火山巖巖相測井識別機(jī)理及方法
——以徐家圍子斷陷深層火山巖為例

覃豪　(中石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712)

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火山巖巖相測井識別機(jī)理及方法
——以徐家圍子斷陷深層火山巖為例

覃豪(中石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712)

[摘要]火山巖巖相控制儲層的儲集類型。在徐家圍子斷陷深層火山巖勘探開發(fā)中，巖相研究是決定火山巖儲層預(yù)測成敗的關(guān)鍵之一，其識別精度低,制約了勘探開發(fā)的進(jìn)程。測井資料具有信息豐富、精度高的優(yōu)勢，但應(yīng)用測井資料識別火山巖巖相還沒有成形的方法。以地質(zhì)理論為指導(dǎo)，通過自然伽馬、密度、中子、聲波及成像測井對識別巖相的機(jī)理進(jìn)行研究，選擇敏感測井信息，建立適用于研究區(qū)的測井識別巖相流程和方法。應(yīng)用該方法在研究區(qū)識別出5個(gè)相、11個(gè)亞相，經(jīng)20口取心井驗(yàn)證，相的識別符合率為83.8%、亞相為74.2%，說明該套方法具有良好的應(yīng)用前景。

[關(guān)鍵詞]巖相；火山巖；測井響應(yīng)機(jī)理；特征模式；徐家圍子斷陷；松遼盆地

火山巖相主要是指火山活動產(chǎn)物的產(chǎn)出環(huán)境及產(chǎn)物特征的總和[1]。徐家圍子斷陷火山巖氣藏發(fā)育，儲層發(fā)育程度及規(guī)模受火山巖巖相發(fā)育情況控制[2，3]，因此在深層火山巖勘探開發(fā)中，巖相研究是決定火山巖儲層預(yù)測成敗的關(guān)鍵之一。目前，火山巖巖相識別方法主要是利用測井曲線形態(tài)組合關(guān)系表述及利用巖心資料識別火山巖的成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等地質(zhì)特征來劃分[4～8]。目前，徐家圍子斷陷主要是利用巖心、巖屑和地震資料劃分巖相。利用巖心劃分巖相雖然準(zhǔn)確，但是成本高；利用巖屑和地震資料劃分巖相精度低；測井資料信息豐富、縱向精度高，但是沒有相關(guān)的理論和成形的方法。為此，筆者以地質(zhì)理論為指導(dǎo)，從機(jī)理上分析火山巖巖相的成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征，以此為基礎(chǔ)，結(jié)合巖心劃相結(jié)果，繪制了測井資料識別巖相所需的巖石成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造圖版，并針對徐家圍子斷陷火山巖巖相發(fā)育特征，建立了火山巖巖相識別的方法和流程，為徐家圍子斷陷的火山巖勘探部署、儲量評價(jià)和開發(fā)方案編制提供技術(shù)支撐。

1火山巖巖相類型

前人對松遼盆地的火山巖巖相研究時(shí)，一般采用了王璞君等[1]提出的“巖性-組構(gòu)-成因”劃分方案，將松遼盆地火山巖相分為5個(gè)相、15個(gè)亞相。該劃分方案突出了巖相的可識別性及分類的可操作性，即在巖心/巖屑、手標(biāo)本、剖面上可識別, 在測井和地震資料上可操作。將松遼盆地徐家圍子斷陷40口井的巖心與測井曲線、微電阻率掃描圖像進(jìn)行對比研究，上述劃分方案中有11個(gè)亞相在測井上具有明顯的響應(yīng)特征，筆者對這11個(gè)亞相的巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造進(jìn)行了歸類(見表1)。

2測井識別火山巖巖相的機(jī)理

從上述分析可知，火山巖巖相分類的特征包括火山巖巖石成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造。因此，在建立火山巖巖相識別方法前，針對相標(biāo)志開展了測井識別的理論基礎(chǔ)研究。

表1　火山巖巖相類型及特征

圖1　火山巖礦物組合變化簡圖(據(jù)文獻(xiàn)[10，11])

