qū)已形成較大的產(chǎn)能。火成巖儲(chǔ)層測井評(píng)價(jià)研究是繼砂巖、碳酸鹽巖等儲(chǔ)層之后的另一重要領(lǐng)域。前人在火成巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方面提出了許多巖性識(shí)別方法,諸如測井交會(huì)圖識(shí)別法、成像測井識(shí)別法、巖石強(qiáng)度參數(shù)識(shí)別法、元素測井識(shí)別法、橫波識(shí)別法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、模糊數(shù)學(xué)法、主成分識(shí)別法等。在這眾多方法中,測井交會(huì)圖識(shí)別法最為簡單實(shí)用、價(jià)格低廉,基本不需要什么特殊測井項(xiàng)目,因此在國內(nèi)外油田得到了廣泛的應(yīng)用。如在升平氣田利用常規(guī)測井曲線識(shí)別出了安山巖、玄武巖、流紋巖、凝灰?guī)r等4種火成巖[3]。

但是,由于火成巖巖性和孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,利用測井交會(huì)圖識(shí)別巖性時(shí)區(qū)域性強(qiáng),巖性種類多及巖性復(fù)雜時(shí)效果較差。有不少人提出用多張巖性識(shí)別圖版進(jìn)行組合識(shí)別[4-7]。遺憾的是,這些方法未能解決具體該如何組合使用多張交會(huì)圖的問題,他們大都沿用了巖性種類較少的沉積巖巖性識(shí)別研究的思路,即利用1張圖版或多張圖版,綜合確定各種巖性之間的識(shí)別界限,然后一次性將所有巖性識(shí)別出來;而利用其他數(shù)學(xué)識(shí)別方法識(shí)別火成巖時(shí)也存在一次性識(shí)別出所有巖性的問題?；诖?作者提出采用層次分解法分解的思想,以巖性種類較多、巖性復(fù)雜的準(zhǔn)噶爾盆地滴西地區(qū)火成巖為例,利用測井交會(huì)圖建立研究區(qū)火成巖巖性識(shí)別層次,然后基于該層次所建立起來的巖性識(shí)別順序逐級(jí)逐次地進(jìn)行巖性識(shí)別。

1 火成巖巖性識(shí)別

層次分解的基本思想就是將所有的對象置于1個(gè)簇中,然后按照一定規(guī)則將其逐步細(xì)分為越來越小的簇,直到每個(gè)對象在單獨(dú)的1個(gè)簇中,或者達(dá)到某一個(gè)事先設(shè)定的終止條件。該方法的優(yōu)點(diǎn)就在于能逐級(jí)、逐次地將一些分類的復(fù)雜問題分解為多個(gè)相對簡單的次級(jí)分類問題,逐個(gè)擊破?；趯哟畏纸馑枷胱R(shí)別火成巖主要分為2大步,第1步是將所有已知巖性樣品當(dāng)作一類巖性,然后選擇交會(huì)圖將其逐步進(jìn)行細(xì)分,細(xì)分的原則是同一種巖性的樣品盡量不被分開,盡量將巖性差別大的率先區(qū)分開,直到將所有能識(shí)別出的巖性被分開為止,從而建立火成巖巖性識(shí)別層次;第2步就是依照建立的巖性識(shí)別層次,選擇合適的識(shí)別方法逐級(jí)逐次進(jìn)行識(shí)別,直到得出待識(shí)別樣品的巖性為止。

1.1 巖性識(shí)別預(yù)處理

建立火成巖巖性識(shí)別樣本庫。將所有收集到的研究區(qū)265塊薄片資料全部在鏡下觀察,并按照地質(zhì)學(xué)的火成巖巖性成分分類標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一重新定名。將所有巖心在孔隙度解釋的基礎(chǔ)上結(jié)合成像資料和元素測井資料進(jìn)行巖心的整體深度歸位,剔除不易歸位和井況不好的巖心薄片,提取各巖心的測井曲線值,建立火成巖巖性識(shí)別樣本庫。

