徐家圍子斷陷火山巖巖相測(cè)井識(shí)別方法研究

王春陽(yáng), 覃豪

(大慶油田有限責(zé)任公司勘探開(kāi)發(fā)研究院, 黑龍江 大慶 163712)

0 引 言

徐家圍子斷陷火山巖氣藏發(fā)育,儲(chǔ)層發(fā)育程度及規(guī)模受火山巖巖相發(fā)育情況控制[1-4]。深層火山巖勘探開(kāi)發(fā)中巖相研究是決定火山巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)成敗的關(guān)鍵之一。火山巖巖相識(shí)別主要方法有地質(zhì)法和地球物理法[5-6]。地質(zhì)法利用巖心資料通過(guò)礦物鑒定、巖心觀察等多種方法識(shí)別火山巖的成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等地質(zhì)特征,最終實(shí)現(xiàn)火山巖巖相的識(shí)別與劃分[7];地球物理法利用地震或測(cè)井資料實(shí)現(xiàn),由于地震資料的分辨率原因,其確定的火山巖巖相精度相對(duì)較低,需要應(yīng)用測(cè)井資料進(jìn)行刻度。雖然測(cè)井資料具有信息豐富、精度高的優(yōu)勢(shì),但是沒(méi)有成形的方法,需要開(kāi)展應(yīng)用測(cè)井資料識(shí)別火山巖巖相的方法研究。本文采用巖心刻度測(cè)井,利用鉆井取心資料提取的巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特征標(biāo)志對(duì)測(cè)井資料進(jìn)行刻度,提取測(cè)井資料識(shí)別巖相的火山巖巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造,結(jié)合區(qū)域火山巖巖相序列模式建立了火山巖巖相識(shí)別的方法和技術(shù)流程。應(yīng)用該方法在徐家圍子地區(qū)進(jìn)行了火山巖巖相劃分,取得了較好的識(shí)別效果,為該區(qū)的火山巖儲(chǔ)層精細(xì)預(yù)測(cè)提供有有力的技術(shù)保障。

1 火山巖巖相分類(lèi)及識(shí)別標(biāo)志

火山巖巖相是指火山活動(dòng)環(huán)境及在該環(huán)境下所形成的特定火山巖巖石類(lèi)型的綜合,是火山作用產(chǎn)物在空間上的分布格局、產(chǎn)出方式以及這些產(chǎn)物呈現(xiàn)的外貌特征的反映。在松遼盆地的火山巖巖相分類(lèi)研究中,王璞君等[1]根據(jù)巖性-組構(gòu)-成因?qū)⑺蛇|盆地火山巖相分為5個(gè)相15個(gè)亞相,其分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)了巖相的可識(shí)別性,即在巖心/巖屑、手標(biāo)本、剖面上可識(shí)別,用測(cè)井和地震資料也在一定程度上可識(shí)別。通過(guò)30口井巖心及薄片觀察,其中11個(gè)亞相在測(cè)井上具有明顯的響應(yīng)特征,對(duì)地質(zhì)歸納的巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造進(jìn)行歸類(lèi)(見(jiàn)表1)以及為測(cè)井資料識(shí)別火山巖巖相奠定了基礎(chǔ)。

表1 火山巖巖相分類(lèi)及相標(biāo)志

2 火山巖巖相的測(cè)井相標(biāo)志及識(shí)別

不同巖相具有不同的巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征,測(cè)井識(shí)別巖相就是識(shí)別巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造,通過(guò)這些相標(biāo)志最終確定巖相、亞相。

2.1 火山巖巖性識(shí)別

火山巖由各類(lèi)造巖礦物組成。火山巖的礦物成分是火山巖重要的分類(lèi)依據(jù)。對(duì)不同巖性的測(cè)井響應(yīng)特征進(jìn)行深入研究表明,隨著巖石從基性到酸性變化,火山巖的放射性不斷增強(qiáng),密度降低,中子孔隙度降低。選用對(duì)巖性敏感的自然伽馬、密度和中子等3條測(cè)井曲線(xiàn)進(jìn)行巖性識(shí)別,建立識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)圖1)。由于儲(chǔ)層物性及含氣性變化,使得單獨(dú)應(yīng)用密度、中子測(cè)井識(shí)別巖石成分的敏感性降低,利用二者的差構(gòu)建了新的指示曲線(xiàn)φDEN-φCNL,有

(1)

式中,φDEN、φCNL分別為密度孔隙度和中子孔隙度,%。

圖1 火山巖成分識(shí)別圖版

2.2 火山巖結(jié)構(gòu)識(shí)別

巖石結(jié)構(gòu)是指巖石物質(zhì)組分的結(jié)晶程度、顆粒大小、形態(tài)特征以及礦物與礦物之間的相互關(guān)系等。不同的結(jié)構(gòu)往往代表著不同的地質(zhì)成因,是火山巖巖相重要的標(biāo)志。常見(jiàn)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)。研究采用電阻率成像測(cè)井圖像進(jìn)行識(shí)別(見(jiàn)圖2)。

