塔河油田奥陶系碳酸盐岩地层燧石的测井识别

谢　芳，柳建华，刘瑞林（.长江大学地球物理与石油资源学院，武汉43000；.中国石化西北油田分公司勘探开发研究院，乌鲁木齐8300）

塔河油田奥陶系碳酸盐岩地层燧石的测井识别

谢芳1，柳建华2，刘瑞林1
（1.长江大学地球物理与石油资源学院，武汉430100；2.中国石化西北油田分公司勘探开发研究院，乌鲁木齐831100）

塔河油田奥陶系鹰山组第4段及其以下的地层中广泛分布着结核状、条带状燧石，研究燧石的测井响应特征，区分燧石发育的非储集段，对有效评价储集层、划分地层及地层对比具有重要意义。通过讨论电成像测井、化学元素测井及岩性密度测井等识别燧石的基本原理，结合塔河油田的电成像图、化学元素测井资料及光电截面吸收指数曲线识别结核状、条带状燧石实例，建立了燧石测井资料识别方法；将鹰山组第4段底界附近的燧石密集发育段作为地层对比标志层，对塔河油田部分地层进行地层对比，讨论了塔河油田中上奥陶统的剥蚀量估算问题。

塔里木盆地；塔河油田；奥陶系；燧石；测井识别方法；化学元素测井；剥蚀量估算

1　燧石成因及地层对比意义

图1　塔河油田构造位置

燧石主要由微晶质石英组成，其石英含量往往在98%以上，常与石灰岩伴生，其形态可分为：蟲状、结核状、条带状和薄层状[1]。塔河油田主体位于塔里木盆地北部沙雅隆起阿克库勒凸起（图1），在塔河油田奥陶系鹰山组第4段及以下的灰岩地层中见白色、灰色或淡黄色结核状、条带状燧石（图2），且在鹰山组第4段底部见燧石密集发育（图3）。塔河油田奥陶系地层中发育的燧石多属于交代成因，在成岩阶段由分散状的硅质沉积物重新聚集并交代碳酸盐岩或有机质沉积物而成，与母岩准同生。前人推测认为1），早奥陶世末的加里东运动中期在塔里木克拉通内部形成的挤压挠曲可能伴随有火山喷发，而形成塔河油田奥陶系地层燧石的分散状硅质可能来源于火山喷发物质。可见，鹰山组及以下地层中与母岩准同生的燧石可作为地层对比标志。由于台地相碳酸盐岩地层放射性矿物含量本身不高，在塔河油田中上奥陶统剥蚀区残余地层中不易找到地层对比标志层，应用测井资料划分对比塔河油田奥陶系一间房组和鹰山组内各岩性段的地层界线很困难。因此，将鹰山组第4段底部的燧石密集发育段作为地层对比标志就显得尤为重要。

图2　塔河油田奥陶系鹰山组不同形态燧石岩心照片

塔河油田奥陶系鹰山组及以下非储集层中发育结核状、条带状燧石（图3），燧石在常规测井资料上易与溶蚀孔洞发育的储集层混淆，以至于在储集层解释评价过程中易将燧石发育的非储集层误认作有效储集层。国外虽有关于燧石层油气开发的研究[2]，但塔河油田奥陶系燧石发育的碳酸盐岩地层中少见油气赋存，仅Tkxxx井例外，不过该井是对燧石密集发育段酸压后与井旁的缝洞体沟通才产油气，而不是燧石密集发育段储集油气。

