伊通盆地莫里青断陷变质岩优势岩性测井评价

白松涛，于利民，安纪星，万金彬，李 阳，许思勇，金小慧

（1.中国石油集团公司 测井有限公司，西安 710077；2.中国石油大学 地球物理与信息工程学院，北京 102249；3.中国石油 吉林油田分公司 油气藏评价部，吉林 松原 138000）

变质岩油气藏是近年来各油田勘探的热点和难点。国内外油气田的缝洞型油气藏测井评价主要以碳酸盐岩和火成岩为主，变质岩的测井解释评价技术体系相对较少，与砂岩、碳酸盐岩、火成岩等油气藏相比，变质岩储集层具有成因复杂、矿物成分及岩性复杂、岩石结构及储集空间类型多样、骨架参数多变、储集层非均质性强等特点，同时不同岩性选取的工程措施不同，常规测井解释方案在储集层及流体性质识别方面困难大，参数计算精度低。目前，在缝洞型储集层中优势岩性和储集空间有效性是评价的重点，通常采用交会图直观判断、主成分数学算法等进行岩性综合判别，文献［1］利用常规测井曲线频率交会图和Z值图进行火成岩岩性的识别；文献［2］利用常规测井交会图对克拉玛依油田进行岩性和裂缝的识别；文献［3］和文献［4］用密度与补偿中子和自然伽马交会，准确地识别出辽河油田潜山岩性；文献［5］在地层微电阻率扫描成像（FMI）测井图像上刻度火山角砾岩、凝灰岩及岩浆岩等岩性的测井响应特征所对应的识别模式，从而实现成像测井在岩性识别上的实际应用；文献［6］提出利用成像测井图像构建裂缝储集层系数对储集层有效性进行评价；文献［7］总结了交会图、曲线叠置等5种变质岩岩性识别技术，但对于变质岩类具体的测井应用未进行详细阐述。

伊通盆地莫里青断陷在花岗岩、大理岩等多种岩性中见到油气显示，展示出基岩良好的评价潜力[8]。本文以伊通盆地莫里青断陷变质岩地质认识为基础，以岩心标定测井为手段，利用钻井取心和测井资料开展变质岩岩性测井识别方法研究，系统总结变质岩测井响应特征，梳理出对识别变质岩岩性敏感的测井曲线，应用交会图建立岩性识别图版，结合成像测井与核磁共振测井资料明确储集层性质，为该地区变质岩优势岩相评价提供依据。

1 研究区变质岩测井响应特征

勘探实践表明，研究区变质岩岩性复杂，主要以大理岩、混合花岗岩和片麻岩为主，偶见片岩。对变质岩而言，其矿物成分的差异反映了岩性的变化，而岩性是影响测井响应的主要因素之一。岩石的核磁共振、成像等测井数据是岩石岩性、物性及孔隙流体的叠加响应[10-11]。根据变质作用类型和成因，把研究区变质岩划分为4大类（表1）：动力变质岩类、接触变质岩类、区域变质岩类及混合岩类[9]。每个大类的变质岩再根据矿物成分、结构构造或化学系列特征进一步确定具体岩石名称。通过对研究区常规及成像测井资料分析，建立4大类岩性测井响应特征图版。

表1 研究区变质岩分类及岩性特征

1.1 动力变质岩类

动力变质岩是由动力变质作用形成的岩石，在研究区主要为糜棱岩。由于糜棱岩是原岩经过强烈挤压破碎后形成的粒径小于0.5 mm的岩石，在成分上保持了原岩的特性，自然伽马中高值，为80～120 API，去铀自然伽马为50～80 API，电阻率中高值，为100～400 Ω·m，声波时差为 160～180 μs/m，密度为 2.70～2.90 g/cm3，补偿中子为7%～10%，光电吸收截面指数为4.0～5.0 b/e，铀含量为5.0×10-6～8.0×10-6，钾含量为0.1%～1.0%，钍含量较高，为10.0×10-6～15.0×10-6.在结构上表现为微小颗粒支撑的孔隙，核磁孔隙度较高，可动峰较发育，受伴生绿泥石等矿物影响，表现为泥质束缚峰发育，受挤压因素影响，岩石矿物定向排列，在FMI测井图像上为亮黄色—棕色，呈条带结构，裂缝较发育（图1）。

1.2 接触变质岩类

接触变质岩类由岩浆沿裂缝及断层上升，侵入到围岩中，受高温等因素影响，围岩发生重结晶和化学交代等作用。研究区主要发育大理岩和矽卡岩。

（1）大理岩 保留了原岩的特征，主要呈块状或层状特征，自然伽马小于40 API，去铀自然伽马小于20 API，电阻率为 103～105 Ω·m，平均声波时差为160 μs/m，平均密度为 2.75 g/cm3，平均补偿中子为1%，平均光电吸收截面指数为5.0 b/e，钍、铀和钾含量都很低。大理岩孔隙较发育，核磁孔隙度较低，FMI测井图像上为亮黄色，呈块状结构，裂缝发育，块状或层状特征明显（图2）。

