李　静



中拐凸起石炭系低放射性火成岩岩性测井识别

李静

（中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院地球物理研究所，乌鲁木齐830013）

准噶尔盆地中拐凸起石炭系火成岩岩性复杂多样，横向变化快，厚度大，且均具低放射性特征，利用自然伽马无法准确识别岩性。通过岩心观察及薄片鉴定，分析研究区主要岩石类型，利用元素俘获谱测井进行岩石成因、成分分析，建立SiO2与Fe2O3和TiO2质量分数交会图进行火成岩化学成分划分，结合微电阻率扫描成像测井反映的结构构造信息建立成像模式图版，进一步从结构上对岩性进行识别；在ECS测井和FMI测井识别岩性的基础上，分析不同岩性、不同结构及矿物成分的火成岩常规测井响应特征，将ECS测井和FMI测井识别结果推广到常规测井中，进行常规测井曲线敏感性分析，建立中子孔隙度—密度交会图，从而实现利用常规测井曲线划分火成岩岩性。

准噶尔盆地；中拐凸起；石炭系；火成岩；ESC测井；FMI测井；自然伽马；岩性识别

准噶尔盆地中拐凸起为石炭纪—侏罗纪的大型继承性鼻状隆起构造［1-3］。长期处于玛湖、沙湾以及盆1井西3大生油凹陷的油气运移指向区，是准噶尔盆地西北缘重要的油气聚集带之一。中拐凸起石炭系火成岩非均质性强，裂缝发育，且处于古隆区，长期暴露于地表，经过长期风化、淋滤改造，火山角砾岩、玄武安山岩和英安岩均可成为良好的储集体。中拐凸起分为南、北2个古凸，钻探显示油气主要沿古凸分布：南部古凸金龙10井区已基本探明，投入开发，多口井长期试采产量稳定，金龙10井区为高效规模的储量区块；北部古凸勘探程度低，已钻井中多口获工业油流，其中金龙22井在石炭系试油，经压裂获得日产油21.6 m3的高产油流，证实北部古凸为有利的油气富集区，勘探潜力大（图1）。

火成岩储集层具有岩性复杂多样、裂缝-孔隙双重介质、非均质性强的特点，运用测井资料识别油气层困难［4-5］。火成岩储集层岩性识别是进行储集层评价的基础，不同岩性的储集结构和测井参数不同，只有在准确识别岩性的基础上，才能有效开展储集类型和储集层性质评价。以往针对研究区石炭系火成岩岩性识别主要利用自然伽马—电阻率、自然伽马—声波时差图版进行识别［6］。测井曲线的响应特征主要受火成岩的致密程度、化学成分以及后期蚀变作用等因素的影响，单纯依靠常规测井曲线划分岩性比较困难。通过对研究区石炭系火成岩的岩石物理特征与岩石学特征的相关关系分析表明，研究区火成岩的自然伽马普遍偏低，而补偿中子、密度、电阻率等测井数据对火成岩化学成分、结构及蚀变程度反应较为敏感。因此在岩心分析的基础上，结合常规测井及ECS（元素俘获谱）测井和FMI（地层微电阻率扫描成像）测井资料能够较好的区分火成岩岩性。

图1　准噶尔盆地中拐凸起构造位置

1　中拐凸起火成岩岩性特征

中拐凸起石炭系岩石类型主要为玄武安山岩、火山角砾岩、英安岩、花岗岩、沉凝灰岩及凝灰质砂砾岩等。储集层以火山角砾岩、玄武安山岩和英安岩为主，岩性纵向、横向变化快，具有多期次的特点［7-9］。通过分析研究区30口井的岩心薄片及测井响应特征等资料，统计出了研究区主要岩石类型的测井数值范围（表1），可较好地区分岩性。

表1　中拐凸起石炭系火成岩测井相应特征

自然伽马测井反映岩石所放射出自然伽马射线的总强度。一般情况下，从基性火成岩—中性火成岩—酸性火成岩，钾的含量逐渐增高，因酸性火成岩的铀和钍含量较高，因而放射性响应增强，自然伽马增大，因此，可根据自然伽马的变化规律区分火成岩的酸碱性［10］。而研究区的火成岩整体放射性都比较低，自然伽马没有明显增大的趋势（自然伽马为10～70 API），因此，根据自然伽马测井，基本上无法判断研究区火成岩的酸碱性。

图2　ECS测井识别火成岩

2　中拐凸起火成岩岩性测井识别

针对中拐凸起火成岩低放射性的特征，利用ECS测井进行研究区的火成岩化学成分分析，选取敏感矿物进行火成岩化学成分划分。

2.1利用ECS测井资料识别火成岩

ECS测井可得到地层中硅、钙、硫、铁、钛等元素含量，应用特定的氧化物闭合模型技术，得到地层中主要造岩元素的相对质量分数，因此，ECS测井可应用于识别火成岩岩性［11］。

