四川盆地永探1井二叠系火山岩测井岩性识别

吴煜宇 赖 强 谢 冰 刘 鑫

中国石油西南油气田分公司勘探开发研究院

0 引言

随着勘探的不断深入，四川盆地天然气勘探逐渐转向深层—超深层复杂岩性地层中。永探1井为中国石油西南油气田分公司部署的第1口以火山岩储层为目的层的重点风险探井，钻探深度达5 700 m。该井钻进过程中采用2.0～2.24 g/cm3的钻井液密度对火山岩地层精准控压，油气显示良好，出现4次气侵，且集气口点火燃，表现出强烈的含气性。钻井取心岩心物性分析结果显示永探1井全直径岩心平均孔隙度达10.3%，最高孔隙度为13.2%，柱塞样岩心平均孔隙度13.6%，最高孔隙度为16.48%，储层物性良好。经测试该井获22.5×104m3/d高产工业气流，展示出四川盆地火山岩良好的勘探潜力。

火山岩储层测井评价一直是世界性难题，主要表现在火山岩岩性和储集空间复杂多样，储层非均质性极强，同时，火山岩电性特征千差万别，地层导电机理复杂，造成利用电阻率等测井资料评价含油气性困难[1-2]。通过调研国内外相关文献，火山岩储层测井研究率先需要解决测井岩性识别的问题[3-5]，只有在准确识别岩性的基础上，才能有效开展储集类型和储集层性质评价。前人研究结果认为四川盆地火山岩主要为溢流相玄武岩为主，岩性比较单一，有利储层岩性主要为杏仁状玄武岩[6-9]，火山喷发中心可能位于云南大理至四川米易一带[10]，距离四川盆地较远。但是，永探1井取心结果显示火山岩角砾明显发育，火山爆发相产物明显增多，说明四川盆地内部存在着火山喷发中心。永探1井的成功钻探丰富了四川盆地的油气藏类型，拓展了四川盆地油气勘探的新领域。

笔者通过永探1井的岩心观察、薄片分析，地质录井等资料，利用研究区丰富的测井资料开展火山岩岩性识别，通过岩性扫描测井进行火山岩化学成分分析，明确了火山岩岩性类别；建立了常规测井识别火山岩岩性、成像测井识别火山岩结构的方法，有效识别出永探1井火山岩岩性。

1 永探1井概况

永探1井位于四川盆地西南部龙泉—简阳地区，归属于川中低缓构造带。受峨眉地裂运动（东吴运动）影响，川西南地区火山活动强烈，喷发期为二叠纪茅口晚期—龙潭期，火山岩段底部与下伏茅口组石灰岩不整合接触，顶部与龙潭组陆相碎屑岩不整合接触。永探1井实钻结果显示火山岩段顶部为一套铝土质泥岩和泥岩沉积，该井目前钻遇火山岩地层厚度107 m，测井综合解释储层厚度达87 m，储地比高，勘探潜力巨大。

2 岩性特征

根据永探1井岩心、薄片及岩屑资料分析，研究区火山岩按岩石结构类型划分主要有火山熔岩和火山碎屑熔岩2大类。

2.1 火山熔岩

火山熔岩主要为玄武岩，发育于永探1井顶部，主要由板条状的细晶基性斜长石（拉长石）组成，由斜长石杂乱排列形成的多角形孔隙中常被细粒辉石、隐晶质的铁质和玻璃质等近全充填，形成间粒一间隐结构即拉斑玄武结构（图1-a），该岩类以厚层块状为主，颜色较暗，一般呈灰绿、绿灰色，局部暗褐色。

2.2 火山碎屑熔岩

永探1井的火山角砾熔岩比较发育，按角砾含量相对大小可进一步分为含角砾凝灰熔岩和角砾熔岩，前者角砾一般较小，具有一定磨圆度，角砾以玄武岩屑为主（图1-b、1-c、1-d），气孔被钠长石或绿帘石充填，基岩为基性—超基性凝灰质熔岩。角砾熔岩的角砾含量明显增多，且角砾规模变大，通过取心和镜下薄片观察角砾以茅口组碳酸盐岩碎屑为主（图1-e、1-f），多具棱角状，火山角砾及火山集块呈杂乱堆积，反映火山岩活动比较强烈，为近火山口活动产物。

