天津地热钻孔中奥陶系各组分层划分的方法探讨

江国胜，孙晓林，冯树友，崔超凡，刘赞

（天津地热勘查开发设计院，天津300250）

天津地热钻孔中奥陶系各组分层划分的方法探讨

江国胜，孙晓林，冯树友，崔超凡，刘赞

（天津地热勘查开发设计院，天津300250）

针对地热钻孔地层划分的困难，本文分析了天津地区奥陶系层型剖面标志特征和分层界线，论述了岩屑录井的要求和奥陶系的录井特征及测井曲线识别特征。通过研究地层岩性与测井曲线的对应关系，建立了奥陶系各组地球物理测井的物性标志特征。依据区域地层特征和沉积旋回理论，结合岩屑录井，辅以地球物理测井，可以大致划分出天津市奥陶系各组分层界线。

天津；地热；奥陶系；录井；测井曲线

天津地区地热资源勘查开发与利用经历了四十多年的发展，深部地质和区域地质研究程度较高。在地热井钻探施工中，为了提高钻井效率，加快施工进度，节省施工成本，一般都采用岩屑录井的方式钻探，即无岩心钻进成井[1]。在全面钻进的条件下，岩屑颗粒都非常细小，而且天津地区奥陶系岩溶裂隙发育，容易发生井漏导致岩屑不能上返，因此，依靠岩屑录井准确判断岩性和划分地层非常困难。为了弥补岩屑录井方面存在的不足，利用地球物理测井识别岩性和地层界面显得尤为重要。目前天津地区奥陶系各组地层主要依据岩性组合特征和古生物特征进行准确划分[2]，但要在细小的岩屑中找到标志性古生物是非常困难的，而且古生物鉴定时间周期长，往往不能满足钻井生产的需要。本文根据沉积旋回和区域地层特征，探讨了应用岩屑录井结合测井曲线划分奥陶系各组分层的方法，效率高，实用性强，可以满足钻探过程中地层现场判断与划分快速、准确的要求。

1 奥陶系层型剖面特征

1.1 地层划分

以往对天津市奥陶系岩石地层的划分不尽相同（表1）[2，3]。为了研究需要，本文按照《天津市区域地质志》的地层划分，将下奥陶统划分为冶里组和亮甲山组，中奥陶统划分为下马家沟组、上马家沟组和峰峰组。奥陶系下统冶里组与下伏寒武系上统炒米店组成整合接触，奥陶系中统峰峰组与上覆石炭系本溪组成假整合接触，缺失奥陶系上统、志留系、泥盆系和石炭系下统地层。

表1 天津市奥陶系划分沿革表Tab.1 Evolution history of the Ordovician system in Tianjin

1.2 层型剖面特征

根据区域地层，天津地区缺失上奥陶统，中、下奥陶统以碳酸盐岩为主，各组岩性特征如下：

冶里组：岩性以灰、灰褐色白云质斑状灰岩和白云质斑状泥灰岩为主。在多数钻孔剖面中未能将冶里组与亮甲山组分开，统称下奥陶统。区域上，北部以豹皮状灰岩为主，夹竹叶状灰岩、灰岩、含泥灰岩，南部以灰岩为主，夹豹皮状灰岩、白云质灰岩。冶里组的厚度为30～50 m，与下伏上寒武统成整合接触，与上覆亮甲山组为连续沉积。

亮甲山组：岩性上部以白云质灰岩、白云岩为主，下部以灰岩为主，底部含泥质。区域上，沉积厚度较稳定，岩性、岩相变化都不大，南部地区几乎全由灰岩组成，仅在底部夹少量泥质条带灰岩，向北岩性略为复杂，泥质和白云质成分增加，而且含泥灰岩中常富含沥青质。亮甲山组的厚度100～152 m，与下伏冶里组为整合关系，与上覆中奥陶统下马家沟组为假整合接触。

