叶 涛 韦阿娟 高坤顺 吴庆勋 赵弟江

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院 天津 300452)

渤海海域中生界火山岩测井-地质岩性综合识别方法*

叶 涛 韦阿娟 高坤顺 吴庆勋 赵弟江

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院 天津 300452)

以渤海海域丰富的钻井取心、薄片鉴定及常规测井资料为基础，建立了以岩石成分、岩石结构为主导的研究区中生界火山岩测井-地质分类方案，明确了不同类型火山岩的测井响应特征，其中自然伽马与密度对岩石成分响应敏感，声波时差、中子孔隙度及电阻率对岩石结构识别能力较强。在此基础上，建立了研究区中生界火山岩岩石成分识别图版、岩石结构识别图版及岩性综合识别图版，并将识别图版应用于实际生产，认为安山岩及安山角砾岩是研究区中生界火山岩油气藏主要储集岩。本文方法对于渤海海域寻找火山岩优质储层，降低火山岩油气藏勘探风险具有重要意义。

渤海海域；中生界；火山岩；岩性识别；测井-地质分类

近年来，我国陆上油区火山岩油气藏的勘探不断取得重大突破，为我国油气储量增长奠定了坚实的物质基础[1-4]。渤海海域作为我国海上油气勘探的主战场，在中生界火山岩中获得了良好的油气显示，并有相当规模的油气发现。渤海海域位于渤海湾盆地中东部，介于郯庐断裂带与沧东断裂带之间，勘探面积约4万km2。侏罗纪—古新世，欧亚大陆与太平洋板块之间的左旋剪切使得前期形成的郯庐大断裂发生平行移动，控制晚侏罗世—早白垩世发生大规模的火山运动，渤海海域中生界火山岩广泛分布[5]。由于火山岩岩性变化大，且储层发育直接受控于岩性，所以加强岩性识别对于降低渤海海域火山岩油气藏勘探风险具有重要意义。

目前，岩性识别的方法有岩心观察、元素分析、元素测井、成像测井、重磁法以及地震法等[6-12]。其中，岩心观察与元素分析主要针对单一深度的精细岩性分析；元素测井与成像测井是目前岩性识别最为有效的手段，但由于价格高昂，同时应用较晚，使得渤海海域大部分老井均无此资料；重磁法与地震法主要应用于宏观大范围的岩性描述，精度往往较差。笔者在对取心井精细标定的基础上，通过对不同的岩性进行岩电分析，利用常规测井曲线交会图对渤海海域中生界火山岩进行识别，建立了该地区中生界火山岩岩石成分识别图版、岩石结构识别图版及岩性综合识别图版，并成功应用于实际生产中，明确了安山岩及安山角砾岩是该地区中生界火山岩油气藏的主要优质储集岩。

1 火山岩测井-地质分类与测井响应特征

1.1 测井-地质分类

火山岩的合理分类是进行岩性特征研究的基础，传统的地质学分类主要是根据矿物组合及元素含量来划分的，使得部分地质学分类中不同的岩石具有相似的测井响应特征(如玄武岩与辉绿岩)，也使得相同的岩性命名可能存在不同的测井响应(如安山质角砾岩与玄武质角砾岩具有不同的自然伽马响应值)，为岩性识别带来了较大的困难。本次研究是在传统地质学分类的基础上，同时综合测井响应的差异，建立了以岩石成分与岩石结构为主导的测井-地质分类方案，即根据岩石成分差异先将研究区中生界火山岩划分为基性、中基性、中性、中酸性、中碱性及酸性六大类，再从岩石结构出发将其划分为熔岩结构与碎屑结构(进一步细分为角砾结构、凝灰结构及熔岩蚀变结构)两大类。具体分类见表1。

表1 渤海海域中生界火山岩测井-地质分类

1.2 测井响应特征

不同的火山岩具有不同的矿物组合及结构特征，决定了岩石测井响应特征的差异，而明确不同岩石测井响应特征是岩性识别的关键。为了便于与火山岩岩石成分(基性、中基性、中性、中酸性、中碱性、酸性)及岩石结构(熔岩结构、碎屑结构)对应，分别以GR=60、120 API，AC=70、80 μs/ft，DEN=2.45、2.60 g/cm3，CNL=20%、25%,RD=10、17 Ω·m为分界点,将自然伽马、声波时差、密度、中子孔隙度及电阻率测井响应特征划分为低、中、高等3个区间。

1) 同构异类火山岩测井响应特征。

自然伽马对同构异类(即相同岩石结构、不同岩石成分)的火山岩具有较好的响应。整体而言，由酸性岩到基性岩，自然伽马逐步降低：研究区酸性岩自然伽马往往大于120 API；中酸性、中碱性熔岩具有中高自然伽马的特征，一般为93～120 API；中性岩自然伽马一般介于60～93 API之间；中基性岩类的安山玄武岩及玄武安山岩，自然伽马主要介于53～70 API之间；基性岩自然伽马最低，往往小于48 API(图1)。

