四川盆地永探1井二疊系火山巖測井巖性識別

吳煜宇 賴 強 謝 冰 劉 鑫

中國石油西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院

0 引言

隨著勘探的不斷深入，四川盆地天然氣勘探逐漸轉(zhuǎn)向深層—超深層復雜巖性地層中。永探1井為中國石油西南油氣田分公司部署的第1口以火山巖儲層為目的層的重點風險探井，鉆探深度達5 700 m。該井鉆進過程中采用2.0～2.24 g/cm3的鉆井液密度對火山巖地層精準控壓，油氣顯示良好，出現(xiàn)4次氣侵，且集氣口點火燃，表現(xiàn)出強烈的含氣性。鉆井取心巖心物性分析結(jié)果顯示永探1井全直徑巖心平均孔隙度達10.3%，最高孔隙度為13.2%，柱塞樣巖心平均孔隙度13.6%，最高孔隙度為16.48%，儲層物性良好。經(jīng)測試該井獲22.5×104m3/d高產(chǎn)工業(yè)氣流，展示出四川盆地火山巖良好的勘探潛力。

火山巖儲層測井評價一直是世界性難題，主要表現(xiàn)在火山巖巖性和儲集空間復雜多樣，儲層非均質(zhì)性極強，同時，火山巖電性特征千差萬別，地層導電機理復雜，造成利用電阻率等測井資料評價含油氣性困難[1-2]。通過調(diào)研國內(nèi)外相關文獻，火山巖儲層測井研究率先需要解決測井巖性識別的問題[3-5]，只有在準確識別巖性的基礎上，才能有效開展儲集類型和儲集層性質(zhì)評價。前人研究結(jié)果認為四川盆地火山巖主要為溢流相玄武巖為主，巖性比較單一，有利儲層巖性主要為杏仁狀玄武巖[6-9]，火山噴發(fā)中心可能位于云南大理至四川米易一帶[10]，距離四川盆地較遠。但是，永探1井取心結(jié)果顯示火山巖角礫明顯發(fā)育，火山爆發(fā)相產(chǎn)物明顯增多，說明四川盆地內(nèi)部存在著火山噴發(fā)中心。永探1井的成功鉆探豐富了四川盆地的油氣藏類型，拓展了四川盆地油氣勘探的新領域。

筆者通過永探1井的巖心觀察、薄片分析，地質(zhì)錄井等資料，利用研究區(qū)豐富的測井資料開展火山巖巖性識別，通過巖性掃描測井進行火山巖化學成分分析，明確了火山巖巖性類別；建立了常規(guī)測井識別火山巖巖性、成像測井識別火山巖結(jié)構(gòu)的方法，有效識別出永探1井火山巖巖性。

1 永探1井概況

永探1井位于四川盆地西南部龍泉—簡陽地區(qū)，歸屬于川中低緩構(gòu)造帶。受峨眉地裂運動（東吳運動）影響，川西南地區(qū)火山活動強烈，噴發(fā)期為二疊紀茅口晚期—龍?zhí)镀?，火山巖段底部與下伏茅口組石灰?guī)r不整合接觸，頂部與龍?zhí)督M陸相碎屑巖不整合接觸。永探1井實鉆結(jié)果顯示火山巖段頂部為一套鋁土質(zhì)泥巖和泥巖沉積，該井目前鉆遇火山巖地層厚度107 m，測井綜合解釋儲層厚度達87 m，儲地比高，勘探潛力巨大。

2 巖性特征

根據(jù)永探1井巖心、薄片及巖屑資料分析，研究區(qū)火山巖按巖石結(jié)構(gòu)類型劃分主要有火山熔巖和火山碎屑熔巖2大類。

2.1 火山熔巖

火山熔巖主要為玄武巖，發(fā)育于永探1井頂部，主要由板條狀的細晶基性斜長石（拉長石）組成，由斜長石雜亂排列形成的多角形孔隙中常被細粒輝石、隱晶質(zhì)的鐵質(zhì)和玻璃質(zhì)等近全充填，形成間粒一間隱結(jié)構(gòu)即拉斑玄武結(jié)構(gòu)（圖1-a），該巖類以厚層塊狀為主，顏色較暗，一般呈灰綠、綠灰色，局部暗褐色。

2.2 火山碎屑熔巖

永探1井的火山角礫熔巖比較發(fā)育，按角礫含量相對大小可進一步分為含角礫凝灰熔巖和角礫熔巖，前者角礫一般較小，具有一定磨圓度，角礫以玄武巖屑為主（圖1-b、1-c、1-d），氣孔被鈉長石或綠簾石充填，基巖為基性—超基性凝灰質(zhì)熔巖。角礫熔巖的角礫含量明顯增多，且角礫規(guī)模變大，通過取心和鏡下薄片觀察角礫以茅口組碳酸鹽巖碎屑為主（圖1-e、1-f），多具棱角狀，火山角礫及火山集塊呈雜亂堆積，反映火山巖活動比較強烈，為近火山口活動產(chǎn)物。