前人在燧石成因、沉积环境、地球化学特征及岩石学特征等方面的研究工作较多[1，4-6]，但关于燧石层段测井识别的研究工作较少，仅文献［7］对塔河油田4号和6号区块燧石在直井和水平井成像测井响应上的差异作了讨论，但未详细讨论研究区不同测井资料识别结核状、条带状燧石的方法。实际上，近年发展起来的化学元素测井方法，通过测量中子与地层发生中子-伽马反应产生的射线能谱，经过解谱分析得到地层元素的百分含量[8-9]，这些元素含量可应用于岩性识别、岩石矿物含量确定等[9-11]，为岩性矿物识别提供了新的手段。除了化学元素测井外，岩性密度测井中的岩石光电截面吸收指数对岩性较敏感，且不受孔隙度及孔隙流体的影响[12-13]。本文在上述工作的基础上引入化学元素测井和岩性密度测井，系统研究燧石在不同测井资料上的响应特征，建立了应用不同测井资料识别结核状、条带状燧石的方法，以及在资料缺乏情况下燧石层段的常规测井资料识别方法。最后，将测井资料识别出的鹰山组第4岩性段底部的燧石密集发育段作为标志层进行地层对比，通过地层对比研究了塔河油田中上奥陶统剥蚀区剥蚀量估算问题。

图3　塔河油田奥陶系地层剖面（据文献［3］修改）

2　测井识别燧石的基本原理

2.1电成像测井

电成像测井采用钮扣电极系测量井周不同方位的井壁岩石导电性，用浅电阻率资料刻度后的成像测井资料，以高分辨率电导率图像的形式反映井壁附近地层的层理、裂缝、溶蚀孔洞等导电性有差异的地质现象。

根据文献［7］的研究，在成像测井资料上可以从2个方面识别结核状、条带状燧石：一方面，鹰山组结核状、条带状燧石在产状上具有沿层分布的特点，其倾角一般小于5°（图2）；另一方面，因硅质的交代具有明显的选择性，一般总是先交代生物遗体或富含有机质或者孔隙度高的部分，故燧石外围或富含有机质或孔隙度较高，导电泥浆侵入会使孔隙大的外围部分导电性变好；另外，碳酸盐岩中燧石的硬度比围岩的硬度要大，在钻井过程中，硬度较大的燧石会对围岩产生扰动作用，使得燧石周围岩石变得较为疏松，导电泥浆侵入后，也导致所测量的电成像图上燧石外围的导电性较母岩和燧石中间部分要好得多。由此可见，结核状、条带状燧石在成像测井资料上表现为沿层分布的“嘴唇”状或宽黑色的条带状（图4）。通常，若结核状燧石小于井径，即表现为沿层分布的“嘴唇”状；而大于井径的结核状燧石或条带状燧石则表现为近水平状的宽黑色条带。

2.2化学元素测井

化学元素测井利用中子与地层发生的中子-伽马核反应产生伽马射线，测量产生的伽马射线能谱。由于不同核素的特征伽马射线能量是不同的，通过对测量的伽马射线能谱进行解谱分析，可得到元素的相对产额。应用氧化物闭合模型将元素谱的相对产额转换成元素谱的绝对百分含量，通常化学元素测井会给出地层中C，O，Na，Mg，Si，Ca，Fe，S，Ti，Gd等元素的绝对百分含量。

燧石主要由石英组成，石英含量在98%以上，因此，与碳酸钙组成的纯灰岩地层相比，燧石发育的灰岩地层中Si含量升高，Ca含量减少。相应地，燧石发育的灰岩地层在化学元素测井资料上有Si含量增加、Ca含量减小、其他元素含量变化不大的响应特征。

图4　结核状、条带状燧石成像测井响应特征

2.3岩性密度测井

岩性密度测井以中能伽马射线与地层作用发生康普顿效应，低能伽马射线与地层作用发生光电效应为基础。利用铯伽马源产生的0.661 MeV的单能伽马射线入射地层，在中能谱区伽马射线与地层作用以康普顿效应为主，探测器探测到的伽马射线计数率随地层体积密度增加而降低；在低能谱区伽马射线与地层作用以光电效应为主，随地层岩石的原子序数的增加，伽马射线计数率下降。此时用长短源距伽马探测器探测伽马射线，用能谱分析方法记录中能的康普顿效应区和低能的光电效应区的计数率，进而测量地层岩石体积密度和岩石光电截面吸收指数。

燧石发育的灰岩密度曲线值有降低但不明显，而岩石光电截面吸收指数区分岩性的能力较强，不同矿物的光电截面吸收指数相差很大（表1）。当灰岩地层中发育燧石时，石英所占岩石比例增加，方解石所占岩石比例会减少，因而测量到的光电截面吸收指数会变小。

