松辽盆地北部火山岩岩性录井综合识别方法研究

徐咏娟

（大庆钻探工程公司地质录井一公司地质研究中心，黑龙江 大庆 163000）

1 概述

地质录井工作作为勘探的眼睛，发现油气显示第一人，齐全准确地取得现场岩性资料是最基本的任务，是后续地层划分、预测储集层展布、推断底部地层的先决条件，是为工程钻井顺利实施及判断完钻层位井深提供依据的初级指导。录井行业发展多年以来，始终都将岩屑录井技术作为关键技术指导油气勘探开发，以往，针对岩性识别的方法主要是以实物观察岩屑颗粒为主。通过观察岩屑的颜色、光泽、结构、构造、矿物等来识别岩性。然而，目前非平面齿PDC钻头的使用、涡轮钻具、扭力冲击器、液动旋冲工具等钻井工程工艺发展，使岩屑极其细碎甚至达到粉尘状。岩屑颗粒破碎严重，导致颗粒的光泽、结构、构造、矿物全部遭到破坏，以往的识别方法失去了效果。

当前，针对细碎、粉末岩屑，岩性识别的主要方法由以往的颗粒识别转变为矿物、成分识别，这给录井岩性识别技术带来了巨大的困难，岩性识别的困难也对勘探系统带来了影响：一方面是岩性识别的及时性影响施工决策；另一方面岩性识别的准确性影响地质综合研究、储层识别评价、勘探布署等重要工作。

为了消除影响、解决难题，录井行业进行了大量的研究，主要包括X射线元素分析技术、岩屑薄片分析技术、岩屑自然伽马技术、XRD分析技术等单项技术。目前各项技术应用方法尚未完善，大多处在单兵作战的状态，尚未形成技术体系，对岩性识别及时程度、精细程度不够。难以为现场决策及储层识别评价提供有效技术支撑。

2 单项技术介绍

2.1 X射线荧光分析技术

X射线荧光分析法(XRF)即元素分析技术，是在能量色散X射线荧光分析基础上发展起来的仪器分析技术。XRF分析仪测量灵敏度最高可达1ppm，元素分析范围从钠元素（Na）到铀元素（U），分析时间一般最多为600s，一次最多可同时分析35种元素，XRF技术原理主要依托于矿物学原理。组成火成岩的矿物种类繁多，但是常见矿物仅20余种，其中主要的造岩矿物约10余种，这些主要矿物以不同的比例组合就构成特定的岩石类型[1]。

录井岩性成分识别利用元素分析技术，对火山岩识别的主要地质依据是相应元素含量随造岩矿物的不同而变化，表现在元素分析参数在不同岩性中，会呈现不同变化趋势。具体应用方法可分为四类：经验值法、TAS图版法、指数法和常量元素图版法[2]。

（1）经验值法。经验值法主要依据常量元素在地层中的指示意义，进而快速判断岩性的方法。不同地区有差异，通过岩屑实验分析数据，总结松辽盆地北部火山岩常见元素岩性与元素分析经验值一般规律如图1所示。

图1 元素百分含量与岩性关系

（2）Tas 图版法。TAS 元素分析图版是国际通用的火山岩化学成分判别图版，该图版仅能进行火山岩化学分类，并不能确定火山岩详细定名。

（3）指数法。每个地区的火山岩指数不同，徐家围子地区火山岩在Na+K、Fe+Mg 上具有良好的区分效果，利用分界线的函数关系，经转换后：火山岩指数Zmag=8.6（Na+K）+2.9（Fe+Mg）；当Zmag≥50%时，岩屑的岩性可能为火成岩，当Zmag≤50%时，岩屑的岩性可能为沉积岩。另一方面运用Si、Ti、Fe 三种特征元素，令酸基指数Z=Si/（Ti+Fe），可以很好地指示酸基性。可以应用于岩石成分区别、砾石成分识别。

（4）常量元素图版法。常量元素图版以岩芯样品进行分析评价，利用自然伽马GR 与放射性钍TH 交会图，可以很好识别火成岩成分；在松辽盆地北部，选用Si-Ti 图版、Ca-Ti 图版、Ca-Al 图版和Mg-Si 图版可较好地区分酸—中—基性火山岩。

2.2 X射线衍射技术

松辽盆地火山岩主要的造岩矿物有：长石、辉石、云母等，这些造岩矿物均为晶质体，在X射线衍射仪上均能定性识别，定量分析，这一功能能够为火山岩岩性识别提供有力支撑。

当X射线衍射照射样品，X射线遇到规则排列的原子或离子而发生散射，从而显示与结晶结构相对应的衍射花纹，且每一种矿物对应一种衍射花纹。根据X衍射技术分析的矿物成分、含量及与孔隙度相关关系，可用来判断岩性、物性。

