松遼盆地濱北地區(qū)變質(zhì)巖巖性測(cè)井識(shí)別方法

陳龍,魏五峰

(1.大慶油田勘探開(kāi)發(fā)研究院地球物理測(cè)井研究室,黑龍江大慶,163712;2.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司生產(chǎn)測(cè)井中心,陜西西安,710201)

0 引 言

變質(zhì)巖是由于地殼運(yùn)動(dòng)和巖漿活動(dòng),在一定的溫度、壓力等條件下,使原來(lái)巖石的成分和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變而形成的一種新的巖石[1-2]?，F(xiàn)有地質(zhì)勘探資料表明,松遼盆地濱北地區(qū)基底變質(zhì)巖巖性復(fù)雜多變,火山侵入巖,由沉積巖變質(zhì)而來(lái)的淺變質(zhì)泥巖、板巖、千枚巖、片巖、變質(zhì)砂巖等,以及火山巖變質(zhì)而來(lái)的變粒巖、角閃石片巖等均有發(fā)育。變質(zhì)作用使得變質(zhì)巖在測(cè)井響應(yīng)特征上與原巖呈現(xiàn)出一定的差異,但也保持了部分原巖的特征和規(guī)律。變質(zhì)巖巖性識(shí)別主要從2個(gè)方面來(lái)開(kāi)展研究工作,一方面借鑒沉積巖與火山巖等傳統(tǒng)識(shí)別方法對(duì)變質(zhì)巖進(jìn)行定性識(shí)別研究;另一方面,針對(duì)變質(zhì)巖不同巖性特征,結(jié)合測(cè)井曲線,通過(guò)不同的巖性測(cè)井響應(yīng)特征來(lái)進(jìn)行定量識(shí)別研究[3]。本文根據(jù)變質(zhì)巖的測(cè)井響應(yīng)特征,結(jié)合其原巖特征及變化規(guī)律,對(duì)松遼盆地濱北地區(qū)變質(zhì)巖的測(cè)井識(shí)別方法展開(kāi)初步探究。

1 變質(zhì)巖常規(guī)測(cè)井響應(yīng)特征

1.1 變質(zhì)沉積巖測(cè)井響應(yīng)特征

每種測(cè)井方法對(duì)巖石礦物響應(yīng)不同。淺變質(zhì)泥巖、泥板巖、千枚巖、片巖以及變質(zhì)砂巖等巖類,原巖為正常的沉積巖,經(jīng)過(guò)變質(zhì)作用,普遍呈現(xiàn)出高密度、高電阻、低中子、低聲波測(cè)量值的特征,自然伽馬變化程度相對(duì)較低,補(bǔ)償中子變化規(guī)律依然存在,選用自然伽馬曲線與補(bǔ)償中子曲線進(jìn)行重疊,能夠?qū)δ鄮r變質(zhì)和砂巖變質(zhì)的巖性進(jìn)行有效區(qū)分:變質(zhì)泥巖呈現(xiàn)出高伽馬、高中子特征;變質(zhì)砂巖呈現(xiàn)出低伽馬、低中子的特征,變化界限清楚,易于識(shí)別。變質(zhì)泥巖中,淺變質(zhì)泥巖、泥板巖、千枚巖、片巖,變質(zhì)程度逐漸升高,電阻率有逐漸升高的趨勢(shì),但界限不清,常規(guī)測(cè)井很難進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別,需要借助成像測(cè)井與ECS元素測(cè)井新技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步識(shí)別。

1.2 侵入巖及變質(zhì)火山巖測(cè)井響應(yīng)特征

相比于變質(zhì)沉積巖,變質(zhì)火山巖保留了更多火山原巖特征。這是由于火山巖在高溫條件下由巖漿噴出或者侵入形成,而高溫高壓條件下形成的礦物成分相對(duì)更加穩(wěn)定。因此,將基巖中侵入巖與變質(zhì)火山巖合并為火成巖進(jìn)行研究。從常規(guī)測(cè)井特征來(lái)看,變質(zhì)沉積巖自然伽馬與補(bǔ)償中子正相關(guān)?；鸪蓭r自然伽馬與補(bǔ)償中子負(fù)相關(guān)。選用自然伽馬與補(bǔ)償中子進(jìn)行相關(guān)性分析,容易識(shí)別出火成巖與變質(zhì)沉積巖。從電阻率曲線特征看,火成巖明顯高于變質(zhì)程度較低的變質(zhì)沉積巖的電阻率,但與變質(zhì)程度較高的千枚巖、片巖等界限不清。研究區(qū)火成巖中,變質(zhì)火山巖的電阻率要明顯高于侵入巖,與變質(zhì)程度及原巖類型相關(guān)。詳細(xì)劃分火成巖種類,需要借助火山巖識(shí)別圖版和成像測(cè)井進(jìn)行進(jìn)一步劃分。

