准西车排子凸起石炭系岩性识别与储层特征*

2014-06-07 05:59王东坤

西南石油大学学报(自然科学版) 2014年4期

王坤，张奉，张翊，王东坤

1.中国石油勘探开发研究院，北京海淀 100083 2.中国石化胜利油田分公司西部新区研究中心，山东东营 257000 3.中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东青岛 266580

王坤1，张奉2，张翊2，王东坤3

准噶尔盆地车排子凸起石炭系发育沉积岩及火成岩，岩性复杂且勘探程度低，其储层发育特征尚不明确。利用测井岩性识别图版、成像测井、Fisher判别分析3种方法对岩性进行了识别，其中岩性识别图版能对火山熔岩类和沉积岩进行区分，成像测井能直观地区分不同岩性的发育特征，Fisher判别分析法能综合多种测井信息并可完成自动识别。将测井解释剖面与最终的地质录井剖面进行对比，验证了测井识别岩性的可行性。该类方法可有效降低岩性识别所需时间和成本。对石炭系火成岩储层的储集空间、物性特征、分布特征及岩相发育特征进行了分析，结果表明：石炭系储层的主要储集空间为裂缝和孔洞，以火山角砾岩储集物性最好；研究区东部火山角砾岩及火山熔岩更为发育，储集性能较好；石炭系主要发育火山沉积相、喷溢相、爆发相，其中爆发相储集性能最好，喷溢相次之，火山沉积相最差。

准噶尔盆地；车排子凸起；石炭系；火成岩；岩性识别；储层特征

王坤，张奉，张翊，等．准西车排子凸起石炭系岩性识别与储层特征[J]．西南石油大学学报：自然科学版，2014，36（4）：21–28．

Wang Kun,Zhang Feng,Zhang Yi,et al．Identification of the Lithology of Carboniferous and Its Reservoir Characteristics in Chepaizi Uplift，Junggar Basin[J]．Journal of Southwest Petroleum University：Science&Technology Edition，2014，36（4）：21–28．

引言

火成岩油气藏目前已成为世界油气田勘探开发的一个新领域，美国、古巴、墨西哥等多个国家都有这类油气藏被发现[1-5]，中国准噶尔盆地西北缘的石炭系也发现了一批火成岩油藏，且探明的地质储量相当可观[6-8]。2011年，准噶尔盆地西缘车排子凸起排61井首次在石炭系火成岩中获工业油流，之后的排66井折算日产原油11 t，展示了车排子凸起石炭系良好的勘探前景。目前，该区石炭系火成岩油气藏尚处于初探阶段，特别是以石炭系为目的层的钻井较少且主要分布在车排子凸起东部（图1），制约了该地区石炭系火成岩岩性及储集物性特征研究。本文利用该区5口井的石炭系钻井取芯资料、测井资料对石炭系火成岩进行了识别，并将地质录井剖面与岩性识别效果进行了相互验证；利用薄片分析资料对不同岩性的储集空间类型及储集物性进行了对比分析；通过磁力异常资料的岩性解译，得到了各类火成岩的富集区，从而对火山岩相的空间发育特征进行了预测。

图1 准噶尔盆地西缘构造区划图Fig.1 The tectonic map of the western Junggar Basin

1 区域地质概况

车排子凸起位于准噶尔盆地西缘，西面和北面近邻扎伊尔山，南部为四棵树凹陷和伊林黑比尔根山，东部以红车断裂与昌吉凹陷连接，在构造区划上属于准噶尔盆地西部隆起区次一级的构造单元[9-10]。车排子凸起形成于海西运动晚期，经历印支运动期、燕山运动期强烈隆升，喜马拉雅运动期趋于缓慢沉降，是一个经历多期构造运动的长期继承性古隆起[11-12]。整体上看，车排子凸起呈三角形，隆起面积大且具有长期继承性，走向西北—东南向，西北部隆起高，向东南幅度逐渐降低至隐伏消失（图1）。由于位于两个生烃凹陷油气运移的有利指向区,构造位置十分有利[13]。石炭系作为凸起的基底，钻井钻揭岩性主要为火成岩及沉积岩，其中火成岩主要发育凝灰岩、安山岩、玄武岩、火山角砾岩等，沉积岩主要为凝灰质泥岩、碳质泥岩。