熔巖結(jié)構(gòu)在巖心上不具有粒度特征的斑狀結(jié)構(gòu)、交織結(jié)構(gòu)和少斑結(jié)構(gòu),3種結(jié)構(gòu)在成像上難以區(qū)分,故合稱(chēng)為熔巖結(jié)構(gòu)。在微電阻率掃描成像測(cè)井(FMI)圖像中整體色調(diào)均勻的高電阻率亮色和中低電阻率橙色基質(zhì)組成,不具粒狀特征,屬塊狀模式[見(jiàn)圖2(a)]。熔結(jié)結(jié)構(gòu)是塑性玻屑、巖屑等經(jīng)火山流運(yùn)移堆積時(shí)靠本身的高溫熔結(jié)而成,塑性碎屑發(fā)生壓扁變形、定向拉長(zhǎng),呈近平行狀分布,可含有剛性巖屑和晶屑。FMI圖像上可見(jiàn)高電阻率亮色的蠕蟲(chóng)狀漿屑平行排列,壓扁拉長(zhǎng)特征明顯,氣孔較發(fā)育[見(jiàn)圖2(b)]?；鹕剿樾冀Y(jié)構(gòu)是火山爆發(fā)所產(chǎn)生的火山碎屑的總稱(chēng),是碎屑含量達(dá)到90%以上并被相應(yīng)的更細(xì)小的碎屑(通常為火山塵)壓實(shí)固結(jié)所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)。FMI圖像上顏色明暗相間,不具磨圓及壓扁拉長(zhǎng)特征,根據(jù)顆粒大小,其碎屑結(jié)構(gòu)特征可以細(xì)分為集塊結(jié)構(gòu)、角礫結(jié)構(gòu)和凝灰結(jié)構(gòu)[見(jiàn)圖2(c)]。隱爆角礫結(jié)構(gòu)是在火山口附近或潛火山巖體的頂部,由于強(qiáng)烈爆破使巖體本身及其頂部圍巖破碎成大小不等的各種角礫,被其自身成分或某些氣液礦物膠結(jié)形成,角礫形態(tài)多為棱角狀、次棱角狀。在FMI圖像上顯示為不規(guī)則組合亮斑模式和亮暗截切模式,具有明顯的隱爆角礫結(jié)構(gòu)特征[見(jiàn)圖2(d)]。

圖2 典型火山巖結(jié)構(gòu)特征圖

2.3 火山巖構(gòu)造識(shí)別

火山巖構(gòu)造是指組成巖石的各部分(集合體)在形成巖石時(shí),在排列充填其空間方式上所構(gòu)成的巖石特點(diǎn)。在巖心觀察的基礎(chǔ)上,結(jié)合前人研究成果,總結(jié)出測(cè)井能夠識(shí)別的構(gòu)造主要有5種類(lèi)型:塊狀構(gòu)造、氣孔構(gòu)造、流紋構(gòu)造、變形流紋構(gòu)造、堆砌構(gòu)造(見(jiàn)圖3)。

塊狀構(gòu)造是指組成巖石的礦物在巖石中無(wú)定向排列,巖石各部分在成分和結(jié)構(gòu)上基本一致,FMI圖像上整體上由高低電阻率基質(zhì)組成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。巖石形成過(guò)程中,巖漿中的氣體未逸出,占據(jù)空間,巖漿冷凝后留下氣孔,稱(chēng)為氣孔構(gòu)造;氣孔被巖漿期后礦物所填充,形成杏仁構(gòu)造。從FMI成像可看出2種類(lèi)型的杏仁構(gòu)造,一種是氣孔被滑石填充,呈高電阻率亮色;另一種是被綠泥石填充,呈低電阻率顏色。流紋構(gòu)造是酸性火山巖中由不同顏色,不同成分的條紋、條帶和球粒、雛晶定向排列,以及拉長(zhǎng)的氣孔等表現(xiàn)出來(lái)的一種流動(dòng)構(gòu)造。FMI圖像表現(xiàn)為條帶狀明暗相間、近于等距正弦的條紋。亮色部分主要成分是熔漿,暗色條紋主要成分是一些暗色礦物及充填有導(dǎo)電能力較強(qiáng)的氣孔。變形流紋構(gòu)造是具有強(qiáng)烈揉皺狀的流紋構(gòu)造。成像圖像上整體表現(xiàn)為雜色,中低電阻率橙色基質(zhì)明暗相間,近于等距的螺旋線(xiàn)組成,呈現(xiàn)明顯地強(qiáng)烈揉皺狀流紋構(gòu)造,屬不規(guī)則明暗相間條帶狀模式。堆砌構(gòu)造剛性或塑性火山角礫被較細(xì)粒火山物質(zhì)或熔漿膠結(jié),形成貌似混凝土狀的火山角礫/集塊(熔)巖。FMI圖像上高電阻率亮斑狀的火山角礫呈混凝土狀混雜堆積,大塊顆粒支撐排列,不具分選和磨圓特征。

