张大权，邹妞妞，姜杨，马崇尧，张顺存，杜社宽

（1.甘肃省油气资源研究重点实验室，兰州730000；2.中国科学院油气资源研究重点实验室，兰州730000；3.中国科学院大学，北京100049；4.中国石油西部钻探工程有限公司井下作业公司，新疆克拉玛依834000；5.新疆油田分公司勘探开发研究院，新疆克拉玛依834000）

火山岩岩性测井识别方法研究
——以准噶尔盆地火山岩为例

张大权1，2，3，邹妞妞1，2，3，姜杨4，马崇尧5，张顺存1，2，杜社宽1，2

（1.甘肃省油气资源研究重点实验室，兰州730000；2.中国科学院油气资源研究重点实验室，兰州730000；3.中国科学院大学，北京100049；4.中国石油西部钻探工程有限公司井下作业公司，新疆克拉玛依834000；5.新疆油田分公司勘探开发研究院，新疆克拉玛依834000）

储层岩性识别是火山岩油气藏勘探的基础。通过对准噶尔盆地石炭系火山岩储层典型井的岩心观察，结合对岩石薄片及测井资料的详细分析，总结了火山岩的测井响应特征，提出了火山岩岩性测井识别方法。该方法利用常规测井资料识别岩性，再应用成像测井资料识别火山岩的结构及构造，其中自然伽马、密度和声波时差是对火山岩岩性识别较有利的3种测井资料。利用GR-Rt/AC交会图可有效区分火山岩与沉积岩，在此基础上根据GR-DEN交会图与GR-AC交会图可区分出火山岩类型，最后结合成像测井图（FMI）可进一步识别火山岩的结构及构造特征。

火山岩；测井响应；岩性识别；测井交会图；成像测井；准噶尔盆地

0　引言

火山岩油气藏是目前世界油气勘探的一个新领域［1-5］。国外较重视火山岩储层发育机理方面的研究，其中对火山岩储层研究相对较早和较深入的国家是日本，但以描述性研究居多［6］。准噶尔盆地为我国最早发现的火山岩含油气盆地［7］，盆地内火山岩分布广泛，地层具有多期喷发、多旋回的地质特征［8］，除石炭系外，二叠系佳木河组和风城组均发育有火山岩［9］。盆地内火山岩储层的岩性特征比较复杂，从基性、中性到酸性的火山岩都有出现［10］，既有熔岩又有火山碎屑岩，基底石炭系主要为火山熔岩，以玄武岩、安山岩和少部分英安岩、流纹岩为组合特征［11-12］。由于研究区钻井取心有限，最可靠的薄片鉴定法不能普及，在整个区块内识别火山岩岩性最直接而有效的方法是测井方法。由于火山喷发作用形成环境和堆积条件不同，形成了各种岩性特有的结构和构造特征，而这些结构和构造特征则是测井识别火山碎屑岩与熔岩、火山岩与沉积岩的重要依据［13］。常规测井对火山岩的结构和构造特征有所反映，但整体上反映较弱［14］，而成像测井在反映火山岩的结构和构造方面有一定的技术优势［15］。笔者拟以准噶尔盆地为例，综合多种方法，探索复杂火山岩岩性测井识别方法，即利用火山岩测井响应特征总结出对识别火山岩岩性最有利的测井曲线，应用交会图技术在识别火山岩大类的基础上，结合成像测井判别火山岩的结构和构造，以期为准噶尔盆地火山岩储层识别提供依据，并为其他地区火山岩储层测井识别提供借鉴。

1　火山岩测井响应特征

准噶尔盆地的火山熔岩主要是亚碱系列的玄武岩、安山岩、英安岩和流纹岩。对火山岩地层而言，其矿物组分的差异反映了岩性的变化，而岩性是影响某些测井响应的主要因素。岩石的地球物理测井响应是岩石岩性（化学成分、矿物成分）、物性（孔隙、孔隙结构、裂缝的分布和发育程度）及含油性（孔隙流体性质）的综合反映［16］。通过对准噶尔盆地火山岩地层的61口井的常规测井资料进行统计分析，确定了对火山岩岩性反映敏感的测井参数有自然伽马（GR）、密度（DEN）、声波时差（AC）、电阻率（Rt）及补偿中子（CNL），其中对火山岩岩性敏感程度最强的是自然伽马，其次是密度和声波时差，再次是电阻率和补偿中子。