2 石炭系复杂岩性识别

准确识别火成岩岩性是火成岩储层研究的基础，岩芯薄片鉴定是识别火成岩岩性的直接而有效方法。钻井现场的录井工作受时间、经验、环境的限制，获取的原始录井剖面往往存在一定误差，对于岩性复杂的火成岩地层而言更是如此。最终录井岩性剖面的获得往往需要钻井取芯资料与岩屑资料的综合对比与深入检测分析来完成，取芯越密集，录井准确度越高。但钻井取芯成本高，薄片的制备需要较长准备时间，制约了油气勘探工作的及时推进。测井资料能够连续、真实地反映地层物理特性，不同岩石在物性上的差异，使得利用多种测井信息划分岩性成为可能[14-15]。

本文首先探讨综合利用常规测井及成像测井资料对车排子凸起石炭系复杂岩性进行识别的方法。

2.1 岩性识别图版

测井岩性识别图版是进行火成岩岩性识别的常用方法之一[16-18]，利用已知岩性的测井响应特征建立适合本区的识别图版（图2）。自然伽马—电阻率交会图版可以较好地将火成岩与沉积岩区分开来。玄武岩、安山岩等火山熔岩具有较低的自然伽马值和较高的电阻率值，以此可以较好地将其与凝灰岩与火山角砾岩区分。但火山角砾岩与低自然伽马特征的凝灰岩利用该图版较难区分。在自然伽马—密度交会图版中，火山角砾岩的密度整体偏低，其与凝灰岩的区分度变高。整体上，利用常规测井信息能够对石炭系岩性进行整体区分，但识别图版的多解性需要多种识别方法的相互约束。

图2 车排子凸起石炭系岩性测井识别图版Fig.2 Logging identification cross plot of the Carboniferous lithology，Chepaizi uplift

2.2 成像测井

常规测井资料识别火山岩结构、构造的能力相对较差，成像测井能较好地反映火山岩的宏观结构、构造特点[17]。首先建立该区石炭系钻井取芯资料与成像测井响应的相关关系，在准确描述不同岩性的成像测井特征基础上，建立该区石炭系复杂岩性的成像测井识别图版（图3）。

沉积岩类：该区石炭系沉积岩主要发育碳质泥岩、凝灰质泥岩。从钻井取芯上看，碳质分布较均匀，局部含砂质，呈团块状，裂缝多被方解石或石英充填。凝灰质泥岩成分主要为黏土矿物，火山灰不均匀分布，含少量砂质，质硬，裂缝较为发育。从成像测井上看，沉积岩类为具有一定的成层性、含高电阻特征的亮色团块。

凝灰岩：该区凝灰岩多呈灰黑色、褐灰色，具凝灰结构、块状构造、斑杂结构，裂缝多被方解石充填。成像测井上可识别出该类岩石的块状构造和斑杂结构。与沉积岩相比，凝灰岩色调整体偏暗，无或少见亮色团块，可见零星孔洞。

图3 车排子凸起石炭系不同岩性成像测井特征Fig.3 Image logging feature of the different lithology in Carboniferous，Chepaizi uplift

安山岩：该区安山岩多成灰色、灰黑色，斑杂结构，块状构造，见气孔构造，部分气孔被方解石、石英充填，形成杏仁构造，裂缝多被方解石充填。安山岩在成像测井上可见暗色斑点散布，为低阻特征的气孔构造，另可见亮色斑块，显示出较明显的斑杂结构。

玄武岩：该区玄武岩主要呈灰黑色，具斑状结构，块状构造，裂缝十分发育，呈网状交错，部分被方解石或石英充填。成像测井上玄武岩可见大量发育的裂缝，规模大小不一，孔洞不发育，以此明显区别于以上3种岩石类型。