表1　岩石矿物或流体的光电截面吸收指数[12]

图5　塔河油田Txx0井鹰山组5 910.51—5 916.51 m井段条带状燧石岩心照片及测井响应特征

3　测井识别燧石发育段

图5为塔河油田Txx0井鹰山组5 912.20 m条带状燧石岩心照片及对应测井响应特征图。对Txx0井取心段深度为5 910.51—5 916.51 m的岩心应用三点归位法进行岩心归位，归位后该井段岩心对应的测井深度为5 910.88—5 916.88 m，其中条带状燧石对应的测井深度为5 912.2 m（图5）.在测井图上，对应5 912.2 m成像动静态图上可见宽黑色条带；常规测井曲线上，光电截面吸收指数曲线值降低，双侧向电阻率略有降低且呈“正差异”；化学元素测井上，Si含量增加，Ca含量减小；为典型的条带状燧石响应。

图6为塔河油田Sxxx-3井鹰山组5 969.8—5 874.4 m井段测井图。在5 969.8—5 874.4 m井段内，结核状、条带状燧石密集发育，电成像动静态图上可见多条宽黑色条带和多个“嘴唇”状响应，宽黑色条带和“嘴唇”状响应对应双侧向测井值降低且呈微弱的“正差异”、密度值降低、中子孔隙度增大、声波时差略有增大、光电截面吸收指数降低、Si含量升高、Ca含量减小，且有Si含量升高越多，光电截面吸收指数降低越大趋势。另外，在5 972.2 m处，由电成像和化学元素测井资料可判断该处发育单个结核状燧石，但光电截面吸收指数略微降低响应不明显，说明燧石发育较少时在电成像和化学元素测井上会有响应，但在光电截面吸收指数曲线上不一定有响应或仅有微弱的响应。

图6　塔河油田Sxxx-3井鹰山组5 969.8—5 974.4m井段测井响应特征

综合上述原理和实例分析可知，结核状、条带状燧石在电成像测井、化学元素测井及常规测井资料上均有响应。塔河油田奥陶系碳酸盐岩地层燧石发育段主要分布于鹰山组第4段及以下的灰岩地层中，可结合多种测井资料及地质分层资料识别燧石发育段。当有电成像及化学元素测井资料时，可准确识别燧石发育段；在电成像图上出现宽黑色条带或黑色“嘴唇”状响应，Si含量增加，光电截面吸收指数降低或略有降低即为燧石发育段；当有电成像资料无化学元素测井资料时，识别燧石也比较简单：电成像图上有黑色条带或黑色“嘴唇”状响应，光电截面吸收指数降低或略有降低，常规测井资料上有类似溶蚀孔洞储集层响应即为燧石发育段；当仅有常规测井资料时，因燧石发育较少的层段在光电截面吸收指数曲线上响应不明显，结合地质分层资料仅能识别燧石密集发育段：在常规测井资料上有类似溶蚀孔洞储集层响应，光电截面吸收指数降低且为鹰山组及以下地层则为燧石密集发育段。

4　应用

塔河油田中上奥陶统在加里东运动中期Ⅰ幕、Ⅱ幕以及海西运动早期遭受了不同程度的暴露风化剥蚀，其中海西运动早期的风化剥蚀作用最为强烈。加里东运动中期Ⅰ幕以及海西运动早期，特别是海西运动早期伴随风化剥蚀的岩溶作用对中上奥陶统剥蚀区内碳酸盐岩地层溶蚀孔隙、溶蚀缝洞型储集层有重要意义[3]。在塔河油田中上奥陶统剥蚀区，一间房组和鹰山组地层中自然放射性矿含量不高，在自然伽马曲线上无法区分，同时在双侧向曲线上也区分不清楚，不易划分地层界限，但在塔河油田奥陶系鹰山组第4段底界附近发育燧石密集层段，在电成像测井上响应明显。在塔河油田中上奥陶统剥蚀区可找到多口井（Sx5井、Txx1井、Sx6井）的对应，可将鹰山组第4段底界附近的燧石密集发育段作为标志层进行地层对比，研究中上奥陶统剥蚀区的剥蚀量估算问题。

