火山巖巖性測井識(shí)別方法研究
——以準(zhǔn)噶爾盆地火山巖為例

張大權(quán)，鄒妞妞，姜楊，馬崇堯，張順存，杜社寬

（1.甘肅省油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州730000；2.中國科學(xué)院油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州730000；3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049；4.中國石油西部鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司，新疆克拉瑪依834000；5.新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆克拉瑪依834000）

火山巖巖性測井識(shí)別方法研究
——以準(zhǔn)噶爾盆地火山巖為例

張大權(quán)1，2，3，鄒妞妞1，2，3，姜楊4，馬崇堯5，張順存1，2，杜社寬1，2

（1.甘肅省油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州730000；2.中國科學(xué)院油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州730000；3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049；4.中國石油西部鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司，新疆克拉瑪依834000；5.新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆克拉瑪依834000）

儲(chǔ)層巖性識(shí)別是火山巖油氣藏勘探的基礎(chǔ)。通過對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地石炭系火山巖儲(chǔ)層典型井的巖心觀察，結(jié)合對(duì)巖石薄片及測井資料的詳細(xì)分析，總結(jié)了火山巖的測井響應(yīng)特征，提出了火山巖巖性測井識(shí)別方法。該方法利用常規(guī)測井資料識(shí)別巖性，再應(yīng)用成像測井資料識(shí)別火山巖的結(jié)構(gòu)及構(gòu)造，其中自然伽馬、密度和聲波時(shí)差是對(duì)火山巖巖性識(shí)別較有利的3種測井資料。利用GR-Rt/AC交會(huì)圖可有效區(qū)分火山巖與沉積巖，在此基礎(chǔ)上根據(jù)GR-DEN交會(huì)圖與GR-AC交會(huì)圖可區(qū)分出火山巖類型，最后結(jié)合成像測井圖（FMI）可進(jìn)一步識(shí)別火山巖的結(jié)構(gòu)及構(gòu)造特征。

火山巖；測井響應(yīng)；巖性識(shí)別；測井交會(huì)圖；成像測井；準(zhǔn)噶爾盆地

0　引言

火山巖油氣藏是目前世界油氣勘探的一個(gè)新領(lǐng)域［1-5］。國外較重視火山巖儲(chǔ)層發(fā)育機(jī)理方面的研究，其中對(duì)火山巖儲(chǔ)層研究相對(duì)較早和較深入的國家是日本，但以描述性研究居多［6］。準(zhǔn)噶爾盆地為我國最早發(fā)現(xiàn)的火山巖含油氣盆地［7］，盆地內(nèi)火山巖分布廣泛，地層具有多期噴發(fā)、多旋回的地質(zhì)特征［8］，除石炭系外，二疊系佳木河組和風(fēng)城組均發(fā)育有火山巖［9］。盆地內(nèi)火山巖儲(chǔ)層的巖性特征比較復(fù)雜，從基性、中性到酸性的火山巖都有出現(xiàn)［10］，既有熔巖又有火山碎屑巖，基底石炭系主要為火山熔巖，以玄武巖、安山巖和少部分英安巖、流紋巖為組合特征［11-12］。由于研究區(qū)鉆井取心有限，最可靠的薄片鑒定法不能普及，在整個(gè)區(qū)塊內(nèi)識(shí)別火山巖巖性最直接而有效的方法是測井方法。由于火山噴發(fā)作用形成環(huán)境和堆積條件不同，形成了各種巖性特有的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征，而這些結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征則是測井識(shí)別火山碎屑巖與熔巖、火山巖與沉積巖的重要依據(jù)［13］。常規(guī)測井對(duì)火山巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征有所反映，但整體上反映較弱［14］，而成像測井在反映火山巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造方面有一定的技術(shù)優(yōu)勢［15］。筆者擬以準(zhǔn)噶爾盆地為例，綜合多種方法，探索復(fù)雜火山巖巖性測井識(shí)別方法，即利用火山巖測井響應(yīng)特征總結(jié)出對(duì)識(shí)別火山巖巖性最有利的測井曲線，應(yīng)用交會(huì)圖技術(shù)在識(shí)別火山巖大類的基礎(chǔ)上，結(jié)合成像測井判別火山巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，以期為準(zhǔn)噶爾盆地火山巖儲(chǔ)層識(shí)別提供依據(jù)，并為其他地區(qū)火山巖儲(chǔ)層測井識(shí)別提供借鑒。