选取GR，DEN及AC等3种测井曲线对研究区典型井滴西17井、滴西14井、滴西10井和滴401井的玄武岩、安山岩、英安岩和流纹岩进行研究（图1）。

图1　准噶尔盆地不同火山岩测井响应特征Fig.1　The logging response characteristics of different volcanic rocks in Junggar Basin

玄武岩是一种基性喷出岩，一般呈黑色，有时呈灰绿及暗紫色等，气孔构造和杏仁构造较为发育。玄武岩中SiO2的质量分数为45%～52%，当其发生蚀变后，绿泥石含量会比较高。在测井曲线上，表现为GR低（＜32 API），DEN高（2.56～2.73 g·cm-3），AC低（170～196 μs·m-1）。当玄武岩中较发育的裂缝与地层中各种次生孔隙和气孔相连通时，可形成有利的储层，此时密度值下降，补偿中子与声波时差值升高，深、浅电阻率有较大的幅度差。

安山岩是钙碱性系列的中性喷出岩，呈深灰、浅玫瑰及暗褐色，具斑状结构。其成岩矿物与玄武岩的大致相同，斑晶主要为斜长石及暗色矿物，其中斜长石以中长石和拉长石为主，常具环带及熔蚀结构。在测井曲线上表现为GR较低（32～76 API），DEN较高（2.50～2.71 g·cm-3），AC较低（174～206 μs·m-1）。

英安岩是一种中酸性喷出岩，在矿物成分上介于安山岩和流纹岩之间。英安岩中常出现石英斑晶，或石英以填隙物的形式存在于基质中，而在安山岩中石英仅在基质中少量存在。英安岩常与安山岩和流纹岩等共生，组成巨厚的火山岩系。在测井曲线上表现为GR较高（76～125 API），DEN较低（2.45～2.65 g·cm-3），AC中等（184～230 μs·m-1）。

流纹岩是一种酸性喷出岩，主要由碱性长石（正长石、透长石、微斜长石）、斜长石（钠长石、奥长石）、石英、黑云母及副产矿物赤铁矿组成。酸性火山岩中碱性长石的含量较高，而碱性长石中钾元素的丰度较大，所以酸性火山岩的自然伽马测井值比较高。在测井曲线上表现为GR高（＞125 API），DEN低（2.40～2.63 g·cm-3），AC较高（194～236 μs·m-1）。

综上所述，准噶尔盆地火山熔岩从基性岩、中性岩到酸性岩，即按玄武岩→安山岩→英安岩→流纹岩的顺序自然伽马测井值依次增大，密度测井值依次降低，声波时差测井值依次增大。

2　火山岩测井识别

2.1交会图法

交会图法是一种常用的岩性识别方法［17］。常规测井数据交会图法是识别含油气盆地内火山岩岩性的简单而有效的方法，它对优选出的区域测井数据进行定位，根据已有的可靠资料（如钻井取心），对定位在坐标系中的数据的落点区进行评价，并建立图版。对火山岩而言，这种交会图主要反映的是岩石的化学成分［18］。分析测井响应与火山岩岩石学特征之间的关系可知，能较好反映火山岩岩性变化的是自然伽马、密度、声波时差及补偿中子测井资料［19］。

由于准噶尔盆地火山岩具有多期喷发、多旋回的地质特征，因而在进行火山岩岩性识别时常常遇到火山岩与沉积岩交互出现的情况，利用GR-Rt/ AC测井特征值交会图可以较好地将二者区分开，而仅有部分安山质火山角砾岩与凝灰质砂砾岩有所重叠（图2）。

图2　准噶尔盆地GR-Rt/AC测井特征值交会图Fig.2　Crossplot of GR-Rt/AC logging eigenvalues in Junggar Basin

测井响应与火山岩岩石学特征相关关系的研究表明：火山岩的自然伽马和密度测井曲线对火山岩岩石成分较为敏感，声波时差测井曲线则对火山岩岩石的矿物成分、致密程度、结构、孔隙填充物及孔隙类型较为敏感。以此为依据，分别建立准噶尔盆地玛湖西斜坡—陆西地区火山岩GR-DEN岩性识别图版和GR-AC岩性识别图版（图3）。

图3　准噶尔盆地玛湖西斜坡—陆西地区火山岩岩性识别图版Fig.3　The chart of volcanic lithology identification in western Mahu slope-Luxi area in Junggar Basin