由表2可知，Sx6井、Sx5井、Txx4井、Txx1井和Sx3井的燧石密集段底界距风化壳顶部的厚度。根据Sx5井与Sx6井燧石密集段底界距风化壳顶部的厚度可估算沿Sx5井—Sx6井连线方向上每千米的剥蚀量。Sx5井与Sx6井之间的水平距离为2 642.48 m，由此可算出在此连井方向上的剥蚀量约为11.73 m/km.据此，可计算Txx1井—Sx3井（井距3 713.5 m）方向上的剥蚀量为6.62 m/km.其余方向的剥蚀量可能要小于此值。风化剥蚀过程中的岩溶作用对中上奥陶统剥蚀区内碳酸盐岩地层缝洞储集层发育有重要意义，剥蚀区内地层遭受的风化剥蚀越多，风化剥蚀过程中的岩溶作用就越强，相应地缝洞储集层就越发育。因此，Sx5井—Sx6井连井方向上中上奥陶统碳酸盐岩地层缝洞储集层最为发育，Txx1井—Sx3井连井方向上其次，其余方向上中上奥陶统碳酸盐岩地层缝洞储集层发育较弱。

表2　塔河油田部分井鹰山组第4段底界深度m

5　结论

（1）应用不同测井资料可识别燧石发育段。当有电成像、化学元素测井及常规测井资料时，可准确识别结核状、条带状燧石；有电成像资料和常规测井资料时，也能较好地识别燧石；仅有常规测井资料时，识别燧石较困难，此时结合地质分层资料仅能识别燧石密集发育段。

（2）将测井资料识别的鹰山组第4段底界附近的燧石密集发育段作为标志层进行地层对比表明，Sx5井—Sx6井连井方向上中上奥陶统碳酸盐岩地层剥蚀量最大，Txx1井—Sx3井连井方向上其次，其余方向上较小。通常在剥蚀量最大的方向上对应于最好的缝洞储集层发育区，Sx5井—Sx6井连井方向上中上奥陶统碳酸盐岩地层缝洞储集层最发育，Txx1井—Sx3井连井方向上其次，其余方向上岩溶发育较弱。

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Log Identification of Chert in Ordovician Carbonate Rocks in Tahe Oilfield,Tarim Basin: Method and Application

XIE Fang1,LIU Jianhua2,LIU Ruilin1
(1.Institute of Geophysics and Oil Resource,Yangtze University,Wuhan,Hubei 430100,China;2.Research Institute of Exploration and Development,Northwest Oilfield Company,Sinopec,Urumqi,Xinjiang 831100,China)

Nodular and banded chert distribute extensively over the 4th interval and underlying strata of the Ordovician Yingshan forma⁃tion in Tahe oilfield in northern Tarim basin.Researching the logging response characteristics of chert and distinguishing the chert⁃devel⁃oped formation are of significance to the evaluation of effective reservoir,formation zonation,and stratigraphic correlation.This paper dis⁃cusses the basic principle of identifying chert by using imaging well logging,chemical element logging and litho⁃density logging data,and establishes the method for chert logging identification by means of these data and photoelectric absorption cross⁃section index curve.Tak⁃ing the chert intensive development section near the bottom margin of Yingshan 4th lithologic interval as marker bed,it makes the strati⁃graphic correlation of partial strataand resolves the problem of the Middle-Upper Ordovician denudation estimation in Tahe oilfield.

Tarim basin;Tahe oilfield;Ordovician;chert;logidentification method;chemical element logging;denudation estimation

TE112.24

A

1001-3873（2015）04-0487-06

10.7657/XJPG20150420

2014-12-19

2015-04-09

国家科技重大专项（2011ZX05020-008）

谢芳（1987-），女，湖北荆州人，博士研究生，石油地质，（Tel）15507169923（E-mail）351629478@qq.com.

1）樊政军，刘瑞林.塔河油田奥陶系成像测井地质模式建立及应用研究.中石化西北石油分公司科技专题研究报告，2004.