鄂尔多斯盆地西南缘火成岩岩性及测井曲线特征

赵宏波，张于勤，温美洲，李兴宝

（中国石油长庆油田分公司第二采气厂，陕西西安 710021）

鄂尔多斯盆地西南缘西临贺兰－六盘山构造带，南被渭河地堑所截，并与紧密邻接的秦岭造山带隔堑相望，处于稳定的鄂尔多斯地台与活动的秦岭造山带之间的交接地带，其形成、演化必然与秦岭－祁连海槽和贺兰－六盘山构造带的形成与演化紧密相关。该区火成岩发育，因发现火成岩具有有利的成藏条件[1]，故该区也是鄂尔多斯盆地的勘探区块之一。由于火成岩油气藏已经作为油气勘探的一个新领域，逐渐成为油气勘探的热点，已引起了人们的普遍关注和高度重视，世界上许多国家也发现了火成岩油气藏，故分析鄂尔多斯盆地西南缘火成岩岩性与测井曲线特征，对于识别火成岩岩性和寻找火成岩油气藏具有重要的现实意义。

1 区域地质背景

中生代，由于多种作用，鄂尔多斯盆地浅表部处于总体伸展应力场、深部处于总体挤压应力场，造成岩石圈局部减薄，产生大范围岩浆活动和构造运动，在盆地的西缘、西南缘、北缘和东缘、东南缘不同构造部位均产生了不同规模的构造运动，期次不少于三次，年龄大致为215 Ma、135 Ma 和72 Ma[2]。在此背景下，盆地西缘于晚三叠世、侏罗纪和早白垩世最少发生过三次推挤冲断变动[3]；南缘于三叠纪在秦岭地区发生由海盆向大陆造山带的转变[4]、早白垩世晚期在秦岭造山带与领区陆内造山带之间发生了俯冲作用、新生代早期在渭河断裂带发生了左行走滑运动[5、6]。以上作用影响到了鄂尔多斯盆地西南地区，在西南缘发生多次火山运动并形成了一系列火山侵入岩和火山喷出岩，在崇信铜城、陇县-安沟一带露头区均见到印支-燕山期火成岩体，锆石U-Pb 年龄分析为111～245 Ma。X1 井位于盆地西南缘的一个火成岩侵入体隆起构造高点的东侧，在不同层位沉积岩中发育了近距离的火成岩脉状侵入体。

2 X1 井火成岩岩性组合规律

2.1 矿物的结晶顺序

火成岩是由炽热岩浆溶液结晶而成的，岩浆的结晶作用与岩浆的成分、粘度、冷却速度等因素有密切的关系。按照鲍文反应系列，火成岩中只有那些结晶温度相近的矿物才能够共生。

另外，相同成分的岩浆在成岩时，粘度小结晶能力强则结晶速度快，晶体自形程度较高；粘度大结晶能力弱则结晶速度慢，晶体自形程度较低。冷却速度缓慢，岩浆有充分的时间结晶，因而结晶程度高，可生成较大的晶体；相反的岩浆冷却速度快，结晶程度低，生成较细粒的晶体。同时岩浆生成的矿物在流动的条件下，会形成一定的定向性，流动的距离越远其矿物晶体的长轴方向沿流动方向排布越规律。

2.2 X1 井火成岩形成模式

X1 井火成岩在岩浆的上升、侵入过程中开始生成，侵入后急剧冷却形成了较小的矿物晶体；从岩浆期的后期开始，温度降低的速度较慢，结晶时间充足，生成结晶程度高的较大的矿物晶体。另外，火成岩矿物晶体具有弱定向性～基本不具定向性，说明其属于近距离侵入后冷却形成的。

2.3 X1 井火成岩岩性

根据锆石U-Pb 年龄分析，X1 井区于245～111 Ma间发生过多次火山侵入事件，对应的地质时代为印支期～燕山期之间，岩浆顺沉积岩层侵入，形成了41 个火山透镜体（或称岩床），主要岩性有斑状霞石正长岩、斑状角闪二长闪长岩、斑状碱长粗面岩、斑状蚀变石榴正长岩、二长闪长岩和斑状霓辉正长岩。

3 X1 井火成岩矿物成份及测井曲线特征

火山岩的识别方法较多，X1 井所用测井项目有自然伽玛（GR）、密度（DEN）、声波时差（AC）、补偿中子（CN）、PE 和电阻率。

3.1 斑状霞石正长岩

斑状霞石正长岩是X1 井火成岩之一，以延长组长7 段1 962.4～1 965.6 m 为例进行说明。其具斑状结构，块状、气孔及杏仁状构造（见图1A）。斑晶占25 %，主要为钾长石（10 %）、霞石（7 %）和霓石（8 %），含少量方解石、斜长石和不稳定矿物斑晶，基质占75 %。钾长石斑晶呈无色或白色板状，部分见卡氏双晶，表面较混浊，沿解理面和破裂纹发生褐铁矿化（见图1B，图1C）；霞石斑晶易风化且呈肉红色、褐红色粒状，与5 %稀HCl 反应剧烈（见图1D，图1E）；霓石斑晶为黄绿-绿-褐色，晶形多不完整，多蚀变为方解石和粘土等（见图1F）；斜长石蚀变强烈（见图1G）；不稳定矿物绿泥石化强烈（见图1H）。基质以棕褐色细长柱状正长石微晶体为主，定向性不明显，局部具有小于0.2 mm 的浅灰绿色微晶质泥化斑点（见图1D）。综合判断为不饱和碱性岩。

