中拐凸起石炭系低自然伽马火山岩岩性测井识别

李静

(中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院地球物理研究所, 新疆 乌鲁木齐 830013)

0 引 言

随着JL10井在石炭系火山岩获得突破,火山岩储层已成为准噶尔盆地西北缘中拐凸起油气勘探的重要目标。火山岩储层具有岩性、孔隙结构复杂多样,非均质性强的特点,运用测井资料识别油气层非常困难[1-2]。准噶尔盆地西北缘中拐凸起岩石类型主要为火山岩,从基性、中性到酸性均有分布,主要为玄武安山岩、火山角砾岩、凝灰岩、花岗岩及闪长岩等。储层以中基性火山碎屑岩和火山熔岩为主,纵、横向变化快,具有多期次喷发的特点[3-4]。测井曲线响应特征受火山岩的致密程度、化学成分以及后期蚀变作用等因素的影响,单纯依靠常规测井9条曲线划分岩性比较困难。通过对该区火山岩的岩石物理特征与岩石学特征的相关关系分析表明,研究区火山岩的伽马值普遍偏低,补偿中子、密度、电阻率等测井曲线对火山岩化学成分、结构及蚀变程度反应较为敏感。在岩心分析的基础上结合常规及特殊测井资料能够较好地区分火山岩岩性。

针对研究区岩性识别存在的难点,通过详细的岩心观察及镜下鉴定,准确确定各类火山岩岩性定名及归类;在岩心标定的基础上,利用ECS测井开展不同岩性成因、成分分析,选取敏感矿物建立交会图进行火山岩化学成分划分,结合电成像测井反映的结构构造信息建立成像模式图版,进一步从结构上对岩性进行识别。在特殊测井识别岩性的基础上,分析不同岩性其矿物成分及结构构造在常规测井上的响应特征,将特殊测井识别结果推广到常规测井中,进行常规曲线敏感性分析,建立中子—密度交会图,实现利用常规测井曲线划分火山岩岩性。

1 中拐凸起火山岩岩性识别

图1 中拐凸起火山岩自然伽马分布特征

工区发育的几种火山岩测井响应特征。玄武安山岩自然伽马(GR)数值低,10～50 API,形态较平稳;电阻率值中等到高值,30～1 000 Ω·m;密度值高,2.55～2.86 g/cm3;声波时差较低,低于60 μs/ft*非法定计量单位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同;成像测井图像表现为高电阻率块状特征,岩石薄片有间隐结构。火山角砾岩电阻率值明显低于熔岩;密度值降低;声波时差升高,60～70 μs/ft;自然伽马数值降低;岩心及成像测井中见明显角砾。花岗岩自然伽马数值低,20～40 API,形态较平稳;电阻率值高,100～10 000 Ω·m;密度值高,2.60～2.70 g/cm3;声波时差低于60 μs/ft;成像测井表现为高电阻率块状特征。英安岩自然伽马数值30～65 API,形态较平稳;电阻率值高,50～4 000 Ω·m;密度值相对低,2.5～2.62 g/cm3;声波时差低于66 μs/ft;成像测井图像上表现为高电阻率块状特征。

自然伽马测井反映岩石所放射出自然伽马射线的总强度。从基性岩、中性岩到酸性岩,其钾的含量逐渐增高,而酸性岩的铀、钍含量最高,因而放射性响应增强,自然伽马值最大。根据自然伽马值的变化规律可以区分火山岩的酸碱性[5]。在研究区火山岩中,基性岩到酸性岩整体放射性都比较低,GR值在15～62 API之间变化(见图1),从基性岩到酸性岩自然伽马值没有明显增大的趋势,自然伽马测井的数值变化基本不反映火山岩的岩性的变化。针对这个特点,利用ECS测井进行研究区的低自然伽马成因成分分析,选取敏感矿物进行火山岩化学成分划分。

