塔河油田奧陶系碳酸鹽巖地層燧石的測井識別

謝　芳，柳建華，劉瑞林（.長江大學地球物理與石油資源學院，武漢43000；.中國石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院，烏魯木齊8300）

塔河油田奧陶系碳酸鹽巖地層燧石的測井識別

謝芳1，柳建華2，劉瑞林1
（1.長江大學地球物理與石油資源學院，武漢430100；2.中國石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院，烏魯木齊831100）

塔河油田奧陶系鷹山組第4段及其以下的地層中廣泛分布著結(jié)核狀、條帶狀燧石，研究燧石的測井響應特征，區(qū)分燧石發(fā)育的非儲集段，對有效評價儲集層、劃分地層及地層對比具有重要意義。通過討論電成像測井、化學元素測井及巖性密度測井等識別燧石的基本原理，結(jié)合塔河油田的電成像圖、化學元素測井資料及光電截面吸收指數(shù)曲線識別結(jié)核狀、條帶狀燧石實例，建立了燧石測井資料識別方法；將鷹山組第4段底界附近的燧石密集發(fā)育段作為地層對比標志層，對塔河油田部分地層進行地層對比，討論了塔河油田中上奧陶統(tǒng)的剝蝕量估算問題。

塔里木盆地；塔河油田；奧陶系；燧石；測井識別方法；化學元素測井；剝蝕量估算

1　燧石成因及地層對比意義

圖1　塔河油田構(gòu)造位置

燧石主要由微晶質(zhì)石英組成，其石英含量往往在98%以上，常與石灰?guī)r伴生，其形態(tài)可分為：蟲狀、結(jié)核狀、條帶狀和薄層狀[1]。塔河油田主體位于塔里木盆地北部沙雅隆起阿克庫勒凸起（圖1），在塔河油田奧陶系鷹山組第4段及以下的灰?guī)r地層中見白色、灰色或淡黃色結(jié)核狀、條帶狀燧石（圖2），且在鷹山組第4段底部見燧石密集發(fā)育（圖3）。塔河油田奧陶系地層中發(fā)育的燧石多屬于交代成因，在成巖階段由分散狀的硅質(zhì)沉積物重新聚集并交代碳酸鹽巖或有機質(zhì)沉積物而成，與母巖準同生。前人推測認為1），早奧陶世末的加里東運動中期在塔里木克拉通內(nèi)部形成的擠壓撓曲可能伴隨有火山噴發(fā)，而形成塔河油田奧陶系地層燧石的分散狀硅質(zhì)可能來源于火山噴發(fā)物質(zhì)?？梢?，鷹山組及以下地層中與母巖準同生的燧石可作為地層對比標志。由于臺地相碳酸鹽巖地層放射性礦物含量本身不高，在塔河油田中上奧陶統(tǒng)剝蝕區(qū)殘余地層中不易找到地層對比標志層，應用測井資料劃分對比塔河油田奧陶系一間房組和鷹山組內(nèi)各巖性段的地層界線很困難。因此，將鷹山組第4段底部的燧石密集發(fā)育段作為地層對比標志就顯得尤為重要。

圖2　塔河油田奧陶系鷹山組不同形態(tài)燧石巖心照片

塔河油田奧陶系鷹山組及以下非儲集層中發(fā)育結(jié)核狀、條帶狀燧石（圖3），燧石在常規(guī)測井資料上易與溶蝕孔洞發(fā)育的儲集層混淆，以至于在儲集層解釋評價過程中易將燧石發(fā)育的非儲集層誤認作有效儲集層。國外雖有關(guān)于燧石層油氣開發(fā)的研究[2]，但塔河油田奧陶系燧石發(fā)育的碳酸鹽巖地層中少見油氣賦存，僅Tkxxx井例外，不過該井是對燧石密集發(fā)育段酸壓后與井旁的縫洞體溝通才產(chǎn)油氣，而不是燧石密集發(fā)育段儲集油氣。