在GR-DEN岩性识别图版中把自然伽马和密度测井值分别投入图版，根据坐标点的位置便可确定岩性。从横坐标上可将玄武岩区（GR＜30 API）、安山岩区（GR为30～76 API）、英安岩区（GR为76～125 API）及流纹岩区（GR＞125 API）区分开来。下斜线以下为熔岩区，上斜线以上为碎屑岩区，2条斜线中间为过渡岩区，主要为熔结角砾岩或角砾熔岩。图版中各种岩性数据点的分布具有很好的规律性：随着自然伽马测井值的增大，火山岩的酸性增强，从基性岩逐渐过渡为酸性岩，熔岩的自然伽马测井值高于火山碎屑岩，密度测井值从基性岩到酸性岩逐渐降低，熔岩的密度测井值高于火山碎屑岩［图3（a）］。GR-AC岩性识别图版与GR-DEN岩性识别图版类似，把自然伽马和声波时差测井值分别投入图版，从基性岩到酸性岩声波时差测井值逐渐升高，熔岩的声波时差测井值低于火山碎屑岩［图3（b）］。图版有效地将一级分类的三大类火山岩区分开，熔岩的二级分类更为清楚，火山碎屑岩的三级分类也有所体现，横向上不同岩性的火山岩有所重叠，这正反映了火山岩岩性的连续变化。

2.2成像测井

成像测井岩性识别图版主要反映的是岩石的结构和构造特征［20］，对岩石的成分则反映较差。成像测井岩性识别图版往往是常规测井和成像测井相结合的综合图版，这种综合图版具有很强的针对性。常规测井主要用于定性地确定火山岩的成分，成像测井主要用于识别火山岩的结构和构造。因此，常规测井结合成像测井是火山岩岩性划分的有效途径。

FMI成像测井可以反映井周围电阻率数据的变化情况。该方法经过一系列校正后，用一种渐变的色板（一般为黑—综—黄—白）对电阻率数值由低到高进行刻度，其高分辨率的特性通常用于识别岩层中各种尺度的结构。FMI成像测井能够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［21］，能够识别的火山岩构造有块状构造、层状构造、气孔构造和流动构造等［22］（图4）。正是由于这种特性，FMI图像资料常用于岩性识别［23］。

图4　准噶尔盆地FMI成像测井图Fig.4　The FMI imaging logging in Junggar Basin

块状构造：FMI图像整体由高、低阻基质组成，构成岩石的矿物成分在岩石中分布均匀，岩石各部分在成分上和结构上基本一致。这是一种最为常见的熔岩构造［图4（a）］。

层状构造：不同成分的岩石逐层交替出现，或虽成分相同但结构、颜色不同的岩石逐层交替呈带状、条带状彼此平行或近于平行出现，亦或成分基本相同的岩石呈条带状交替平行出现。在层面上溶蚀孔洞极为发育［图4（b）］。

气孔和杏仁构造：在岩石形成过程中，岩浆中的气体未逸出，并占据空间，岩浆冷凝后留下气孔，气孔被岩浆期后矿物所充填，形成杏仁构造。气孔的形状有所不同，图像上低阻小点状为气孔，溶蚀孔洞被方解石充填，在FMI图像上呈高阻白色，溶蚀孔洞被绿泥石充填，在FMI图像上呈低阻黑色［图4（c）］。

变形构造：FMI图像整体由中低阻橙色基质组成，这种基质由明暗相间且近于等距的似抛物线组成流纹面，但流纹面的走向较乱，具有强烈揉皱特征，无一定规律，黑色低阻条纹切割流纹面，局部椭圆形斑点为气孔［图4（d）］。

流纹构造：是由不同颜色的条纹和拉长的气孔等组成的一种流动构造。这种构造是因熔岩流动而由不同颜色、不同成分的隐晶质或玻璃质亦或拉长气孔等定向排列所形成。流纹是酸性岩中最为常见的构造，反映了熔岩流动的方向［图4（e）］。

流动构造：包括流面和流线构造。流面构造是由片状矿物、板状矿物、扁平捕虏体及析离体的平行排列而形成，而流线构造则由柱状矿物、长析离体及捕虏体的定向排列而形成。这种构造的产生与岩浆流动有关，应用流动构造可以判断火山岩岩浆的流动方向［图4（f）］。

