四川盆地二叠系火成岩元素录井岩性识别方法

杨琳张宇刘达贵余杭航张纪智陈丹曾立

（1.中国石油川庆钻探工程有限公司地质勘探开发研究院，四川成都610051；2.中国石油西南油气田公司勘探事业部，四川成都610041）

0 引言

随着对四川盆地大气田基本地质特征和成藏控制因素、富集规律认识的不断深入，中国石油天然气股份有限公司的风险探井——YT1在二叠系火成岩测试获得22.5×104m3／d的高产气流，由此揭开了该盆地大型火成岩气藏的面纱［1-2］。火成岩油气藏有望成为四川盆地天然气“增储提产”的新领域。钻探过程中岩屑的岩性识别对于划分地层层位、确定储层位置及调整钻井参数有重要意义。常规录井主要依靠人员经验和借助光学仪器、化学滴酸实验等方法识别岩性，随着钻井工艺的革新，PDC、气体钻井导致岩屑多呈粉末状，油基钻井液条件下的岩屑表面很容易附着一层泥质或其他岩性的细小颗粒杂质，干扰了对岩屑本身颜色的判别。上述影响为岩性识别带来极大挑战，为此，四川油气田近年来推广应用了元素录井技术，实践表明该技术可以有效解决沉积岩的岩性识别难题［3-7］，但对于火成岩的元素录井研究仍处于起步阶段，导致钻井现场仍然主要依靠薄片鉴定和测井资料来识别岩性，难以支撑火成岩的高效勘探。为此，笔者通过元素录井技术结合近期四川盆地二叠系火成岩分类成果开展了火成岩岩性识别方法研究，以期为火成岩随钻岩性识别提供技术支撑。

1 四川盆地二叠系火成岩分类

晚古生代中晚二叠世之间，受东吴运动的影响，四川省及其相邻的云南省、贵州省发生过一次强烈的火山喷发事件，形成了巨厚的“峨眉山玄武岩”［8］，该名称由赵亚曾于1929年首次命名，原指四川省西南部峨眉山区覆盖于含新希瓦格䗴茅口组石灰岩之上的玄武岩，后泛指西南云、贵、川三省大面积分布的以晚二叠世玄武岩为主的暗色岩，并作为上二叠统的一个地层单位广泛使用［9-10］。

研究表明根据化学成分、岩石矿物、结构和构造特征可将四川盆地二叠系火成岩划分为熔岩、火山碎屑熔岩、火山碎屑岩、沉火山碎屑岩等四大类岩石［11］：①熔岩根据火成岩形成环境可分为溢流相的隐晶玄武岩和侵入相的粗粒玄武岩、辉绿岩，其中隐晶玄武岩以杂乱密集分布的条带斜长石微晶构成的不规则间隙中充填玻璃质或隐晶质为其特征；粗粒玄武岩和辉绿岩的结晶程度均较高，前者为全晶质结构的玄武岩，后者为多含他形辉石与较自形的长石形成的辉绿结构。②火山碎屑熔岩是火山碎屑岩与熔岩之间的过渡岩类，为火山碎屑物质被熔岩所胶结形成。根据碎屑物质粒度大小可分为玄武质角砾熔岩和玄武质凝灰熔岩。③火山碎屑岩中的碎屑物质占绝对优势，含量一般大于90%，为火山碎屑物质经压实、固结作用形成，沉积物和火山熔岩含量少。根据粒度大小和含量多少可以分为玄武质凝灰角砾岩，玄武质角砾凝灰岩和玄武质凝灰岩。④沉火山碎屑岩是火山碎屑岩和沉积岩之间的过渡类型，火山岩碎屑物与沉积物混杂。

2 火成岩元素录井岩性识别方法

火成岩分类方案较多，其中化学成分是最重要的分类方案之一［12-16］，特别是TAS图版是国际地科联（IUGS）推荐的火山岩岩性分类方案［17-18］。现有化学成分研究主要是采用湿化学分析［19］、X荧光光谱熔融［20-21］、质谱［22］、离子发射光谱［23］、岩性扫描测井［11，24］等方法检测四川盆地二叠系火成岩的化学成分，上述方法的测量原理和周期不能满足快速钻井条件下随钻检测的要求。元素录井作为现场随钻分析的岩屑化学成分检测方法能否进行TAS图版研究，与四川盆地二叠系火成岩分类方案的关联性都亟待研究。

2.1 开展的工作

笔者搜集了成都—简阳地区的YT1和TF2两口井上二叠统龙潭组、峨眉山玄武岩组和中二叠统茅口组3个层位共计580个岩屑样品，依据Q／SY 1862-2016标准［25］采用CIT-3000SY型元素录井设备开展了岩屑的化学成分测量工作，测量结果如图1所示。