1　火山巖測井響應(yīng)特征

準(zhǔn)噶爾盆地的火山熔巖主要是亞堿系列的玄武巖、安山巖、英安巖和流紋巖。對(duì)火山巖地層而言，其礦物組分的差異反映了巖性的變化，而巖性是影響某些測井響應(yīng)的主要因素。巖石的地球物理測井響應(yīng)是巖石巖性（化學(xué)成分、礦物成分）、物性（孔隙、孔隙結(jié)構(gòu)、裂縫的分布和發(fā)育程度）及含油性（孔隙流體性質(zhì)）的綜合反映［16］。通過對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地火山巖地層的61口井的常規(guī)測井資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定了對(duì)火山巖巖性反映敏感的測井參數(shù)有自然伽馬（GR）、密度（DEN）、聲波時(shí)差（AC）、電阻率（Rt）及補(bǔ)償中子（CNL），其中對(duì)火山巖巖性敏感程度最強(qiáng)的是自然伽馬，其次是密度和聲波時(shí)差，再次是電阻率和補(bǔ)償中子。

選取GR，DEN及AC等3種測井曲線對(duì)研究區(qū)典型井滴西17井、滴西14井、滴西10井和滴401井的玄武巖、安山巖、英安巖和流紋巖進(jìn)行研究（圖1）。

圖1　準(zhǔn)噶爾盆地不同火山巖測井響應(yīng)特征Fig.1　The logging response characteristics of different volcanic rocks in Junggar Basin

玄武巖是一種基性噴出巖，一般呈黑色，有時(shí)呈灰綠及暗紫色等，氣孔構(gòu)造和杏仁構(gòu)造較為發(fā)育。玄武巖中SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%～52%，當(dāng)其發(fā)生蝕變后，綠泥石含量會(huì)比較高。在測井曲線上，表現(xiàn)為GR低（＜32 API），DEN高（2.56～2.73 g·cm-3），AC低（170～196 μs·m-1）。當(dāng)玄武巖中較發(fā)育的裂縫與地層中各種次生孔隙和氣孔相連通時(shí)，可形成有利的儲(chǔ)層，此時(shí)密度值下降，補(bǔ)償中子與聲波時(shí)差值升高，深、淺電阻率有較大的幅度差。

安山巖是鈣堿性系列的中性噴出巖，呈深灰、淺玫瑰及暗褐色，具斑狀結(jié)構(gòu)。其成巖礦物與玄武巖的大致相同，斑晶主要為斜長石及暗色礦物，其中斜長石以中長石和拉長石為主，常具環(huán)帶及熔蝕結(jié)構(gòu)。在測井曲線上表現(xiàn)為GR較低（32～76 API），DEN較高（2.50～2.71 g·cm-3），AC較低（174～206 μs·m-1）。

英安巖是一種中酸性噴出巖，在礦物成分上介于安山巖和流紋巖之間。英安巖中常出現(xiàn)石英斑晶，或石英以填隙物的形式存在于基質(zhì)中，而在安山巖中石英僅在基質(zhì)中少量存在。英安巖常與安山巖和流紋巖等共生，組成巨厚的火山巖系。在測井曲線上表現(xiàn)為GR較高（76～125 API），DEN較低（2.45～2.65 g·cm-3），AC中等（184～230 μs·m-1）。

流紋巖是一種酸性噴出巖，主要由堿性長石（正長石、透長石、微斜長石）、斜長石（鈉長石、奧長石）、石英、黑云母及副產(chǎn)礦物赤鐵礦組成。酸性火山巖中堿性長石的含量較高，而堿性長石中鉀元素的豐度較大，所以酸性火山巖的自然伽馬測井值比較高。在測井曲線上表現(xiàn)為GR高（＞125 API），DEN低（2.40～2.63 g·cm-3），AC較高（194～236 μs·m-1）。

綜上所述，準(zhǔn)噶爾盆地火山熔巖從基性巖、中性巖到酸性巖，即按玄武巖→安山巖→英安巖→流紋巖的順序自然伽馬測井值依次增大，密度測井值依次降低，聲波時(shí)差測井值依次增大。