2.1巖石成分識別的機(jī)理

測井響應(yīng)特征由礦物成分的變化決定。圖1為火山巖的礦物成分組合，橫向從右至左表示巖石成分從超基性、基性、中性到酸性，縱向表示了巖石礦物成分的體積分?jǐn)?shù)，從圖中可看出，火山巖的礦物成分類型多樣，含量變化大。在研究巖石成分測井響應(yīng)機(jī)理變化規(guī)律及特征值時(shí)，采用通用的礦物體積模型(礦物骨架值[9])，在火山巖骨架和孔隙度10%的火山巖(孔隙中為純水)2種情況下，對火山巖的自然伽馬、密度、聲波時(shí)差和中子孔隙度測井理論值進(jìn)行計(jì)算，變化結(jié)果如圖2。從圖2上可以看出，對巖性成分變化敏感的曲線為自然伽馬測井和密度測井；從超基性到酸性，自然伽馬逐漸增加，密度逐漸減小，為測井資料識別巖石成分奠定了理論基礎(chǔ)。

2.2巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造識別的機(jī)理

在測井信息中，成像測井是反映巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造最直接的信息，通過巖心刻度后的成像測井可以類似于巖心在測井評價(jià)中的作用。為了確定成像測井所能反映的火山巖的最小結(jié)構(gòu)、構(gòu)造，采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)室實(shí)際測量2種方式進(jìn)行了結(jié)構(gòu)、構(gòu)造的識別機(jī)理研究。

成像測井通過測量井壁附近的地層電阻率，以顏色的變化來刻度電阻率的大小，將井筒展開后得到成像測井圖像，反映地質(zhì)特征。成像測井能夠識別的地質(zhì)體可歸為點(diǎn)狀和線狀異常體。從成像測井理論出發(fā)，對直徑為10、5、2mm點(diǎn)狀體和寬度為1、2mm的線狀體進(jìn)行模擬，得出理論上能識別的最小點(diǎn)狀體和最窄線狀體。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，應(yīng)用電阻率掃描成像實(shí)驗(yàn)裝置對直徑分別為10、5、2mm的孔洞和寬度為1、2mm的裂縫進(jìn)行掃描成像。理論模擬和實(shí)驗(yàn)掃描結(jié)果表明：①直徑大于5mm的點(diǎn)狀體電阻率成像測井圖上有響應(yīng)；②線狀體間距大于5mm時(shí)，可單獨(dú)成像，線狀體間距小于5mm時(shí)，圖像合并加強(qiáng)；③點(diǎn)狀體的成像測井分辨率下限為5mm，而線狀體成像測井圖像清晰度與對比度關(guān)系較大，沒有具體的分辨率下限。

圖2　各測井理論值變化圖

從火山巖的地質(zhì)理論研究中可知，巖相形成的環(huán)境使得不同巖相具有不同的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造[10，11]。研究表明，火山巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的大小足以在成像測井圖上顯示。測井能夠識別的火山巖結(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)，構(gòu)造包括塊狀構(gòu)造、氣孔構(gòu)造、流紋構(gòu)造、變形流紋構(gòu)造。綜合結(jié)構(gòu)、構(gòu)造形成的地質(zhì)理論和巖心觀察的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造的現(xiàn)象，繪制出火山巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的理論模式，如圖3所示。

3火山巖巖相識別方法及流程

從上述研究可知，測井信息能夠準(zhǔn)確識別火山巖的成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造，進(jìn)而識別巖相。針對徐家圍子斷陷白堊系營城組火山巖的發(fā)育特征，建立了一套火山巖測井識別的方法：①對火山巖與沉積巖進(jìn)行識別；②在火山巖中對巖石成分進(jìn)行識別；③根據(jù)火山巖結(jié)構(gòu)、構(gòu)造圖版識別結(jié)構(gòu)、構(gòu)造；④根據(jù)期次/旋回的地質(zhì)界面特征，確定噴發(fā)旋回/期次的界面；⑤在期次內(nèi)根據(jù)巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造對巖相、亞相進(jìn)行識別。