密度也是火山岩岩石成分的辅助判识参数。以熔岩类为例，由基性熔岩至酸性熔岩，岩石密度逐步降低：基性熔岩由于含有较高的铁镁矿物，密度较大，往往大于2.6 g/cm3，甚至可达2.8 g/cm3；中性、中基性熔岩的密度往往介于2.45～2.60 g/cm3之间；酸性、中碱性熔岩的密度则小于2.45 g/cm3(图1)。

2) 同类异构火山岩测井响应特征。

同类异构(即相同岩石成分、不同岩石结构)的火山岩同样会具有不同的测井响应特征，如图2。

图1 渤海海域“同构异类”火山岩测井响应特征

图2 渤海海域“同类异构”火山岩测井响应特征

以基性岩为例，玄武岩、蚀变玄武岩、玄武质角砾岩及玄武质凝灰岩的自然伽马均具有低值特征(<60 API)，但声波时差、中子孔隙度、电阻率及密度对岩石结构差异响应敏感，尤其是声波时差、中子孔隙度及电阻率，随着火山岩岩石结构由熔岩结构逐渐向角砾结构、凝灰结构、蚀变结构过渡，声波时差、中子孔隙度均有增大趋势，而电阻率则明显降低。另外，当火山岩岩石成分相同时，受岩石结构的控制，密度也会存在一定的变化。

2 火山岩岩性识别

以火山岩测井-地质分类为基础，通过对岩石成分及岩石结构的独立识别，最终可确定岩石的类型，因此准确的岩石成分及岩石结构识别是火山岩岩性识别的关键。通过对取心井段的岩心归位，以研究区取心井段大量的薄片资料为基础(共375个数据点)，优选对火山岩岩石成分、岩石结构及岩性响应敏感的参数进行交会分析，建立了研究区的岩性识别图版。

2.1 岩石成分识别图版

自然伽马及密度对火山岩岩石成分响应敏感。以火山熔岩为例，两者交会分析可将数据点划分为基性岩、中基性岩、中性岩、中酸性岩、中碱性岩及酸性岩等六大区域(图3)，其中基性岩自然伽马整体小于53 API，主要为玄武岩；中基性岩自然伽马介于53～70 API之间，主要为安山玄武岩及玄武安山岩；中性岩自然伽马分布在70～93 API之间，主要为安山岩；中酸(碱)性岩自然伽马为93～120 API，

图3 渤海海域中生界火山岩岩石成分识别图版

主要对应英安岩及粗面岩；酸性岩自然伽马则大于120 API，主要为流纹岩及霏细岩。对于具有相同自然伽马响应特征的中酸性岩(英安岩)与中碱性岩(粗面岩)，密度可对其进行较好的区分，中碱性岩的密度往往小于2.45 g/cm3，这是由中碱性岩中钾长石含量较高导致的。

2.2 岩石结构识别图版

声波时差、中子孔隙度及电阻率对火山岩岩石结构响应敏感，同时受岩石成分影响较小。以火山熔岩为例，其具有低声波时差、低中子孔隙度及高电阻率的特征，当岩石发生破碎及蚀变时，各曲线会向相反的方向变化。根据电阻率与声波时差比值(RD/AC)及中子孔隙度的交会分析，可将数据点划分为熔岩结构、角砾结构及凝灰+蚀变结构等三大区域,其中熔岩结构中子孔隙度较低，一般低于17%，RD/AC大于0.4×0.304 8 Ω·m2/μs；凝灰+蚀变结构RD/AC往往小于0.04×0.304 8 Ω·m2/μs，而角砾结构RD/AC主要介于两者之间(图4)。

图4 渤海海域中生界火山岩岩石结构识别图版

2.3 岩性综合识别图版

岩石成分识别图版与岩石结构识别图版组合可以较好地完成岩石的综合定名，同时笔者建立了岩性综合识别图版，选取了对岩石成分响应敏感的自然伽马与对岩石结构响应敏感的电阻率这2个参数进行交会分析。以此为基础，在图版上可以划分出玄武岩、蚀变玄武岩、中基性熔岩等10个区域(图5)，综合识别可与成分-结构独立识别配合来提高岩性识别精度。

注：(1)玄武岩;(2)蚀变玄武岩;(3)中基性熔岩;(4)中基性角砾岩;(5)安山岩;(6)安山质角砾岩;(7)凝灰岩;(8)中酸性-中碱性熔岩;(9)酸性熔岩;(10)沉凝灰岩。

图5 渤海海域中生界火山岩岩性综合识别图版

Fig .5 Lithology comprehensive identification plate of Mesozoic volcanic rocks in Bohai sea