2　火山巖測井識(shí)別

2.1交會(huì)圖法

交會(huì)圖法是一種常用的巖性識(shí)別方法［17］。常規(guī)測井?dāng)?shù)據(jù)交會(huì)圖法是識(shí)別含油氣盆地內(nèi)火山巖巖性的簡單而有效的方法，它對(duì)優(yōu)選出的區(qū)域測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行定位，根據(jù)已有的可靠資料（如鉆井取心），對(duì)定位在坐標(biāo)系中的數(shù)據(jù)的落點(diǎn)區(qū)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并建立圖版。對(duì)火山巖而言，這種交會(huì)圖主要反映的是巖石的化學(xué)成分［18］。分析測井響應(yīng)與火山巖巖石學(xué)特征之間的關(guān)系可知，能較好反映火山巖巖性變化的是自然伽馬、密度、聲波時(shí)差及補(bǔ)償中子測井資料［19］。

由于準(zhǔn)噶爾盆地火山巖具有多期噴發(fā)、多旋回的地質(zhì)特征，因而在進(jìn)行火山巖巖性識(shí)別時(shí)常常遇到火山巖與沉積巖交互出現(xiàn)的情況，利用GR-Rt/ AC測井特征值交會(huì)圖可以較好地將二者區(qū)分開，而僅有部分安山質(zhì)火山角礫巖與凝灰質(zhì)砂礫巖有所重疊（圖2）。

圖2　準(zhǔn)噶爾盆地GR-Rt/AC測井特征值交會(huì)圖Fig.2　Crossplot of GR-Rt/AC logging eigenvalues in Junggar Basin

測井響應(yīng)與火山巖巖石學(xué)特征相關(guān)關(guān)系的研究表明：火山巖的自然伽馬和密度測井曲線對(duì)火山巖巖石成分較為敏感，聲波時(shí)差測井曲線則對(duì)火山巖巖石的礦物成分、致密程度、結(jié)構(gòu)、孔隙填充物及孔隙類型較為敏感。以此為依據(jù)，分別建立準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖西斜坡—陸西地區(qū)火山巖GR-DEN巖性識(shí)別圖版和GR-AC巖性識(shí)別圖版（圖3）。

圖3　準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖西斜坡—陸西地區(qū)火山巖巖性識(shí)別圖版Fig.3　The chart of volcanic lithology identification in western Mahu slope-Luxi area in Junggar Basin

在GR-DEN巖性識(shí)別圖版中把自然伽馬和密度測井值分別投入圖版，根據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)的位置便可確定巖性。從橫坐標(biāo)上可將玄武巖區(qū)（GR＜30 API）、安山巖區(qū)（GR為30～76 API）、英安巖區(qū)（GR為76～125 API）及流紋巖區(qū)（GR＞125 API）區(qū)分開來。下斜線以下為熔巖區(qū)，上斜線以上為碎屑巖區(qū)，2條斜線中間為過渡巖區(qū)，主要為熔結(jié)角礫巖或角礫熔巖。圖版中各種巖性數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布具有很好的規(guī)律性：隨著自然伽馬測井值的增大，火山巖的酸性增強(qiáng)，從基性巖逐漸過渡為酸性巖，熔巖的自然伽馬測井值高于火山碎屑巖，密度測井值從基性巖到酸性巖逐漸降低，熔巖的密度測井值高于火山碎屑巖［圖3（a）］。GR-AC巖性識(shí)別圖版與GR-DEN巖性識(shí)別圖版類似，把自然伽馬和聲波時(shí)差測井值分別投入圖版，從基性巖到酸性巖聲波時(shí)差測井值逐漸升高，熔巖的聲波時(shí)差測井值低于火山碎屑巖［圖3（b）］。圖版有效地將一級(jí)分類的三大類火山巖區(qū)分開，熔巖的二級(jí)分類更為清楚，火山碎屑巖的三級(jí)分類也有所體現(xiàn)，橫向上不同巖性的火山巖有所重疊，這正反映了火山巖巖性的連續(xù)變化。

2.2成像測井

成像測井巖性識(shí)別圖版主要反映的是巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征［20］，對(duì)巖石的成分則反映較差。成像測井巖性識(shí)別圖版往往是常規(guī)測井和成像測井相結(jié)合的綜合圖版，這種綜合圖版具有很強(qiáng)的針對(duì)性。常規(guī)測井主要用于定性地確定火山巖的成分，成像測井主要用于識(shí)別火山巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造。因此，常規(guī)測井結(jié)合成像測井是火山巖巖性劃分的有效途徑。