（2）矽卡岩 由中、酸性侵入体与碳酸盐岩受接触和交代作用而形成，其成分主要为富钙或富镁的硅酸盐矿物。细粒至中、粗粒不等粒结构，条带状、斑杂状和块状构造。发育在火成岩体与碳酸盐类岩石及火成岩—沉积岩系接触带或其附近。自然伽马中高值，为100～140 API，去铀自然伽马为80～100 API，电阻率为20～150 Ω·m，声波时差为 200～240 μs/m，密度为2.40～2.70 g/cm3，补偿中子大于5%，光电吸收截面指数为4.0～6.0 b/e，铀含量低、钾含量高和钍含量较高。核磁孔隙度较小，泥质束缚峰发育，可动峰不发育，FMI测井图像上为深棕色，呈层状结构，裂缝发育（图2）。

1.3 区域变质岩类

区域变质岩类变质的因素多而且复杂，其主控因素包括温度、压力、化学活动性流体等，在研究区主要发育角闪岩、片麻岩和片岩。

（1）角闪岩 主要成分有角闪石和斜长石。岩石中角闪石等暗色矿物含量大于50%，常规测井曲线表现为低自然伽马、高密度、较高补偿中子、较高光电吸收截面指数，密度曲线与补偿中子曲线呈大的负差异特征。一般表现为低硅含量、高铁含量、高钙含量和低钾含量，FMI测井图像上无侵入特征，与其他岩性过渡界面不明显，核磁孔隙度小，孔隙和裂缝不发育。

（2）片麻岩 主要岩性有黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩、混合岩化黑云斜长片麻岩等。岩石中含有一定量的黑云母等暗色矿物，随着暗色矿物含量增加，密度、补偿中子、光电吸收截面指数增大。密度曲线与补偿中子曲线呈小的负差异特征。自然伽马高值，为140～160 API，去铀自然伽马为80～100 API，曲线呈高低起伏的锯齿状。电阻率为100～1 000 Ω·m，声波时差为180～190 μs/m，密度为2.55～2.65 g/cm3，补偿中子为2%～6%，光电吸收截面指数小于2.0 b/e，钍含量较高。核磁共振T2谱上泥质束缚峰不发育、可动峰发育，FMI测井图像上为浅棕色，呈层状结构，裂缝发育，片麻构造发育（图3）。

图1 研究区Y1井糜棱岩测井响应特征

图2 研究区Y1井大理岩和矽卡岩测井响应特征

（3）片岩 是区域变质岩类中最多的一类变质岩，其片理构造十分发育，主要由片状、柱状、粒状矿物组成，具有鳞片、纤维、斑状变晶结构。自然伽马中高值，为100～140 API，去铀自然伽马为60～80 API，电阻率为40～2 000 Ω·m，声波时差为160～180 μs/m，密度为2.60～2.80 g/cm3，补偿中子为4%～20%，光电吸收截面指数为3.0～4.0 b/e，钍含量较高，为10.0×10-6～15.0×10-6.核磁共振T2谱表现为泥质束缚峰发育，可动峰较发育，FMI测井图像上为棕黄色，呈层状结构，裂缝较发育。

图3 研究区Y1井片麻岩测井响应特征

1.4 混合岩类

混合岩是在岩石区域变质的基础上，受地壳内部的热流升高等因素影响，同时局部岩浆渗入变质岩中而形成的岩类。研究区主要包括混合花岗岩、混合片麻岩和注入混合岩。

（1）混合花岗岩 主要岩性有斜长混合花岗岩和二长混合花岗岩，是混合岩化作用和花岗岩化作用的最终产物。其成分中碱性长石、斜长石、石英等浅色矿物含量高，黑云母等暗色矿物含量低于5%.在常规测井曲线上表现为低密度、低补偿中子、低光电吸收截面指数特征。密度曲线与补偿中子曲线表现为绞合状特征，自然伽马一般在75 API以上，混合岩化作用使岩石成分均匀分布，自然伽马表现为小锯齿状，密度小于2.66 g/cm3，补偿中子小于6%，地层元素为高硅含量、低铁含量、低钛含量和低钙含量。FMI测井图像上裂缝发育，以块状构造为主，少量片麻构造，核磁共振T2谱表现为泥质束缚峰与可动峰均较发育。

（2）混合片麻岩 由渗透交代作用形成的具有明显片麻状构造的一种混合岩。受交代作用影响，岩石中难以区分原来变质岩的基体与新生成的脉体。但能见到暗色矿物分布不均匀和局部比较集中的现象。密度为2.66～2.73 g/cm3，补偿中子为3%～8%，地层元素表现为中高硅含量和较低铁含量。FMI测井图像上裂缝发育，片麻构造、条带构造发育，核磁共振T2谱表现为泥质束缚峰发育，可动峰较发育。

（3）注入混合岩 岩石中以变质岩的基体为主，其次为长石质或长英质脉体。自然伽马中高值，密度大于2.70 g/cm3，补偿中子为6%～10%，地层元素为中等硅含量和较高铁含量、低钛含量和中高钙含量。FMI测井图像上脉体相互穿插注入特征明显，岩性非均质性强，脉体厚大，见冷凝收缩缝，核磁共振T2谱表现为泥质束缚峰较发育，可动峰发育（图4）。