在火成岩中，各主要氧化物之间关系很密切，其变化也有规律［7］。通过ECS测井分析发现，研究区火成岩放射性低是由于K2O质量分数低造成的，K2O与 SiO2质量分数没有明显的相关性。但是随着SiO2质量分数的增加，Fe2O3和TiO2质量分数明显降低（图2a，图2b）。利用SiO2质量分数与Fe2O3和TiO2质量分数交会图对研究区火成岩进行了单井岩性成分划分（图2），花岗岩具有明显的高硅、低铁、低钛含量的特点；玄武安山岩具有明显的低硅、高铁、高钛含量的特点；英安岩的硅、铁、钛的含量介于玄武安山岩与花岗岩之间。识别结果与岩心分析相对比，二者吻合良好，证明利用ECS测井从化学成分上识别火成岩较可靠。

2.2利用FMI测井资料识别火成岩

ECS测井仅反映了地层化学成分，没有反映岩石结构信息，虽然可以准确进行岩石的化学定名，但无法判断岩石内部结构。FMI测井资料可以清楚直观地反映岩石结构、构造等特征。火成岩不同的结构构造在FMI图像上表现为不同的图像纹理类型［12-13］。

根据FMI测井资料建立研究区的成像模式图版，结合录井资料和常规测井曲线特征，进一步从结构上对中拐凸起火成岩岩性进行识别。

玄武安山岩和英安岩FMI图像呈高阻块状结构，岩性较为均一，无粒状特征，通常有裂缝发育。FMI图像呈块状高阻亮色分布，但常被裂缝切割，呈现出高阻背景下的暗色条纹，整体较均一（图3a，图3b）。

火山角砾岩FMI图像为不规则组合亮色斑点，火山碎屑结构是火山爆发相的重要指示标志，火山角砾之间充填物的矿物成分不同导致FMI图像上颜色明暗相间，颗粒间相互支撑，混杂堆积，磨圆差（图3c）。

凝灰质砂砾岩及沉凝灰岩FMI图像上呈现沉积岩特征，凝灰质砂砾岩为不规则组合斑状模式，沉凝灰岩为暗色条带与亮色条带相间（图3d，图3e）。

在岩心薄片资料确定火成岩岩性的基础上，通过ECS测井识别出酸性花岗岩、中酸性英安岩、中基性玄武安山岩；结合FMI测井判断其结构和构造，识别出玄武安山岩、英安岩、火山角砾岩、凝灰质砂砾岩及沉凝灰岩。

图3　FMI测井识别火成岩

2.3利用常规测井交会图识别火成岩

在没有ECS测井和FMI测井资料情况下，利用常规测井资料建立图版进行火成岩识别，尽管此方法识别难度大，但具有重要的实际意义。通常使用自然伽马测井与密度测井来识别火成岩，但此方法很难将低自然伽马的酸性火成岩与中基性火成岩区分开来。本次根据ECS测井和FMI测井岩性识别的成果，分析低自然伽马成因机理，建立ECS测井和FMI测井与常规测井曲线响应特征之间的关系，进行常规测井曲线敏感性分析，建立中子孔隙度—密度交会图版。

声波时差和电阻率测井对研究区火成岩岩性的敏感性较差，从酸性火成岩到基性火成岩并没有明显的规律性。

中子和密度测井在划分火成岩岩性时具有较高的敏感性。①中子测井受地层岩性、流体性质影响较大，并随孔隙、裂隙流体含量的变化而发生变化。当岩石发生蚀变时，次生的绿泥石、沸石、绢云母等含有大量的结晶水和结构水，这时常表现出很高的中子孔隙度，特别是在蚀变严重时，中子测井反映敏感。研究区火成岩从基性到酸性，中子孔隙度逐渐减小。因此，中子孔隙度在划分火成岩岩性时具有较高的敏感性［14-15］。②密度测井受岩石的矿物成分、孔隙、裂隙、井眼尺寸和泥饼的影响。从基性火成岩到酸性火成岩，低密度成分（SiO2等）逐渐增多，高密度成分（铁、镁）逐渐减少，岩石密度逐渐减小，密度变化能够有效地反映火成岩岩性。孔隙发育的地层，其密度会相应减小。同质火成碎屑岩的密度低于熔岩，密度在一定程度上反映火成岩结构的变化。