3 实例应用

以A井为例，从图6可以看出，就岩石成分而言，该井深度2 504 m处自然伽马具有明显跳跃现象，上部自然伽马均值74 API，综合识别图版上分布于(5)、(6)区，表明顶部为中性岩；下部自然伽马均值55 API，综合识别图版上分布于(2)区，表明底部为基性岩。就岩石结构而言，该井深度2 485～2 490 m及2 500～2 504 m处电阻率介于26～52 Ω·m，为典型的熔岩结构，综合识别图版上分布于(5)区，为安山岩；深度2 490～2 500 m处电阻率为6～16 Ω·m，为角砾结构，综合识别图版上分布于(6)区，为安山质角砾岩；而深度2 504 m以下电阻率为0.68～1.46 Ω·m，同时中子孔隙度大于45%，综合识别图版上主要分布于(2)区，这与蚀变岩的特征一致。由于该井岩性解释成果与实钻取心结果相吻合(图7)，因此应用本文方法对研究区48口探井进行了岩性校正，综合判别结果与岩心、薄片鉴定结果对比准确率为82.6%，表明该方法在研究区适用性较强。

基于本文方法对现有测试数据进行统计，结果表明渤海海域中生界安山岩及安山质角砾岩油气产能较高，而玄武岩及玄武安山岩等基性、中基性火山岩油气产能较低(图8)。分析认为，一方面可能是由于基性、中基性岩以暗色矿物为主，后期成岩作用难以溶蚀形成有效孔隙；另一方面可能是由于基性、中基性岩以塑性矿物为主，裂缝不容易发育，难以对孤立的孔隙进行沟通有关。因此，安山岩及安山角砾岩是渤海海域中生界火山岩主要优质储集岩，准确的岩性识别可以有效降低火山岩油气藏勘探风险。

注：(1)玄武岩；(2)蚀变玄武岩；(3)中基性熔岩；(4)中基性角砾岩；(5)安山岩；(6)安山质角砾岩；(7)凝灰岩；(8)中酸性-中碱性熔岩；(9)酸性熔岩；(10)沉凝灰岩。

图6 渤海海域A井岩性综合识别

Fig .6 Lithology comprehensive identification of Well A in Bohai area

图7 渤海海域A井岩性测井综合解释

图8 渤海海域中生界火山岩不同岩性测试产能

4 结论

1) 建立了以岩石成分、岩石结构为主导的渤海海域中生界火山岩测井-地质分类方案。根据岩石成分差异将研究区火山岩划分为基性、中基性、中性、中酸性、中碱性及酸性六大类，根据岩石结构差异将研究区火山岩划分为熔岩结构与碎屑结构两大类。

2) 建立了适合研究区的火山岩岩石成分识别图版、岩石结构识别图版及岩性综合识别图版。利用测井自然伽马与密度交会图可对火山岩岩石成分进行识别，利用测井声波时差、中子孔隙度及电阻率可对火山岩岩石结构进行识别，利用测井自然伽马与电阻率交会可进行火山岩岩性综合识别。

3) 将识别图版应用于实际生产，其解释成果与实钻结果相吻合，表明该方法对研究区具有较强的适应性。现有测试数据统计表明，安山岩及安山质角砾岩为研究区的主要优质储集岩，准确的岩性识别可有效降低研究区火山岩油气藏的勘探风险。

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(编辑：冯 娜)

Lithology comprehensive identification method with logging-geology data of Mesozoic volcanic rocks in Bohai sea

Ye Tao Wei Ajuan Gao Kunshun Wu Qingxun Zhao Dijiang

(BohaiOilResearchInstitute,TianjinBranchofCNOOCLtd.,Tianjin300452,China)

With the data of cores, rock thin sections and well logging, rock classification method of well logging-geology mainly based on composition and structure has been established, and the well logging response characteristics of different rocks in Bohai sea have been made clear in which natural gamma and density are sensitive to rock composition, interval transit time and neutron porosity, and resistivity are sensitive to rock structure. The cross plots of rock composition, rock structure and lithology comprehensive identification are established based on rock physics analysis. The application of these cross plots shows that the andesite and the andesitic conglomerates are the high quality reservoirs in the study area. This method is significant for searching vocalic high quality reservoir and reducing exploration risk in Bohai sea.

Bohai sea; Mesozoic; volcanic rocks; lithology identification; logging-geology classification

叶涛，男，1987年生，助理工程师，2013年毕业于中国石油大学(华东)矿产普查与勘探专业，获硕士学位，主要从事油气勘探与综合评价工作。地址：天津市塘沽区闸北路1号勘探楼303(邮编：300452)。E-mail:yetao2@cnooc.com.cn。

1673-1506(2016)01-0048-06

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.01.007

P631.84

A

2015-07-24 改回日期：2015-11-10

*“十二五”国家科技重大专项“渤海海域大中型油气田地质特征(编号：2011ZX05023-006-002)”部分研究成果。

叶涛,韦阿娟,高坤顺，等.渤海海域中生界火山岩测井-地质岩性综合识别方法[J].中国海上油气，2016,28(1)：48-53.

Ye Tao,Wei Ajuan,Gao Kunshun,et al.Lithology comprehensive identification method with logging-geology data of Mesozoic volcanic rocks in Bohai sea[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(1):48-53.