松遼盆地北部火山巖巖性錄井綜合識別方法研究

徐詠娟

（大慶鉆探工程公司地質(zhì)錄井一公司地質(zhì)研究中心，黑龍江 大慶 163000）

1 概述

地質(zhì)錄井工作作為勘探的眼睛，發(fā)現(xiàn)油氣顯示第一人，齊全準(zhǔn)確地取得現(xiàn)場巖性資料是最基本的任務(wù)，是后續(xù)地層劃分、預(yù)測儲集層展布、推斷底部地層的先決條件，是為工程鉆井順利實施及判斷完鉆層位井深提供依據(jù)的初級指導(dǎo)。錄井行業(yè)發(fā)展多年以來，始終都將巖屑錄井技術(shù)作為關(guān)鍵技術(shù)指導(dǎo)油氣勘探開發(fā)，以往，針對巖性識別的方法主要是以實物觀察巖屑顆粒為主。通過觀察巖屑的顏色、光澤、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、礦物等來識別巖性。然而，目前非平面齒PDC鉆頭的使用、渦輪鉆具、扭力沖擊器、液動旋沖工具等鉆井工程工藝發(fā)展，使巖屑極其細(xì)碎甚至達(dá)到粉塵狀。巖屑顆粒破碎嚴(yán)重，導(dǎo)致顆粒的光澤、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、礦物全部遭到破壞，以往的識別方法失去了效果。

當(dāng)前，針對細(xì)碎、粉末巖屑，巖性識別的主要方法由以往的顆粒識別轉(zhuǎn)變?yōu)榈V物、成分識別，這給錄井巖性識別技術(shù)帶來了巨大的困難，巖性識別的困難也對勘探系統(tǒng)帶來了影響：一方面是巖性識別的及時性影響施工決策；另一方面巖性識別的準(zhǔn)確性影響地質(zhì)綜合研究、儲層識別評價、勘探布署等重要工作。

為了消除影響、解決難題，錄井行業(yè)進(jìn)行了大量的研究，主要包括X射線元素分析技術(shù)、巖屑薄片分析技術(shù)、巖屑自然伽馬技術(shù)、XRD分析技術(shù)等單項技術(shù)。目前各項技術(shù)應(yīng)用方法尚未完善，大多處在單兵作戰(zhàn)的狀態(tài)，尚未形成技術(shù)體系，對巖性識別及時程度、精細(xì)程度不夠。難以為現(xiàn)場決策及儲層識別評價提供有效技術(shù)支撐。

2 單項技術(shù)介紹

2.1 X射線熒光分析技術(shù)

X射線熒光分析法(XRF)即元素分析技術(shù)，是在能量色散X射線熒光分析基礎(chǔ)上發(fā)展起來的儀器分析技術(shù)。XRF分析儀測量靈敏度最高可達(dá)1ppm，元素分析范圍從鈉元素（Na）到鈾元素（U），分析時間一般最多為600s，一次最多可同時分析35種元素，XRF技術(shù)原理主要依托于礦物學(xué)原理。組成火成巖的礦物種類繁多，但是常見礦物僅20余種，其中主要的造巖礦物約10余種，這些主要礦物以不同的比例組合就構(gòu)成特定的巖石類型[1]。

錄井巖性成分識別利用元素分析技術(shù)，對火山巖識別的主要地質(zhì)依據(jù)是相應(yīng)元素含量隨造巖礦物的不同而變化，表現(xiàn)在元素分析參數(shù)在不同巖性中，會呈現(xiàn)不同變化趨勢。具體應(yīng)用方法可分為四類：經(jīng)驗值法、TAS圖版法、指數(shù)法和常量元素圖版法[2]。

（1）經(jīng)驗值法。經(jīng)驗值法主要依據(jù)常量元素在地層中的指示意義，進(jìn)而快速判斷巖性的方法。不同地區(qū)有差異，通過巖屑實驗分析數(shù)據(jù)，總結(jié)松遼盆地北部火山巖常見元素巖性與元素分析經(jīng)驗值一般規(guī)律如圖1所示。

圖1 元素百分含量與巖性關(guān)系

（2）Tas 圖版法。TAS 元素分析圖版是國際通用的火山巖化學(xué)成分判別圖版，該圖版僅能進(jìn)行火山巖化學(xué)分類，并不能確定火山巖詳細(xì)定名。

