琼东南盆地YL8区基底潜山岩石类型及其录井识别特征

陈沛，于小健，陈现军，郭书生，谭兵，瞿雪姣

1.中海石油(中国)有限公司 海南分公司，海口 570311；2.中国地质调查局 地球物理调查中心，河北 廊坊 065000；3.中法渤海地质服务有限公司 湛江分公司，广东 湛江 524057；4.重庆科技学院 石油与天然气工程学院，重庆 401331

0 引言

琼东南盆地位于南海北部西端的海南岛东南海域，面积约4.5×104km2，是中国南海北部深水区油气勘探的重要领域之一[1--4]。其中松南低凸起位于琼东南盆地中央坳陷中部，呈近东西走向，形态不规则，面积约3 000 km2[5](图1)。琼东南盆地基底为华南加里东褶皱带向海延伸部分[6]，岩性以燕山期花岗岩为主，也有古生代沉积岩和变质岩[7]。中生代末，区域性隆升导致盆地基底早期变质岩遭受风化剥蚀，顶部出露花岗岩形成潜山[8]，潜山埋藏后新构造运动不活跃[9]。松南低凸起作为凹陷与隆起之间过渡区，具有多凹供烃、油气源充足和古潜山圈闭成群发育的特点，是发育大中型气田的有利区带之一[10--12]。YL8区位于松南低凸起东部高部位(图1)，包括Y8、Y1等潜山圈闭群，资源量评估表明这些圈闭群均具备超千亿m3的天然气潜力[12]。2018年8月，Y811井在该区首次发现基底潜山天然气气藏，测井解释气层35.4 m，证实了YL8区潜山天然气成藏组合；2019年8月，Y831井钻遇优质气层厚度达109.5 m，测试日产气近130万m3/d，实现了南海西部海域基底潜山天然气勘探的重大突破，揭示YL8区基底潜山的巨大勘探潜力。

图1 YL8区位置及基底潜山钻井井位分布图Fig.1 Location of YL8 area and drilling well location distribution map of basement buried hill

YL8区目前钻遇基底的钻井包括Y111、Y131、Y711、Y812、Y831、Y832、Y811共计7口。勘探实践表明，现场录井岩性识别已经成为制约YL8区基底潜山天然气勘探进一步突破的关键技术之一。主要问题包括：①基底潜山岩性复杂，录井岩性定名过于笼统，几乎都以“花岗岩”命名[11,13]，制约了潜山界面分层和储层识别；②现有《勘探监督手册》[14]岩性分类方案不能满足YL8区基底潜山丰富的岩石类型命名需求；③现场录井岩性识别困难、准确性低，一是由于现场手段和方法有限，二是由于取芯稀少，岩屑颗粒细小难以鉴别。因此，亟需针对YL8区基底潜山建立一套统一合理的、现场操作性强的岩性分类方案，并查明典型、高频岩石类型及其录井识别特征，建立现场录井岩性识别工作流程，从而实现该区基底潜山岩性的现场录井快速、准确识别，为潜山界面识别、储层识别等随钻决策提供可靠依据。

1 基底潜山主要岩石类型

1.1 基底潜山岩性分类方案

岩性识别与分类主要依据国际地科联(IUGS)火成岩分类方案[15]、《火成岩鉴定手册》[16]和《变质岩鉴定手册》[17]，结合渤海海域基底潜山岩性分类标准[18--19]，并考虑了《勘探监督手册》[14]中关于岩性的分类方案。综合7口钻井87块壁芯、509份岩屑、1.2 m岩芯和182张薄片的观察描述、显微鉴定结果，并结合X衍射和元素录井资料，对YL8区基底潜山岩性进行分类命名。根据岩石成因、岩石结晶程度和主要矿物的含量，结合破裂和变形特征，参考岩石产出部位，针对YL8区基底潜山建立了2大类4小类14种岩石类型的分类方案(图2)：

(1)根据岩石成因，将YL8区基底潜山岩石分为岩浆冷凝固结形成的火成岩和原岩遭受变质作用(本区均为动力变质作用)形成的变质岩2大类。

(2)火成岩则根据结晶程度和石英含量分为酸性侵入岩、中性侵入岩和脉岩3类。

①侵入岩结晶程度好，根据石英、碱性长石和斜长石3种矿物的相对含量，按照QAPF图解将酸性侵入岩分为碱长花岗岩、正长花岗岩和二长花岗岩3类，将中性侵入岩分为正长岩(含石英正长岩)、二长岩(含石英二长岩)2类。