电阻率是火成岩岩性和其中流体的综合反映，相对岩性而言，流体对电阻率大小的影响较小。研究区火成岩电阻率的跨度较大，但对于区分玄武安山岩、英安岩和火山角砾岩较敏感。

针对中拐凸起火成岩测井曲线敏感性特征，提取有准确岩心薄片定名资料的火成岩井段信息，读取密度和中子测井数据，做研究区中子孔隙度—密度交会图（图4），从图4可以看出，玄武安山岩具有高中子孔隙度、高密度的特点；火山角砾岩具有高中子孔隙度、低密度的特点；英安岩具有中中子孔隙度、中密度的特点；花岗岩具有低中子孔隙度、高密度的特点；凝灰质砂砾岩具有中高中子孔隙度、低密度的特点；沉凝灰岩具有高中子孔隙度、中密度的特点。应用中子孔隙度—密度交会图可有效地识别低自然伽马酸性火成岩的岩性。

图4　中拐凸起火成岩中子孔隙度—密度交会

综合运用上述岩性识别方法，对中拐凸起30口探井进行火成岩岩性划分（图5），侵入岩以金龙5井的巨厚花岗岩为代表（图5a），仅在局部发育；研究区西北部发育凝灰质砂砾岩及沉凝灰岩的火山沉积相，以克021井为代表（图5b）；英安岩以金龙14井为代表（图5c），主要发育在研究区北部；火山角砾岩及玄武安山岩（图5d）在研究区内普遍发育，识别结果与岩心分析较吻合。

图5　中拐凸起典型探井石炭系测井解释岩性综合柱状剖面

在岩性识别的基础上，采用“岩性-组构-成因”分类方案同时考虑岩相与储集层的关系，对研究区火成岩相类型及分布特征进行研究［16-17］。中拐凸起石炭系发育的主要火成岩相为侵入相、溢流相、爆发相和火山沉积相。侵入相分布较局限，主要为花岗岩；溢流相主要岩性为玄武安山岩、英安岩；爆发相主要岩性为火山角砾岩；火山沉积相主要岩性为凝灰质砂砾岩和沉凝灰岩。

依据测井识别的30口探井火成岩岩性进行单井、连井岩相划分，结合区域重磁力研究成果、地震相特征以及地震反演结果完成研究区石炭系顶面火成岩优势相平面图，有效地预测出爆发相的火山角砾岩和溢流相的玄武安山岩及英安岩分布（图6）。

3　结论

（1）中拐凸起石炭系火成岩岩性复杂，基性、中性到酸性火成岩均有发育，且均呈低放射性的特征，用自然伽马测井识别岩性难度大。

图6　研究区石炭系火成岩储集层顶面优势相

（2）利用ECS测井，根据SiO2与Fe2O3和TiO2的含量交会图将研究区火成岩分为中基性、中酸性和酸性火成岩；利用FMI测井，根据岩石结构和构造特征，区分出火山角砾岩、玄武安山岩、英安岩、沉凝灰岩和凝灰质砂砾岩。

（3）在岩心薄片分析资料确定岩性的基础上，分别利用ECS测井和FMI测井进行化学成分、结构和构造分析，确定常规测井曲线敏感性响应特征，应用中子孔隙度—密度交会图有效地解决了低自然伽马酸性火成岩的岩性识别问题，提高了研究区火成岩岩性识别的准确率。

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（编辑曹元婷）

Lithology Identification of Carboniferous Low-Radioactivity Igneous Rocks by Logging Data in Zhongguai Swell， Junggar Basin

LI Jing
（Geophysics Institute，Research Institute of Exploration and Development，Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Urumqi，Xinjiang 830013，China）

The lithology of Carboniferous igneous rocks in Zhongguai swell of Junggar basin is complicated and characterized by rapid lateral variation，large vertical thickness and low radioactivity，so natural gamma logging can not be used to accurately identify the lithology. The main rock types are analyzed based on core observation and thin section examination.Analyses on rock genesis and components are performed with elementary capture spectroscopy logging（ECS）and the mass fraction crossplot of SiO2，Fe2O3and TiO2 is established to classify chemical component of igneous rocks.According to texture and structure information reflected by FMI logging，an imaging mode chart is established to further identify the lithology.Based on the above，conventional logging response features are analyzed for igneous rocks with different lithologies，structures and mineral compositions.Then the ECS and FMI identification results are integrated with the conventional one，analyzing the conventional curve sensitivity and establishing neutron porosity-density crossplot，finally，the conventional logging curves can be used to classify the lithologies of igneous rocks.

Junggar basin；Zhongguai swell；Carboniferous；igneous rock；ECS logging；FMI Logging；natural gamma ray；lithology identifi cation

TE112.222

A

1001-3873（2016）04-0474-05

10.7657/XJPG20160417

2015-11-13

2016-05-18

国家油气重大专项（2011ZX05001-06）

李静（1983-），女，新疆沙湾人，工程师，油气藏评价，（Tel）15099330835（E-mail）lj918@petrochina.com.cn