测井曲线AC 在190～200 μs/m，GR 在240～280 API，DEN在2.0～2.4 g/cm3，阵列侧向各曲线值在1 000～1 200 Ω·m，除RLA1 值较低且与其它电阻率曲线分离明显外，其它电阻率曲线间分离不明显，PE 在2.5～3.9 巴/电子，CN 在14 %～23 %（见图2）。

图1 井段1 962.4～1 965.6 m，斑状霞石正长岩

3.2 斑状角闪二长闪长岩

X1 井发现共斑状角闪二长岩5 层，累计厚度240多米，是X1 井的主要火成岩之一。现在以三叠系中统纸坊组井段2 233～2 250 m 为例对其岩性及测井曲线特征进行说明。具（似）斑状结构，块状构造，斑晶占71%，其中蚀变角闪石17 %、斜长石41 %、钾长石13 %；基质占29 %，其中钾长石4 %、斜长石21 %、石英1 %、隐晶质3 %、含微量萤石。斜长石斑晶以全自形为主，聚片双晶和环带均比较发育，钾长石斑晶以它形为主，而且可见分解条纹结构；角闪石斑晶全部蚀变，可见交代环带结构，碳酸盐化比较普遍（见图3）。属于饱和的中性岩。

图2 斑状霞石正长岩测井曲线

图3 井段2 233～2 350 m，斑状角闪二长闪长岩

测井曲线AC 在165～180 μs/m，GR 在150～180 API，DEN 在2.6～2.8 g/cm3，阵列侧向各曲线有所分离，值均大于1 500 Ω·m ，RLA1、RLA2 值较低，与其它曲线分离最为明显，PE 在3.0 巴/电子左右震荡，CN 在0 %～10 %，变化幅度大。与霞石正长斑岩的明显区别在阵列感应值明显高于霞石正长斑岩，GR 低于霞石正长斑岩（见图4）。

3.3 斑状碱长粗面岩

图4 角闪二长闪长岩测井曲线特征

X1 井于三叠系中统纸坊组井段3 390.00～3 398.20 m钻遇斑状碱长粗面岩，具斑状结构，基质似粗面结构。斑晶含量23&，主要为钾长石（17 %），次为斜长石（6 %）；基质含量77 %，主要为钾长石（66 %），次为斜长石（11 %），石英含量较少，蚀变矿物有绢云母、碳酸盐和高岭土。钾长石斑晶以周围出现斜长石环带的宽板状为主（见图5A），部分硅化（见图5B）。属于不饱和的碱性岩。

图5 3 390.00 m～3 398.20 m，碱长粗面斑岩

测井曲线AC 在165～180 μs/m，GR 在220～245 API，DEN 在2.5 g/cm3左右，阵列侧向各曲线分离不明显，值大于300 Ω·m，RLA1 值较低，与其他曲线有所分离，PE 在2.4～2.6 巴/电子左右震荡，CN 在2.2 %～3.5 %变化，变化幅度不大，碱长粗面斑岩与霞石正长斑岩、角闪二长闪长岩的明显区别也在阵列感应、GR 上，碱长粗面斑岩的电阻率介于角闪二长闪长岩霞石正长斑岩之间，GR 与霞石正长斑岩接近，但稍低（见图6）。

3.4 蚀变石榴正长岩

X1 井二叠系上统石盒子组3 556.00～3 557.80 m为蚀变石榴正长岩，具它形粒状结构和蚀变角岩结构。原岩矿物占68 %，以钾长石（64 %）为主，石榴石（4 %）次之（见图7A），蚀变矿物占26 %，其中黝帘石占7 %，绢云母占15 %，葡萄石占4 %；热变矿物占6 %，主要为白云母化黑云母。钾长石主要以正长石为主，具卡式双晶。石榴石以全自形铁榴石为主，晶形发育不完整（见图7B）。钾长石被绢云母交代，形成绢云母团（见图7C）。岩石在绢云母化之前有过一期热变质，热变矿物主要为黑云母，在绢云母化过程中变为白云母，晶形保留（见图7D）。钾长石之间的部分暗色矿物被细粒黝帘石交代，但原充填位置没有改变（见图7B）。属于不饱和碱性岩。

图7 3 556～3557.8 m，斑状蚀变石榴正长岩

电测声AC 在170 μs/m 左右，GR 在290～300 API，DEN 在2.5 g/cm3左右，阵列侧向各曲线有所分离，除LA1、RLA2 明显低值外，其他曲线值在900～2 515 Ω·m变化，PE 在2.8～3.5 巴/电子变化，CN 在3.0 %左右变化，蚀变石榴正长岩与碱长粗面斑岩、霞石正长斑岩、角闪二长闪长岩解释模式的明显区别也在阵列感应、GR、曲线，蚀变石榴正长岩电阻率介于碱长粗面斑岩与角闪二长闪长岩之间，霞石正长斑岩最低，GR 最高，PE 较大（见图8）。