②脉岩晶程度较差，根据结构和成分分为花岗斑岩、花岗质岩脉、石英脉和硅质岩脉4类。

③对于具风化特征的火成岩，其形成于基底潜山顶部火成岩的风化改造。YL8区这类岩石在壁芯、岩屑上与正常火成岩基本一致，但在显微镜下和X衍射上具有明显的风化特征，并且在潜山界面识别、潜山分带和储层研究方面具有特殊的意义。因此，该类岩石命名仍为其风化前的名称，但进行相关研究时可以单独列出，在基本名称之前加上“风化”二字，如风化碱长花岗岩、风化正长花岗岩和风化二长花岗岩，统称“风化岩”。

(3)由于YL8区基底潜山目前只钻遇动力变质岩，因此根据岩石结构将动力变质岩分为构造角砾岩、碎裂岩和糜棱岩3类：

①构造角砾岩不再细分。

②碎裂岩则根据原岩类型，细分为碎裂花岗岩、碎裂二长花岗岩和碎裂(糜棱岩化)花岗岩3类。其中碎裂花岗岩包括碎裂正长花岗岩、碎裂二长花岗岩和碎裂花岗斑岩等具有碎裂结构，且以石英、长石为主的岩石；碎裂(糜棱岩化)花岗岩反映了岩石在碎裂前遭受较强应力改造，因此单独列出。

③糜棱岩只发育糜棱岩化花岗岩这一种类型。

(4)本次岩性分类方案基本保持了《勘探监督手册》的岩性分类框架，但又进一步进行了细化，特别是区分了碱性长石和斜长石两种长石，以区分两者的储层差异。镜下研究表明，碱性长石主要表现为脆性，以微裂缝为主，而斜长石脆性破裂不明显，以溶蚀孔为主。

图2 YL8区基底潜山岩性分类方案Fig.2 Lithology classification of basement buried hill in YL8 area

1.2 常见、高频岩石类型

基于YL8区基底潜山岩性分类方案，对7口井148套岩芯/壁芯/岩屑/薄片的岩性鉴定结果进行了统计。统计结果表明，YL8区基底潜山酸性侵入岩和动力变质岩最为发育，分别为40.5%和37.2%，而中性侵入岩、脉岩则分别为14.2%和8.1%。

酸性侵入岩包括碱长花岗岩、正长花岗岩和二长花岗岩3类，其中以正长花岗岩和二长花岗岩最为发育，分别为26.7%和66.7%(图3a)。中性侵入岩只发育正长岩(含石英正长岩)和二长岩(含石英二长岩)，分别为23.8%和76.2%，以二长岩为主(图3b)。脉岩发育较少，种类较多，包括花岗斑岩、花岗质岩脉、硅质岩和石英脉等4类，其中以花岗斑岩最为发育，达50.0%(图3c)。

动力变质岩包括构造角砾岩、碎裂岩和糜棱岩3类，以碎裂岩类最为发育，达83.6%(图3d)，碎裂岩中又以碎裂花岗岩最为发育，达54.3%(图3e)。

具风化特征的火成岩包括风化碱长花岗岩、风化正长花岗岩和风化二长花岗岩，其中风化二长花岗岩占比最高，达75.0%(图3f)。

a. 酸性侵入岩岩性频次、百分比统计图(N=60)；b. 中性侵入岩岩性频次、百分比统计图(N=21)；c. 脉岩岩性频次、百分比统计图(N=12)；d. 动力变质岩岩性频次、百分比统计图(N=55)；e. 碎裂岩岩性频次、百分比统计图(N=46)；f. 具风化特征的火成岩性频次、百分比统计图(N=16)。图3 YL8区基底潜山岩性分类统计图Fig.3 Histograms of lithology classification of basement buried hill in YL8 area

2 基底潜山录井岩性判别图

目前YL8区主要通过岩屑放大镜观察和偏光显微镜鉴定进行录井岩性识别，但是由于岩屑颗粒细小等原因，直接观察和鉴定的难度较大，同时对于录井工程师的能力和经验要求也很高，且不同工程师之间的定名争议也较大。因此，基于元素录井和X衍射录井数据[20--23]，建立岩性判别图版初步确定岩石类型，一方面可以降低录井岩性识别的工作难度，另一方面也可以规范录井岩性识别结果。

