火山巖巖性的測井識別方法

(成都理工大學 四川 成都 610000)

火山巖巖性的測井識別方法

王格

(成都理工大學四川成都610000)

以前，石油勘探和開發(fā)的重點主要集中于碎屑巖、碳酸鹽巖類型的油氣藏。但是隨著勘探難度的提高，加上經(jīng)濟的快速發(fā)展，對油氣資源的需求不斷增加，尋找新類型的油氣藏顯得極為重要，火山巖油氣藏作為一種特殊的油氣藏正在引起廣泛關(guān)注。

火山巖巖性識別是火山巖儲層和火山巖油氣藏描述的基礎(chǔ)。識別含油氣盆地中的火山巖巖性最直接有效的方法是巖芯分析，但不可能在每口井中都取芯，因此利用常規(guī)測井資料進行火山巖巖性的識別成為了必然的選擇。

本文主要利用巖性巖心分析資料與測井資料，分析了不同巖性的測井資料響應特征規(guī)律。結(jié)合交會圖分析方法，優(yōu)選出自然伽馬、密度、聲波3種參與巖性識別的常規(guī)特征。

火山巖；巖性識別；交會圖；測井資料分析

一、火山巖巖性

(一)火山巖的基本地質(zhì)特征

地下深處所形成的熾熱、粘稠、含有揮發(fā)組分的以硅酸鹽為主要成分的熔融體被稱為巖漿，巖漿由地下深處向上運動到逐漸冷卻凝固所形成的巖石叫做巖漿巖，又稱為火成巖。其中巖漿沒有到達地表就冷凝、固結(jié)形成的巖石叫做侵入巖；而沿著構(gòu)造裂隙向上運動然后噴出地表冷凝形成的為噴出巖，因為巖漿噴出地表就是火山噴發(fā)，所以又稱噴出巖為火山巖[1].

地殼中存在的所有元素在火山巖中幾乎都有發(fā)現(xiàn)，最主要的是O、Si、A1、Fe、Ca、Mg、Na、K、Ti、Mn、P、H等十二種元素；這些元素占地殼總重量的99%以上，稱為主要造巖元素。氧占總重量的比重最大，達46%以上。SiO2是火山巖中最主要的成分，它和各種金屬元素形成多種硅酸鹽礦物，各種硅酸鹽礦物又組成各種火山巖。所以說，火山巖實際上是碳酸鹽巖石。

(二)火山巖的主要類型

火山巖主要分為火山熔巖與火山碎屑巖兩大類，火山溶巖包括玄武巖、玄武、安山巖、安山巖，火山碎屑巖包括凝灰?guī)r、火山角礫巖、集塊巖。火山熔巖結(jié)構(gòu)相對簡單，一般以SiO2的含量分為四種巖性，熔巖由基性到酸性可分為玄武巖、安山巖、英安巖和流紋巖?；鹕剿樾紟r是介于熔巖和沉積巖之間的過渡類型巖石，巖類復雜，中國學者提出的火山碎屑巖分類實踐較早，有自己的特色，在一定范圍內(nèi)得到了應用。

正?；鹕剿樾紟r類：火山碎屑物質(zhì)含量大于90%，以熔結(jié)或壓結(jié)、水化學膠結(jié)等方式成巖。根據(jù)成巖作用方式可以分為熔結(jié)火山碎屑巖、火山碎屑巖、層狀火山碎屑巖[2]。

二、測井資料預處理

(一)測井資料預處理

測井數(shù)據(jù)一般采用模擬曲線和磁帶兩種方式記錄，隨著我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，海量的測井數(shù)據(jù)都是記錄在磁帶上的。由于野外測井作業(yè)環(huán)境，測井儀器以及人工操作方式的差異等諸多隨機因素的影響，造成解讀的測井數(shù)據(jù)并不能真實反映地質(zhì)屬性，所以必須對各種測井曲線作規(guī)范化預處理，主要包括：深度校正，環(huán)境校正，光滑濾波處理等。測井數(shù)據(jù)預處理是保證測井解釋結(jié)果可靠且有效的前提與保證。

(二)測井曲線預處理

測井曲線深度與幅度的準確性是保證測井解釋結(jié)果可靠的前提。然而，各測井探管不同，每次測井回程差，對零點的高度也不同，所以測井曲線之間的深度差別幾乎是不可避免的。故此，需將各個測井參數(shù)值進行深度校正，才能使得一組測井數(shù)據(jù)反映同一深度點的物性。

