松辽盆地滨北地区变质岩岩性测井识别方法

陈龙,魏五峰

(1.大庆油田勘探开发研究院地球物理测井研究室,黑龙江大庆,163712;2.中国石油集团测井有限公司生产测井中心,陕西西安,710201)

0 引 言

变质岩是由于地壳运动和岩浆活动,在一定的温度、压力等条件下,使原来岩石的成分和结构发生改变而形成的一种新的岩石[1-2]。现有地质勘探资料表明,松辽盆地滨北地区基底变质岩岩性复杂多变,火山侵入岩,由沉积岩变质而来的浅变质泥岩、板岩、千枚岩、片岩、变质砂岩等,以及火山岩变质而来的变粒岩、角闪石片岩等均有发育。变质作用使得变质岩在测井响应特征上与原岩呈现出一定的差异,但也保持了部分原岩的特征和规律。变质岩岩性识别主要从2个方面来开展研究工作,一方面借鉴沉积岩与火山岩等传统识别方法对变质岩进行定性识别研究;另一方面,针对变质岩不同岩性特征,结合测井曲线,通过不同的岩性测井响应特征来进行定量识别研究[3]。本文根据变质岩的测井响应特征,结合其原岩特征及变化规律,对松辽盆地滨北地区变质岩的测井识别方法展开初步探究。

1 变质岩常规测井响应特征

1.1 变质沉积岩测井响应特征

每种测井方法对岩石矿物响应不同。浅变质泥岩、泥板岩、千枚岩、片岩以及变质砂岩等岩类,原岩为正常的沉积岩,经过变质作用,普遍呈现出高密度、高电阻、低中子、低声波测量值的特征,自然伽马变化程度相对较低,补偿中子变化规律依然存在,选用自然伽马曲线与补偿中子曲线进行重叠,能够对泥岩变质和砂岩变质的岩性进行有效区分:变质泥岩呈现出高伽马、高中子特征;变质砂岩呈现出低伽马、低中子的特征,变化界限清楚,易于识别。变质泥岩中,浅变质泥岩、泥板岩、千枚岩、片岩,变质程度逐渐升高,电阻率有逐渐升高的趋势,但界限不清,常规测井很难进行准确识别,需要借助成像测井与ECS元素测井新技术进行进一步识别。

1.2 侵入岩及变质火山岩测井响应特征

相比于变质沉积岩,变质火山岩保留了更多火山原岩特征。这是由于火山岩在高温条件下由岩浆喷出或者侵入形成,而高温高压条件下形成的矿物成分相对更加稳定。因此,将基岩中侵入岩与变质火山岩合并为火成岩进行研究。从常规测井特征来看,变质沉积岩自然伽马与补偿中子正相关。火成岩自然伽马与补偿中子负相关。选用自然伽马与补偿中子进行相关性分析,容易识别出火成岩与变质沉积岩。从电阻率曲线特征看,火成岩明显高于变质程度较低的变质沉积岩的电阻率,但与变质程度较高的千枚岩、片岩等界限不清。研究区火成岩中,变质火山岩的电阻率要明显高于侵入岩,与变质程度及原岩类型相关。详细划分火成岩种类,需要借助火山岩识别图版和成像测井进行进一步划分。

2 变质岩ECS元素测井响应特征

ECS元素测井可定量计算地层矿物含量,从而准确识别岩性[4]。SiO2是Si元素附存的主要氧化物形式,是反映岩浆性质和直接影响岩浆岩矿物成分变化的主要因素[5]。通过ECS元素测井获取的元素相关性对比分析表明:变质沉积岩自然伽马与氧化物SiO2反相关、自然伽马与Fe、Al、Ti元素正相关;而火成岩则相反,自然伽马与氧化物SiO2正相关、自然伽马与Fe、Al、Ti元素反相关。因此,优选氧化物SiO2及Fe、Al、Ti等敏感元素,通过相关性分析或曲线重叠法,能较直观地显示出岩性分界,可区分出变质沉积岩与火成岩。同时,利用研究区3口井28块薄片样品鉴定结果,制定了研究区岩性ECS识别图版(见图1)。常规测井与ECS元素测井均区分变质沉积岩与火成岩,而ECS元素测井能进一步鉴别岩石的成分,将火成岩分为酸性岩、中性岩和基性岩3类。但常规测井和ECS元素测井均无法确定岩石的结构和构造,必须借助FMI成像测井才能对岩性进行最终定名。