2.1 (K+Na)-Si图

YL8区基底潜山岩性以(碎裂)酸性侵入岩和(碎裂)中性侵入岩为主，两者的主要区别在于石英含量，并且根据碱性长石和斜长石的相对含量可以进一步细分种类。石英含量的差异主要表现为SiO2含量或ω(Si)%含量的差异；而碱性长石阳离子主要为K和Na，斜长石阳离子主要是Na和Ca，因而ω(K)%、ω(Na)%、ω(Ca)%含量的差异可能反映了两种长石的含量差异。通过ω(Si)%、ω(K)%、ω(Na)%、ω(Ca)%等几种元素的反复组合和相关性分析发现，(K+Na)-Si图对区分(碎裂)中性侵入岩、(碎裂)酸性侵入岩和具风化特征的火成岩的效果较好(图4a)。以ω(K+Na)%=6.0%为界，可以较好地将(碎裂)中性侵入岩从基底潜山岩石中分离出来。(碎裂)酸性侵入岩和部分具风化特征的火成岩则集中在ω(K+Na)%=2.8%～6.0%的区间内，并且正长花岗岩的ω(Si)%含量相对集中。部分具风化特征的火成岩的ω(K+Na)%值低于2.8%，因此该图也可以用于ω(K+Na)%<2.8%具风化特征的火成岩的判别。

a.(K+Na)-Si图(5口井，N=117)；b. 黏土总量-Si图(3口井，N=57)；c. 斜长石-Si图(2口井，N=45)。图4 YL8区基底潜山录井岩性判别图Fig.4 Discriminant charts of logging lithology identification of basement buried hill in YL8 area

具风化特征的火成岩是基底潜山顶部火成岩经风化改造而成，K、Na等易迁移元素随风化程度的增强而减少，因此风化程度越强则ω(K+Na)%值也越低，风化程度越弱则ω(K+Na)%值越高。据此推断ω(K+Na)%<2.8%的具风化特征的火成岩其风化程度较强，而ω(K+Na)%=2.8%～6.0%的具风化特征的火成岩风化程度较弱，成分上与未风化的火成岩较为接近。

2.2 黏土总量-Si图

YL8区基底潜山岩性的主要组成矿物为石英、碱性长石和斜长石，其中石英抗风化能力强，两种长石的抗风化能力弱，并且风化后的中间产物以黏土矿物为主，因此利用黏土矿物含量可以将具风化特征的火成岩与(碎裂)酸性侵入岩区分开来。基于元素录井和X衍射录井数据，建立黏土总量-Si图(图4b)。以黏土总量15.0%为界，可以较好地区分具风化特征的火成岩和(碎裂)酸性侵入岩(包括二长花岗岩和正长花岗岩)，也反映了具风化特征的火成岩整体高黏土含量的特征(图4b)。

2.3 斜长石-Si图

YL8区基底潜山酸性侵入岩以二长花岗岩和正长花岗岩为主，两者的区别主要在于碱性长石和斜长石的含量，理论上可以利用斜长石的相对含量对两者进行区分。基于元素录井和X衍射录井数据，建立斜长石-Si图(图4c)。从图中可以看出，正长花岗岩主要集中分布于40.0%<ω(Si)<48.0%和斜长石<32.0%的区域内，而二长花岗岩则分成两群，分别是40.0%<ω(Si)、斜长石>32.0%的区域和40.0%>ω(Si)、斜长石<32.0%的区域(图4c)。

3 基底潜山高频、典型岩石类型录井识别特征

根据录井岩性判别图可以初步判定岩石类型，但无法解决与岩石结构构造相关的问题，特别是无法识别遭受构造改造的动力变质岩，同时录井现场一般采用岩屑混样进行元素和X衍射测试，对于岩性突变、岩性变化频繁的井段误差较大。因此，以岩性判别图为基础，结合岩芯/壁芯、岩屑、薄片等观察和鉴定结果，综合建立YL8区基底潜山高频、典型岩石类型的录井识别特征。