為了突出巖性,消除孔隙度的影響,研究中構(gòu)建了4個(gè)測井參數(shù) N、M、P、E輔助識(shí)別巖性。在中子-密度交會(huì)圖上,如果把某一單礦物骨架點(diǎn)(φ= 0)和水點(diǎn)(φ=100%)引一直線,則有這種礦物組成的各種孔隙度的巖石按照體積模型的概念,都將落在這條線上;將這條直線的斜率定義為 N,不同礦物其斜率不同,不同巖性由于礦物成分不同斜率也不盡相同。

在聲波-密度交會(huì)圖上,類似的斜率定義為

在中子-聲波交會(huì)圖上,P定義為

式中,Δtf、φNf、ρf分別為流體的聲波時(shí)差、視中子孔隙度和密度測井值,分別取195μs/ft＊＊非法定計(jì)量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同、100 p.u.、1.0 g/m3;Δt、φN、ρb分別為巖心樣本的聲波時(shí)差測井值、中子測井值和密度測井值。

楊氏模量是表征在彈性限度內(nèi)物質(zhì)材料抗拉或抗壓的物理量,它是沿縱向的彈性模量。它與材料的密度成正比,與聲波縱波速度的平方成反比,故可定義假楊氏模量

1.2 建立火成巖巖性識(shí)別層次

根據(jù)研究區(qū)火成巖巖性特征,將巖性分類分為4個(gè)層次。第1層次為沉積巖與火成巖之間的分類;第2層次主要基于火成巖的酸堿性細(xì)分;第3層次為各基性、中性、酸性火成巖內(nèi)部火山碎屑巖、熔巖類和侵入巖之間的細(xì)分;第4層次為火山碎屑巖、熔巖類和侵入巖內(nèi)部的細(xì)分。

在實(shí)際的研究過程中,由于各種巖性之間往往不存在明顯的界限,進(jìn)行層次分解時(shí)不能完全按照上述方法進(jìn)行,但其分解的思想與其基本一致?；诖?研究中建立巖性識(shí)別層次的分解原則為利用測井交會(huì)圖進(jìn)行分解,巖性差別大的最先分別開,各巖性之間的界限簡單,同一巖性一般不由多張交會(huì)圖版分開識(shí)別,同時(shí)還要有利于下一級(jí)混合巖性的細(xì)分;在細(xì)分的過程中,若某類巖石能直接與其他巖石分解開來則直接分解,不用拘泥于事先所確定的層次劃分。

首先建立各種測井信息之間的交會(huì)圖,然后基于層次分解原則挑選交會(huì)圖進(jìn)行逐級(jí)細(xì)分。第1步將火成巖與沉積巖區(qū)分開(見圖1);緊接著是利用圖2將所有火成巖樣本分為安山巖、霏細(xì)巖、基性火成巖、中性與酸性火成巖1;用圖3將基性火成巖進(jìn)一步細(xì)分為基性火山碎屑巖和基性熔巖;用圖4和圖5將其再進(jìn)一步細(xì)分為沉火山角礫巖、沉凝灰?guī)r、玄武質(zhì)凝灰?guī)r、玄武巖、閃長玢巖;對于中性與酸性火成巖1,圖6將其劃分為花崗斑巖、熔結(jié)凝灰?guī)r和中性與酸性火成巖2;用圖7將中性與酸性火成巖2分為珍珠巖、流紋巖、中性與酸性火山碎屑巖;用圖8將中性與酸性火山碎屑巖劃分為玻屑凝灰?guī)r、安山質(zhì)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)火山角礫巖、安山質(zhì)火山角礫巖。至此達(dá)到了逐級(jí)、逐次對該庫中所有巖性像庖丁解牛般地進(jìn)行逐步剝離的目的,實(shí)現(xiàn)用多個(gè)有序的二維圖版的組合對復(fù)雜火成巖巖性在多維空間的表征,建立了研究區(qū)火成巖巖性識(shí)別層次(見圖9)。