3 火山巖測井識別

研究區(qū)永探1井火山巖段測井資料豐富，為永探1井火山巖性識別和劃分提供了有力支撐。筆者充分運用常規(guī)測井、巖性掃描測井（Lithoscanner）和成像測井（FMI）等資料開展巖性識別研究，利用該區(qū)不同測井資料對結(jié)果相互佐證，開展永探1井單井縱向火山巖巖性識別及劃分。

3.1 巖性掃描測井識別巖性

研究火山巖巖性，首先需弄清其巖石化學成分。目前，國際地科聯(lián)通用的火山巖巖性分類標準為TAS圖版分類法，也叫硅—堿分類法，它主要針對火山巖化學成分及含量進行分類，根據(jù)SiO2的含量可將火山巖分為超基性、基性、中性和酸性4大類。

圖1 永探1井典型巖心及薄片照片圖

Lithoscanner巖性掃描測井利用脈沖中子與地層元素作用，產(chǎn)生伽馬能譜，在不同的時窗內(nèi)，測量伽馬的非彈性能譜和俘獲能譜。與老一代元素俘獲測井（ECS）相比，Lithoscanner巖性掃描測井能夠提供更多的地層元素，主要包括硅、鈣、鐵、硫、鈦、釓、鋁、鉀、鈉、鎂、錳、碳等，通過地球化學氧化物閉合模型進一步實現(xiàn)元素與礦物百分含量之間的轉(zhuǎn)換，得到地層敏感元素的氧化物（如SiO2、K2O、Na2O、AL2O3等）的質(zhì)量百分含量[11-14]。然后根據(jù)該結(jié)果直接應用于TAS（Total Alkali Silica）分類法確定火山巖的巖性。

圖2為永探1井巖性掃描測井得到的SiO2和Na2O+K2O相對含量在TAS圖版上的分布情況，可以看出永探1井火山巖以基性—超基性玄武巖和堿玄武巖為主。相比川西南周公2井峨眉山玄武巖，永探1井SiO2含量更低，且SiO2的分布廣泛，考慮到同一區(qū)塊巖漿的性質(zhì)應該基本相同，SiO2含量變化不應該如此之大。原因在于利用TAS圖版確定的火山巖巖性主要是母源（巖漿）信息，對于火山碎屑巖、熔結(jié)角礫巖和角礫熔巖往往含有異源成分，利用TAS圖版識別火山巖巖性時會有一定誤差。而永探1井取心和薄片資料已經(jīng)證實碳酸鈣角礫為早期的茅口組灰?guī)r碎屑，為異源成分。因此，筆者對巖性掃描測井得到的氧化物進行重新處理，考慮到Ca元素主要為茅口灰?guī)r的貢獻，將得到的CaO去掉后，對剩余氧化物進行歸一化處理，得到去鈣后的SiO2和Na2O+K2O相對含量，重新投影到TAS圖版上（圖3）。由圖3可以看到，通過去除異源成分之后，永探1井巖性掃描測井得到的SiO2和Na2O+K2O相對含量在TAS圖版上主要落在堿玄武巖和玄武巖區(qū)，且分布比較集中，更加符合地質(zhì)認識規(guī)律。由此，可以確定永探1井火山巖主要為基性的堿玄武巖和玄武巖。

圖2 永探1井測井TAS圖版分布展示圖

圖3 永探1井去鈣后TAS圖版分布展示圖

3.2 常規(guī)測井交會法

常規(guī)測井資料表明，永探1井火山巖整體放射性都比較低，自然伽馬沒有明顯變化，介于30～60 API，對比國內(nèi)外火山巖巖性放射性[15-18]，永探1井整體反映出基性火山巖的放射性特征，無法進一步細分巖性，因此，根據(jù)自然伽馬或自然伽馬能譜測井基本無法判斷永探1井巖性。中子測井（CNL）由于受地層巖性、流體性質(zhì)影響較大，且受火山巖蝕變程度影響，次生的綠泥石、沸石等含有大量的結(jié)晶水和結(jié)構(gòu)水往往造成中子異常偏高，不利于火山巖巖性識別。通過對永探1井取心段測井資料進行統(tǒng)計和標定，確定了對永探1井火山巖巖性反應敏感的測井參數(shù)主要為密度（DEN）、聲波時差（AC）和電阻率（Rt）曲線，由此建立了研究區(qū)火山巖常規(guī)測井響應圖版（圖4）。

圖5為永探1井密度與聲波時差和密度與深電阻率交會圖。從圖中可以看出，永探1井玄武巖具有高密度、高電阻率和低聲波時差的特點，巖性致密，密度值多大于2.8 g/cm3，聲波時差低于60 μs/ft（1 ft=0.304 8 m，下同），電阻率大于300 Ω·m。含角礫凝灰熔巖密度主要集中在2.6～2.8 g/cm3，聲波時差60～70 μs/ft，電阻率較低。角礫熔巖密度較低，集中在2.6 g/cm3附近，聲波時差70～80 μs/ft，測井電阻率僅3～5 Ω·m。