火山角砾岩：火山角砾岩测井图像上的火山角砾岩表现为不规则的高阻特征与不规则的低阻特征相混杂，角砾通常为边沿不规则的高阻亮块，而砾间则为暗色的低阻胶结物，从而形成了亮斑砾石和暗斑胶结物散布的图像特征。

2.3 Fisher判别分析

Fisher判别法实际上是致力于寻找一个最能反映组和组之间差异的投影方向，即寻找一个或多个线性判别函数，使得组内离差平方和最小，组间离差平方和最大。Fisher判别法是模式识别中降维最为有效的一种方法，将高维的n个参数映射到低维的m维空间，这m个参数可以包含原n个参数绝大部分有效信息[19-22]。

将每个岩性点和该点对应的各类测井值作为一个样品点，其中岩性为类别标签（li），各类测井值可看作一个多维向量（xi），Fisher判别分析法的目的是对原数据集（li，xi）进行合理的维数约减，并且使投影后不同类别之间尽可能的分开[21-23]。该方法综合应用的信息量大，判别准确度高，判别函数能方便地应用于测井解释软件中进行自动解释，可以消除部分人为因素的影响。

以石炭系岩芯的测井数据为样本，将沉积岩、凝灰岩、安山岩、玄武岩以及火山角砾岩作为类别标签，利用自然伽马（GR）、电阻率（RT）、声波时差（AC）、密度（DEN）、中子孔隙度（CNL）等构建样本向量。通过Fisher判别，得到判别函数F1、F2

式中：F1、F2—第一典则判别函数和第二典则判别函数。

通过判别函数得到累计贡献率达91%的两个低维映射参数C1和C2，各样本的分类结果如图4所示。

图4 车排子凸起石炭系岩芯样本Fisher判别分析结果Fig.4 Fisher discriminant analysis of the core samples of Carboniferous，Chepaizi uplift

该方法的判对率为87.7%，其中火山碎屑岩和沉积岩类识别效果达90%以上。将每类岩性对应的判别函数应用于测井解释软件，可进行岩性的自动识别。

2.4 识别效果验证

以Fisher判别分析为基础，结合测井识别图版与成像测井，对区内石炭系沉积岩及各类火成岩进行了岩性识别，并与最终地质录井剖面进行对比，各井的测井岩性识别剖面与最终录井剖面吻合程度较高。以排61井为例，最终录井剖面与测井识别剖面吻合程度达到了85%以上，且岩性信息更为丰富（图5）。印证了利用测井资料实现火成岩岩性识别的可行性。该方法可有效提高火山岩岩性判识的效率，及时得到地下较准确的岩性信息，对于提高勘探效率、节约勘探成本具有重要意义。

3 储层发育特征

3.1 储集空间类型

图5 排61井地质录井剖面与测井岩性识别剖面对比Fig.5 Comparison of the well logging section and the logging identification section，Well Pai 61

石炭系储集层主要发育在火成岩中，宏观上，该区石炭系储集空间主要为裂缝和孔洞。裂缝主要为构造成因，规模大小不一，20～100 cm，裂缝宽度0.5～5.0 mm，在玄武岩中最为发育。多期的构造运动使裂缝呈网状分布，但部分裂缝被方解石、石英充填。孔洞主要为肉眼可识别的洞穴体系，主要包括火山角砾岩中的砾间孔和火山熔岩中未被充填的气孔构造。玄武岩、安山岩中的气孔构造十分发育，除部分被胶结物充填外，仍有少量气孔留存。镜下石炭系储集层可见砾间孔、砾内溶孔、残余气孔、辉石斑晶溶孔、暗色矿物溶孔、晶间微孔、微裂缝等。这些孔隙及裂缝的相互连通，是油气富集，形成工业油流的重要原因。

3.2 储层物性特征

本次研究对5口井的储层物性按岩性进行了统计（图6）：火山角砾岩的物性最好，其储集空间主要为原生孔隙、裂缝，是重要的油气富集层段；玄武岩和凝灰岩的物性次之，其储集空间主要为溶蚀孔隙及裂缝，裂缝的发育程度对单井产能有重要影响；安山岩虽发育气孔构造，但岩芯及成像测井观察表明，其裂缝系统不发育，孔隙连通性差，难以形成有效的渗滤通道，其储集空间主要为原生孔隙，储集物性相对较差。