3　实例分析

笔者利用火山岩常规测井响应特征、交会图和FMI成像测井对滴西地区火山岩岩性进行测井识别，识别结果与岩心薄片定名对比符合率在80%以上。图5是研究区4口典型井的火山岩岩性识别综合成果图。图5（a）所示为：滴西17井3 644～3 658 m井段，先以常规测井资料（GR，DEN和AC曲线）区分不同火山岩矿物的岩性，再结合FMI成像测井识别火山岩的结构和构造，最后定名为基性玄武岩类；岩心和薄片资料（3 640.54 m处）均显示气孔非常发育，晶间孔和溶孔较发育，微裂隙发育，气孔显示为分散的暗色斑点、不规则的斑块或条带，解释为玄武岩。可见，岩性测井识别与岩心薄片资料分析结果一致。同样，滴西14井、滴西10井和滴401井火山岩岩性测井识别与岩心薄片资料也吻合得较好［图5（b）～5（d）］。综上所述，本次火山岩岩性识别研究得到的结果是可靠的，为火山岩储层精细测井评价打下了基础。

图5　准噶尔盆地滴西地区火山岩储层识别图Fig.5　The identification of volcanic reservoir in Dixi area of Junggar Basin

4　结论

（1）自然伽马、密度及声波时差测井曲线是对火山岩岩性识别较有利的3种测井曲线。火山熔岩从基性岩、中性岩到酸性岩，自然伽马测井值依次增大，密度测井值依次降低，声波时差测井值依次增大。

（2）利用测井交会图版识别出火山岩所属类型，即玄武岩、安山岩、英安岩与流纹岩，或是与其对应的火山碎屑岩，熔岩自然伽马测井值及密度测井值均高于火山碎屑岩，声波时差测井值则低于火山碎屑岩。

（3）常规测井可确定火山岩的成分，成像测井可以较直观地研究岩石内部的结构和构造等细节特征，常规测井结合成像测井是火山岩岩性识别的有效方法。

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（本文编辑：于惠宇）

Logging identification method of volcanic rock lithology:A case study from volcanic rock in Junggar Basin

ZHANG Daquan1，2，3，ZOU Niuniu1，2，3，JIANG Yang4，MA Chongyao5，
ZHANG Shuncun1，2，DU Shekuan1，2
（1.Key Laboratory of Petroleum Resources，Gansu Province，Lanzhou 730000，China；2.Key Laboratory of Petroleum Resources Research，Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China；3.University of Chinese Academy of Science，Beijing 100049，China；4.Downhole Operation Branch of Western Drilling Engineering Co.Ltd.，PetroChina，Karamay 834000，Xinjiang，China；5.Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Xinjiang Oilfield Company，Karamay 834000，Xinjiang，China）

Reservoir lithology identification is the foundation of volcanic reservoir exploration.Based on core observation，combined with detailed analysis of thin sections and logging data，this paper summarized the logging response characteristics of volcanic rocks，proposed logging identification method of volcanic lithology.Conventional logging data were used to identify the mineral composition of volcanic rock，and imaging logging data were applied to distinguish the structure and texture of volcanic rocks，of which the natural gamma raylogging（GR），density logging（DEN）and acoustic time logging（AC）are the more advantageous three logging curves to identify the lithology of volcanic rocks.The crossplot of GR-Rt/AC can be used to effectively identify volcanic rocks and sedimentary rocks，and then the crossplots of GR-DEN and GR-AC can be applied to identify the volcanic rock types.Finally，combinedwithFMI，thestructureandtexturecharacteristicsofvolcanicrockscanbefurtherdistinguished.

volcanicrocks；loggingresponse；lithologyidentification；loggingcrossplot；imaginglogging；JunggarBasin

P588

A

1673-8926（2015）01-0108-07

2014-08-25；

2014-10-09

国家科技重大专项“准噶尔盆地深层火山岩储集体形成演化与分布预测”（编号：2011ZX05008-003-40）资助

张大权（1988-），男，中国科学院大学在读硕士研究生，研究方向为地球物理与沉积储层学。地址：（730000）甘肃省兰州市东岗西路382号兰州地质研究所。E-mail：daquan0807@163.com

杜社宽（1963-），男，博士，副研究员，主要从事地震资料解释与沉积储层特征方面的研究工作。E-mail：dsk@petrochina.com.cn。