3.5 二长闪长玢岩

X1 井二叠系下统山西组3 653.40～3 657.20 m 为二长闪长玢岩，具斑状结构，基质具隐晶结构。斑晶占60 %, 其中钾长石占9 %，斜长石占37 %，角闪石占14 %；基质占40 %，其中钾长石占4 %，隐晶长英质占36 %。蚀变矿物有斑晶角闪石蚀变金红石、绿泥石、碳酸盐和白云母，及少量长石蚀变绿泥石。斑晶角闪石全部被绿泥石交代；斜长石斑晶具卡氏双晶和环带结构，且被轻微绢云母化；钾长石斑晶内可以见到被包裹斜长石；长石斑晶具绿泥石蚀变现象；基质由于颗粒太细而无法判别，属于饱和中性岩。

AC 在170 μs/m 左右，GR 在290～300 API，DEN在2.5 g/cm3左右，阵列侧向各曲线有所分离，除LA1、RLA2 值较低且与其他曲线有分离外，其它曲线值在大于900～2 515 Ω·m 变化，PE 在2.8～3.5 巴/电子变化，CN 在3.0 %左右变化，蚀变石榴正长岩与碱长粗面斑岩、霞石正长斑岩、角闪二长闪长岩解释模式的明显区别也在阵列感应、GR、PE 上，蚀变石榴正长岩电阻率介于、碱长粗面斑岩与角闪二长闪长岩之间，霞石正长斑岩最低，GR 最高，PE 较大（见图9）。

3.6 斑状霓辉正长岩

X1 井二叠系下统山西组3 702.00～3 707.80 m 为斑状霓辉正长岩。具斑状结构，基质具自碎结构。矿物成分中斑晶占55 %，其中钾长石占32 %，碎粒霓辉石占23 %；基质占45 %，其中斜长石占21 %，钾长石占18 %，石榴石占4 %，榍石占2 %。蚀变矿物有绿泥石，绢云母，碳酸盐。斑晶以直径在1 mm 以上的宽板状无双晶全自形微斜长石为主，破碎和重结晶均较强的碎粒霓辉石次之。基质中斜长石具较高自形程度，钾长石全部破碎，斜长石部分破碎（见图10）。属于不饱和碱性岩。

图8 蚀变石榴正长岩电测解释图

图9 二长闪长玢岩电测解释图

图10 斑状霓辉正长岩

AC 在170 μs/m 左右，GR 在240～260 API，DEN在2.7 g/cm3左右，阵列侧向除RLA3、RLA4、RLA5外其它各曲线分离明显, 值变化范围较大，PE 在2.0～4.4 巴/电子变化，CN 在1.0 %～3.2 %，霓辉正长斑岩与二长闪长玢岩相近，但电阻率的较二长闪长玢岩高（见图11）。

综合上述知，X1 井火成岩属于硅酸盐不饱和～饱和的碱性岩～中性岩，虽然火成岩测井曲线均表现为高自然伽玛、高电阻率、高放射性、高密度和低声波时差的特点，但是不同岩性火成岩间电性组合特征不同。

4 总结

鄂尔多斯盆地西南缘火山侵入岩和火山喷出岩发育，其是油气勘探的目标区之一，准确识别火成岩岩性是火成岩勘探的重点之一。

图11 霓辉正长斑岩电测解释

本文以X1 井为例，揭示了鄂尔多斯盆地西南缘斑状霞石正长岩、斑状角闪二长岩、斑状碱长粗面岩、斑状蚀变石榴正长岩、二长闪长玢岩和斑状霓辉正长岩的测井曲线特征。虽然火成岩整体表现为高自然伽玛、高电阻率、高放射性、高密度，低声波时差的特点，但是岩性不同，测井曲线的组合特征不同，根据不同火成岩间测井曲线组合特征的差异是识别火成岩的主要途径之一。

［1］ 牛嘉玉，张映红，袁选俊，等.中国东部中、新生代火成岩石油地质研究、油气勘探前景及面临问题［J］.特种油气藏，2003，10（1）：7-12.

［2］ 孙少华，李小明.鄂尔多斯盆地构造热事件研究［J］.科学通报，1997，42（3）：306-309.

［3］ 杨圣彬，耿新霞，郭庆银，等.鄂尔多斯盆地西缘北段中生代构造演化［J］.地质论评，2008，54（3）：307-315.

［4］ 陈衍景.秦岭印支期构造背景、岩浆活动及成矿作用［J］.中国地质，2010，37（4）：854-865.

［5］ 裴先治，丁仨平，胡波，等.西秦岭天水地区新生代酸性火山岩地球化学特征及其构造意义［J］. 岩石矿物学杂志，2004，23（3）：227-235.

［6］ 谢桂青，毛景文，李瑞玲，等.东秦岭宝丰盆地大营组火山岩SHRIMP 定年及其意义［J］. 岩石学报，2007，23（10），2389-2396.