1.1 利用元素俘获能谱测井(ECS)资料识别火山岩

元素俘获能谱测井(ECS)利用快中子与地层中的原子核发生非弹性散射碰撞及热中子被俘获的原理,通过解谱和氧化物闭合模型得到地层中主要造岩元素的相对百分含量,可直接应用于识别火山岩岩性[6]。

火山岩中各主要氧化物之间关系很密切,其变化有规律[7]。通过分析发现该区GR值低是由于K2O含量低造成的。K2O的变化与SiO2含量没有明显的规律。但是,随着SiO2含量的增加,Fe2O3、TiO2呈规律性变化,明显降低。以SiO2为横轴分别作铁、钛的氧化物含量交会图(见图2)。利用交会图对该区火山岩进行了单井岩性成分划分,花岗岩具有明显的高硅与低铁、钛含量的特点;玄武安山岩具有明显的低硅与高铁、钛含量的特点;英安岩的ECS测井响应特征与玄武安山岩相比,硅、铁、钛元素的含量界于玄武安山岩与花岗岩之间。识别结果与岩心分析相对比,二者吻合良好,证明利用ECS测井从化学成分识别火山岩较可靠。

图2 ECS测井识别火山岩

1.2 利用电成像测井识别火山岩

ECS测井仅反映了地层化学元素成分,没有反映岩石结构信息,虽然可以准确进行岩石的化学定名,但无法判断岩石内部结构。电成像测井资料能够提供环井壁地层电阻率随深度变化的图像,可以清楚直观地反映岩石结构、构造等特征。火山岩不同的结构构造在成像测井图像上表现为不同的电阻率,反映在成像测井图像上是不同的图像纹理类型。通过提取成像测井资料的图像纹理作为岩性识别时反映岩石结构与构造的特征[8-9]。火山岩结构往往是岩相重要的标志。常见的火山岩结构包括熔岩结构、熔结结构、碎屑结构、隐爆角砾结构。测井能够识别的火山岩构造主要有块状构造、气孔杏仁构造、流纹构造、变形流纹构造、堆砌构造等类型。

将钻井取心资料刻度到FMI图像上,参考录井资料,结合常规曲线特征,根据FMI图像特征划分不同结构的火山岩。利用电成像资料建立该区的成像模式图版,对中拐凸起火山岩进一步从结构上对岩性进行识别。

熔岩呈高电阻率块状结构,岩性较为均一,无粒状特征,通常有裂缝发育。测井图像中通常为块状模式,FMI图像上为高电阻率亮色分布,常被裂缝切割,呈现出高电阻率背景下的暗色条纹,整体较均一[见图3(a)、(b)]。

火山角砾岩为亮色斑点模式,火山碎屑结构是火山爆发相的重要指示标志。火山角砾之间充填物的矿物成分不同,造成FMI图像上颜色明暗相间,可见颗粒间相互支撑,混杂堆积,不具磨圆特征。在FMI图像上可以清晰地显示出颗粒大小、形状。根据颗粒大小,其碎屑结构特征可以细分为集块结构、角砾结构和凝灰结构。典型的结构特征是具有火山碎屑结构的火山碎屑岩,不规则组合亮斑模式[见图3(c)]。

沉凝灰岩为暗色条带与亮色条带相间模式,呈现沉积岩的成像特征[见图3(d)]。

在岩心标定的基础上,通过ECS测井进行火山岩成分划分,识别出酸性花岗岩、中酸性英安岩、中基性玄武安山岩;结合成像测井进行结构构造划分,识别出熔岩与火山角砾岩及火山沉积岩,这样可以利用特殊测井识别出各类火山岩。

1.3 利用常规测井交会图识别火山岩

在没有特殊测井资料的情况下,利用常规测井资料建立图版进行识别。通常使用自然伽马曲线与密度曲线识别火山岩,但其很难将低伽马酸性火山岩与中基性火山岩区分开。根据特殊测井岩性识别的成果,分析低GR值成因机理,建立ECS敏感矿物、FMI成像结构与常规测井曲线响应特征之间的关系,进行常规曲线敏感性分析,建立中子—密度测井交会图版。