FMI成像測井可以反映井周圍電阻率數(shù)據(jù)的變化情況。該方法經(jīng)過一系列校正后，用一種漸變的色板（一般為黑—綜—黃—白）對(duì)電阻率數(shù)值由低到高進(jìn)行刻度，其高分辨率的特性通常用于識(shí)別巖層中各種尺度的結(jié)構(gòu)。FMI成像測井能夠識(shí)別的火山巖結(jié)構(gòu)包括熔巖結(jié)構(gòu)、火山碎屑結(jié)構(gòu)和熔結(jié)結(jié)構(gòu)［21］，能夠識(shí)別的火山巖構(gòu)造有塊狀構(gòu)造、層狀構(gòu)造、氣孔構(gòu)造和流動(dòng)構(gòu)造等［22］（圖4）。正是由于這種特性，F(xiàn)MI圖像資料常用于巖性識(shí)別［23］。

圖4　準(zhǔn)噶爾盆地FMI成像測井圖Fig.4　The FMI imaging logging in Junggar Basin

塊狀構(gòu)造：FMI圖像整體由高、低阻基質(zhì)組成，構(gòu)成巖石的礦物成分在巖石中分布均勻，巖石各部分在成分上和結(jié)構(gòu)上基本一致。這是一種最為常見的熔巖構(gòu)造［圖4（a）］。

層狀構(gòu)造：不同成分的巖石逐層交替出現(xiàn)，或雖成分相同但結(jié)構(gòu)、顏色不同的巖石逐層交替呈帶狀、條帶狀彼此平行或近于平行出現(xiàn)，亦或成分基本相同的巖石呈條帶狀交替平行出現(xiàn)。在層面上溶蝕孔洞極為發(fā)育［圖4（b）］。

氣孔和杏仁構(gòu)造：在巖石形成過程中，巖漿中的氣體未逸出，并占據(jù)空間，巖漿冷凝后留下氣孔，氣孔被巖漿期后礦物所充填，形成杏仁構(gòu)造。氣孔的形狀有所不同，圖像上低阻小點(diǎn)狀為氣孔，溶蝕孔洞被方解石充填，在FMI圖像上呈高阻白色，溶蝕孔洞被綠泥石充填，在FMI圖像上呈低阻黑色［圖4（c）］。

變形構(gòu)造：FMI圖像整體由中低阻橙色基質(zhì)組成，這種基質(zhì)由明暗相間且近于等距的似拋物線組成流紋面，但流紋面的走向較亂，具有強(qiáng)烈揉皺特征，無一定規(guī)律，黑色低阻條紋切割流紋面，局部橢圓形斑點(diǎn)為氣孔［圖4（d）］。

流紋構(gòu)造：是由不同顏色的條紋和拉長的氣孔等組成的一種流動(dòng)構(gòu)造。這種構(gòu)造是因熔巖流動(dòng)而由不同顏色、不同成分的隱晶質(zhì)或玻璃質(zhì)亦或拉長氣孔等定向排列所形成。流紋是酸性巖中最為常見的構(gòu)造，反映了熔巖流動(dòng)的方向［圖4（e）］。

流動(dòng)構(gòu)造：包括流面和流線構(gòu)造。流面構(gòu)造是由片狀礦物、板狀礦物、扁平捕虜體及析離體的平行排列而形成，而流線構(gòu)造則由柱狀礦物、長析離體及捕虜體的定向排列而形成。這種構(gòu)造的產(chǎn)生與巖漿流動(dòng)有關(guān)，應(yīng)用流動(dòng)構(gòu)造可以判斷火山巖巖漿的流動(dòng)方向［圖4（f）］。

3　實(shí)例分析

筆者利用火山巖常規(guī)測井響應(yīng)特征、交會(huì)圖和FMI成像測井對(duì)滴西地區(qū)火山巖巖性進(jìn)行測井識(shí)別，識(shí)別結(jié)果與巖心薄片定名對(duì)比符合率在80%以上。圖5是研究區(qū)4口典型井的火山巖巖性識(shí)別綜合成果圖。圖5（a）所示為：滴西17井3 644～3 658 m井段，先以常規(guī)測井資料（GR，DEN和AC曲線）區(qū)分不同火山巖礦物的巖性，再結(jié)合FMI成像測井識(shí)別火山巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，最后定名為基性玄武巖類；巖心和薄片資料（3 640.54 m處）均顯示氣孔非常發(fā)育，晶間孔和溶孔較發(fā)育，微裂隙發(fā)育，氣孔顯示為分散的暗色斑點(diǎn)、不規(guī)則的斑塊或條帶，解釋為玄武巖。可見，巖性測井識(shí)別與巖心薄片資料分析結(jié)果一致。同樣，滴西14井、滴西10井和滴401井火山巖巖性測井識(shí)別與巖心薄片資料也吻合得較好［圖5（b）～5（d）］。綜上所述，本次火山巖巖性識(shí)別研究得到的結(jié)果是可靠的，為火山巖儲(chǔ)層精細(xì)測井評(píng)價(jià)打下了基礎(chǔ)。