下马家沟组：岩性以厚层块状灰岩为主，下部见有泥灰岩、白云质灰岩和泥质条带灰岩，含牙形石。区域上，下马家沟组下部在本区东南部以褐灰色灰岩为主，夹薄层灰褐、灰、深灰色泥灰岩、含泥灰岩、白云质斑状灰岩和泥质条带灰岩，底部泥质重，在北部王草庄一带见硅质灰岩、含硅泥质白云岩；上部在全区岩性稳定，主要为棕褐、灰褐、褐灰色厚层灰岩，夹白云岩。下马家沟组的厚度为167～240 m，与下伏下奥陶统亮甲山组为假整合接触，与上覆中奥陶统上马家沟组为连续沉积。

上马家沟组：岩性以厚层块状灰岩为主，下部夹有薄层泥质白云质灰岩，底部为泥灰岩和泥质条带灰岩，含牙形石等化石。区域上，上马家沟组下部以浅灰、灰褐色灰岩为主，夹薄层深灰、浅灰色泥岩和含泥白云岩，在王草庄白云岩含量减少，在大港夹几层石膏薄层；中部以灰褐、褐、黄褐色厚层灰岩为主，夹薄层深灰、黄褐色泥质条带灰岩；上部以浅灰、灰褐色灰岩为主，夹薄层浅灰色白云质灰岩和含泥白云质灰岩，灰岩与棕黄色白云质斑状灰岩、白云质条带灰岩成不等厚互层。上马家沟组的厚度一般260～290 m，与下伏下马家沟组为整合接触，与上覆峰峰组为连续沉积。

峰峰组：岩性以灰岩为主，夹薄层泥灰岩，下部见白云质灰岩。区域上，峰峰组下部以褐灰、灰褐色泥质条带灰岩为主，夹薄层棕黄色白云质灰岩和褐灰色灰岩，在王草庄主要为泥灰岩，上部在大港以灰、灰白、灰褐色灰岩为主，夹薄层棕黄色泥岩，在王草庄以灰岩为主。峰峰组的上部基本被剥蚀殆尽，残存厚度100 m左右，与下伏中奥陶统上马家沟组成连续沉积，与上覆石炭系本溪组呈假整合接触。

2 奥陶系钻井地层特征

2.1 岩屑录井及地质编录要求

对地热井施工而言，岩屑录井的主要目的是通过钻井岩屑及时掌握地层岩性变化，卡准地层界面。通过岩屑录井可以最直接地描述地层岩性特征、研究沉积环境、判断地层界面，为地层划分和地质研究提供第一手宝贵的基础资料。依据地热资源勘查规范[4]，一般要求岩屑录井间距达到2 m的取样精度，特殊或关键地层要加密取样。为了确保捞取岩屑的真实性，必须准确测定岩屑的迟到时间。钻井过程中，受井深、井径、泥浆性能、岩性、钻头性能等多种因素的影响，捞取的岩屑或多或少混有上部裸眼井段的假岩屑，并不能完全代表取样深度的岩性，从而将假岩屑剔除、去伪存真是非常重要的[5，6]。

按设计要求，每眼井钻探过程中要做好地质编录，描述的内容包括岩性、颜色、矿物成分、结构、化石、物理及化学性质等，并随钻粘贴比例尺为1/500的岩屑实物剖面，便于与物探测井曲线进行对比[7]。

2.2 录井特征

钻井实践中，奥陶系钻井岩性标志特征不太明显，受泥岩层薄和泥岩造浆的影响，录井显示主要为一大套灰岩，作为分层标志的泥质灰岩和泥质条带灰岩仅通过岩屑录井难以直接判断。奥陶系各组录井特征如下[8]：

冶里组：岩屑颜色以褐色为特征，岩性以灰岩为主，底部泥质含量偏高，偶见竹叶状砾屑灰岩，砾屑个体极小，肉眼难以观察，显微镜下清晰可见，无氧化圈。冶里组钻井时少见泥浆漏失。

亮甲山组：岩屑颜色以灰、褐相间为特征，岩性以白云质含量高为特征，顶部多为白云岩。由于井下岩屑录井很难见到含燧石结核灰岩，因此，仅依据该岩性特征难以将亮甲山组和冶里组分开。亮甲山组钻井时偶有泥浆漏失。