前人在燧石成因、沉積環(huán)境、地球化學特征及巖石學特征等方面的研究工作較多[1，4-6]，但關(guān)于燧石層段測井識別的研究工作較少，僅文獻［7］對塔河油田4號和6號區(qū)塊燧石在直井和水平井成像測井響應上的差異作了討論，但未詳細討論研究區(qū)不同測井資料識別結(jié)核狀、條帶狀燧石的方法。實際上，近年發(fā)展起來的化學元素測井方法，通過測量中子與地層發(fā)生中子-伽馬反應產(chǎn)生的射線能譜，經(jīng)過解譜分析得到地層元素的百分含量[8-9]，這些元素含量可應用于巖性識別、巖石礦物含量確定等[9-11]，為巖性礦物識別提供了新的手段。除了化學元素測井外，巖性密度測井中的巖石光電截面吸收指數(shù)對巖性較敏感，且不受孔隙度及孔隙流體的影響[12-13]。本文在上述工作的基礎上引入化學元素測井和巖性密度測井，系統(tǒng)研究燧石在不同測井資料上的響應特征，建立了應用不同測井資料識別結(jié)核狀、條帶狀燧石的方法，以及在資料缺乏情況下燧石層段的常規(guī)測井資料識別方法。最后，將測井資料識別出的鷹山組第4巖性段底部的燧石密集發(fā)育段作為標志層進行地層對比，通過地層對比研究了塔河油田中上奧陶統(tǒng)剝蝕區(qū)剝蝕量估算問題。

圖3　塔河油田奧陶系地層剖面（據(jù)文獻［3］修改）

2　測井識別燧石的基本原理

2.1電成像測井

電成像測井采用鈕扣電極系測量井周不同方位的井壁巖石導電性，用淺電阻率資料刻度后的成像測井資料，以高分辨率電導率圖像的形式反映井壁附近地層的層理、裂縫、溶蝕孔洞等導電性有差異的地質(zhì)現(xiàn)象。

根據(jù)文獻［7］的研究，在成像測井資料上可以從2個方面識別結(jié)核狀、條帶狀燧石：一方面，鷹山組結(jié)核狀、條帶狀燧石在產(chǎn)狀上具有沿層分布的特點，其傾角一般小于5°（圖2）；另一方面，因硅質(zhì)的交代具有明顯的選擇性，一般總是先交代生物遺體或富含有機質(zhì)或者孔隙度高的部分，故燧石外圍或富含有機質(zhì)或孔隙度較高，導電泥漿侵入會使孔隙大的外圍部分導電性變好；另外，碳酸鹽巖中燧石的硬度比圍巖的硬度要大，在鉆井過程中，硬度較大的燧石會對圍巖產(chǎn)生擾動作用，使得燧石周圍巖石變得較為疏松，導電泥漿侵入后，也導致所測量的電成像圖上燧石外圍的導電性較母巖和燧石中間部分要好得多。由此可見，結(jié)核狀、條帶狀燧石在成像測井資料上表現(xiàn)為沿層分布的“嘴唇”狀或?qū)捄谏臈l帶狀（圖4）。通常，若結(jié)核狀燧石小于井徑，即表現(xiàn)為沿層分布的“嘴唇”狀；而大于井徑的結(jié)核狀燧石或條帶狀燧石則表現(xiàn)為近水平狀的寬黑色條帶。

2.2化學元素測井

化學元素測井利用中子與地層發(fā)生的中子-伽馬核反應產(chǎn)生伽馬射線，測量產(chǎn)生的伽馬射線能譜。由于不同核素的特征伽馬射線能量是不同的，通過對測量的伽馬射線能譜進行解譜分析，可得到元素的相對產(chǎn)額。應用氧化物閉合模型將元素譜的相對產(chǎn)額轉(zhuǎn)換成元素譜的絕對百分含量，通常化學元素測井會給出地層中C，O，Na，Mg，Si，Ca，F(xiàn)e，S，Ti，Gd等元素的絕對百分含量。

燧石主要由石英組成，石英含量在98%以上，因此，與碳酸鈣組成的純灰?guī)r地層相比，燧石發(fā)育的灰?guī)r地層中Si含量升高，Ca含量減少。相應地，燧石發(fā)育的灰?guī)r地層在化學元素測井資料上有Si含量增加、Ca含量減小、其他元素含量變化不大的響應特征。

圖4　結(jié)核狀、條帶狀燧石成像測井響應特征

2.3巖性密度測井

巖性密度測井以中能伽馬射線與地層作用發(fā)生康普頓效應，低能伽馬射線與地層作用發(fā)生光電效應為基礎。利用銫伽馬源產(chǎn)生的0.661 MeV的單能伽馬射線入射地層，在中能譜區(qū)伽馬射線與地層作用以康普頓效應為主，探測器探測到的伽馬射線計數(shù)率隨地層體積密度增加而降低；在低能譜區(qū)伽馬射線與地層作用以光電效應為主，隨地層巖石的原子序數(shù)的增加，伽馬射線計數(shù)率下降。此時用長短源距伽馬探測器探測伽馬射線，用能譜分析方法記錄中能的康普頓效應區(qū)和低能的光電效應區(qū)的計數(shù)率，進而測量地層巖石體積密度和巖石光電截面吸收指數(shù)。