（3）指數(shù)法。每個地區(qū)的火山巖指數(shù)不同，徐家圍子地區(qū)火山巖在Na+K、Fe+Mg 上具有良好的區(qū)分效果，利用分界線的函數(shù)關(guān)系，經(jīng)轉(zhuǎn)換后：火山巖指數(shù)Zmag=8.6（Na+K）+2.9（Fe+Mg）；當(dāng)Zmag≥50%時，巖屑的巖性可能為火成巖，當(dāng)Zmag≤50%時，巖屑的巖性可能為沉積巖。另一方面運用Si、Ti、Fe 三種特征元素，令酸基指數(shù)Z=Si/（Ti+Fe），可以很好地指示酸基性?？梢詰?yīng)用于巖石成分區(qū)別、礫石成分識別。

（4）常量元素圖版法。常量元素圖版以巖芯樣品進(jìn)行分析評價，利用自然伽馬GR 與放射性釷TH 交會圖，可以很好識別火成巖成分；在松遼盆地北部，選用Si-Ti 圖版、Ca-Ti 圖版、Ca-Al 圖版和Mg-Si 圖版可較好地區(qū)分酸—中—基性火山巖。

2.2 X射線衍射技術(shù)

松遼盆地火山巖主要的造巖礦物有：長石、輝石、云母等，這些造巖礦物均為晶質(zhì)體，在X射線衍射儀上均能定性識別，定量分析，這一功能能夠為火山巖巖性識別提供有力支撐。

當(dāng)X射線衍射照射樣品，X射線遇到規(guī)則排列的原子或離子而發(fā)生散射，從而顯示與結(jié)晶結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的衍射花紋，且每一種礦物對應(yīng)一種衍射花紋。根據(jù)X衍射技術(shù)分析的礦物成分、含量及與孔隙度相關(guān)關(guān)系，可用來判斷巖性、物性。

2.3 巖屑伽馬檢測技術(shù)

巖屑伽馬檢測儀器采用碘化鈉（NaI）探測器對定量巖屑進(jìn)行自然γ放射性總量的測量，識別巖屑巖性。巖屑樣品產(chǎn)生不同能量的伽馬射線，經(jīng)過碘化鈉（NaI）探測器，激發(fā)探測器發(fā)射出不同能量的光電子，經(jīng)光電倍增管聚焦、多級放大后形成不同幅度的電脈沖，由計算機(jī)采集處理輸出結(jié)果。該技術(shù)應(yīng)用可以進(jìn)行隨鉆地層劃分、巖性判斷，為PDC、充氣鉆井等特殊工藝條件下巖性識別提供新的方法和手段；為深層火山巖巖性識別與判斷進(jìn)行指導(dǎo)。

2.4 體視顯微鏡識別技術(shù)

巖屑體視顯微鏡識別方法就是借助顯微鏡進(jìn)行肉眼觀察鑒定，主要通過鏡下觀察對巖石中的礦物種屬、礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物結(jié)晶程度、自形程度、粒度大小、分布形式及礦物間的相互關(guān)系、礦化蝕變特征等進(jìn)行詳細(xì)的研究，進(jìn)行巖石定名。在錄井現(xiàn)場，巖屑經(jīng)復(fù)合鉆頭研磨后，粒度通常小于2mm，配備了高分辨率體式顯微鏡，可達(dá)到該技術(shù)應(yīng)用得最好效果。

2.5 巖屑圖像采集技術(shù)

主要原理是采用CCD 數(shù)碼成像技術(shù)，通過高倍鏡頭，將細(xì)小巖屑放大、采集，形成數(shù)字化信息。其重要作用是：第一時間在現(xiàn)場進(jìn)行圖像采集、存儲、成圖、保存。目前，錄井現(xiàn)場使用得圖像采集系統(tǒng)，放大倍數(shù)為固定7倍，通過增加鏡頭、改變鏡頭放大倍數(shù)的方法，將原圖像采集設(shè)備改造為放大60~120倍；較好地適應(yīng)了火山巖巖性識別的需要。

2.6 巖石薄片分析技術(shù)

巖屑偏光顯微鑒定技術(shù)是一種利用偏光顯微鏡鑒定地層巖性、含有物等的地質(zhì)應(yīng)用技術(shù)。它是用偏光顯微鏡對用巖石碎屑樣品磨制成的薄片進(jìn)行觀察鑒定，識別不同礦物特征的光性特征，識別組成巖石的礦物成分，及其相對含量多少、礦物間相互的連接關(guān)系、礦物生成的空間和時間的次序先后，以及后期的風(fēng)化特征等等，根據(jù)對巖石碎屑樣品的礦物組成類型和礦物間的結(jié)構(gòu)特征等，對地層巖性等進(jìn)行鑒別認(rèn)定的一種技術(shù)方法。

