新疆哈拉哈塘地区火山岩测井响应特征与岩性识别

吴灿灿，曹 静，郭 锤

1.宿州学院资源与土木工程学院，宿州，234000；2.国家煤矿水害防治工程技术研究中心，宿州，234000

新疆哈拉哈塘地区火山岩测井响应特征与岩性识别

吴灿灿1,2，曹 静1,2，郭 锤1

1.宿州学院资源与土木工程学院，宿州，234000；2.国家煤矿水害防治工程技术研究中心，宿州，234000

为研究哈拉哈塘地区火山岩油气藏储层特征，对火山岩岩性进行了精确识别。通过对火山岩测井响应特征进行统计分析，选取适当的参数绘制交会图版进行岩性识别。研究发现，玄武岩GR平均值为58.01，DEN平均值为2.63，CN平均值为0.27；安山岩GR平均值为85.44，DEN平均值为2.58，CN平均值为平均0.22；英安岩GR平均值为123.89，DEN平均值为2.5，CN平均值为0.12；流纹岩GR平均值为140.7，DEN平均值为2.48，CN平均值为0.12。这些岩性的自然伽马测井响应值、密度测井响应值、中子测井响应值都有差异。选取合适两组参数绘制交会图版，其中，自然伽马-声波测井交会图和密度-中子测井交会图识别火山岩性效果较好。

哈拉哈塘地区；火山岩；测井响应特征；交会图

火山岩存在的原生孔隙或次生孔隙使其能成为良好的油气储集层。不同岩性及火山喷发不同阶段形成的火山岩的孔隙类型差别很大，对储层类型和特征影响较大[1-5]。哈拉哈塘地区分布有大面积二叠纪火山岩，该火山岩是否具有油气藏储层特征，首先需对其岩性进行识别。最直接的识别方法是岩心分析，但深层钻井取心成本很高，且不能够保证岩心的连续性，利用测井资料进行识别火山岩岩性成为最有效的方法。测井识别方法有成像测井识别法、ESC测井识别法、基于神经网络的测井识别法、交会图法和测井响应特征法等多种。交会图法和测井响应特征法简单方便，精确率高，成本较低，是火山岩性识别普遍应用的方法[6-10]。本文结合哈拉哈塘地区具体地质情况，选用交会图法和测井响应特征法进行岩性识别。

1 研究区概况

研究区位于塔北隆起上，塔北隆起北接库车凹陷，南邻满加尔凹陷，西面是阿瓦提凹陷。塔北隆起可分为6个构造单元，最北边是轮台凸起，南部并排5个构造单元，从东到西依次为库尔勒鼻隆、草湖凹陷、轮南低凸起、哈拉哈塘凹陷和英买力低凸起[11-13]。如图1所示，研究区具体位置包含英买力低突起的东部和哈拉哈塘凹陷。

图1 塔里木北部区构造单元划分与研究区位置

研究区分布着大面积二叠纪火山岩[14-17]，深度在5 000 m以上，且这些火山岩厚度变化较大，范围在100～600 m之间。岩性产出较为复杂，基性到酸性火山岩都有分布，以基性和酸性为主。

2 火山岩分类及基本特征

通过对研究区14口井500余块岩心观察描述和部分岩屑薄片鉴定，将研究区二叠纪火山岩分为火山熔岩和火山碎屑岩两大类，具体包含5种岩石类型。火山熔岩岩石类型主要为玄武岩、安山岩、英安岩和流纹岩，其中安山岩产出较少，火山碎屑岩主要为凝灰岩。

井中取岩心的玄武岩多为暗绿色，具隐晶结构，杏仁构造，细腻均一，通过薄片进行镜下分析，可见间隐、间粒结构。安山岩在研究区各井中比较少见，主要为斑状结构，基质为交织结构。英安岩在研究区广泛存在，斑晶以斜长石为主，含火山角砾凝灰熔岩结构。流纹岩未取心，从岩石薄片来看，熔岩基质显示流动结构，具火山角砾凝灰熔岩结构，晶屑多具各种形态的熔蚀结构。凝灰岩主要以玻屑凝灰岩为主，也存在晶屑玻屑凝灰岩、凝灰质泥岩等。

3 火山岩测井响应特征

不同岩性火山岩的矿物成分和化学成分在电学、声学、核物理学等方面有一定的测井响应特征。根据哈拉哈塘地区火山岩的类型和特点，统计出其多种测井响应特征值(图2)，具体包括放射性元素测井(铀、钍、钾)、自然伽马测井(GR)、密度测井(DEN)、声波时差测井(DT)和中子测井(CN)。

图2(a)为哈拉哈塘地区不同岩性铀、钍、钾同位素含量的统计结果。结果显示，火山岩的放射性元素分布是零散而不均匀的，不同种类的火山岩中铀、钍、钾的含量相差较大。火山岩的放射性强度随着火山岩酸度的增加而增强，除去凝灰岩外，流纹岩最强，玄武岩最弱。

图2 研究区火山岩测井响应特征值

图2(b)也验证了上述特征，火山岩中，玄武岩的放射性最低，平均为58API，流纹岩的放射性最高，平均为141API。从玄武岩到流纹岩，随着酸度的增大，自然伽马测井值也逐渐变大，可以通过自然伽马测井响应值来区分火成岩岩性，因为它是最有效的信息之一。

