新疆哈拉哈塘地區(qū)火山巖測井響應(yīng)特征與巖性識別

吳燦燦，曹 靜，郭 錘

1.宿州學院資源與土木工程學院，宿州，234000；2.國家煤礦水害防治工程技術(shù)研究中心，宿州，234000

新疆哈拉哈塘地區(qū)火山巖測井響應(yīng)特征與巖性識別

吳燦燦1,2，曹 靜1,2，郭 錘1

1.宿州學院資源與土木工程學院，宿州，234000；2.國家煤礦水害防治工程技術(shù)研究中心，宿州，234000

為研究哈拉哈塘地區(qū)火山巖油氣藏儲層特征，對火山巖巖性進行了精確識別。通過對火山巖測井響應(yīng)特征進行統(tǒng)計分析，選取適當?shù)膮?shù)繪制交會圖版進行巖性識別。研究發(fā)現(xiàn)，玄武巖GR平均值為58.01，DEN平均值為2.63，CN平均值為0.27；安山巖GR平均值為85.44，DEN平均值為2.58，CN平均值為平均0.22；英安巖GR平均值為123.89，DEN平均值為2.5，CN平均值為0.12；流紋巖GR平均值為140.7，DEN平均值為2.48，CN平均值為0.12。這些巖性的自然伽馬測井響應(yīng)值、密度測井響應(yīng)值、中子測井響應(yīng)值都有差異。選取合適兩組參數(shù)繪制交會圖版，其中，自然伽馬-聲波測井交會圖和密度-中子測井交會圖識別火山巖性效果較好。

哈拉哈塘地區(qū)；火山巖；測井響應(yīng)特征；交會圖

火山巖存在的原生孔隙或次生孔隙使其能成為良好的油氣儲集層。不同巖性及火山噴發(fā)不同階段形成的火山巖的孔隙類型差別很大，對儲層類型和特征影響較大[1-5]。哈拉哈塘地區(qū)分布有大面積二疊紀火山巖，該火山巖是否具有油氣藏儲層特征，首先需對其巖性進行識別。最直接的識別方法是巖心分析，但深層鉆井取心成本很高，且不能夠保證巖心的連續(xù)性，利用測井資料進行識別火山巖巖性成為最有效的方法。測井識別方法有成像測井識別法、ESC測井識別法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的測井識別法、交會圖法和測井響應(yīng)特征法等多種。交會圖法和測井響應(yīng)特征法簡單方便，精確率高，成本較低，是火山巖性識別普遍應(yīng)用的方法[6-10]。本文結(jié)合哈拉哈塘地區(qū)具體地質(zhì)情況，選用交會圖法和測井響應(yīng)特征法進行巖性識別。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于塔北隆起上，塔北隆起北接庫車凹陷，南鄰滿加爾凹陷，西面是阿瓦提凹陷。塔北隆起可分為6個構(gòu)造單元，最北邊是輪臺凸起，南部并排5個構(gòu)造單元，從東到西依次為庫爾勒鼻隆、草湖凹陷、輪南低凸起、哈拉哈塘凹陷和英買力低凸起[11-13]。如圖1所示，研究區(qū)具體位置包含英買力低突起的東部和哈拉哈塘凹陷。

圖1 塔里木北部區(qū)構(gòu)造單元劃分與研究區(qū)位置

研究區(qū)分布著大面積二疊紀火山巖[14-17]，深度在5 000 m以上，且這些火山巖厚度變化較大，范圍在100～600 m之間。巖性產(chǎn)出較為復(fù)雜，基性到酸性火山巖都有分布，以基性和酸性為主。

2 火山巖分類及基本特征

通過對研究區(qū)14口井500余塊巖心觀察描述和部分巖屑薄片鑒定，將研究區(qū)二疊紀火山巖分為火山熔巖和火山碎屑巖兩大類，具體包含5種巖石類型?；鹕饺蹘r巖石類型主要為玄武巖、安山巖、英安巖和流紋巖，其中安山巖產(chǎn)出較少，火山碎屑巖主要為凝灰?guī)r。