測井曲線的深度校正主要內(nèi)容為：同一口井多條測井曲線的深度校正與對齊及斜井的垂直深度校正?？梢杂萌斯し?，也可以采用自動方法進行校正。局部的深度校正通常采用人工方法，如果對整條曲線都要進行深度校正，則應采用自動深度校正法。本文采用相關(guān)對比方法校正不同曲線的深度錯位。在相關(guān)對比時，各條曲線與選定的標準曲線之間進行相關(guān)分析，尋找最大相關(guān)位置，確定深度的移動量，進行深度自動校正。

由于某些因素影響，在一些測井曲線上出現(xiàn)許多與地層性質(zhì)無關(guān)的毛刺干擾或者統(tǒng)計起伏。例如中子，核衰變、伽馬量子與核外電子的作用等都有隨機性質(zhì)，從而導致放射性測井曲線上出現(xiàn)許多與地層屬性無關(guān)的統(tǒng)計起伏變化。這些帶有毛刺干擾的測井曲線作數(shù)字處理，會為計算得到的地質(zhì)參數(shù)帶來許多的誤差。因而，在對測井曲線預處理過程中，必須首先設法把這些與地質(zhì)屬性無關(guān)的毛刺干擾濾掉，只保留曲線上反映地層特性的有用成分[3]。

常見的測井曲線平滑濾波處理方法有：中值濾波法，加權(quán)滑動平均法，最小二乘滑動平均法等。其中最小二乘滑動平均法和加權(quán)滑動濾波均適合所有的測井曲線濾波處理，因為它是逐點處理，根據(jù)當前采樣點附近幾個點用鐘形函數(shù)加權(quán)作擬合曲線，計算出擬合曲線在當前采樣點處的滑動平均值，作為該點的采樣值。逐點計算該方法的優(yōu)點，也是缺點，因為在對準確的點進行再一次的處理后，有可能會改變它的的準確性[4]。

目前，對測井曲線進行環(huán)境校正的方法主要有解釋圖版法和計算機自動校正法?，F(xiàn)在工程中一般采用計算機自動進行測井曲線的環(huán)境校正。由于針對不同的環(huán)境影響因素以及不同的測井曲線，有不同的環(huán)境影響校正方法，這里不逐一敘述。

三、深度校正

(一)基本原理

國外測井公司一般運用自然伽馬作為深度控制曲線，即每次測量都帶測一條自然伽馬曲線，并以某此測量的GR曲線的深度為基準，把各次測量的曲線深度對齊。同一次測量的曲線(包括帶測GR深度控制曲線)，只要由組合的每種儀器記錄點所計算的深度延遲量和預置正確，那么所測曲線的深度就是一致的。不同次測量曲線間的深度錯動量只要將各次帶測的GR曲線進行對比就能確定，進而將他們的深度對齊。這種方法的優(yōu)點是不同測量次數(shù)的GR曲線的相關(guān)性好，能提高深度校正的可靠性。

(二)校正步驟

深度校正所用到的軟件是Lead2.0。具體校正步驟如下：

(1)首先打深度校正界面，選好校正模板，并載入兩種GR曲線(常規(guī)GR曲線和成像GR曲線)。

(2)把常規(guī)GR曲線設定為基準曲線，把成像GR曲線設定為待校曲線。

(3)對比兩條曲線的形態(tài)，確定出兩條曲線間的深度偏移量，然后在適當?shù)牡胤教砑有Ｕ€。

(4)打開校正屬性對話框，選中需要校正的曲線，就可以開始校正了。

(5)處理完畢之后，將兩條曲線放在同一個曲線道里進行對比，假如二者達不到理想的相關(guān)性，則回到步驟(3)，直到達到理想的校正效果為止。值得說明是，每次作校正前最好清除中間校正結(jié)果。