3.1 正长花岗岩

正长花岗岩以高石英含量和高碱性长石含量为特征，含有一定量的斜长石。在录井岩性判别图上位于40.0%<ω(Si)<48.0%和斜长石<32.0%的区域内(图4、表1)。在X衍射矿物含量上表现为石英含量大于或接近于20%，碱性长石明显多于斜长石。在岩芯/壁芯、岩屑中表现为含有大量具有油脂光泽的石英，肉红色、灰白色的碱性长石明显多于灰白色、蚀变后呈淡绿色粉状的斜长石(图5a-b)；在显微镜下则表现为表面干净、无双晶、正低突起、一级灰白(黄白，现场磨片一般较厚)的石英含量高；具有卡氏双晶、正低突起、微裂缝发育的碱性长石明显多于具有聚片双晶、正低突起、蚀变较强的斜长石(图5c)。

3.2 二长花岗岩

二长花岗岩以高石英含量，碱性长石和斜长石含量均较高且大致相等为特征。在录井岩性判别图上位于ω(K+Na)=2.8%～6.0%(图4a、表1)，40.0%<ω(Si)、斜长石>32.0%或40.0%>ω(Si)、斜长石<32.0%的区域内(图4c、表1)。在X衍射矿物含量上表现为石英含量大于或接近于20%，在岩芯/壁芯、岩屑和镜下表现为含有大量石英，碱性长石与斜长石大致相当(图5d--f)。

3.3 正长岩

正长岩以低石英含量和高碱性长石含量为特征，含有一定量的斜长石。在录井岩性判别图上位于6.0%<ω(K+Na)<10.0%、42.0%<ω(Si)<55.0%的区域(图4a)。在X衍射矿物含量上表现为石英含量明显<20%，碱性长石明显多于斜长石。在岩芯/壁芯、岩屑、镜下表现为石英可见或少见，碱性长石明显多于具斜长石(图5g--i)。

a-c. 正长花岗岩，结晶程度较好，石英含量高，碱性长石>斜长石，斜长石边缘蚀变后呈淡绿色、边缘呈粉状，样品依次为Y831井，2 885 m壁芯、2 886 m岩屑、2 885 m壁芯薄片；d-f. 二长花岗岩，结晶程度较好，石英含量高，碱性长石≈斜长石，斜长石边缘蚀变后呈淡绿色、边缘呈粉状，样品依次为Y831井，2 920 m壁芯、岩屑、壁芯薄片；g-i. 石英正长岩，结晶程度较好，石英含量较低，碱性长石>斜长石，碱性长石卡上双晶发育，蚀变弱、发育微裂缝，斜长石溶蚀孔发育，样品依次为Y111井，3 744 m壁芯、壁芯薄片。图5 YL8区基底潜山正长花岗岩、二长花岗岩和正长岩典型照片Fig.5 Typical photographs of syenogranite, monzogranite and syenite in basement buried hill of YL8 area

3.4 二长岩

二长岩以低石英含量，碱性长石和斜长石含量均较高且大致相等为特征。在录井岩性判别图上也位于6.0%<ω(K+Na)<10.0%、42.0%<ω(Si)<55.0%的区域(图4a)。在X衍射矿物含量上表现为石英含量明显<20%，在岩芯/壁芯、岩屑、镜下表现为石英可见或少见，碱性长石与斜长石大致相当(图6a--c)。

3.5 脉岩

脉岩类型复杂，并且出现频次都较低，X衍射矿物含量、元素录井都无法有效识别，必须基于岩芯/壁芯、薄片的结晶程度(结晶程度差)以及产状(夹于侵入岩之间)进行识别。 若结晶程度较好，石英、长石可鉴别，并且具斑状结构，可命名为花岗斑岩(图6d--e)；无斑则为花岗质岩脉；若以石英为主或未结晶，则分别为石英脉或硅质岩脉。现场录井过程中，可不对脉岩进行细分，根据结晶程度直接命名为“脉岩”。

3.6 碎裂岩

碎裂岩是酸性侵入岩或中性侵入岩经动力变质作用改造形成的岩石，其结晶程度、化学组成、X衍射矿物含量和元素录井等特征与改造之前的原岩相似，主要区别在于具有碎裂结构或碎斑结构(图6f-g)，并且在产状上靠近断裂带。因此，对于碎裂岩的识别，首先应根据结晶程度、矿物组合、X衍射矿物含量和元素录井等参数判定其原岩类型，然后结合其特有的结构构造和产状进行命名。