3 綜合判別巖性

以上各項技術(shù)均具有巖性識別的相關(guān)功能，但同時具有各自的適應(yīng)性。利用元素分析、自然伽馬分析資料可確定火山巖巖性成分大類，利用體式顯微鏡描述、巖屑薄片分析確定火山巖結(jié)構(gòu)，需要成分與結(jié)構(gòu)相結(jié)合最終完成火山巖準(zhǔn)確識別。針對各單項技術(shù)優(yōu)點及適應(yīng)環(huán)境，進(jìn)行優(yōu)選組合，做如下分析：

體視顯微鏡識別技術(shù)主要優(yōu)點是快速，能及時發(fā)現(xiàn)巖屑變化，但是觀察到的信息具有多解性，滿足不了定名要求；元素分析技術(shù)的主要優(yōu)點是定量識別，成分參數(shù)多，能多角度、多方法識別巖性，但無法對巖石結(jié)構(gòu)進(jìn)行分辨；高倍巖屑圖采技術(shù)的主要優(yōu)點是能及時留存巖屑的基本信息，并能快速傳輸給遠(yuǎn)程支持，是前后結(jié)合的紐帶，但圖像只是平面的，無法多角度觀察實物，并且在清晰度上還有一定的局限性。綜上所述選擇體視顯微鏡識別技術(shù)、元素分析技術(shù)、高倍巖屑圖采技術(shù)作為現(xiàn)場巖性識別必備技術(shù)。

巖屑薄片分析技術(shù)在巖性識別上優(yōu)勢明顯，但限于對觀察者科研水平的要求和制樣環(huán)境的要求，將此項技術(shù)設(shè)立在實驗室。

巖屑伽馬分析技術(shù)的主要優(yōu)點是放射性的測量，當(dāng)巖屑破壞特別嚴(yán)重的時候，伽馬監(jiān)測不受影響，但其伽馬值可以用元素分析數(shù)據(jù)取代，因此將該項技術(shù)作為油基泥漿等特殊條件下的后備技術(shù)。

XRD 分析技術(shù)的主要功能是測量粘土礦物的含量，對火山巖、沉積巖過渡性巖性識別具有很大優(yōu)勢，因此在過渡巖性較發(fā)育區(qū)域重點應(yīng)用。

綜上，對松遼盆地背部火山巖巖性錄井綜合識別技術(shù)優(yōu)選如表1所示。

表1 火山巖巖性綜合識別體系技術(shù)優(yōu)選

4 現(xiàn)場應(yīng)用方法與結(jié)論

結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)實際，與綜合巖性識別需求，梳理工作流程如下：

（1）現(xiàn)場巖性識別工作流程?，F(xiàn)場巖性快速識別主要是應(yīng)用巖屑體視顯微鏡識別方法、元素分析技術(shù)及薄片鑒定技術(shù)三種技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)對錄井現(xiàn)場火山巖巖性的快速識別，具體做法如下：首先通過實物觀察將巖屑按顏色、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造進(jìn)行大致分段，依靠巖石的礦物斑晶成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造進(jìn)行詳細(xì)定名；利用元素分析的曲線形態(tài)變化進(jìn)行巖性分段，并對每段內(nèi)巖性進(jìn)行分類定名，對于體視顯微鏡觀察和元素分析定名困難的井段或者二者定名不吻合的井段，選取代表性巖石樣品進(jìn)行薄片鑒定，實現(xiàn)火山巖巖性準(zhǔn)確定名，盡最大程度保證火山巖巖性發(fā)現(xiàn)的及時性。

（2）巖性綜合識別工作流程。建立巖性錄井綜合識別需要結(jié)合區(qū)域地質(zhì)概況、單井構(gòu)造位置及參考鄰井測井資料，分析火山巖分布規(guī)律，結(jié)合現(xiàn)場分析資料、圖像采集，與實驗室處理結(jié)果，采用“成分+結(jié)構(gòu)”綜合定名方法，依據(jù)火山巖分類定名規(guī)范，最終定名與描述。確定巖性及巖相，盡最大程度保證火山巖巖性定名及描述的準(zhǔn)確性。

通過本研究，在火山巖巖性識別領(lǐng)域明確了方法，形成了技術(shù)系列，提高了巖性識別的水平，取得了良好的勘探效果；也為本區(qū)及其它地區(qū)的火山巖勘探開發(fā)提供理論與技術(shù)指導(dǎo)，具有良好的應(yīng)用前景。