天津地?zé)徙@孔中奧陶系各組分層劃分的方法探討

江國勝，孫曉林，馮樹友，崔超凡，劉贊

（天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計院，天津300250）

天津地?zé)徙@孔中奧陶系各組分層劃分的方法探討

江國勝，孫曉林，馮樹友，崔超凡，劉贊

（天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計院，天津300250）

針對地?zé)徙@孔地層劃分的困難，本文分析了天津地區(qū)奧陶系層型剖面標(biāo)志特征和分層界線，論述了巖屑錄井的要求和奧陶系的錄井特征及測井曲線識別特征。通過研究地層巖性與測井曲線的對應(yīng)關(guān)系，建立了奧陶系各組地球物理測井的物性標(biāo)志特征。依據(jù)區(qū)域地層特征和沉積旋回理論，結(jié)合巖屑錄井，輔以地球物理測井，可以大致劃分出天津市奧陶系各組分層界線。

天津；地?zé)幔粖W陶系；錄井；測井曲線

天津地區(qū)地?zé)豳Y源勘查開發(fā)與利用經(jīng)歷了四十多年的發(fā)展，深部地質(zhì)和區(qū)域地質(zhì)研究程度較高。在地?zé)峋@探施工中，為了提高鉆井效率，加快施工進(jìn)度，節(jié)省施工成本，一般都采用巖屑錄井的方式鉆探，即無巖心鉆進(jìn)成井[1]。在全面鉆進(jìn)的條件下，巖屑顆粒都非常細(xì)小，而且天津地區(qū)奧陶系巖溶裂隙發(fā)育，容易發(fā)生井漏導(dǎo)致巖屑不能上返，因此，依靠巖屑錄井準(zhǔn)確判斷巖性和劃分地層非常困難。為了彌補(bǔ)巖屑錄井方面存在的不足，利用地球物理測井識別巖性和地層界面顯得尤為重要。目前天津地區(qū)奧陶系各組地層主要依據(jù)巖性組合特征和古生物特征進(jìn)行準(zhǔn)確劃分[2]，但要在細(xì)小的巖屑中找到標(biāo)志性古生物是非常困難的，而且古生物鑒定時間周期長，往往不能滿足鉆井生產(chǎn)的需要。本文根據(jù)沉積旋回和區(qū)域地層特征，探討了應(yīng)用巖屑錄井結(jié)合測井曲線劃分奧陶系各組分層的方法，效率高，實(shí)用性強(qiáng)，可以滿足鉆探過程中地層現(xiàn)場判斷與劃分快速、準(zhǔn)確的要求。

1 奧陶系層型剖面特征

1.1 地層劃分

以往對天津市奧陶系巖石地層的劃分不盡相同（表1）[2，3]。為了研究需要，本文按照《天津市區(qū)域地質(zhì)志》的地層劃分，將下奧陶統(tǒng)劃分為冶里組和亮甲山組，中奧陶統(tǒng)劃分為下馬家溝組、上馬家溝組和峰峰組。奧陶系下統(tǒng)冶里組與下伏寒武系上統(tǒng)炒米店組成整合接觸，奧陶系中統(tǒng)峰峰組與上覆石炭系本溪組成假整合接觸，缺失奧陶系上統(tǒng)、志留系、泥盆系和石炭系下統(tǒng)地層。

表1 天津市奧陶系劃分沿革表Tab.1 Evolution history of the Ordovician system in Tianjin

1.2 層型剖面特征

根據(jù)區(qū)域地層，天津地區(qū)缺失上奧陶統(tǒng)，中、下奧陶統(tǒng)以碳酸鹽巖為主，各組巖性特征如下：

冶里組：巖性以灰、灰褐色白云質(zhì)斑狀灰?guī)r和白云質(zhì)斑狀泥灰?guī)r為主。在多數(shù)鉆孔剖面中未能將冶里組與亮甲山組分開，統(tǒng)稱下奧陶統(tǒng)。區(qū)域上，北部以豹皮狀灰?guī)r為主，夾竹葉狀灰?guī)r、灰?guī)r、含泥灰?guī)r，南部以灰?guī)r為主，夾豹皮狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r。冶里組的厚度為30～50 m，與下伏上寒武統(tǒng)成整合接觸，與上覆亮甲山組為連續(xù)沉積。