井中取巖心的玄武巖多為暗綠色，具隱晶結(jié)構(gòu)，杏仁構(gòu)造，細膩均一，通過薄片進行鏡下分析，可見間隱、間粒結(jié)構(gòu)。安山巖在研究區(qū)各井中比較少見，主要為斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為交織結(jié)構(gòu)。英安巖在研究區(qū)廣泛存在，斑晶以斜長石為主，含火山角礫凝灰熔巖結(jié)構(gòu)。流紋巖未取心，從巖石薄片來看，熔巖基質(zhì)顯示流動結(jié)構(gòu)，具火山角礫凝灰熔巖結(jié)構(gòu)，晶屑多具各種形態(tài)的熔蝕結(jié)構(gòu)。凝灰?guī)r主要以玻屑凝灰?guī)r為主，也存在晶屑玻屑凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)泥巖等。

3 火山巖測井響應(yīng)特征

不同巖性火山巖的礦物成分和化學成分在電學、聲學、核物理學等方面有一定的測井響應(yīng)特征。根據(jù)哈拉哈塘地區(qū)火山巖的類型和特點，統(tǒng)計出其多種測井響應(yīng)特征值(圖2)，具體包括放射性元素測井(鈾、釷、鉀)、自然伽馬測井(GR)、密度測井(DEN)、聲波時差測井(DT)和中子測井(CN)。

圖2(a)為哈拉哈塘地區(qū)不同巖性鈾、釷、鉀同位素含量的統(tǒng)計結(jié)果。結(jié)果顯示，火山巖的放射性元素分布是零散而不均勻的，不同種類的火山巖中鈾、釷、鉀的含量相差較大。火山巖的放射性強度隨著火山巖酸度的增加而增強，除去凝灰?guī)r外，流紋巖最強，玄武巖最弱。

圖2 研究區(qū)火山巖測井響應(yīng)特征值

圖2(b)也驗證了上述特征，火山巖中，玄武巖的放射性最低，平均為58API，流紋巖的放射性最高，平均為141API。從玄武巖到流紋巖，隨著酸度的增大，自然伽馬測井值也逐漸變大，可以通過自然伽馬測井響應(yīng)值來區(qū)分火成巖巖性，因為它是最有效的信息之一。

對研究區(qū)18口井的火山巖密度測井值進行分類統(tǒng)計，見圖2(c)。不同巖性火山巖的密度測井值都有一個較大的分布范圍，玄武巖在2.51～2.86 g·cm-3之間，均值為2.63 g·cm-3。安山巖均值為2.58 g·cm-3，英安巖均值為2.5 g·cm-3，流紋巖均值為2.48 g·cm-3，火山巖的密度與巖石的酸性程度呈負相關(guān)。

圖2(d)為哈拉哈塘地區(qū)的火山巖縱波時差統(tǒng)計圖，巖石聲波時差測井平均值分別為：玄武巖61.8 μs/ft、安山巖58.01 μs/ft、英安巖58.51 μs/ft、流紋巖60.26 μs/ft、凝灰?guī)r67.74 μs/ft。除了凝灰?guī)r外，響應(yīng)特征沒有明顯的差異，說明火山熔巖對聲波速度的影響不敏感，而火山碎屑巖因結(jié)構(gòu)破碎，聲波傳播波速較火山熔巖低。

從圖2(e)中可以看出，火山巖中子測井平均值分別為玄武巖0.27、安山巖0.22、英安巖0.12、流紋巖0.12、凝灰?guī)r0.27，數(shù)值差異較大，具有很好的區(qū)分性。因此，中子測井值在劃分基性、中性、酸性火山巖以及火山碎屑石方面具有較高的分辨率。

4 交會圖法識別火山巖

交會圖法是識別火山巖巖性最簡單而有效的方法。它是通過圈定投影在平面上的兩組測井響應(yīng)值來識別區(qū)分火成巖。首先對研究區(qū)18口井中取得地質(zhì)命名資料的巖心段進行統(tǒng)計分類，分別按照不同火山巖性讀取自然伽馬、聲波時差、密度、中子、電阻率、鈾、釷、鉀等測井曲線的數(shù)據(jù)值，建立研究區(qū)火山巖巖性敏感的測井參數(shù)。選取兩組進行交會組合，從而識別火山巖巖性。