2 变质岩岩性识别

由于测井曲线是地层元素及矿物成分、岩石结构及构造、孔隙结构的综合响应，受变质岩岩石类型的复杂性影响，需要以岩石成分和结构为基础，通过建立变质岩岩性类别划分标准，结合测井曲线响应特征，多种测井曲线相互交会，寻找岩性敏感参数。同时，不同岩性需要采用的测井曲线也有差别，交会图可直观展示各类岩石关键测井参数的变化，给出不同岩性的测井响应区域，进而区分出不同的岩性。

通过分析图5可知，声波时差—自然伽马交会图可识别出大理岩，光电吸收截面指数—密度交会图可识别出片麻岩、混合花岗岩、角闪岩和糜棱岩，补偿中子—密度交会图可识别出矽卡岩，光电吸收截面指数—自然伽马交会图可识别出注入混合岩，钍含量—钾含量交会图可识别出混合片麻岩，铀含量—光电吸收截面指数交会图可识别出片岩。钍含量—钾含量交会图识别岩性效果最好。通过多个测井曲线值交会及聚类分析，确定出不同岩性测井响应特征（表2）。

图4 研究区Y2井混合花岗岩和注入混合岩测井响应特征

图5 研究区变质岩的岩性测井曲线交会图

3 变质岩裂缝识别及有效性分析

变质岩潜山油藏勘探开发结果表明，裂缝既是流体的有效渗流通道，同时也是主要的储集空间，受变质程度的影响，变质岩裂缝类型发育有晶间缝、次生构造缝和溶蚀缝等多种类型[12]。裂缝按产状可分为高角度缝、网状缝和水平缝等，受成因、产状和充填程度等影响，裂缝在FMI测井图像上的响应存在明显差异。

伊通盆地莫里青断陷基岩的储集空间具有孔隙-裂缝双重介质的特点，非均质性强，难以用常规测井曲线来描述，FMI测井图像上能清晰、直观反映出井眼周围裂缝的形态和方位。裂缝在FMI测井图像上表现为连续或间断的深色条带，其形状取决于裂缝的产状[13]，垂直缝表现为竖直暗色条带，水平缝表现为水平暗色条带，斜交缝为明显的正弦波状条带，倾向不同的裂缝相交形成的网状缝为交叉混乱的暗色条带，孔洞表现为块状暗斑结构。

在变质岩储集层定性评价的基础上，利用基岩孔隙度及裂缝的孔隙度、宽度、密度等参数定量描述变质岩储集层[14-15]。研究区优势岩性序列表现为暗色矿物含量由低到高，形成储集层由易而难[16]，其裂缝参数也表现为明显的聚类关系（表3）。结合试油资料，确定出有效储集层岩性以混合片麻岩、混合花岗岩、注入混合岩、大理岩和片麻岩为主，矽卡岩、片岩等为非有效储集层。

表2 研究区变质岩岩性测井响应特征

表3 研究区优势岩性特征

图6 研究区Y2井变质岩压裂优选综合评价剖面

4 应用效果评价

在研究区进行了6口重点探评井的应用，均取得较好的效果，其中，在关键探井Y2井进行了岩性识别及优势岩相分析（图6），全井段岩性均经历了强烈的混合岩化作用，以混合花岗岩和注入混合岩为主，部分层段具片麻构造。高硅含量、中等铁含量、中等钙含量，FMI测井图像上侵入构造特征明显，见块状构造。针对录井无显示、气测值低等难题，利用“常规+成像+核磁”方式识别出混合花岗岩为优势岩相。Y2井的2 896.0—2 917.0 m和2 920.0—2 923.0 m井段解释岩性均为混合花岗岩，自然伽马中—高值，电阻率低—中值，核磁孔隙泥质束缚孔隙发育，可动孔隙较发育，有效孔隙度较小，裂缝发育，综合评价为Ⅱ类储集层，含油性评价为差油层。依据储集层优势岩相评价成果，建议对2 887.8—2 923.0 m井段试油，获日产24.42 t的高产工业油流。

5 结论与认识

（1）受岩石的结构构造、矿物成分以及成因因素的影响，变质岩岩性复杂、储集空间非均质性强，通过总结变质岩4大类成因的“常规+成像+核磁+元素”测井响应特征，为其他区块基于测井的变质岩岩性识别及优势岩相确定提供一定的参考和借鉴。

（2）基于变质岩岩性分类，结合测井曲线交会分析，优选出钍含量—钾含量及光电吸收截面指数—密度等交会图有效识别变质岩岩性，同时FMI测井图像具有井筒高分辨率特征，能够直观表达岩性信息，在有关变质岩探评区测井作业中建议推广。

（3）在岩性识别的基础上，通过核磁共振T2谱对孔隙结构的评价，结合FMI测井图像对裂缝的定量参数求取，确定出研究区有效岩性为混合岩类、接触变质岩类和区域变质岩类，其中混合片麻岩、大理岩为优势岩性，矽卡岩、片岩等岩性为非有效储集层。