3.1沉積巖和火山巖的識別

一般情況下，沉積巖和火山巖在測井響應(yīng)上有較大差異，沉積巖在常規(guī)測井上電阻率較低，地層微電阻率掃描成像(FMI)測井圖像上具有明顯的沉積構(gòu)造。當(dāng)沉積巖的母巖是火山巖時(shí)，其膠結(jié)成分為凝灰?guī)r，則火山巖與沉積巖較難區(qū)分。但在元素俘獲譜(ECS)測井資料上，沉積巖的釓、鈣、鐵、鈦元素含量均較低。因此，利用ECS測井巖性識別圖版(圖4)和FMI測井圖像模式來識別火山巖與沉積巖。

圖3　典型結(jié)構(gòu)、構(gòu)造的理論模式

3.2火山巖巖石成分識別

圖4　研究區(qū)沉積巖(砂礫巖)與火山巖測井識別圖版　　　　　　　圖5　火山巖巖石成分識別圖版

3.3火山巖結(jié)構(gòu)、構(gòu)造識別

采用巖心刻度的FMI測井，結(jié)合巖心對火山巖結(jié)構(gòu)、構(gòu)造的圖像特征進(jìn)行標(biāo)定(圖6)。熔巖結(jié)構(gòu)在FMI圖像中，由整體色調(diào)均勻的高阻亮色和中低阻橙色基質(zhì)組成，不具粒狀特征，屬塊狀模式；熔結(jié)結(jié)構(gòu)在FMI圖像上可見高阻亮色的蠕蟲狀漿屑平行排列，壓扁拉長特征明顯，氣孔較發(fā)育；碎屑結(jié)構(gòu)在FMI圖像上顏色明暗相間，不具磨圓及壓扁拉長特征，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)；隱爆角礫結(jié)構(gòu)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；塊狀構(gòu)造在FMI圖像上整體為高阻亮色分布，但常被裂縫切割，呈現(xiàn)出高阻背景下的暗色條紋，但整體較均一；氣孔構(gòu)造和杏仁構(gòu)造在FMI成像上為板狀特征，氣孔被滑石填充，呈高阻亮色板狀，被綠泥石填充，呈低阻橙色；流紋構(gòu)造在FMI圖像上為條帶狀明暗相間、近于等距正弦的條紋；變形流紋構(gòu)造在FMI圖像上整體表現(xiàn)為雜色，中低阻橙色基質(zhì)明暗相間，近于等距的螺旋線組成，呈現(xiàn)明顯的強(qiáng)烈揉皺狀流紋構(gòu)造，屬不規(guī)則明暗相間條帶狀模式。

圖6　火山巖結(jié)構(gòu)、構(gòu)造識別圖版

3.4火山巖旋回/期次的界面識別

火山噴發(fā)過程中，一般在噴發(fā)能量變化上具有從強(qiáng)到弱的規(guī)律，形成的巖相類型也呈現(xiàn)出有規(guī)律的變化。因此，確定火山巖旋回與期次的界面，能夠提高測井劃分火山巖巖相的精度。例如，不同巖石成分的火山巖是不同巖漿源噴出地表的產(chǎn)物，應(yīng)將其分開；其次，在同一期次內(nèi)，有一些過渡巖性，可根據(jù)巖漿能量變化過程中巖性變化規(guī)律進(jìn)行正確識別。根據(jù)王璞珺等[1]的研究成果，火山巖旋回/期次的界面包括沉積夾層、風(fēng)化殼、巖性界面和火山灰層。以巖心劃分界面為基礎(chǔ)，總結(jié)了研究區(qū)旋回/期次界面的測井響應(yīng)特征(表2)。

表2　期次/旋回界面的測井響應(yīng)特征表

3.5火山巖巖相和亞相劃分

火山巖巖相成因研究及巖心資料表明，火山巖成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造是火山巖巖相測井識別的相標(biāo)志。在旋回/期次界面內(nèi)，應(yīng)用巖心劃相結(jié)果對巖相分類標(biāo)志進(jìn)行刻度后，根據(jù)表2中的對應(yīng)關(guān)系劃分火山巖巖相。