4.1 GR—DEN交會圖

圖3 研究區(qū)火山巖GR—DEN交會圖

從哈拉哈塘地區(qū)火山巖自然伽馬—密度交會圖(圖3)可以看出，區(qū)分玄武巖、凝灰?guī)r和英安巖的效果非常好，玄武巖自然伽馬測井值在50左右，凝灰?guī)r自然伽馬測井值在60～120之間，英安巖在120以上；密度測井響應(yīng)特征值差異不明顯，但總體來看是稍微降低。

4.2 GR—DT交會圖

圖4是哈拉哈塘地區(qū)火山巖自然伽馬—聲波時差交會圖。從圖中可以看出，如果只按照自然伽馬測井值進行區(qū)分安山巖和玄武巖，比較困難。有的玄武巖自然伽馬測井值甚至比安山巖的大，從橫坐標上看很多部分重疊在一起，凝灰?guī)r與英安巖類似。因此，需要其他測井參數(shù)的輔助進行交會投圖，從二維平面圖上很容易把玄武巖和安山巖區(qū)分開來。凝灰?guī)r聲波時差范圍分布很廣，是因為凝灰?guī)r屬于火山碎屑巖，骨架差別較大。

圖4 研究區(qū)火山巖GR—DT交會圖

4.3 GR—CN交會圖

從研究區(qū)火山巖自然伽馬—中子交會圖(圖5)可以看出，玄武巖、安山巖和英安巖的中子測井響應(yīng)值稍微有些差異，隨著中性巖至酸性巖的變化，中子測井值逐漸變小。中子測井和自然伽馬測井進行交會，可以有效區(qū)分玄武巖和凝灰?guī)r在自然伽馬測井響應(yīng)上產(chǎn)生的重疊現(xiàn)象。

圖5 研究區(qū)火山巖GR—CN交會圖

4.4 DEN—CN交會圖

圖6為火山巖密度—中子交會圖，從中可見，玄武巖和英安巖在密度測井響應(yīng)上難以區(qū)分，大部分會重疊在一起，玄武巖中子響應(yīng)值比凝灰?guī)r要大，其在交會圖版上較為分散，凝灰?guī)r密度響應(yīng)值較小，遠離英安巖和玄武巖。因此，這幾種巖性在密度—中子交會圖版上能夠很好的識別。

圖6 研究區(qū)火山巖DEN—CN交會圖

5 結(jié) 論

根據(jù)以上分析，可以獲得以下認識：

(1)哈拉哈塘地區(qū)二疊紀時期產(chǎn)出5種類型的火山巖，分別為玄武巖、安山巖、英安巖、流紋巖和凝灰?guī)r。

(2)在研究區(qū)的火山巖中，從玄武巖、安山巖、英安巖到流紋巖，隨著巖性酸度的增大，自然伽馬測井響應(yīng)值逐漸變大，密度測井響應(yīng)值逐漸減小，中子測井響應(yīng)值也逐漸減小，U、TH、K的含量也逐漸增加，聲波測井響應(yīng)值受巖性變化的影響較小。

(3)自然伽馬—聲波測井交會圖、自然伽馬—中子測井交會圖及密度—中子測井交會圖識別效果都較好，能夠區(qū)分玄武巖、安山巖、英安巖、流紋巖和凝灰?guī)r類型，這對哈拉哈塘地區(qū)火山巖性識別具有一定參考意義。

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(責任編輯：汪材印)

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1673-2006(2017)09-0118-04

10.3969/j.issn.1673-2006.2017.08.029

2017-05-22

宿州學院自然科學研究項目(2014yyb08)；宿州區(qū)域發(fā)展協(xié)同創(chuàng)新中心全國開放課題(2014SZXTKF08)；宿州學院科研平臺開放課題資助(2014YKF07);國家自然科學基金青年項目(41502057)。

吳燦燦(1987-)，江蘇徐州人，碩士，助教，研究方向：地質(zhì)勘查與地質(zhì)工程。