綜上所述，永探1井由火山巖熔巖至含角礫凝灰熔巖和角礫熔巖，隨著角礫含量的增多，密度逐漸減小，聲波時差逐漸增大，電阻率呈降低趨勢。

3.3 FMI測井巖性識別

成像測井識別火山巖巖性的基礎在于不同的火山巖巖性具有不同的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造。成像測井因其較高的縱向分辨率、直觀式反映井壁沉積構(gòu)造、巖石結(jié)構(gòu)和儲集空間等優(yōu)點一直是測井評價火山巖地層的有力手段[19-20]。

利用成像測井能有效識別的火山巖結(jié)構(gòu)包括熔巖結(jié)構(gòu)、火山碎屑結(jié)構(gòu)和熔結(jié)結(jié)構(gòu)等，能識別的火山構(gòu)造則包括塊狀構(gòu)造、層狀構(gòu)造、氣孔構(gòu)造、流動構(gòu)造和懸浮構(gòu)造等[12-13]。

圖4 永探1井區(qū)火山巖常規(guī)測井與巖性掃描測井綜合圖

圖5 永探1井區(qū)火山巖常規(guī)測井交會圖

永探1井成像測井為斯倫貝謝FMI高分辨率成像測井，為測井火山巖巖性識別提供了良好的資料基礎。通過取心段巖心刻度成像測井，結(jié)合常規(guī)測井進一步從結(jié)構(gòu)和構(gòu)造上對永探1井區(qū)火山巖巖性進行識別：①塊狀玄武巖在FMI成像測井靜態(tài)圖像顏色整體表現(xiàn)為高阻塊狀結(jié)構(gòu)，巖性較為均一，無暗色或亮色粒狀特征，巖性致密，偶見暗色裂縫切割或節(jié)理縫發(fā)育；②含角礫凝灰熔巖在FMI動態(tài)加強圖上整體表現(xiàn)為稍暗背景上的暗色斑塊和亮色斑塊雜亂分布，角礫多為亮色斑塊，有一定磨圓度，斑塊較小，斑塊懸浮于低阻暗色礦物之間；③火山角礫熔巖在FMI靜態(tài)圖上整體表現(xiàn)為暗色，而動態(tài)加強圖顏色整體表現(xiàn)為雜色，火山角礫通常為邊沿不規(guī)則的高阻亮塊，磨圓度差，礫間則為暗色的低阻礦物，從而形成了亮斑角礫和暗斑孔洞雜亂分布的圖像特征（圖6）。

筆者利用lithoscanner元素掃描測井和常規(guī)測井確定永探1井火山巖成分和巖性，結(jié)合成像測井識別火山巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造開展單井巖性和構(gòu)造縱向精細評價。分析得出，永探1井火山巖巖性，以含角礫凝灰熔巖為主，角礫熔巖次之，玄武巖含量最少，僅在永探1井頂部略有發(fā)育（圖7）。整體上，永探1井火山巖沉積時離火山噴發(fā)中心距離較近，火山巖活動能量較強。該井測試井段為5 628～5 644 m和5 646～5 675m，射孔產(chǎn)純氣22.5×104m3/d，測試段巖性主要為含角礫凝灰熔巖，所屬相帶為噴溢相。因此，尋找規(guī)模優(yōu)質(zhì)噴溢相含角礫凝灰熔巖儲層是四川盆地火山巖下步勘探的重點。

4 結(jié)論

1）巖性掃描測井可以定量提供地層主要造巖礦物元素的含量，結(jié)合TAS圖版有效判斷火山巖化學成分，永探1井火山巖角礫含茅口組碳酸鹽巖巖屑，屬異源成分，利用元素掃描測井確定火山巖巖性時，需對異源成分先進行剔除。通過去除碳酸鹽角礫成分，經(jīng)TAS投圖后，永探1井火山巖巖性主要為基性的堿玄武巖和玄武巖。

2）結(jié)合巖心和測井資料，按巖石結(jié)構(gòu)特征，永探1井火山巖巖性可細分為玄武巖、含角礫凝灰熔巖和角礫熔巖。

圖6 永探1井區(qū)火山巖常規(guī)測井交會圖

圖7 永探1井火山巖巖性常規(guī)及成像測井綜合圖（1 in=25.4 mm）

3）永探1井整體以基性火山巖為主，放射性低，自然伽馬無法區(qū)分巖性，但密度、補償聲波和電阻率曲線對巖性敏感，利用密度與聲波時差和密度與深電阻率交會法可有效區(qū)分火山巖巖性，結(jié)合常規(guī)測井識別的巖性成分和成像測井識別的結(jié)構(gòu)及構(gòu)造特征，可以有效評價火山巖巖性。