3 火山岩测井识别

研究区永探1井火山岩段测井资料丰富，为永探1井火山岩性识别和划分提供了有力支撑。笔者充分运用常规测井、岩性扫描测井（Lithoscanner）和成像测井（FMI）等资料开展岩性识别研究，利用该区不同测井资料对结果相互佐证，开展永探1井单井纵向火山岩岩性识别及划分。

3.1 岩性扫描测井识别岩性

研究火山岩岩性，首先需弄清其岩石化学成分。目前，国际地科联通用的火山岩岩性分类标准为TAS图版分类法，也叫硅—碱分类法，它主要针对火山岩化学成分及含量进行分类，根据SiO2的含量可将火山岩分为超基性、基性、中性和酸性4大类。

图1 永探1井典型岩心及薄片照片图

Lithoscanner岩性扫描测井利用脉冲中子与地层元素作用，产生伽马能谱，在不同的时窗内，测量伽马的非弹性能谱和俘获能谱。与老一代元素俘获测井（ECS）相比，Lithoscanner岩性扫描测井能够提供更多的地层元素，主要包括硅、钙、铁、硫、钛、钆、铝、钾、钠、镁、锰、碳等，通过地球化学氧化物闭合模型进一步实现元素与矿物百分含量之间的转换，得到地层敏感元素的氧化物（如SiO2、K2O、Na2O、AL2O3等）的质量百分含量[11-14]。然后根据该结果直接应用于TAS（Total Alkali Silica）分类法确定火山岩的岩性。

图2为永探1井岩性扫描测井得到的SiO2和Na2O+K2O相对含量在TAS图版上的分布情况，可以看出永探1井火山岩以基性—超基性玄武岩和碱玄武岩为主。相比川西南周公2井峨眉山玄武岩，永探1井SiO2含量更低，且SiO2的分布广泛，考虑到同一区块岩浆的性质应该基本相同，SiO2含量变化不应该如此之大。原因在于利用TAS图版确定的火山岩岩性主要是母源（岩浆）信息，对于火山碎屑岩、熔结角砾岩和角砾熔岩往往含有异源成分，利用TAS图版识别火山岩岩性时会有一定误差。而永探1井取心和薄片资料已经证实碳酸钙角砾为早期的茅口组灰岩碎屑，为异源成分。因此，笔者对岩性扫描测井得到的氧化物进行重新处理，考虑到Ca元素主要为茅口灰岩的贡献，将得到的CaO去掉后，对剩余氧化物进行归一化处理，得到去钙后的SiO2和Na2O+K2O相对含量，重新投影到TAS图版上（图3）。由图3可以看到，通过去除异源成分之后，永探1井岩性扫描测井得到的SiO2和Na2O+K2O相对含量在TAS图版上主要落在碱玄武岩和玄武岩区，且分布比较集中，更加符合地质认识规律。由此，可以确定永探1井火山岩主要为基性的碱玄武岩和玄武岩。

图2 永探1井测井TAS图版分布展示图

图3 永探1井去钙后TAS图版分布展示图

3.2 常规测井交会法

常规测井资料表明，永探1井火山岩整体放射性都比较低，自然伽马没有明显变化，介于30～60 API，对比国内外火山岩岩性放射性[15-18]，永探1井整体反映出基性火山岩的放射性特征，无法进一步细分岩性，因此，根据自然伽马或自然伽马能谱测井基本无法判断永探1井岩性。中子测井（CNL）由于受地层岩性、流体性质影响较大，且受火山岩蚀变程度影响，次生的绿泥石、沸石等含有大量的结晶水和结构水往往造成中子异常偏高，不利于火山岩岩性识别。通过对永探1井取心段测井资料进行统计和标定，确定了对永探1井火山岩岩性反应敏感的测井参数主要为密度（DEN）、声波时差（AC）和电阻率（Rt）曲线，由此建立了研究区火山岩常规测井响应图版（图4）。