三、火山巖巖性的測井識別方法

(一)火山巖的巖性識別概述

就目前火山巖巖性識別方法而言，主要有4種方法：

(1)直接觀察巖心和可靠的巖屑資料識別火山巖；

(2)利用巖屑或巖心資料制作薄片，利用薄片所觀察到的結(jié)構(gòu)構(gòu)造鑒定火山巖的巖性；

(3)利用對巖心或巖屑的化學分析來判別火山巖的巖性，或利用元素測井對火山巖巖性進行識別；

(4)利用可靠的巖心資料或已確定名稱的資料標定常規(guī)測井曲線，利用常規(guī)測井資料對非取心井段的火山巖進行識別。

(二)火山巖成分的測井識別

在地質(zhì)中所涉及的火山巖巖性信息非常多，確定火山巖巖性也是十分詳細的，但是由大量的實際分析工作我們可以得出，利用測井資料來對巖性進行分析是不能達到地質(zhì)上的豐富性的，所以要在地質(zhì)確定的巖性類別基礎(chǔ)上再應的測井巖性識別資料進行類別上的合并，使得在成分上相近而在構(gòu)造方面不同的火山巖歸為同一類巖性[5]。下面簡單介紹幾種主要的測井方式。

1.自然伽馬測井

自然伽馬測井(符號是GR，單位是API)是巖石自然放射性的指示。幾乎所有的巖石都表現(xiàn)出某種自然放射性。自然伽馬測井反應了巖石所放射出的自然伽馬射線總強度。巖石的自然γ放射性是由鈾、釷、鉀的含量和γ射線的能譜決定的，其次是受到巖石自散射和自吸收的影響。當忽略井眼與地層的吸收效應時，巖層放射性強度主要取決于各種礦物的放射性強度及其礦物的含量。自然伽馬測井的數(shù)值變化基本上反映了火山巖的巖性變化，它在火山巖巖性識別中占有很重要的作用，相對于中基性火山巖，酸性火山巖的自然伽馬值最高，是識別火山巖巖性最有效的信息之一。

2.密度測井

密度測井是利用巖層對伽馬射線的接受性質(zhì)，來研究剖面上巖層的密度變化規(guī)律，進而對巖層地質(zhì)特點進行研究的方法。目前我們所使用的通常是補償密度測井。所測量的巖石體積密度和巖石顆粒的密度、孔隙流體密度以及孔隙度的大小有著密切的關(guān)系，同時還要受到井眼尺寸大小和泥餅對其的影響[6]。

火山巖的密度變化主要是二氧化硅含量和鐵鎂礦物的變化引起的。金屬元素的氧化物與二氧化硅含量之間存在明顯的相關(guān)關(guān)系，隨著二氧化硅含量逐漸增加，鐵、鎂、鈦等金屬元素的含量逐漸減少?；鹕綆r從基性到酸性，低密度成分(二氧化硅等)逐漸增多，高密度成分(鐵、鎂)逐漸減少，即巖石密度逐漸減少[7]。

3.聲波時差測井

聲波時差測井(符號為DT或AC，單位是μs/ft 或μs/m)是利用聲波在巖層中的傳播規(guī)律，在鉆孔中研究巖層中聲波傳播速度的方法。聲波時差測井測量單位長度巖石中聲波傳播所需要的時間，即聲波時差。聲波速度是聲波時差的倒數(shù)。實際聲波時差測井值受組成巖石的礦物成分、巖石致密程度、結(jié)構(gòu)以及巖石孔隙中流體性質(zhì)的影響。目前常用的是補償聲波測井。

在火山巖地層中，聲波時差以致密的玄武巖最低，酸性的流紋巖稍高，但總體變化不大。在同類巖石中，火山碎屑巖的聲波時差高于熔巖，同樣，在巖石蝕變的情況下，聲波時差值也略有上升。當氣孔或裂縫發(fā)育時，聲波時差也會增大。

(二)火成巖測井交會圖

交會圖是用來表示地層的測井參數(shù)和它與其他參數(shù)之間的關(guān)系的圖像，在測井數(shù)據(jù)與解釋處理中，常用的交會圖有交會圖圖版、頻率交會圖與Z值圖、直方圖等。這些交會圖常常被當作是檢查測井曲線質(zhì)量、鑒別地層礦物成分、確定地層的巖性組合、分析孔隙流體性質(zhì)等。