圖1 區(qū)分火成巖與沉積巖

圖3 基性火成巖

圖5 基性熔巖

1.3 火成巖巖性識(shí)別

圖2 火成巖巖心樣本

圖4 基性火山碎屑巖

圖6 中性與酸性火成巖1

依照建立起來的巖性識(shí)別層次,首先將待識(shí)別樣品投到圖1上,識(shí)別出是火成巖還是沉積巖,如果是火成巖則選用圖2進(jìn)一步識(shí)別;若識(shí)別為某一種混合巖性,則再選取該混合巖性圖版進(jìn)一步細(xì)分,直到不能細(xì)分為止。該待識(shí)別樣品的巖性就為最終與它在一起的樣品的巖性。

圖7 中性與酸性火成巖2

圖8 中性與酸性火山碎屑巖

圖9 火成巖巖性識(shí)別層次(紅色為最終識(shí)別出的火成巖巖性)

利用該方法共識(shí)別出火成巖巖性15種,分別為霏細(xì)巖、珍珠巖、流紋巖、花崗斑巖、安山巖、玄武巖、閃長玢巖、熔結(jié)凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r、玄武質(zhì)凝灰?guī)r、玻屑凝灰?guī)r、安山質(zhì)凝灰?guī)r、沉火山角礫巖、流紋質(zhì)火山角礫巖、安山質(zhì)火山角礫巖;沉積巖2種,分別為砂巖和泥巖。

2 應(yīng)用效果

為了檢查巖性識(shí)別符合率,挑選了研究區(qū)267塊未用于樣本庫的巖心樣品進(jìn)行巖性識(shí)別檢查。表1為巖性識(shí)別結(jié)果檢驗(yàn)。從表1可以看出,主要儲(chǔ)集層花崗斑巖、玄武巖、流紋巖的識(shí)別率均在85%以上;平均解釋符合率為80.15%。誤識(shí)的火成巖絕大多數(shù)是凝灰?guī)r和火山角礫巖。對于霏細(xì)巖,由于只有4個(gè)樣品,2個(gè)用于建庫,2個(gè)用于檢查,其識(shí)別率不具備統(tǒng)計(jì)檢查的意義,同時(shí),由于流紋巖和霏細(xì)巖同屬于酸性火成巖,這種誤識(shí)也在情理之中。閃長玢巖和珍珠巖巖性樣品少,全部參與了建庫,它們自我識(shí)別時(shí)均未發(fā)生誤識(shí)。

由于凝灰?guī)r和火山角礫巖與其他火成巖在結(jié)構(gòu)上有很大差別,熔巖類和侵入巖電成像圖像為典型的高電阻率塊狀模式,凝灰?guī)r的一般為暗色斑點(diǎn)模式,火山角礫巖的一般為亮色斑點(diǎn)模式;利用較好反應(yīng)巖石結(jié)構(gòu)特征的電成像測井資料可以很好地校正常規(guī)測井曲線不能揭示巖石結(jié)構(gòu)而帶來的誤識(shí),從而達(dá)到進(jìn)一步提高解釋符合率的目的。

表1 巖性識(shí)別結(jié)果檢驗(yàn)

3 結(jié) 論

(1)準(zhǔn)噶爾盆地火成巖種類多,巖性復(fù)雜,利用層次分解法建立火成巖巖性識(shí)別層次后,然后基于該層次采用測井交會(huì)圖完成了該地區(qū)的火成巖巖性識(shí)別,共識(shí)別出火成巖巖性15種,沉積巖2種。平均解釋符合率為80.15%。

(2)層次分解的原則是酸堿性差別大的巖性最先分別開,各巖性之間的界限簡單,同一巖性一般不由多張交會(huì)圖版分開識(shí)別,同時(shí)還要有利于下一級(jí)混合巖性的細(xì)分;在細(xì)分的過程中,若某類巖石能直接與其他巖石分解開來則直接分解,不用拘泥于事先所確定的層次劃分。

(3)凝灰?guī)r、火山角礫巖、熔巖類之間誤識(shí)幾率較大。但它們在結(jié)構(gòu)上有很大差別,借助電成像測井可以進(jìn)一步提高巖性識(shí)別率。

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