2.2 认识

1）TAS图版分类认识

图1峨眉山玄武岩元素录井对比图

图2四川盆地二叠系火成岩岩性特征图

图3 YT1井二叠系火山岩TAS图版

TAS图版是采用化学成分识别火成岩岩性的重要方法，使用条件是岩石被认为是火山岩，并且由于岩石中含有玻璃质或具有细粒结构而不能测定其实际矿物含量，但有岩石化学分析结果时，可以采用上述方法［17-18］。根据四川盆地二叠系火成岩分类方案可知，YT1和TF2井钻遇的隐晶玄武岩、玄武质碎屑熔岩、玄武质火山碎屑岩均属于火山岩，符合TAS图版使用条件，但元素录井和薄片鉴定均表明玄武质火山碎屑岩、玄武质碎屑熔岩或多或少地混杂了茅口组石灰岩（图2a、图2b），使得Ca元素含量明显偏高（图1），从而影响了岩石中其他元素含量。以往研究多通过数据校正以减小茅口组石灰岩的影响［11，24］。笔者结合元素录井资料选取了隐晶玄武岩和部分低钙的玄武质碎屑熔岩进行了TAS图版投点，如图3所示，YT1井火山岩的SiO2含量介于41%～53%，根据TAS图版火山岩判别标准［18］23-27可知属于基性、超基性岩。隐晶玄武岩以碱玄岩和玄武岩含量为主，玄武质碎屑熔岩则以粗面玄武岩和玄武粗安岩为主，YT1井的火山岩整体呈碱性，与以往认识一致。2）四川盆地二叠系火成岩元素录井岩性识别图版四川盆地二叠系火成岩分类方案结合元素录井测量数据表明，不同层位岩性的元素录井曲线特征各不相同（图1），茅口组石灰岩和玄武质火山碎屑岩具备高Ca特征；粗粒玄武岩、辉绿岩、隐晶玄武岩、玄武质碎屑熔岩具备高Mg特征；龙潭组碎屑岩则具有高K、Al特征。根据上述元素录井特征优选了Ca、K、Mg、Al等4种元素建立了元素录井岩性识别图版（图4）。茅口组石灰岩的主要矿物成分是方解石，化学成分为CaCO3，其余元素含量较少，位于图版左上侧（图4）；熔岩中辉石和长石较发育，部分橄榄石蚀变为伊丁石（图2c），熔岩部分绿泥石化（图2d），上述矿物使得熔岩的K、Mg、Al元素含量较高，位于图版中下方（图4），其中粗粒玄武岩和辉绿岩（图2e）属于侵入岩，二者化学成分含量稳定，图版中聚集性强（图4）；火山碎屑岩混杂了茅口组石灰岩（图2a、图2b）和玄武质火成岩（图2f），对应Ca元素含量较高，位于图版的中靠左位置（图4），紧邻茅口组石灰岩；火山碎屑熔岩在图版中位于火山碎屑岩和熔岩之间（图4）。龙潭组碎屑岩以泥页岩为主，主要包括高岭石、伊利石、蒙脱石、绿泥石和混层黏土等黏土矿物，其化学成分以SiO2、Al2O3和H2O为主［26］，位于图版右下角（图4）。综上所述，四川盆地二叠系火成岩元素录井岩性识别图版实质上是反映了不同岩性的矿物含量。使用图版时将正钻井的元素录井数据投入图版，根据其所在的区域即可识别火成岩岩性。

图4四川盆地二叠系火成岩元素录井岩性识别图版

3 方法应用实践

ST1井是探索四川盆地中江—三台地区火山岩储层发育及其含油气性的一口预探井，该井在钻井过程中开展了元素录井分析，将峨眉山玄武岩组的火成岩元素录井数据投入岩性识别图版中主要落在玄武岩区域（图5），据此可以判断主要钻遇玄武岩。该井分析井段的岩心和薄片资料（图6）也表明属于典型的玄武岩，与元素录井图版法认识一致。

图5 ST1元素录井岩性识别图版

图6 ST1井玄武岩岩心照片和薄片照片（玻基结构）

4 结论

1）根据TAS图版研究表明，元素录井技术与常规岩石化学分析技术关于火成岩的岩性认识一致，说明元素录井技术能够正确反映火成岩的化学成分。

2）元素录井岩性识别图版能有效划分茅口组石灰岩、龙潭组碎屑岩和不同类型的火成岩，不同岩性在图版中的位置实质是不同矿物的元素特征反映。

3）图版法的本质是一种概率统计方法，目前建立的图版仅有两口井作为分析点，随着火成岩完钻井的增加图版也应该随之更新和完善。