亮甲山組：巖性上部以白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖為主，下部以灰?guī)r為主，底部含泥質(zhì)。區(qū)域上，沉積厚度較穩(wěn)定，巖性、巖相變化都不大，南部地區(qū)幾乎全由灰?guī)r組成，僅在底部夾少量泥質(zhì)條帶灰?guī)r，向北巖性略為復(fù)雜，泥質(zhì)和白云質(zhì)成分增加，而且含泥灰?guī)r中常富含瀝青質(zhì)。亮甲山組的厚度100～152 m，與下伏冶里組為整合關(guān)系，與上覆中奧陶統(tǒng)下馬家溝組為假整合接觸。

下馬家溝組：巖性以厚層塊狀灰?guī)r為主，下部見有泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r和泥質(zhì)條帶灰?guī)r，含牙形石。區(qū)域上，下馬家溝組下部在本區(qū)東南部以褐灰色灰?guī)r為主，夾薄層灰褐、灰、深灰色泥灰?guī)r、含泥灰?guī)r、白云質(zhì)斑狀灰?guī)r和泥質(zhì)條帶灰?guī)r，底部泥質(zhì)重，在北部王草莊一帶見硅質(zhì)灰?guī)r、含硅泥質(zhì)白云巖；上部在全區(qū)巖性穩(wěn)定，主要為棕褐、灰褐、褐灰色厚層灰?guī)r，夾白云巖。下馬家溝組的厚度為167～240 m，與下伏下奧陶統(tǒng)亮甲山組為假整合接觸，與上覆中奧陶統(tǒng)上馬家溝組為連續(xù)沉積。

上馬家溝組：巖性以厚層塊狀灰?guī)r為主，下部夾有薄層泥質(zhì)白云質(zhì)灰?guī)r，底部為泥灰?guī)r和泥質(zhì)條帶灰?guī)r，含牙形石等化石。區(qū)域上，上馬家溝組下部以淺灰、灰褐色灰?guī)r為主，夾薄層深灰、淺灰色泥巖和含泥白云巖，在王草莊白云巖含量減少，在大港夾幾層石膏薄層；中部以灰褐、褐、黃褐色厚層灰?guī)r為主，夾薄層深灰、黃褐色泥質(zhì)條帶灰?guī)r；上部以淺灰、灰褐色灰?guī)r為主，夾薄層淺灰色白云質(zhì)灰?guī)r和含泥白云質(zhì)灰?guī)r，灰?guī)r與棕黃色白云質(zhì)斑狀灰?guī)r、白云質(zhì)條帶灰?guī)r成不等厚互層。上馬家溝組的厚度一般260～290 m，與下伏下馬家溝組為整合接觸，與上覆峰峰組為連續(xù)沉積。

峰峰組：巖性以灰?guī)r為主，夾薄層泥灰?guī)r，下部見白云質(zhì)灰?guī)r。區(qū)域上，峰峰組下部以褐灰、灰褐色泥質(zhì)條帶灰?guī)r為主，夾薄層棕黃色白云質(zhì)灰?guī)r和褐灰色灰?guī)r，在王草莊主要為泥灰?guī)r，上部在大港以灰、灰白、灰褐色灰?guī)r為主，夾薄層棕黃色泥巖，在王草莊以灰?guī)r為主。峰峰組的上部基本被剝蝕殆盡，殘存厚度100 m左右，與下伏中奧陶統(tǒng)上馬家溝組成連續(xù)沉積，與上覆石炭系本溪組呈假整合接觸。