4應(yīng)用效果評價(jià)

XSX井的3371～4079m井段，巖性為凝灰?guī)r、角礫凝灰?guī)r、熔結(jié)角礫凝灰?guī)r，在FMI測井圖像上具有碎屑結(jié)構(gòu)特征，解釋為爆發(fā)相。其中，3779.4～3859.8m，巖石成分為酸性巖，F(xiàn)MI圖像上顏色明暗相間，具有顆粒特征且無磨圓特征，是火山碎屑結(jié)構(gòu)，為空落亞相(圖7)。

4041～4088m，巖石成分為酸性巖，F(xiàn)MI圖像上可見高阻亮色的蠕蟲狀漿屑，呈斑狀特征，顆粒拉長變扁，局部氣孔較發(fā)育，是熔結(jié)結(jié)構(gòu)，為熱碎屑流亞相(圖8)。

應(yīng)用該套方法對徐家圍子斷陷123口井火山巖進(jìn)行了巖相劃分，經(jīng)20口井30個(gè)層位的取心段地質(zhì)相驗(yàn)證，相的符合率為83.8%，亞相的符合率為74.2%。

圖7　XSX井空落亞相識別成果圖

圖8　XSX井熱碎屑流亞相識別成果圖

5結(jié)論及認(rèn)識

1)以地質(zhì)理論為基礎(chǔ)，采用數(shù)值模擬等方法，分析測井識別火山巖巖相成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造的機(jī)理，且?guī)r心刻度后的測井資料所反映的成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征與機(jī)理研究結(jié)論一致。

2)建立了一套測井識別火山巖巖相的方法：先識別火山巖與沉積巖，再確定火山巖的巖石成分，識別結(jié)構(gòu)、構(gòu)造，再確定期次/旋回的界面，最后在期次內(nèi)根據(jù)巖石成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造對巖相、亞相進(jìn)行識別。該套方法在徐家圍子斷陷火山巖的應(yīng)用中，相與亞相識別符合率均較高，效果較好。

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[編輯]龔丹

4 Mechanism and Method of Logging Identification of Volcanic Facies——By Taking the Deep Volcanic Rocks of Xujiaweizi Fault Depression for Example

Qin Hao

(Author’sAddress：ResearchInstituteofExplorationandDevelopment,DaqingOilfieldCo.Ltd.，PetroChina,Daqing163712，Heilongjiang，China)

Abstract:Reservoir type was controlled by volcanic facies.In deep volcanic rock exploration and development in Xujiaweizi Fault Depression, lithologic facies study was one of the key factors in prediction of volcanic rock reservoirs，the predicting accuracy was low, which constrained the progress of exploration and development.Although logging data had an advantage of rich message and high precision, there was no matured logging interpretation method for identifying the volcanic facies.Based on gelogical theory, this paper selected sensitive logging response to establish logging identification method and technological process of volcanic facies，after the mechanism of volcanic facies interpretation is studied by natural gamma，density，neutron，acoustic wave and imaging logging data, this method is used to recognize 5 types of volcanic facies，including 11 types of subfacies.It is proven by coring in 20 wells, the coincidence rate of lithofacies interpretation by logging data is 83.8%，the coincidence rate of subfacies interpretation is 74.2%，it is presented that the method has favorable application future.

Key words:lithofacies；volcanic rock；logging response mechanism；logging character and mode; Xujiaweizi Fault Depression；Songliao Basin

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號]1673-1409(2016)11-0004-07

[中圖分類號]P631.84

[作者簡介]覃豪(1979-)，男，高級工程師，主要從事深層天然氣測井評價(jià)研究，qinhao@petrochina.com.cn。

[基金項(xiàng)目]國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(“973”計(jì)劃)項(xiàng)目(2009CB219300)。

[收稿日期]2015-09-06

[引著格式]覃豪.火山巖巖相測井識別機(jī)理及方法[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版),2016,13(11):4～10,32.