2 變質(zhì)巖ECS元素測(cè)井響應(yīng)特征

ECS元素測(cè)井可定量計(jì)算地層礦物含量,從而準(zhǔn)確識(shí)別巖性[4]。SiO2是Si元素附存的主要氧化物形式,是反映巖漿性質(zhì)和直接影響巖漿巖礦物成分變化的主要因素[5]。通過(guò)ECS元素測(cè)井獲取的元素相關(guān)性對(duì)比分析表明:變質(zhì)沉積巖自然伽馬與氧化物SiO2反相關(guān)、自然伽馬與Fe、Al、Ti元素正相關(guān);而火成巖則相反,自然伽馬與氧化物SiO2正相關(guān)、自然伽馬與Fe、Al、Ti元素反相關(guān)。因此,優(yōu)選氧化物SiO2及Fe、Al、Ti等敏感元素,通過(guò)相關(guān)性分析或曲線重疊法,能較直觀地顯示出巖性分界,可區(qū)分出變質(zhì)沉積巖與火成巖。同時(shí),利用研究區(qū)3口井28塊薄片樣品鑒定結(jié)果,制定了研究區(qū)巖性ECS識(shí)別圖版(見(jiàn)圖1)。常規(guī)測(cè)井與ECS元素測(cè)井均區(qū)分變質(zhì)沉積巖與火成巖,而ECS元素測(cè)井能進(jìn)一步鑒別巖石的成分,將火成巖分為酸性巖、中性巖和基性巖3類。但常規(guī)測(cè)井和ECS元素測(cè)井均無(wú)法確定巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造,必須借助FMI成像測(cè)井才能對(duì)巖性進(jìn)行最終定名。

圖1 濱北地區(qū)基底巖性識(shí)別圖版

3 FMI成像測(cè)井識(shí)別變質(zhì)巖

圖2 濱北地區(qū)變質(zhì)沉積巖與火成巖典型成像圖

FMI成像測(cè)井分辨率高,地質(zhì)信息量大,成像直觀[6],在巖性識(shí)別中主要借助其能直觀地顯示電阻率特性以及能清楚地反映出巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的優(yōu)勢(shì),通過(guò)常規(guī)測(cè)井以及ECS元素測(cè)井無(wú)法準(zhǔn)確定名的變質(zhì)泥巖、侵入巖、變質(zhì)火山巖,均可以通過(guò)FMI成像測(cè)井進(jìn)行最終確定。通過(guò)濱北地區(qū)鉆井取心資料對(duì)成像測(cè)井進(jìn)行標(biāo)定[7],建立區(qū)域典型成像模式圖(見(jiàn)圖2),可以對(duì)基巖巖性進(jìn)行最終確定。變質(zhì)泥巖,從淺變質(zhì)泥巖、泥板巖、千枚巖到片巖,電阻率逐漸升高,在成像上從暗色到亮色變化。板巖、千枚巖、片巖能夠清晰地反映板狀構(gòu)造、千枚狀構(gòu)造和片狀構(gòu)造?；鸪蓭r,通過(guò)FMI觀察結(jié)構(gòu)構(gòu)造,可進(jìn)一步區(qū)別出侵入巖與變質(zhì)火山巖并且最終根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造定名。如閃長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)巖等侵入巖脈具有明顯的侵入界面,基性成分的角閃石片巖具有片狀構(gòu)造、中酸性的變粒巖具有變粒結(jié)構(gòu)。