2 奧陶系鉆井地層特征

2.1 巖屑錄井及地質(zhì)編錄要求

對地?zé)峋┕ざ?，巖屑錄井的主要目的是通過鉆井巖屑及時掌握地層巖性變化，卡準(zhǔn)地層界面。通過巖屑錄井可以最直接地描述地層巖性特征、研究沉積環(huán)境、判斷地層界面，為地層劃分和地質(zhì)研究提供第一手寶貴的基礎(chǔ)資料。依據(jù)地?zé)豳Y源勘查規(guī)范[4]，一般要求巖屑錄井間距達(dá)到2 m的取樣精度，特殊或關(guān)鍵地層要加密取樣。為了確保撈取巖屑的真實(shí)性，必須準(zhǔn)確測定巖屑的遲到時間。鉆井過程中，受井深、井徑、泥漿性能、巖性、鉆頭性能等多種因素的影響，撈取的巖屑或多或少混有上部裸眼井段的假巖屑，并不能完全代表取樣深度的巖性，從而將假巖屑剔除、去偽存真是非常重要的[5，6]。

按設(shè)計要求，每眼井鉆探過程中要做好地質(zhì)編錄，描述的內(nèi)容包括巖性、顏色、礦物成分、結(jié)構(gòu)、化石、物理及化學(xué)性質(zhì)等，并隨鉆粘貼比例尺為1/500的巖屑實(shí)物剖面，便于與物探測井曲線進(jìn)行對比[7]。

2.2 錄井特征

鉆井實(shí)踐中，奧陶系鉆井巖性標(biāo)志特征不太明顯，受泥巖層薄和泥巖造漿的影響，錄井顯示主要為一大套灰?guī)r，作為分層標(biāo)志的泥質(zhì)灰?guī)r和泥質(zhì)條帶灰?guī)r僅通過巖屑錄井難以直接判斷。奧陶系各組錄井特征如下[8]：

冶里組：巖屑顏色以褐色為特征，巖性以灰?guī)r為主，底部泥質(zhì)含量偏高，偶見竹葉狀礫屑灰?guī)r，礫屑個體極小，肉眼難以觀察，顯微鏡下清晰可見，無氧化圈。冶里組鉆井時少見泥漿漏失。

亮甲山組：巖屑顏色以灰、褐相間為特征，巖性以白云質(zhì)含量高為特征，頂部多為白云巖。由于井下巖屑錄井很難見到含燧石結(jié)核灰?guī)r，因此，僅依據(jù)該巖性特征難以將亮甲山組和冶里組分開。亮甲山組鉆井時偶有泥漿漏失。

下馬家溝組和上馬家溝組：巖屑顏色均以淺灰色為特征，巖性均為厚層狀灰?guī)r。上、下馬家溝組為奧陶系主要漏失層位。

峰峰組：巖屑顏色以灰色、灰褐色、肉紅色、棕黃色、灰綠色等雜色為特征，錄井巖屑以灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r為主，夾較純的灰綠色、灰黑色泥巖。峰峰組鉆井時偶有泥漿漏失。

3 奧陶系沉積旋回及測井曲線特征

研究區(qū)早奧陶世經(jīng)歷一次大的海進(jìn)-海退沉積旋回，中奧陶世經(jīng)歷三次大的海進(jìn)-海退沉積旋回。每次旋回均由底部潮坪相的泥質(zhì)碳酸鹽巖，向上轉(zhuǎn)變?yōu)殚_闊海相的純碳酸鹽巖[9]。變化很小，反映了低放射性灰?guī)r、白云巖的巖性組合特征；視電阻率曲線總體呈高阻，峰、谷差異變化較小，反映了灰?guī)r、白云巖的地層特征，泥質(zhì)含量相對較低，也反映了含水層較少、裂隙欠發(fā)育的特征。冶里組與下伏寒武系炒米店組呈整合接觸。