燧石發(fā)育的灰?guī)r密度曲線值有降低但不明顯，而巖石光電截面吸收指數(shù)區(qū)分巖性的能力較強，不同礦物的光電截面吸收指數(shù)相差很大（表1）。當灰?guī)r地層中發(fā)育燧石時，石英所占巖石比例增加，方解石所占巖石比例會減少，因而測量到的光電截面吸收指數(shù)會變小。

表1　巖石礦物或流體的光電截面吸收指數(shù)[12]

圖5　塔河油田Txx0井鷹山組5 910.51—5 916.51 m井段條帶狀燧石巖心照片及測井響應特征

3　測井識別燧石發(fā)育段

圖5為塔河油田Txx0井鷹山組5 912.20 m條帶狀燧石巖心照片及對應測井響應特征圖。對Txx0井取心段深度為5 910.51—5 916.51 m的巖心應用三點歸位法進行巖心歸位，歸位后該井段巖心對應的測井深度為5 910.88—5 916.88 m，其中條帶狀燧石對應的測井深度為5 912.2 m（圖5）.在測井圖上，對應5 912.2 m成像動靜態(tài)圖上可見寬黑色條帶；常規(guī)測井曲線上，光電截面吸收指數(shù)曲線值降低，雙側(cè)向電阻率略有降低且呈“正差異”；化學元素測井上，Si含量增加，Ca含量減??；為典型的條帶狀燧石響應。

圖6為塔河油田Sxxx-3井鷹山組5 969.8—5 874.4 m井段測井圖。在5 969.8—5 874.4 m井段內(nèi)，結(jié)核狀、條帶狀燧石密集發(fā)育，電成像動靜態(tài)圖上可見多條寬黑色條帶和多個“嘴唇”狀響應，寬黑色條帶和“嘴唇”狀響應對應雙側(cè)向測井值降低且呈微弱的“正差異”、密度值降低、中子孔隙度增大、聲波時差略有增大、光電截面吸收指數(shù)降低、Si含量升高、Ca含量減小，且有Si含量升高越多，光電截面吸收指數(shù)降低越大趨勢。另外，在5 972.2 m處，由電成像和化學元素測井資料可判斷該處發(fā)育單個結(jié)核狀燧石，但光電截面吸收指數(shù)略微降低響應不明顯，說明燧石發(fā)育較少時在電成像和化學元素測井上會有響應，但在光電截面吸收指數(shù)曲線上不一定有響應或僅有微弱的響應。

圖6　塔河油田Sxxx-3井鷹山組5 969.8—5 974.4m井段測井響應特征

綜合上述原理和實例分析可知，結(jié)核狀、條帶狀燧石在電成像測井、化學元素測井及常規(guī)測井資料上均有響應。塔河油田奧陶系碳酸鹽巖地層燧石發(fā)育段主要分布于鷹山組第4段及以下的灰?guī)r地層中，可結(jié)合多種測井資料及地質(zhì)分層資料識別燧石發(fā)育段。當有電成像及化學元素測井資料時，可準確識別燧石發(fā)育段；在電成像圖上出現(xiàn)寬黑色條帶或黑色“嘴唇”狀響應，Si含量增加，光電截面吸收指數(shù)降低或略有降低即為燧石發(fā)育段；當有電成像資料無化學元素測井資料時，識別燧石也比較簡單：電成像圖上有黑色條帶或黑色“嘴唇”狀響應，光電截面吸收指數(shù)降低或略有降低，常規(guī)測井資料上有類似溶蝕孔洞儲集層響應即為燧石發(fā)育段；當僅有常規(guī)測井資料時，因燧石發(fā)育較少的層段在光電截面吸收指數(shù)曲線上響應不明顯，結(jié)合地質(zhì)分層資料僅能識別燧石密集發(fā)育段：在常規(guī)測井資料上有類似溶蝕孔洞儲集層響應，光電截面吸收指數(shù)降低且為鷹山組及以下地層則為燧石密集發(fā)育段。

4　應用

塔河油田中上奧陶統(tǒng)在加里東運動中期Ⅰ幕、Ⅱ幕以及海西運動早期遭受了不同程度的暴露風化剝蝕，其中海西運動早期的風化剝蝕作用最為強烈。加里東運動中期Ⅰ幕以及海西運動早期，特別是海西運動早期伴隨風化剝蝕的巖溶作用對中上奧陶統(tǒng)剝蝕區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖地層溶蝕孔隙、溶蝕縫洞型儲集層有重要意義[3]。在塔河油田中上奧陶統(tǒng)剝蝕區(qū)，一間房組和鷹山組地層中自然放射性礦含量不高，在自然伽馬曲線上無法區(qū)分，同時在雙側(cè)向曲線上也區(qū)分不清楚，不易劃分地層界限，但在塔河油田奧陶系鷹山組第4段底界附近發(fā)育燧石密集層段，在電成像測井上響應明顯。在塔河油田中上奧陶統(tǒng)剝蝕區(qū)可找到多口井（Sx5井、Txx1井、Sx6井）的對應，可將鷹山組第4段底界附近的燧石密集發(fā)育段作為標志層進行地層對比，研究中上奧陶統(tǒng)剝蝕區(qū)的剝蝕量估算問題。