下马家沟组和上马家沟组：岩屑颜色均以浅灰色为特征，岩性均为厚层状灰岩。上、下马家沟组为奥陶系主要漏失层位。

峰峰组：岩屑颜色以灰色、灰褐色、肉红色、棕黄色、灰绿色等杂色为特征，录井岩屑以灰岩、白云质灰岩为主，夹较纯的灰绿色、灰黑色泥岩。峰峰组钻井时偶有泥浆漏失。

3 奥陶系沉积旋回及测井曲线特征

研究区早奥陶世经历一次大的海进-海退沉积旋回，中奥陶世经历三次大的海进-海退沉积旋回。每次旋回均由底部潮坪相的泥质碳酸盐岩，向上转变为开阔海相的纯碳酸盐岩[9]。变化很小，反映了低放射性灰岩、白云岩的岩性组合特征；视电阻率曲线总体呈高阻，峰、谷差异变化较小，反映了灰岩、白云岩的地层特征，泥质含量相对较低，也反映了含水层较少、裂隙欠发育的特征。冶里组与下伏寒武系炒米店组呈整合接触。

天津地热井钻探施工中，为了解释含水层或含水裂隙，并获取物性参数，常规的物探测井项目主要有：标准测井、综合测井、井斜测井、井温测井等，标准测井包括自然电位和视电阻率测井，综合测井包括自然伽马、补偿声波、双侧向（或双感应八侧向）测井。为了弥补岩屑录井存在的不足，利用自然伽马曲线和视电阻率曲线可以很好地识别岩性，通过岩性组合归纳，基本上可以大致划分出奥陶系各组分层界线。受含水层的影响，视电阻率曲线有时不能很好地反映岩性特征，应结合自然伽马曲线进行综合分析和判断[10]。总体来说，物探测井曲线，尤其自然伽马曲线可以清楚的反映这种旋回特征（图1）。奥陶系各组电性特征如下。

3.1 冶里组和亮甲山组

冶里-亮甲山组为一个完整的沉积旋回。冶里组和亮甲山组又细分为两个小的沉积旋回。

冶里组自然伽马曲线下部呈钟形的相对高值特征，自然伽马值约20～50API左右，反映了较高放射性泥质灰岩的岩性特征，上部呈低值特征，曲线幅值

图1 测井综合柱状图Fig.1 Logging integrated histogram

亮甲山组自然伽马曲线下部总体呈钟形的高值特征，自然伽马值约20～90API左右，反映了高放射性泥岩夹薄层低放射性灰岩、白云质灰岩的岩石组合特征，上部总体呈低值特征，曲线幅值变化很小，幅值约10～15API左右，反映了低放射性灰岩、白云岩的岩石组合特征；视电阻率曲线下部总体呈低中有高的特征，峰、谷差异变化较大，反映了泥质含量较高的岩性组合特征，视电阻率高值部分是灰岩夹层的反映，上部总体呈高阻，峰、谷差异变化相对较小，是主体高阻灰岩、白云岩地层特征的反映。

3.2 下马家沟组

下马家沟组为一个完整的沉积旋回。自然伽马曲线总体呈低值特征，曲线幅值变化很小，底部自然伽马值较高，最高达80～100API左右，是泥质灰岩、

白云岩特征的反映，中上部约为7～20API左右，反映了低放射性灰岩、白云质灰岩的岩石组合特征；视电阻率曲线总体呈高阻特征，峰、谷差异变化相对较大，是主体高电阻率灰岩、相对低电阻率岩溶裂隙发育特征及底部相对低电阻率泥质灰岩、白云岩的反映。下马家沟组底部泥质陆源碎屑含量较高，呈相对高放射性、低电阻率特征，分层标志比较明显。下马家沟组底部的放射性一般要比冶里-亮甲山组和上马家沟组底部的放射性高一些。