图5为永探1井密度与声波时差和密度与深电阻率交会图。从图中可以看出，永探1井玄武岩具有高密度、高电阻率和低声波时差的特点，岩性致密，密度值多大于2.8 g/cm3，声波时差低于60 μs/ft（1 ft=0.304 8 m，下同），电阻率大于300 Ω·m。含角砾凝灰熔岩密度主要集中在2.6～2.8 g/cm3，声波时差60～70 μs/ft，电阻率较低。角砾熔岩密度较低，集中在2.6 g/cm3附近，声波时差70～80 μs/ft，测井电阻率仅3～5 Ω·m。

综上所述，永探1井由火山岩熔岩至含角砾凝灰熔岩和角砾熔岩，随着角砾含量的增多，密度逐渐减小，声波时差逐渐增大，电阻率呈降低趋势。

3.3 FMI测井岩性识别

成像测井识别火山岩岩性的基础在于不同的火山岩岩性具有不同的结构和构造。成像测井因其较高的纵向分辨率、直观式反映井壁沉积构造、岩石结构和储集空间等优点一直是测井评价火山岩地层的有力手段[19-20]。

利用成像测井能有效识别的火山岩结构包括熔岩结构、火山碎屑结构和熔结结构等，能识别的火山构造则包括块状构造、层状构造、气孔构造、流动构造和悬浮构造等[12-13]。

图4 永探1井区火山岩常规测井与岩性扫描测井综合图

图5 永探1井区火山岩常规测井交会图

永探1井成像测井为斯伦贝谢FMI高分辨率成像测井，为测井火山岩岩性识别提供了良好的资料基础。通过取心段岩心刻度成像测井，结合常规测井进一步从结构和构造上对永探1井区火山岩岩性进行识别：①块状玄武岩在FMI成像测井静态图像颜色整体表现为高阻块状结构，岩性较为均一，无暗色或亮色粒状特征，岩性致密，偶见暗色裂缝切割或节理缝发育；②含角砾凝灰熔岩在FMI动态加强图上整体表现为稍暗背景上的暗色斑块和亮色斑块杂乱分布，角砾多为亮色斑块，有一定磨圆度，斑块较小，斑块悬浮于低阻暗色矿物之间；③火山角砾熔岩在FMI静态图上整体表现为暗色，而动态加强图颜色整体表现为杂色，火山角砾通常为边沿不规则的高阻亮块，磨圆度差，砾间则为暗色的低阻矿物，从而形成了亮斑角砾和暗斑孔洞杂乱分布的图像特征（图6）。

笔者利用lithoscanner元素扫描测井和常规测井确定永探1井火山岩成分和岩性，结合成像测井识别火山岩的结构和构造开展单井岩性和构造纵向精细评价。分析得出，永探1井火山岩岩性，以含角砾凝灰熔岩为主，角砾熔岩次之，玄武岩含量最少，仅在永探1井顶部略有发育（图7）。整体上，永探1井火山岩沉积时离火山喷发中心距离较近，火山岩活动能量较强。该井测试井段为5 628～5 644 m和5 646～5 675m，射孔产纯气22.5×104m3/d，测试段岩性主要为含角砾凝灰熔岩，所属相带为喷溢相。因此，寻找规模优质喷溢相含角砾凝灰熔岩储层是四川盆地火山岩下步勘探的重点。

4 结论

1）岩性扫描测井可以定量提供地层主要造岩矿物元素的含量，结合TAS图版有效判断火山岩化学成分，永探1井火山岩角砾含茅口组碳酸盐岩岩屑，属异源成分，利用元素扫描测井确定火山岩岩性时，需对异源成分先进行剔除。通过去除碳酸盐角砾成分，经TAS投图后，永探1井火山岩岩性主要为基性的碱玄武岩和玄武岩。

2）结合岩心和测井资料，按岩石结构特征，永探1井火山岩岩性可细分为玄武岩、含角砾凝灰熔岩和角砾熔岩。

图6 永探1井区火山岩常规测井交会图

图7 永探1井火山岩岩性常规及成像测井综合图（1 in=25.4 mm）

3）永探1井整体以基性火山岩为主，放射性低，自然伽马无法区分岩性，但密度、补偿声波和电阻率曲线对岩性敏感，利用密度与声波时差和密度与深电阻率交会法可有效区分火山岩岩性，结合常规测井识别的岩性成分和成像测井识别的结构及构造特征，可以有效评价火山岩岩性。