图6 车排子凸起石炭系火成岩物性特征Fig.6 Physical characteristics of the Carboniferous igneous，Chepaizi uplift

另外，断层发育带对储层的改造作用十分明显。如排66井，距石炭系顶面600 m和1 100 m处共钻遇两期断裂。上部断裂为伴生断裂，规模小但断层密度大，下部断裂为主断裂，规模较大，在1 109.6～1 230 m和1 912～2 103.5 m处形成了厚达62.8 m的高渗透带，两套均为主力产油层。

3.3 储层分布特征

石炭系火成岩在全区均有分布。受钻井分布的约束，利用钻、测井资料无法在平面上有效预测储层的分布特征。

由于不同火成岩及沉积岩磁化率存在差异，利用磁力资料并结合钻井资料可有效识别不同岩性富集区在平面上的分布特征。其中磁力垂直一次导数异常可以有效反映火山岩岩性特征，为火成岩的预测提供重要依据。该区石炭系岩芯磁化率测量统计表明，玄武岩、安山岩磁化率最高，火山角砾岩次之，凝灰岩磁化率较低，沉积岩类磁化率最低，据此对磁力垂直一次导数异常图进行了岩性解译，如图7所示。由于磁力资料反映的是一定深度范围内各类岩石磁力异常的叠加效应，因此，图中各岩性富集区代表该类岩石发育程度大于全区平均水平，并非不发育其他岩性。火成岩发育区在东部呈条带分布状，如排61井、排66井、排661井分别钻遇了相对较厚的玄武岩及火山角砾岩；研究区西部火成岩多呈孤立状分布，火山熔岩发育程度降低而凝灰岩发育程度增加，显示出不同的火山发育特征。东部火山受断裂控制而呈裂隙式喷发，西部火山喷发则为中心式。火山角砾岩、玄武岩是该区石炭系储集性能最好的岩性，因此东部石炭系储层更为发育。研究区西部较大面积的火山角砾岩发育区，预测其储层也较为发育。全区广泛分布的凝灰岩虽储集性能一般，但在受断层改造下也能形成较好的储层。

图7 车排子凸起石炭系岩性分布预测图Fig.7 Forecast map of the lithology distribution of Carboniferous，Chepaizi uplift

3.4 火山岩相发育特征

火山岩相是火山作用产物在空间上分布的格局、产出的方式及这些产物呈现的外貌和特征。邹才能[24]等按照“岩性–组构–成因”划分标准，将火山岩岩相划分为4相组、6相、10亚相。本文综合对比各相带的岩性及平面展布特征，以该岩相分类标准为依据，认为车排子地区石炭系主要发育爆发相、喷溢相及火山沉积相。不同火山岩岩相与其相对应的火山岩性、储集空间类型如表1所示。

火山沉积相是指火山喷出物经过一段距离的漂移空落沉积形成，其位置远离火山口[25-28]。研究区内火山沉积相十分发育，岩性以凝灰岩为主，分布范围广，沉积厚度大。凝灰岩中偶见溶孔、裂缝。

表1 车排子凸起石炭系不同火山岩相岩性及储集空间Tab.1 Lithology and storage space of different facies in Carboniferous，Chepaizi uplift

喷溢相为熔岩从地下深处经火山通道上升地表，自火山口向外溢流，形成各种类型的火山岩[25-29]。本区喷溢相主要发育玄武岩、安山岩。岩芯分析及成像测井表明，玄武岩中裂缝较为发育，是重要的储集空间，安山岩原生气孔十分发育但多被充填成杏仁构造。

本区爆发相以火山角砾岩产出为特征，爆发时的冲力将顶板及围岩破碎形成大量裂缝，由于火山爆发相一般都位于古地貌高处，容易遭受风化淋滤作用，有利于溶孔发育，能够形成较好的储集空间[24]。