天津地?zé)峋@探施工中，為了解釋含水層或含水裂隙，并獲取物性參數(shù)，常規(guī)的物探測井項目主要有：標(biāo)準(zhǔn)測井、綜合測井、井斜測井、井溫測井等，標(biāo)準(zhǔn)測井包括自然電位和視電阻率測井，綜合測井包括自然伽馬、補(bǔ)償聲波、雙側(cè)向（或雙感應(yīng)八側(cè)向）測井。為了彌補(bǔ)巖屑錄井存在的不足，利用自然伽馬曲線和視電阻率曲線可以很好地識別巖性，通過巖性組合歸納，基本上可以大致劃分出奧陶系各組分層界線。受含水層的影響，視電阻率曲線有時不能很好地反映巖性特征，應(yīng)結(jié)合自然伽馬曲線進(jìn)行綜合分析和判斷[10]。總體來說，物探測井曲線，尤其自然伽馬曲線可以清楚的反映這種旋回特征（圖1）。奧陶系各組電性特征如下。

3.1 冶里組和亮甲山組

冶里-亮甲山組為一個完整的沉積旋回。冶里組和亮甲山組又細(xì)分為兩個小的沉積旋回。

冶里組自然伽馬曲線下部呈鐘形的相對高值特征，自然伽馬值約20～50API左右，反映了較高放射性泥質(zhì)灰?guī)r的巖性特征，上部呈低值特征，曲線幅值

圖1 測井綜合柱狀圖Fig.1 Logging integrated histogram

亮甲山組自然伽馬曲線下部總體呈鐘形的高值特征，自然伽馬值約20～90API左右，反映了高放射性泥巖夾薄層低放射性灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r的巖石組合特征，上部總體呈低值特征，曲線幅值變化很小，幅值約10～15API左右，反映了低放射性灰?guī)r、白云巖的巖石組合特征；視電阻率曲線下部總體呈低中有高的特征，峰、谷差異變化較大，反映了泥質(zhì)含量較高的巖性組合特征，視電阻率高值部分是灰?guī)r夾層的反映，上部總體呈高阻，峰、谷差異變化相對較小，是主體高阻灰?guī)r、白云巖地層特征的反映。

3.2 下馬家溝組

下馬家溝組為一個完整的沉積旋回。自然伽馬曲線總體呈低值特征，曲線幅值變化很小，底部自然伽馬值較高，最高達(dá)80～100API左右，是泥質(zhì)灰?guī)r、

白云巖特征的反映，中上部約為7～20API左右，反映了低放射性灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r的巖石組合特征；視電阻率曲線總體呈高阻特征，峰、谷差異變化相對較大，是主體高電阻率灰?guī)r、相對低電阻率巖溶裂隙發(fā)育特征及底部相對低電阻率泥質(zhì)灰?guī)r、白云巖的反映。下馬家溝組底部泥質(zhì)陸源碎屑含量較高，呈相對高放射性、低電阻率特征，分層標(biāo)志比較明顯。下馬家溝組底部的放射性一般要比冶里-亮甲山組和上馬家溝組底部的放射性高一些。

3.3 上馬家溝組

上馬家溝組為一個完整的沉積旋回。自然伽馬曲線總體呈低值特征，曲線幅值變化很小，底部自然伽馬值較高，最高達(dá)60～75 API左右，是泥質(zhì)灰?guī)r地層特征的反映，中上部約為10～20API左右，反映了低放射性灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r的巖石組合特征；視電阻率曲線總體呈高阻特征，峰、谷差異變化相對較大，是主體高視電阻率灰?guī)r、相對低視電阻率巖溶裂隙發(fā)育特征及底部相對低視電阻率泥質(zhì)灰?guī)r的反映。上馬家溝組底部泥質(zhì)陸源碎屑含量較高，呈相對高放射性、低視電阻率特征，分層標(biāo)志比較明顯。上馬家溝組底部的放射性一般要比冶里-亮甲山組底部的放射性高一些，但比下馬家溝組底部的放射性稍低。

3.4 峰峰組

研究區(qū)內(nèi)峰峰組只殘存半個沉積旋回。自然伽馬曲線總體呈高中有低的特征，幅值10～110API左右，反映了高放射性泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r夾薄層低放射性灰?guī)r的巖石組合特征；視電阻率曲線總體呈指狀高低相間的特征。峰峰組底部的放射性一般比上、下馬家溝組和冶里-亮甲山組底部的放射性高一些。峰峰組與上覆石炭系本溪組呈假整合接觸。