2.3 岩屑伽马检测技术

岩屑伽马检测仪器采用碘化钠（NaI）探测器对定量岩屑进行自然γ放射性总量的测量，识别岩屑岩性。岩屑样品产生不同能量的伽马射线，经过碘化钠（NaI）探测器，激发探测器发射出不同能量的光电子，经光电倍增管聚焦、多级放大后形成不同幅度的电脉冲，由计算机采集处理输出结果。该技术应用可以进行随钻地层划分、岩性判断，为PDC、充气钻井等特殊工艺条件下岩性识别提供新的方法和手段；为深层火山岩岩性识别与判断进行指导。

2.4 体视显微镜识别技术

岩屑体视显微镜识别方法就是借助显微镜进行肉眼观察鉴定，主要通过镜下观察对岩石中的矿物种属、矿物成分、结构构造、矿物结晶程度、自形程度、粒度大小、分布形式及矿物间的相互关系、矿化蚀变特征等进行详细的研究，进行岩石定名。在录井现场，岩屑经复合钻头研磨后，粒度通常小于2mm，配备了高分辨率体式显微镜，可达到该技术应用得最好效果。

2.5 岩屑图像采集技术

主要原理是采用CCD 数码成像技术，通过高倍镜头，将细小岩屑放大、采集，形成数字化信息。其重要作用是：第一时间在现场进行图像采集、存储、成图、保存。目前，录井现场使用得图像采集系统，放大倍数为固定7倍，通过增加镜头、改变镜头放大倍数的方法，将原图像采集设备改造为放大60~120倍；较好地适应了火山岩岩性识别的需要。

2.6 岩石薄片分析技术

岩屑偏光显微鉴定技术是一种利用偏光显微镜鉴定地层岩性、含有物等的地质应用技术。它是用偏光显微镜对用岩石碎屑样品磨制成的薄片进行观察鉴定，识别不同矿物特征的光性特征，识别组成岩石的矿物成分，及其相对含量多少、矿物间相互的连接关系、矿物生成的空间和时间的次序先后，以及后期的风化特征等等，根据对岩石碎屑样品的矿物组成类型和矿物间的结构特征等，对地层岩性等进行鉴别认定的一种技术方法。

3 综合判别岩性

以上各项技术均具有岩性识别的相关功能，但同时具有各自的适应性。利用元素分析、自然伽马分析资料可确定火山岩岩性成分大类，利用体式显微镜描述、岩屑薄片分析确定火山岩结构，需要成分与结构相结合最终完成火山岩准确识别。针对各单项技术优点及适应环境，进行优选组合，做如下分析：

体视显微镜识别技术主要优点是快速，能及时发现岩屑变化，但是观察到的信息具有多解性，满足不了定名要求；元素分析技术的主要优点是定量识别，成分参数多，能多角度、多方法识别岩性，但无法对岩石结构进行分辨；高倍岩屑图采技术的主要优点是能及时留存岩屑的基本信息，并能快速传输给远程支持，是前后结合的纽带，但图像只是平面的，无法多角度观察实物，并且在清晰度上还有一定的局限性。综上所述选择体视显微镜识别技术、元素分析技术、高倍岩屑图采技术作为现场岩性识别必备技术。

岩屑薄片分析技术在岩性识别上优势明显，但限于对观察者科研水平的要求和制样环境的要求，将此项技术设立在实验室。

岩屑伽马分析技术的主要优点是放射性的测量，当岩屑破坏特别严重的时候，伽马监测不受影响，但其伽马值可以用元素分析数据取代，因此将该项技术作为油基泥浆等特殊条件下的后备技术。

XRD 分析技术的主要功能是测量粘土矿物的含量，对火山岩、沉积岩过渡性岩性识别具有很大优势，因此在过渡岩性较发育区域重点应用。

综上，对松辽盆地背部火山岩岩性录井综合识别技术优选如表1所示。

表1 火山岩岩性综合识别体系技术优选

4 现场应用方法与结论

结合现场生产实际，与综合岩性识别需求，梳理工作流程如下：

（1）现场岩性识别工作流程。现场岩性快速识别主要是应用岩屑体视显微镜识别方法、元素分析技术及薄片鉴定技术三种技术相结合，实现对录井现场火山岩岩性的快速识别，具体做法如下：首先通过实物观察将岩屑按颜色、结构、构造进行大致分段，依靠岩石的矿物斑晶成分、结构、构造进行详细定名；利用元素分析的曲线形态变化进行岩性分段，并对每段内岩性进行分类定名，对于体视显微镜观察和元素分析定名困难的井段或者二者定名不吻合的井段，选取代表性岩石样品进行薄片鉴定，实现火山岩岩性准确定名，尽最大程度保证火山岩岩性发现的及时性。

（2）岩性综合识别工作流程。建立岩性录井综合识别需要结合区域地质概况、单井构造位置及参考邻井测井资料，分析火山岩分布规律，结合现场分析资料、图像采集，与实验室处理结果，采用“成分+结构”综合定名方法，依据火山岩分类定名规范，最终定名与描述。确定岩性及岩相，尽最大程度保证火山岩岩性定名及描述的准确性。

通过本研究，在火山岩岩性识别领域明确了方法，形成了技术系列，提高了岩性识别的水平，取得了良好的勘探效果；也为本区及其它地区的火山岩勘探开发提供理论与技术指导，具有良好的应用前景。