图1 滨北地区基底岩性识别图版

3 FMI成像测井识别变质岩

图2 滨北地区变质沉积岩与火成岩典型成像图

FMI成像测井分辨率高,地质信息量大,成像直观[6],在岩性识别中主要借助其能直观地显示电阻率特性以及能清楚地反映出岩石的结构和构造的优势,通过常规测井以及ECS元素测井无法准确定名的变质泥岩、侵入岩、变质火山岩,均可以通过FMI成像测井进行最终确定。通过滨北地区钻井取心资料对成像测井进行标定[7],建立区域典型成像模式图(见图2),可以对基岩岩性进行最终确定。变质泥岩,从浅变质泥岩、泥板岩、千枚岩到片岩,电阻率逐渐升高,在成像上从暗色到亮色变化。板岩、千枚岩、片岩能够清晰地反映板状构造、千枚状构造和片状构造。火成岩,通过FMI观察结构构造,可进一步区别出侵入岩与变质火山岩并且最终根据结构构造定名。如闪长岩、辉长岩等侵入岩脉具有明显的侵入界面,基性成分的角闪石片岩具有片状构造、中酸性的变粒岩具有变粒结构。

4 松辽盆地滨北地区基底变质岩岩性识别方法及应用实例

4.1 滨北地区基底变质岩岩性识别方法

综合分析松辽盆地基底变质岩常规测井、ECS元素测井以及FMI成像测井响应特征,总结出松辽盆地滨北地区变质岩岩性识别方法:①根据常规测井及ECS元素测井,优选出自然伽马与补偿中子、SiO2、Fe、Al、Ti的测井响应关系,通过相关性分析或者曲线重叠法[8],将基岩岩性分为变质泥岩、变质砂岩和火成岩3类。如果自然伽马与补偿中子、Fe、Al、Ti正相关,与SiO2反相关,则为变质沉积岩。其中,低自然伽马、低中子为变质砂岩,高自然伽马高中子为变质泥岩。反之,如果自然伽马与补偿中子、Fe、Al、Ti负相关,与SiO2正相关,则为火成岩。②根据滨北地区岩性识别图版将基岩分为变质砂岩、变质泥岩、酸性岩、中性岩和基性岩5类。③根据成像测井识别岩石结构构造,将变质泥岩及火成岩进一步细分,按构造最终定名。

4.2 应用实例分析

图3 曲线重叠法识别基岩岩性应用实例

图3为滨北地区某井测井解释图,采用自然伽马与补偿中子、SiO2及Fe曲线进行重叠。在浅变质泥岩区,双侧向电阻率较低,自然伽马与补偿中子、SiO2呈“镜像”特征,与Fe元素呈“同向”特征。FMI成像测井静态图为暗色显示,动态图像可见沉积层理和一定的变余结构,与岩心实物符合。下部为侵入闪长岩,双侧向电阻率突变升高,自然伽马与中子“同向”特征不明显,但自然伽马与SiO2显示呈一定的“同向”特征,自然伽马与Fe元素呈“镜像”特征。FMI动静态图像均呈高阻亮色,具有明显的侵入界面,岩心实物见明显岩性突变界面。结合图1滨北地区岩性识别图版可知,上部浅变质泥岩落在岩性识别图版“变质泥岩”区,而下部闪长岩落在岩性识别图版“中性岩”区(见图4)。综上所述,应用本文研究的滨北地区变质岩识别方法对该区域变质岩进行识别是适用的。

图4 滨北地区岩性识别图版应用实例

5 结论及认识

(1)利用常规测井及ECS元素测井,采用相关性分析法或曲线重叠法识别岩石成分,用成像测井识别岩石结构构造,“成分+结构”的岩性识别方法在松辽盆地滨北地区应用效果较好,岩性识别精度在85%以上。

(2)松辽盆地滨北地区变质岩岩性识别,依靠单一的测井手段是无法进行准确识别的,必须借助常规测井、ECS元素测井以及成像测井资料进行综合解释,才能保证岩性解释的准确性。

(3)本文的岩性识别方法适用于滨北地区绝大部分井段的岩性识别。但松辽盆地滨北地区小部分井段岩性复杂,常规测井响应特征与ECS元素测井存在一定矛盾,而成像测井特征并不明显,导致此类岩性解释出现多解性。例如,某井变质砂岩(薄片鉴定结果),在常规测井显示为正常的低伽马、低中子特征,但ECS元素测井显示,SiO2含量较低,与伽马呈现出正相关,且Fe、Al、Ti等敏感元素较正常变质砂岩高,符合火山岩特征。变质砂岩电阻率高,并且与上下低电阻岩性有突变,成像上很难区分是否为真正的侵入界面。需要进一步对此类岩性进行深入研究。