圖5　準(zhǔn)噶爾盆地滴西地區(qū)火山巖儲(chǔ)層識(shí)別圖Fig.5　The identification of volcanic reservoir in Dixi area of Junggar Basin

4　結(jié)論

（1）自然伽馬、密度及聲波時(shí)差測井曲線是對(duì)火山巖巖性識(shí)別較有利的3種測井曲線?；鹕饺蹘r從基性巖、中性巖到酸性巖，自然伽馬測井值依次增大，密度測井值依次降低，聲波時(shí)差測井值依次增大。

（2）利用測井交會(huì)圖版識(shí)別出火山巖所屬類型，即玄武巖、安山巖、英安巖與流紋巖，或是與其對(duì)應(yīng)的火山碎屑巖，熔巖自然伽馬測井值及密度測井值均高于火山碎屑巖，聲波時(shí)差測井值則低于火山碎屑巖。

（3）常規(guī)測井可確定火山巖的成分，成像測井可以較直觀地研究巖石內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等細(xì)節(jié)特征，常規(guī)測井結(jié)合成像測井是火山巖巖性識(shí)別的有效方法。

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（本文編輯：于惠宇）

Logging identification method of volcanic rock lithology:A case study from volcanic rock in Junggar Basin

ZHANG Daquan1，2，3，ZOU Niuniu1，2，3，JIANG Yang4，MA Chongyao5，
ZHANG Shuncun1，2，DU Shekuan1，2
（1.Key Laboratory of Petroleum Resources，Gansu Province，Lanzhou 730000，China；2.Key Laboratory of Petroleum Resources Research，Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China；3.University of Chinese Academy of Science，Beijing 100049，China；4.Downhole Operation Branch of Western Drilling Engineering Co.Ltd.，PetroChina，Karamay 834000，Xinjiang，China；5.Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Xinjiang Oilfield Company，Karamay 834000，Xinjiang，China）

Reservoir lithology identification is the foundation of volcanic reservoir exploration.Based on core observation，combined with detailed analysis of thin sections and logging data，this paper summarized the logging response characteristics of volcanic rocks，proposed logging identification method of volcanic lithology.Conventional logging data were used to identify the mineral composition of volcanic rock，and imaging logging data were applied to distinguish the structure and texture of volcanic rocks，of which the natural gamma raylogging（GR），density logging（DEN）and acoustic time logging（AC）are the more advantageous three logging curves to identify the lithology of volcanic rocks.The crossplot of GR-Rt/AC can be used to effectively identify volcanic rocks and sedimentary rocks，and then the crossplots of GR-DEN and GR-AC can be applied to identify the volcanic rock types.Finally，combinedwithFMI，thestructureandtexturecharacteristicsofvolcanicrockscanbefurtherdistinguished.

volcanicrocks；loggingresponse；lithologyidentification；loggingcrossplot；imaginglogging；JunggarBasin

P588

A

1673-8926（2015）01-0108-07

2014-08-25；

2014-10-09

國家科技重大專項(xiàng)“準(zhǔn)噶爾盆地深層火山巖儲(chǔ)集體形成演化與分布預(yù)測”（編號(hào)：2011ZX05008-003-40）資助

張大權(quán)（1988-），男，中國科學(xué)院大學(xué)在讀碩士研究生，研究方向?yàn)榈厍蛭锢砼c沉積儲(chǔ)層學(xué)。地址：（730000）甘肅省蘭州市東崗西路382號(hào)蘭州地質(zhì)研究所。E-mail：daquan0807@163.com

杜社寬（1963-），男，博士，副研究員，主要從事地震資料解釋與沉積儲(chǔ)層特征方面的研究工作。E-mail：dsk@petrochina.com.cn。