由于交會圖可以同時觀察記錄兩種測井曲線的組合特點，因此人們通常采用這種形式來分析火成巖地層的測井響應特征。同時，大多數(shù)的測井信息中除了受到巖性的影響之外，還會受到孔隙度的影響，甚至是孔隙中流體性質(zhì)的影響，在巖石出現(xiàn)蝕變時，各種曲線的特征也會隨之發(fā)生響應的變化，油氣是孔隙度測井曲線的變化最為顯著。因此，為了突出巖性，消除孔隙度帶來的影響，通?？梢圆捎肕-N交會圖來鑒別巖石類型。M-N巖性交會圖對簡單的礦物類型的判別具有優(yōu)勢，在砂泥巖地層剖面中，應用效果較好，但是對礦物成分復雜的火成巖礦物與成分判別沒有什么明顯的效果，故建議不用M-N交會圖版區(qū)分火成巖巖性[8]。

總的來說，不同的火成巖巖性的自然伽馬、密度、電阻率、等測井曲線表現(xiàn)出一定的差別，可以按照這些差別來區(qū)別判斷巖性。從M-N交會圖就能很好的區(qū)分安山巖和流紋巖，但不能區(qū)分凝灰?guī)r和玄武巖等；GR-DT交會圖能夠較好的區(qū)分粗面巖、玄武巖、凝灰?guī)r和砂巖，但不能區(qū)分流紋巖；而LLD-GR交會圖能很好的區(qū)分熔巖和凝灰?guī)r等在GR-U、GR-K、GR-TH、GR-PE、TH-U、TH-K、U-K、TH-PE、U-PE、K-PE這十個交會圖中，GR-TH交會圖寫得效果最好，GR-PE效果次之，兩者的正確率都達到了84%以上。

(三)火山巖結(jié)構(gòu)的測井識別

火山巖的結(jié)構(gòu)是指巖石的結(jié)晶程度，顆粒大小，形態(tài)特征以及這些物質(zhì)彼此間的相互關(guān)系[32]。常規(guī)測井資料主要反映不同巖性的成分特性，對巖石結(jié)構(gòu)的信息反映較弱。因此，利用常規(guī)資料區(qū)分礦物成分相當?shù)Y(jié)構(gòu)不同的巖性非常困難。成像測井資料能夠提供環(huán)井壁地層電阻率隨深度變化的圖像，可以清楚直觀地反映巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特征。從成像測井圖像中可以清楚地反映火山角礫巖、集塊巖等巖性的顆粒大小、形狀、圓度及球度等。利用微電阻率成像測井資料的圖像信息特征能夠識別成具有不同結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的巖性[9]

(四)測井技術(shù)在火山巖巖性識別上的應用

1939年，中國首次正式將測井技術(shù)應用到石油工業(yè)。70多年以來，隨著電子技術(shù)于計算機技術(shù)的飛躍發(fā)展，測井設備已經(jīng)從第一代的模擬記錄階段，20世紀末期的第二代數(shù)控測井階段，發(fā)展到至今第三代數(shù)控與成像測井并存的階段。從單一的電法測井發(fā)展到現(xiàn)在的核測井、聲測井、熱測井、核磁測井、重力測井、隨鉆測井等等。在這種信息技術(shù)的推動下，測井資料也獲得了很大的發(fā)展空間，從測井資料的人工整理，人工解釋發(fā)展到計算機自動整理，自動解釋與解釋成果的自動直觀顯示，直到大量應用數(shù)理統(tǒng)計、聚類分析、模糊數(shù)學、神經(jīng)網(wǎng)絡、人工智能以及數(shù)據(jù)庫，計算機可視化，圖形圖像處理等等相關(guān)技術(shù)[10]。這些科學技術(shù)的出現(xiàn)無疑都提高了測井資料的解釋精度，擴大了解釋成果的應用范圍，促進了解釋理論與解釋方法的發(fā)展[11]?？傊F(xiàn)代的測井技術(shù)正朝著測井方法系列化，井下儀器組合化，信息采集和傳輸自動化，測井記錄數(shù)字化，現(xiàn)場操作程控化，資料處理解釋自動化，人機交互自由化方向發(fā)展[12]。

結(jié)論

(1)自然伽馬 、密度及聲波時差測井曲線是對火山巖巖性識別較有利的 3 種測井曲線。根據(jù)火成巖巖性在各種測井曲線上的差異改用測井交會圖版識別出火山巖所屬類型，即玄武巖、安山巖、英安巖與流紋巖，或是與其對應的火山碎屑巖。

(2)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)造等細節(jié)特征，常規(guī)測井結(jié)合成像測井是火山巖巖性識別的有效方法。

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