该区火山岩的声波时差和电阻率曲线对火山岩岩性的敏感性较差,从酸性岩到基性岩并没有明显的规律性。中子和密度曲线在划分火山岩岩性时具有较高的敏感性。

图3 FMI成像测井识别火山岩

中子测井受地层岩性、流体性质影响较大,并随孔隙、裂隙流体的含量的变化而发生变化。当岩石发生蚀变时,次生的绿泥石、沸石、绢云母等含有大量的结晶水和结构水,这时常表现出很高的中子孔隙度值,特别是在蚀变严重时,中子测井值反映敏感。研究区的火山岩岩性从基性到酸性变化的过程中,中子孔隙度是逐渐减小的。因此,中子孔隙度值在划分火山岩岩性时具有较高的敏感性[10]。

密度测井受岩石的矿物成分、孔隙、裂隙、井眼尺寸和泥饼的影响,在火山岩中,随着岩性从基性到酸性变化,岩石中铁、铝等重矿物含量逐渐减少,密度值逐渐降低。孔隙发育的地层其密度值会相应减小。在同类岩石中火山碎屑岩的密度低于熔岩。

电阻率值是火山岩岩性和其中流体的综合反映,相对岩性,流体对电阻率大小的影响较小。该区火山岩各种岩性电阻率值的跨度较大,对于区分熔岩和火山角砾较敏感。

针对中拐凸起火山岩测井曲线敏感性特征,提取有准确岩心薄片定名资料的火山岩井段信息,读取密度和中子常规测井数据进行交会。图4为该区的中子—密度测井交会图。图4中,玄武安山岩具有高中子、高密度的特点;火山角砾岩具有高中子、低密度的特点;英安岩具有中中子、中密度的特点;花岗岩具有低中子、高密度的特点。应用中子—密度测井交会图有效解决了低伽马酸性火山岩的岩性识别问题。

综合运用上述岩性识别方法,对中拐凸起30口探井进行火山岩性划分,如图5所示,侵入岩以JL5井的巨厚花岗岩为代表,仅在局部发育;其西北发育火山沉积相,以K021井为代表;英安岩以JL14井为代表,主要发育在研究区北部;其他井以中基性火山角砾岩及熔岩为主,在研究区内普遍发育,识别结果与岩心分析较吻合。

岩性识别为单井岩相划分、连井对比、平面优势岩相划分奠定基础。电阻率曲线对区分熔岩和火山角砾岩较敏感,结合地震,运用多属性神经网络模拟技术对电阻率测井曲线进行了非线性模拟,有效预测出爆发相的火山角砾岩及溢流相的熔岩分布范围(见图6)。

图5 中拐凸起主要探井石炭系综合柱状图(测井解释岩性)

图6 中拐凸起石炭系火山岩储层顶面优势岩相分布图

2 结论与认识

(1) 中拐凸起石炭系火山岩岩性复杂,基性岩、中性岩到酸性岩均有发育,且从酸性到基性均呈低伽马的特征,岩性识别难度大。

(2) 利用ECS元素俘获能谱测井,从化学成分角度解决岩性识别问题。利用SiO2与暗色矿物铁和钛的含量交会图将该区火山岩分为中基性岩、中性岩、中酸性岩。

(3) 利用FMI电成像测井,从岩石结构构造特征方面识别岩性,能够将凝灰岩、火山角砾岩和熔岩区分开。

(4) 在岩心薄片刻度下,利用特殊测井进行成因成分、结构构造分析,确定常规测井曲线敏感性响应特征,应用中子—密度测井交会图有效解决了低伽马酸性火山岩的岩性识别问题,提高了该区火山岩岩性识别的符合率。

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