应用因子分析方法识别热液蚀变作用类型

申波, 毛志强, 罗兴平, 于静, 马永南

(1.长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室, 湖北 武汉 430010; 2.长江大学地球物理与石油资源学院, 湖北 武汉 430010; 3.中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室, 北京 102249; 4.中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院, 新疆 克拉玛依 834000; 5.中国石油集团渤海钻探工程有限公司测井公司, 天津 300280)

0 引 言

2010年,准噶尔盆地乌尔禾地区夏子街组的部分井区钻遇到一套异常高、低自然伽马交互分布的优质储层,试油后获得高产油气流。由于该套地层的自然伽马测井值明显有异于夏子街组地层,自然伽马整体上保持稳定、变化不明显的事实,故被称为特殊岩性段。综合特殊岩性段地球物理特征、蚀变矿物薄片鉴定结果,认为特殊岩性段与FN断裂有关、正常沉积地层在热液蚀变作用下形成的热液蚀变体,异常高自然伽马应该是铀放射性同位素富集的结果[1]。结合岩矿特征和物性分析显示,特殊岩性段内的蚀变砂岩以硅化作用为主要蚀变作用类型,其储层物性明显优于其他类型储层。因此,研究热液蚀变作用的类型对寻找夏子街组优质储层具有重要意义。

1 特殊岩性段地层特征

通过岩心观察,岩石薄片和物性分析结果,并结合相应测井响应特征,可将夏子街组特殊岩性段内,岩石类型划分为蚀变砂岩和蚀变砂砾岩两大类。其中蚀变砂岩为储层的主要岩石类型。

1.1 主要蚀变矿物特征

夏子街组存在多种蚀变作用(见图1),其中碳酸盐化作用和硅化作用相对更集中发育于特殊岩性段地层,同时伴生多种的蚀变矿物,如碳酸盐矿物(包括方解石、白云石、铁白云石)、次生石英、黏土矿物、沸石类(包括方沸石、浊沸石等)和黄铁矿等。其中水云母化泥质呈黄绿色、斑点状分布或呈细脉状充填的黄绿色蚀变特征,被认为是热液铀矿床特有的典型蚀变[2-7]。

图1 夏子街组地层矿物组合特征图

1.2 物性特征

夏子街组正常沉积地层岩石孔隙度总体发育差,最小仅为0.3%,最大13.6%,平均只有6.7%;在特殊岩性段内,蚀变砂岩孔隙度较为发育,且分布范围较广,最大达25.2%,最小为7.9%,平均为13.9%;渗透率最大5.3×10-3μm2,最小0.014×10-3μm2,平均0.636 4×10-3μm2。蚀变砂砾岩孔隙发育差,最小仅为0.2%,最大10%,平均只有4.8%;渗透率则显示出孔隙和裂缝的双重储集空间特征,最大可达61.6×10-3μm2,最小只有0.011×10-3μm2。

1.3 测井响应特征

图2为FN5井夏子街组特殊岩性段常规测井曲线特征图。在特殊岩性段内,蚀变砂岩和蚀变砂砾岩的测井响应特征差异也极为明显,蚀变砂岩表现为低密度(第3道红色实线)、高中子(第3道绿色实线)和高声波时差(第3道蓝色虚线);蚀变砂砾岩则具有高密度、低中子和低声波时差的测井响应特征。

图2 夏子街组特殊岩性段常规测井曲线特征图(FN5井)*非法定计量单位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

2 因子分析

因子分析法是一种常用的降维、简化变量的分类方法。其主要思想是将多个变量转化为利用少数几个因子综合反映所有变量的大部分信息。该方法主要优点:①它不是对变量类型的取舍,而是将所有原始变量的信息进行重组,寻找相关性变量的共同因子以简化衡量手段;②新的因子间彼此互不相关,且消除了多重共线性;③旋转后的因子更趋于向0和1两极分化,使得因子命名可靠性程度更高,代表意义更明确[8]。

在热液蚀变体形成的过程中,岩石的物理、力学性能都会发生明显的变化[9-13]。岩石中架状或链状的斜长石、钾长石等硅酸盐矿物容易转变为水云母、高岭石和绿泥石等层状硅酸盐矿物,造成矿物硬度变低和含水量的增加,导致蚀变围岩抗压强度明显降低。硅化作用极易发育溶蚀孔隙,中子测井值升高,并伴有失重现象,同时蚀变岩石的脆性明显增高,从而有利于构造裂隙的发育,这样不仅扩大了热液流体与原岩的接触面积,也为矿质沉淀提供了空间。碳酸盐化作用形成的亮晶铁白云石易充填于粒间、围岩裂隙或呈斑块状交代杂基、碎屑颗粒,因而不利于孔隙发育。因此,选择三孔隙度测井曲线(密度、中子和声波时差)和等效弹性模量Ec作为因子分析的原始变量。等效弹性模量Ec表达式为[14]

(1)

式中,ρb为密度测井值,g/cm3;Δtc为纵波测井值,μs/m。

将反映热液蚀变体物理、力学性能变化的原始变量经归一化处理后进行因子分析,通过提取的因子成分差异反映不同热液蚀变作用类型的分布趋势,根据因子Z1和Z2建立交会图(见图3),并给出热液蚀变作用类型的判别方程。因子1、因子2和判别方程表达式

(2)

(3)

ZZ=1.157Z1+0.021 5

(4)

图3 夏子街组热液蚀变作用识别图版

据图3分析可知,当ZZ≥Z2时,热液蚀变作用以碳酸盐化为主;ZZ

3 应用效果评价

将因子分析识别热液蚀变作用类型的方法编制程序,通过实际井资料处理效果表明,该方法能够有效的区分碳酸盐化地层和硅化地层。

图4为F5井热液蚀变作用识别效果图。可以发现,高伽马尖峰与热液蚀变作用类型转变的岩性界面具有较好的对应性,既说明了不同蚀变作用类型对粗、细岩性地层具有选择性,又预示了蚀变砂砾岩的底部冲刷面是铀质沉淀、富集的有利部位。

图4 因子分析法识别热液蚀变作用效果图(F5井)

4 结 论

(1) 热液蚀变作用类型与围岩岩性关系密切,蚀变砂岩以硅化作用为主,蚀变砂砾岩以碳酸盐化作用为主。

(2) 以热液蚀变作用造成的储层特征变化为依据,可应用因子分析方法通过测井资料帮助定性判别主要蚀变作用类型。

(3) 该方法能够有效的识别不同热液蚀变作用类型,其中岩性界面处与高自然伽马对应性较好,蚀变砂砾岩的底部为铀质富集的主要部位。

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