3.7 具风化特征的火成岩

基底潜山风化具有垂向分带性，自下而上包括基岩带、裂缝带、砂砾质风化带和黏土风化带等5个风化程度逐渐加强的带[24]。野外剖面和蓬莱9--1的勘探实践表明，坡度越陡花岗岩松散风化物越难以保存，高部位及高陡斜坡带花岗岩风化壳剥蚀殆尽难以存留[25--26]。YL8区钻井较少，主要目标为构造高部位，因此尚未钻遇典型的松散风化物，所钻遇的具风化特征的火成岩在壁芯、岩屑上与正常火成岩基本一致(图6h)，只是在镜下、X衍射和元素录井上有较为明显的响应。具风化特征的火成岩位于基底顶部，具有较长井段连续的、>15.0%的高黏土矿物总量，ω(K+Na)多<6.0%，在镜下具有裂缝分布均匀、宽度不大、且环绕颗粒分布、单偏光下明显的风化淋滤缝(图6i、表1)。

a-c. 二长岩，结晶程度较好，石英含量低，碱性长石≈斜长石，样品依次为Y111井，3 840 m壁芯、壁芯薄片、3 842 m岩屑薄片；d-e. 花岗斑岩，斑状结构，斑晶为斜长石，基质为微晶结构，产状上夹于正长花岗岩围岩之间，样品依次为Y812井，3 343 m壁芯、壁芯薄片；f-g. 碎裂花岗岩，岩石结晶较好，矿物以石英、长石为主，石英含量高，具碎裂结构，样品依次为Y811井，3 024 m壁芯、3 022 m壁芯薄片；h-i. 具风化特征的二长花岗岩，风化淋滤裂缝分布均匀，宽度不大，且环绕颗粒分布，单偏光下特征明显，样品依次为Y811井2 968 m壁芯、2 960.5 m壁芯薄片。图6 YL8区基底潜山二长岩、脉岩、碎裂岩和具风化特征的火成岩典型照片Fig.6 Typical photographs of monzonites, dike rocks, fractured granites and weathered igneous rocks in basement buried hill of YL8 area

表1 YL8区基底潜山正长花岗岩、二长花岗岩和风化二长花岗岩X衍射矿物、元素录井数据表

4 基底潜山录井岩性识别工作流程

以基底潜山典型、高频岩性录井识别特征为基础，根据现场资料获取情况，结合录井岩性识别现场手段和方法，建立YL8区基底潜山录井岩性识别流程：

①根据(K+Na)--Si图(图4a)，初步区分(碎裂)中性侵入岩、(碎裂)酸性侵入岩和具风化特征的火成岩。②根据黏土总量-Si图(图4b)，以较长井段连续黏土总量15%为界区分酸性侵入岩与具风化特征的火成岩。③根据斜长石-Si图(图4c)，区分正长花岗岩与二长花岗岩，正长花岗岩主要集中于40.0%<ω(Si)<48.0%和斜长石<32.0%的区域。④基于X衍射矿物含量，根据石英、碱性长石和斜长石三者含量，利用QAP图解确定基本岩石类型(原岩类型)。⑤根据岩芯/壁芯、岩屑和薄片观察结果，对比典型图校验基本岩石类型(图5、图6)，并根据结晶程度、结构构造分析其是否为脉岩、是否遭受动力变质或风化改造，从而最终确定岩石名称。

5 结论

(1)根据岩石成因、岩石结晶程度和主要矿物的含量，结合构造破裂和变形特征，参考岩石产出部位，YL8区基底潜山岩性可分为2大类4小类14种。

(2)YL8区基底潜山火成岩要发育正长花岗岩、二长花岗岩、二长岩和脉岩；变质岩主要发育碎裂岩类，并以碎裂花岗岩为主。

(3)以元素录井和X衍射录井岩性判别图版为基础，结合岩芯/壁芯、岩屑和薄片观察结果，可以实现YL8区基底潜山岩性的录井快速识别。

(4)建议基于真岩屑元素录井和X衍射测试结果对混样测试结果进行比对和校正，提高混样测试结果的准确性和可靠性。