3.3 上马家沟组

上马家沟组为一个完整的沉积旋回。自然伽马曲线总体呈低值特征，曲线幅值变化很小，底部自然伽马值较高，最高达60～75 API左右，是泥质灰岩地层特征的反映，中上部约为10～20API左右，反映了低放射性灰岩、白云质灰岩的岩石组合特征；视电阻率曲线总体呈高阻特征，峰、谷差异变化相对较大，是主体高视电阻率灰岩、相对低视电阻率岩溶裂隙发育特征及底部相对低视电阻率泥质灰岩的反映。上马家沟组底部泥质陆源碎屑含量较高，呈相对高放射性、低视电阻率特征，分层标志比较明显。上马家沟组底部的放射性一般要比冶里-亮甲山组底部的放射性高一些，但比下马家沟组底部的放射性稍低。

3.4 峰峰组

研究区内峰峰组只残存半个沉积旋回。自然伽马曲线总体呈高中有低的特征，幅值10～110API左右，反映了高放射性泥岩、泥质灰岩夹薄层低放射性灰岩的岩石组合特征；视电阻率曲线总体呈指状高低相间的特征。峰峰组底部的放射性一般比上、下马家沟组和冶里-亮甲山组底部的放射性高一些。峰峰组与上覆石炭系本溪组呈假整合接触。

4 结语

全面钻进提高了钻井效率，但由于岩屑细小和岩性混杂，给地层的准确划分带来了很大的困难。在岩屑录井的条件下划分地层，首先要弄清楚区域地层和邻井地层情况，分析层型剖面标志特征，重点要识别岩石地层单位的分层标志和分层界线，然后在岩性组合、沉积旋回和标志特征的基础上，利用测井曲线准确识别岩性、校正井深和划分地层界线。总结天津地区多眼地热井奥陶系地层划分，其测井曲线标志特征明显，能够很好地反映其沉积旋回，具有较好的区域对比性。通过研究地层岩性与测井曲线的对比特征，对天津及周边类似地区的钻井地层划分具有重要的指导意义。

[1]李世忠.钻探工艺学(下册)[M].北京：地质出版社，1989．

[2]天津市地质矿产局.天津市区域地质志[M].北京：地质出版社，1992．

[3]天津市地质矿产局.天津市岩石地层[M].武汉：中国地质大学出版社，1996.7

[4]地热资源勘查规范GB/T 11615-2010[S].北京：中国标准出版社，2010.

[5]崔树清，王福生，董双波.钻井地质[M].天津：天津大学出版社，2008．

[6]纪友亮.油气田地下地质学[M].上海：同济大学出版社.2007．

[7]柯柏林.水井钻探岩屑地质编录方法探讨[J].城市地质，2007，2（4）：33-36．

[8]江国胜，赵苏民，李虎，等.天津市奥陶系热储赋水规律研究[R].天津地热勘查开发设计院.2015.

[9]刘传虎.潜山油气藏概论[M].北京：石油工业出版社，2006.

[10]洪有密.测井原理与综合解释[M].北京：石油大学出版社，1992.

Discuss on division method of the Ordovician system in Tianjin geothermal drillings

JIANG Guo-sheng,SUN Xiao-lin,FENG Shu-you,CUI Chao-fan,LIU Zan
（Tianjin Geothermal Exploration and Development-Designing Institute，Tianjin 300250）

Aming at solving the difficulties of the stratigraphic division for geothermal drilling,this paper analyzes the sign features of the stratotype section and layered boundary,discusses the requirements,characteristics and identification of cutting loggings for the Ordovician system in Tianjin.Meanwhile,based on the study of the relationship between the lithology and logging curve,this paper established the physical nature of the geophysical well logging signal feature.According to the regional stratigraphic characteristics and sedimentary cycle theory,combining with the cutting loggings and geophysical loggings,the paper roughly proposes the boundary of each stratum of the Ordovician in Tianjin.

Tianjin;geothermal;Ordovician;logging;logging curve

P314.1;P534.42

A

1672－4135（2017）04－0238-04

2017-04-13

天津市国土资源和房屋管理局科研项目“天津市奥陶系热储赋水规律研究（TGPC-2013-D-0202-11）”

江国胜（1982-），男，硕士，高级工程师，2004年毕业于河北地质大学，主要从事地热地质、钻井地质等方面的工作．Email:jgs_1982@163.com；通讯作者：孙晓林（1985-），男，硕士，中级工程师，主要从地下水数值模拟、地热地质等工作，Email:sunxl1207@sina.com。