層次分析思想在元素分析技術識別火山巖中的應用

閆偉賀

（大慶油田有限責任公司勘探事業(yè)部，黑龍江大慶 163000）

在石油天然氣的地質勘探中，火山巖儲層已經被國內外石油公司廣泛關注。近年來，大慶油田在松遼盆地徐家圍子斷陷營城組火山巖中發(fā)現(xiàn)了大氣田，火山巖氣藏中巖性對儲層產能的影響較大，因此巖性識別技術重要程度凸顯。然而，由于鉆井技術尤其是鉆頭類型的飛速發(fā)展，巖屑實物越來越細小，使得傳統(tǒng)依靠觀察實現(xiàn)巖性識別的方法失去了效果，元素分析技術已經成為巖性識別的主流，其缺點是元素分析技術單一的交匯圖版無法識別多種巖性。

層次分析法是對非定量事件做定量分析的一種有效方法。將分析評價系統(tǒng)層次化，根據系統(tǒng)的性質和總目標，把系統(tǒng)分解成不同的組成因素，并按照各因素之間的相互關系和隸屬關系劃分出不同的層次組合，構成一個多層次的系統(tǒng)分析結構模型。

經大量數(shù)據分析與試驗，作者引入層次分析思想，建立了新的火山巖巖性識別方法，解決了火山巖巖性識別問題。

1 基于層次分析思想的應用元素分析識別火山巖方法

層次分析的思想是將所有對象置于一個集合中，按照特有規(guī)則將其逐步細分為越來越小的集合，直到每個集合中僅有一個對象。該方法能將復雜的問題分解為多個問題，逐一擊破，達到化繁為簡的效果。

元素分析識別火山巖的基本理論是巖石礦物學，組成火成巖的礦物種類繁多，但是常見礦物很少，其中主要的造巖礦物13 種（見表1），分為淺色礦物系列和暗色礦物系列，淺色系列主要為石英、長石、云母等。暗色礦物主要是輝石、角閃石、黑云母等Mg、Fe 礦物。這些主要礦物構成了特定的巖石類型。

表1 火山巖的主要礦物列表

基于層次分析思想的元素分析技術識別火山巖主要分兩步，一是建立火山巖巖性識別層次分析結構，二是針對建立的識別層次建立合適的識別方法。

2 建立層次分析結構模型

建立火山巖巖性識別標準庫，收集已知巖性巖芯樣品元素分析數(shù)據128塊，將收集到的樣品通過薄片鑒定，按照火山巖巖性成分分類標準統(tǒng)一定名，保證標準庫準確性。針對各元素交匯圖版進行相關性分析，優(yōu)選出相關性高的元素，最終確定了各類火山巖特征元素。

（1）K、Ca、Ti、Si為火山巖與沉積巖識別的特征元素；

（2）Ca、Mg、Al、Si、Ti為火山巖酸、中、基性識別的特征元素；

（3）Na、Fe、Ba、Zr、Y、V、Rb、In為各類火山熔巖與火山碎屑巖識別的特征元素。

根據研究區(qū)生產需求和火山巖元素特征，建立層次分析結構模型，將巖性分類為三個層次。第一層次為火山巖與陸相沉積巖大類判別；第二層次為火山巖內部酸中基性大類細分，將火山巖分為酸性火山巖、中性火山巖、基性火山巖；第三層次為各酸、中、基性火山巖內火山熔巖與火山碎屑巖識別，分為酸性火山熔巖、酸性火山碎屑巖、中性火山熔巖、中性火山碎屑巖、基性火山熔巖、基性火山碎屑巖六大類；陸相沉積巖粒度分類為泥巖、砂巖、礫巖三類。依據巖性分類，建立巖性識別層次分析結構模型（圖1）。通過三個層次逐級劃分，使巖石定名逐漸清晰，再與實物特征結合，可準確識別十六種火山巖巖性。

圖1 巖性識別層次分析結構模型

3 建立各層次元素分析識別火山巖方法

按照層次分析結構模型，使用已知巖性巖芯樣品元素分析數(shù)據，針對對三個層次依次建立交匯圖版識別方法。

3.1 第一層次，火山巖與沉積巖的識別

建立了TiO2-SiO2、TiO2-CaO、SiO2-K2O三種交匯圖版（見圖2），完成第一層次識別，區(qū)別沉積巖與火山巖，用于識別火山巖與上下圍巖界面。

圖2 火山巖沉積巖分類交匯圖版

3.2 第二層次，火山巖性質的識別

按照火山巖SiO2含量，將火山巖分為酸性、中性、基性三大類。建立了Al2O3-CaO、TiO2-CaO 、TiO2-SiO2、TiO2-MgO、MgO-SiO2五種圖版（見圖3），完成第二層次識別，區(qū)別火山巖性質。由于不同火山巖性質，評價參數(shù)不同，因此區(qū)分火山巖性質對儲層評價意義重大。

圖3 火山巖酸、中、基性分類交匯圖版

3.3 第三層次，火山熔巖與火山碎屑巖的識別

本次研究優(yōu)選了Na、Fe、Ba、Zr、Y、V、Rb、In 為8種元素作為區(qū)分熔巖與火山碎屑巖特征元素，并分別按基性、中性、酸性熔巖與基性、中性、酸性火山碎屑巖建立了識別方法。

3.3.1 中基性熔巖與中基性火山碎屑巖識別方法

中、基性熔巖與碎屑巖區(qū)分上具有相似性，應用Na、Zr、Y、V 建立了Zr-Y、Na2O-Zr 、V-Zr 三種圖版（見圖4），用于識別中基性熔巖與中基性火山碎屑巖。

圖4 中基性熔巖與中基性火山碎屑巖分類交匯圖版

3.3.2 酸性熔巖與酸性火山碎屑巖識別方法

應用In、Al 兩種元素作為區(qū)分酸性熔巖與酸性火山碎屑巖的特征元素，建立了In-Al2O3圖版（見圖5），能有效區(qū)分酸性熔巖與酸性火山碎屑巖。

4 應用效果

利用該方法能有效識別出砂巖、泥巖、砂質礫巖、流紋巖、安山巖、玄武巖、流紋質凝灰?guī)r、安山質凝灰?guī)r、玄武質凝灰?guī)r等多種巖性。近兩年在松遼盆地徐家圍子斷陷應用38口井，利用層次分析的思路有效地提高了火山巖巖性識別準確率，現(xiàn)場識別由82%提高至92.5%。

本次研究成果主要用于徐家圍子斷陷復雜巖性識別，對該區(qū)塊火山巖精細勘探開發(fā)具有指導意義。其原理和方法可推廣到類似斷陷涉及火山巖領域的巖性鑒定。