由表2可知，Sx6井、Sx5井、Txx4井、Txx1井和Sx3井的燧石密集段底界距風化殼頂部的厚度。根據(jù)Sx5井與Sx6井燧石密集段底界距風化殼頂部的厚度可估算沿Sx5井—Sx6井連線方向上每千米的剝蝕量。Sx5井與Sx6井之間的水平距離為2 642.48 m，由此可算出在此連井方向上的剝蝕量約為11.73 m/km.據(jù)此，可計算Txx1井—Sx3井（井距3 713.5 m）方向上的剝蝕量為6.62 m/km.其余方向的剝蝕量可能要小于此值。風化剝蝕過程中的巖溶作用對中上奧陶統(tǒng)剝蝕區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖地層縫洞儲集層發(fā)育有重要意義，剝蝕區(qū)內(nèi)地層遭受的風化剝蝕越多，風化剝蝕過程中的巖溶作用就越強，相應地縫洞儲集層就越發(fā)育。因此，Sx5井—Sx6井連井方向上中上奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖地層縫洞儲集層最為發(fā)育，Txx1井—Sx3井連井方向上其次，其余方向上中上奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖地層縫洞儲集層發(fā)育較弱。

表2　塔河油田部分井鷹山組第4段底界深度m

5　結(jié)論

（1）應用不同測井資料可識別燧石發(fā)育段。當有電成像、化學元素測井及常規(guī)測井資料時，可準確識別結(jié)核狀、條帶狀燧石；有電成像資料和常規(guī)測井資料時，也能較好地識別燧石；僅有常規(guī)測井資料時，識別燧石較困難，此時結(jié)合地質(zhì)分層資料僅能識別燧石密集發(fā)育段。

（2）將測井資料識別的鷹山組第4段底界附近的燧石密集發(fā)育段作為標志層進行地層對比表明，Sx5井—Sx6井連井方向上中上奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖地層剝蝕量最大，Txx1井—Sx3井連井方向上其次，其余方向上較小。通常在剝蝕量最大的方向上對應于最好的縫洞儲集層發(fā)育區(qū)，Sx5井—Sx6井連井方向上中上奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖地層縫洞儲集層最發(fā)育，Txx1井—Sx3井連井方向上其次，其余方向上巖溶發(fā)育較弱。

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Log Identification of Chert in Ordovician Carbonate Rocks in Tahe Oilfield,Tarim Basin: Method and Application

XIE Fang1,LIU Jianhua2,LIU Ruilin1
(1.Institute of Geophysics and Oil Resource,Yangtze University,Wuhan,Hubei 430100,China;2.Research Institute of Exploration and Development,Northwest Oilfield Company,Sinopec,Urumqi,Xinjiang 831100,China)

Nodular and banded chert distribute extensively over the 4th interval and underlying strata of the Ordovician Yingshan forma?tion in Tahe oilfield in northern Tarim basin.Researching the logging response characteristics of chert and distinguishing the chert?devel?oped formation are of significance to the evaluation of effective reservoir,formation zonation,and stratigraphic correlation.This paper dis?cusses the basic principle of identifying chert by using imaging well logging,chemical element logging and litho?density logging data,and establishes the method for chert logging identification by means of these data and photoelectric absorption cross?section index curve.Tak?ing the chert intensive development section near the bottom margin of Yingshan 4th lithologic interval as marker bed,it makes the strati?graphic correlation of partial strataand resolves the problem of the Middle-Upper Ordovician denudation estimation in Tahe oilfield.

Tarim basin;Tahe oilfield;Ordovician;chert;logidentification method;chemical element logging;denudation estimation

TE112.24

A

1001-3873（2015）04-0487-06

10.7657/XJPG20150420

2014-12-19

2015-04-09

國家科技重大專項（2011ZX05020-008）

謝芳（1987-），女，湖北荊州人，博士研究生，石油地質(zhì)，（Tel）15507169923（E-mail）351629478@qq.com.

1）樊政軍，劉瑞林.塔河油田奧陶系成像測井地質(zhì)模式建立及應用研究.中石化西北石油分公司科技專題研究報告，2004.