钻井统计的有效孔隙度和渗透率关系表明，爆发相孔渗性最好，喷溢相具有较高孔隙度，但其渗透率较低，火山沉积相储集性能最差（图6b）。由于不同相带具有不同的岩性发育特征，利用岩性分布预测图能够较好区分火山岩相的平面分布。玄武岩、安山岩富集区内火山喷溢相更为发育，多成点状分布。火山角砾岩富集区内爆发相更为发育，在平面上呈环状或带状分布。凝灰岩、沉积岩类富集区则主要发育火山沉积相，呈面状分布。纵向上，各类火山岩相叠置发育，反映出多期的火山活动。以排61井为例（图5，图7），该井位于玄武岩、安山岩富集区，玄武岩段发育火山溢流相，凝灰岩段发育火山沉积相，火山角砾岩为火山爆发相。该井石炭系显示了6期较完整的火山活动，自下而上分别发育玄武岩（火山角砾岩）及凝灰岩。

4 结论

（1）准西车排子凸起石炭系岩性复杂，共发育玄武岩、安山岩、凝灰岩、火山角砾岩、沉积岩类等岩性。利用测井识别图版、成像测井、Fisher判别分析等方法对岩性进行了识别。与地质录井资料进行的验证表明，该类方法能够及时有效地对石炭系火成岩进行识别。

（2）石炭系主要发育火成岩储层，发育多种孔洞及裂缝，不同岩性之间的储集性能差别较大，火山角砾岩最好，玄武岩、凝灰岩次之，安山岩最差。利用磁力异常资料得到的石炭系岩性分布预测图表明，研究区东部火山多呈裂隙式喷发，火山熔岩类及火山角砾岩更为发育，西部火山多成中心式喷发，凝灰岩相对富集。

（3）石炭系主要发育火山爆发相、喷溢相、火山沉积相，不同火山岩相具有不同的岩性特征及物性特征。爆发相以火山角砾岩为主，储集性能最好；喷溢相主要发育玄武岩、安山岩等火山熔岩，火山沉积相主要为凝灰岩及泥岩沉积，储集性一般。

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编辑：杜增利

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Identification of the Lithology of Carboniferous and Its Reservoir Characteristics in Chepaizi Uplift，Junggar Basin

Wang Kun1,Zhang Feng2,Zhang Yi2,Wang Dongkun3
1.Research Institute of Petroleum Exploration and Development，PetroChina，Haidian，Beijing 100083，China 2.Western Prospect Research Center，Shengli Oilfield Company，SINOPEC，Dongying，Shandong 257000，China 3.School of Geoscience，China University of Petroleum（Huadong），Qingdao，Shandong 266580，China

The develop sedimentary rocks and igneous rocks with complicated lithology in the Carboniferous in Chepaizi uplift，and the degree of exploration for Carboniferous is very low as well as the reservoir characters are undefined.By using logging identification plates，imaging logging and Fisher discriminant analysis，we identified the lithology.The identification plates can well distinguish lava and sedimentary rock.Imaging logging can distinguish the characteristics of different lithology. Fisher discriminant analysis can integrate various logging information and achieve auto identification.A comparison of the log interpretation section with the final well logging section suggests the feasibility of the identification method.This method can decrease the cost and time consumption for lithology identification.The reservoir space，physical characteristics，distribution characteristics and facies of Carboniferous igneous reservoir were analyzed by thin sections and magnetic data.The main Carboniferous reservoir space are cracks and holes and the volcanic breccia has best reservoir qualities.Volcanic breccia and lava are better developed in the eastern region than in the west，suggesting a better reservoir quality.Volcanic sedimentary facies，effusive facies and outbreak facies mainly develop in Carboniferous，among which outbreak facies reservoir has the best property，followed by effusive facies and the volcanic sedimentary facies is of the worst.

Junggar Basin；Chepaizi uplift；Carboniferous；igneous；lithology identification；reservoir property

http：//www.cnki.net/kcms/doi/10.11885/j.issn.1674-5086.2013.11.04.08.html