对研究区18口井的火山岩密度测井值进行分类统计，见图2(c)。不同岩性火山岩的密度测井值都有一个较大的分布范围，玄武岩在2.51～2.86 g·cm-3之间，均值为2.63 g·cm-3。安山岩均值为2.58 g·cm-3，英安岩均值为2.5 g·cm-3，流纹岩均值为2.48 g·cm-3，火山岩的密度与岩石的酸性程度呈负相关。

图2(d)为哈拉哈塘地区的火山岩纵波时差统计图，岩石声波时差测井平均值分别为：玄武岩61.8 μs/ft、安山岩58.01 μs/ft、英安岩58.51 μs/ft、流纹岩60.26 μs/ft、凝灰岩67.74 μs/ft。除了凝灰岩外，响应特征没有明显的差异，说明火山熔岩对声波速度的影响不敏感，而火山碎屑岩因结构破碎，声波传播波速较火山熔岩低。

从图2(e)中可以看出，火山岩中子测井平均值分别为玄武岩0.27、安山岩0.22、英安岩0.12、流纹岩0.12、凝灰岩0.27，数值差异较大，具有很好的区分性。因此，中子测井值在划分基性、中性、酸性火山岩以及火山碎屑石方面具有较高的分辨率。

4 交会图法识别火山岩

交会图法是识别火山岩岩性最简单而有效的方法。它是通过圈定投影在平面上的两组测井响应值来识别区分火成岩。首先对研究区18口井中取得地质命名资料的岩心段进行统计分类，分别按照不同火山岩性读取自然伽马、声波时差、密度、中子、电阻率、铀、钍、钾等测井曲线的数据值，建立研究区火山岩岩性敏感的测井参数。选取两组进行交会组合，从而识别火山岩岩性。

4.1 GR—DEN交会图

图3 研究区火山岩GR—DEN交会图

从哈拉哈塘地区火山岩自然伽马—密度交会图(图3)可以看出，区分玄武岩、凝灰岩和英安岩的效果非常好，玄武岩自然伽马测井值在50左右，凝灰岩自然伽马测井值在60～120之间，英安岩在120以上；密度测井响应特征值差异不明显，但总体来看是稍微降低。

4.2 GR—DT交会图

图4是哈拉哈塘地区火山岩自然伽马—声波时差交会图。从图中可以看出，如果只按照自然伽马测井值进行区分安山岩和玄武岩，比较困难。有的玄武岩自然伽马测井值甚至比安山岩的大，从横坐标上看很多部分重叠在一起，凝灰岩与英安岩类似。因此，需要其他测井参数的辅助进行交会投图，从二维平面图上很容易把玄武岩和安山岩区分开来。凝灰岩声波时差范围分布很广，是因为凝灰岩属于火山碎屑岩，骨架差别较大。

图4 研究区火山岩GR—DT交会图

4.3 GR—CN交会图

从研究区火山岩自然伽马—中子交会图(图5)可以看出，玄武岩、安山岩和英安岩的中子测井响应值稍微有些差异，随着中性岩至酸性岩的变化，中子测井值逐渐变小。中子测井和自然伽马测井进行交会，可以有效区分玄武岩和凝灰岩在自然伽马测井响应上产生的重叠现象。

图5 研究区火山岩GR—CN交会图

4.4 DEN—CN交会图

图6为火山岩密度—中子交会图，从中可见，玄武岩和英安岩在密度测井响应上难以区分，大部分会重叠在一起，玄武岩中子响应值比凝灰岩要大，其在交会图版上较为分散，凝灰岩密度响应值较小，远离英安岩和玄武岩。因此，这几种岩性在密度—中子交会图版上能够很好的识别。

图6 研究区火山岩DEN—CN交会图

5 结 论

根据以上分析，可以获得以下认识：

(1)哈拉哈塘地区二叠纪时期产出5种类型的火山岩，分别为玄武岩、安山岩、英安岩、流纹岩和凝灰岩。

(2)在研究区的火山岩中，从玄武岩、安山岩、英安岩到流纹岩，随着岩性酸度的增大，自然伽马测井响应值逐渐变大，密度测井响应值逐渐减小，中子测井响应值也逐渐减小，U、TH、K的含量也逐渐增加，声波测井响应值受岩性变化的影响较小。

(3)自然伽马—声波测井交会图、自然伽马—中子测井交会图及密度—中子测井交会图识别效果都较好，能够区分玄武岩、安山岩、英安岩、流纹岩和凝灰岩类型，这对哈拉哈塘地区火山岩性识别具有一定参考意义。

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(责任编辑：汪材印)

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1673-2006(2017)09-0118-04

10.3969/j.issn.1673-2006.2017.08.029

2017-05-22

宿州学院自然科学研究项目(2014yyb08)；宿州区域发展协同创新中心全国开放课题(2014SZXTKF08)；宿州学院科研平台开放课题资助(2014YKF07);国家自然科学基金青年项目(41502057)。

吴灿灿(1987-)，江苏徐州人，硕士，助教，研究方向：地质勘查与地质工程。