4 結(jié)語

全面鉆進(jìn)提高了鉆井效率，但由于巖屑細(xì)小和巖性混雜，給地層的準(zhǔn)確劃分帶來了很大的困難。在巖屑錄井的條件下劃分地層，首先要弄清楚區(qū)域地層和鄰井地層情況，分析層型剖面標(biāo)志特征，重點(diǎn)要識別巖石地層單位的分層標(biāo)志和分層界線，然后在巖性組合、沉積旋回和標(biāo)志特征的基礎(chǔ)上，利用測井曲線準(zhǔn)確識別巖性、校正井深和劃分地層界線。總結(jié)天津地區(qū)多眼地?zé)峋畩W陶系地層劃分，其測井曲線標(biāo)志特征明顯，能夠很好地反映其沉積旋回，具有較好的區(qū)域?qū)Ρ刃?。通過研究地層巖性與測井曲線的對比特征，對天津及周邊類似地區(qū)的鉆井地層劃分具有重要的指導(dǎo)意義。

[1]李世忠.鉆探工藝學(xué)(下冊)[M].北京：地質(zhì)出版社，1989．

[2]天津市地質(zhì)礦產(chǎn)局.天津市區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社，1992．

[3]天津市地質(zhì)礦產(chǎn)局.天津市巖石地層[M].武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1996.7

[4]地?zé)豳Y源勘查規(guī)范GB/T 11615-2010[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[5]崔樹清，王福生，董雙波.鉆井地質(zhì)[M].天津：天津大學(xué)出版社，2008．

[6]紀(jì)友亮.油氣田地下地質(zhì)學(xué)[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社.2007．

[7]柯柏林.水井鉆探巖屑地質(zhì)編錄方法探討[J].城市地質(zhì)，2007，2（4）：33-36．

[8]江國勝，趙蘇民，李虎，等.天津市奧陶系熱儲賦水規(guī)律研究[R].天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計院.2015.

[9]劉傳虎.潛山油氣藏概論[M].北京：石油工業(yè)出版社，2006.

[10]洪有密.測井原理與綜合解釋[M].北京：石油大學(xué)出版社，1992.

Discuss on division method of the Ordovician system in Tianjin geothermal drillings

JIANG Guo-sheng,SUN Xiao-lin,FENG Shu-you,CUI Chao-fan,LIU Zan
（Tianjin Geothermal Exploration and Development-Designing Institute，Tianjin 300250）

Aming at solving the difficulties of the stratigraphic division for geothermal drilling,this paper analyzes the sign features of the stratotype section and layered boundary,discusses the requirements,characteristics and identification of cutting loggings for the Ordovician system in Tianjin.Meanwhile,based on the study of the relationship between the lithology and logging curve,this paper established the physical nature of the geophysical well logging signal feature.According to the regional stratigraphic characteristics and sedimentary cycle theory,combining with the cutting loggings and geophysical loggings,the paper roughly proposes the boundary of each stratum of the Ordovician in Tianjin.

Tianjin;geothermal;Ordovician;logging;logging curve

P314.1;P534.42

A

1672－4135（2017）04－0238-04

2017-04-13

天津市國土資源和房屋管理局科研項目“天津市奧陶系熱儲賦水規(guī)律研究（TGPC-2013-D-0202-11）”

江國勝（1982-），男，碩士，高級工程師，2004年畢業(yè)于河北地質(zhì)大學(xué)，主要從事地?zé)岬刭|(zhì)、鉆井地質(zhì)等方面的工作．Email:jgs_1982@163.com；通訊作者：孫曉林（1985-），男，碩士，中級工程師，主要從地下水?dāng)?shù)值模擬、地?zé)岬刭|(zhì)等工作，Email:sunxl1207@sina.com。