圖3 典型火山巖構(gòu)造特征圖

3 火山巖巖相測(cè)井識(shí)別方法

應(yīng)用測(cè)井資料對(duì)火山巖相標(biāo)志進(jìn)行了提取。以此為基礎(chǔ),結(jié)合巖心識(shí)別巖相的方法研制了適合大慶深層的火山巖巖相測(cè)井識(shí)別方法。首先利用常規(guī)測(cè)井資料按照成分識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行巖石成分識(shí)別;再采用巖心刻度測(cè)井對(duì)電阻率成像圖像進(jìn)行刻度,建立結(jié)構(gòu)構(gòu)造識(shí)別圖版。應(yīng)用圖版對(duì)非取心井段進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)造識(shí)別,結(jié)合成分識(shí)別結(jié)果確定巖性,按照巖性與巖相的對(duì)應(yīng)關(guān)系劃分巖相。在巖相內(nèi),按照巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造進(jìn)行亞相劃分,例如采用結(jié)構(gòu)識(shí)別的巖相、亞相有:具有熔結(jié)結(jié)構(gòu)的火山碎屑熔巖識(shí)別為爆發(fā)相的熱碎屑流亞相、具有碎屑結(jié)構(gòu)的火山碎屑巖識(shí)別為爆發(fā)相的空落亞相、具有隱爆角礫結(jié)構(gòu)的火山碎屑熔巖識(shí)別為火山通道相的隱爆角礫亞相。采用構(gòu)造識(shí)別的巖相、亞相有:具有塊狀構(gòu)造、氣孔杏仁構(gòu)造或流紋構(gòu)造的為溢流相、在溢流相中氣孔沿著流紋發(fā)育的為上部亞相、氣孔與流紋斜交或垂直的為下部亞相、發(fā)育塊狀構(gòu)造的為中部亞相、具有變形流紋構(gòu)造的火山熔巖為侵出相外帶亞相、具有堆砌構(gòu)造的火山碎屑熔巖為火山通道相火山徑亞相等。

4 應(yīng)用效果分析

以爆發(fā)相及其亞相為例對(duì)火山巖巖相識(shí)別方法進(jìn)行具體說(shuō)明。徐深×井的3 371～4 079 m段巖性為凝灰?guī)r、角礫凝灰?guī)r、熔結(jié)角礫凝灰?guī)r,在成像測(cè)井圖像上具有碎屑結(jié)構(gòu)特征,因此,該段解釋為爆發(fā)相。其中3 779.4～3 859.8 m段測(cè)井曲線(xiàn)解釋巖石成分為酸性巖,FMI圖像上顏色明暗相間,具有明顯的顆粒特征且無(wú)磨圓及壓扁拉長(zhǎng)特征,是典型的火山碎屑結(jié)構(gòu),巖相識(shí)別結(jié)果為爆發(fā)相的空落亞相(見(jiàn)圖4);3 948.8～3 991 m段測(cè)井曲線(xiàn)解釋巖石成分為酸性巖,FMI圖像上可見(jiàn)具有層理特征角礫凝灰結(jié)構(gòu),厚度較小,巖相識(shí)別結(jié)果為爆發(fā)相的熱基浪亞相(見(jiàn)圖5);4 041～4 088 m段測(cè)井曲線(xiàn)解釋巖石成分為酸性巖,FMI圖像上可見(jiàn)高電阻率亮色的蠕蟲(chóng)狀漿屑,呈斑狀特征,可見(jiàn)顆粒拉長(zhǎng)變扁,氣孔較發(fā)育,具有明顯熔結(jié)結(jié)構(gòu)特征,巖相識(shí)別結(jié)果為爆發(fā)相的熱碎屑流亞相(見(jiàn)圖6)。應(yīng)用該方法對(duì)徐家圍子地區(qū)102口井火山巖進(jìn)行了巖相劃分,經(jīng)11口井22個(gè)層取心段地質(zhì)相驗(yàn)證,巖相符合率82%,亞相符合率73%。

圖4 空落亞相識(shí)別成果圖*非法定計(jì)量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

圖5 熱基浪亞相識(shí)別成果圖

圖6 熱碎屑流亞相識(shí)別成果圖

5 結(jié) 論

(1) 應(yīng)用自然伽馬、中子及密度測(cè)井建立成分識(shí)別圖版,圖版精度為87%。

(2) 在研究地質(zhì)巖相分類(lèi)特征基礎(chǔ)之上提取了研究區(qū)火山成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等巖相標(biāo)志,建立了常規(guī)測(cè)井識(shí)別火山巖成分圖版、成像測(cè)井識(shí)別結(jié)構(gòu)、構(gòu)造的模式。

(3) 研制了測(cè)井識(shí)別巖相的方法。采用成分+結(jié)構(gòu)的方法識(shí)別巖性,根據(jù)巖性與巖相對(duì)應(yīng)關(guān)系劃分巖相;在巖相內(nèi)根據(jù)圖像模式劃分亞相。應(yīng)用該套方法對(duì)徐家圍子地區(qū)火山巖進(jìn)行巖相劃分,巖相識(shí)別符合率達(dá)到82%,亞相識(shí)別符合率達(dá)到73%。

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