4 松遼盆地濱北地區(qū)基底變質(zhì)巖巖性識(shí)別方法及應(yīng)用實(shí)例

4.1 濱北地區(qū)基底變質(zhì)巖巖性識(shí)別方法

綜合分析松遼盆地基底變質(zhì)巖常規(guī)測(cè)井、ECS元素測(cè)井以及FMI成像測(cè)井響應(yīng)特征,總結(jié)出松遼盆地濱北地區(qū)變質(zhì)巖巖性識(shí)別方法:①根據(jù)常規(guī)測(cè)井及ECS元素測(cè)井,優(yōu)選出自然伽馬與補(bǔ)償中子、SiO2、Fe、Al、Ti的測(cè)井響應(yīng)關(guān)系,通過(guò)相關(guān)性分析或者曲線重疊法[8],將基巖巖性分為變質(zhì)泥巖、變質(zhì)砂巖和火成巖3類。如果自然伽馬與補(bǔ)償中子、Fe、Al、Ti正相關(guān),與SiO2反相關(guān),則為變質(zhì)沉積巖。其中,低自然伽馬、低中子為變質(zhì)砂巖,高自然伽馬高中子為變質(zhì)泥巖。反之,如果自然伽馬與補(bǔ)償中子、Fe、Al、Ti負(fù)相關(guān),與SiO2正相關(guān),則為火成巖。②根據(jù)濱北地區(qū)巖性識(shí)別圖版將基巖分為變質(zhì)砂巖、變質(zhì)泥巖、酸性巖、中性巖和基性巖5類。③根據(jù)成像測(cè)井識(shí)別巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造,將變質(zhì)泥巖及火成巖進(jìn)一步細(xì)分,按構(gòu)造最終定名。

4.2 應(yīng)用實(shí)例分析

圖3 曲線重疊法識(shí)別基巖巖性應(yīng)用實(shí)例

圖3為濱北地區(qū)某井測(cè)井解釋圖,采用自然伽馬與補(bǔ)償中子、SiO2及Fe曲線進(jìn)行重疊。在淺變質(zhì)泥巖區(qū),雙側(cè)向電阻率較低,自然伽馬與補(bǔ)償中子、SiO2呈“鏡像”特征,與Fe元素呈“同向”特征。FMI成像測(cè)井靜態(tài)圖為暗色顯示,動(dòng)態(tài)圖像可見(jiàn)沉積層理和一定的變余結(jié)構(gòu),與巖心實(shí)物符合。下部為侵入閃長(zhǎng)巖,雙側(cè)向電阻率突變升高,自然伽馬與中子“同向”特征不明顯,但自然伽馬與SiO2顯示呈一定的“同向”特征,自然伽馬與Fe元素呈“鏡像”特征。FMI動(dòng)靜態(tài)圖像均呈高阻亮色,具有明顯的侵入界面,巖心實(shí)物見(jiàn)明顯巖性突變界面。結(jié)合圖1濱北地區(qū)巖性識(shí)別圖版可知,上部淺變質(zhì)泥巖落在巖性識(shí)別圖版“變質(zhì)泥巖”區(qū),而下部閃長(zhǎng)巖落在巖性識(shí)別圖版“中性巖”區(qū)(見(jiàn)圖4)。綜上所述,應(yīng)用本文研究的濱北地區(qū)變質(zhì)巖識(shí)別方法對(duì)該區(qū)域變質(zhì)巖進(jìn)行識(shí)別是適用的。

圖4 濱北地區(qū)巖性識(shí)別圖版應(yīng)用實(shí)例

5 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

(1)利用常規(guī)測(cè)井及ECS元素測(cè)井,采用相關(guān)性分析法或曲線重疊法識(shí)別巖石成分,用成像測(cè)井識(shí)別巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造,“成分+結(jié)構(gòu)”的巖性識(shí)別方法在松遼盆地濱北地區(qū)應(yīng)用效果較好,巖性識(shí)別精度在85%以上。

(2)松遼盆地濱北地區(qū)變質(zhì)巖巖性識(shí)別,依靠單一的測(cè)井手段是無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別的,必須借助常規(guī)測(cè)井、ECS元素測(cè)井以及成像測(cè)井資料進(jìn)行綜合解釋,才能保證巖性解釋的準(zhǔn)確性。

(3)本文的巖性識(shí)別方法適用于濱北地區(qū)絕大部分井段的巖性識(shí)別。但松遼盆地濱北地區(qū)小部分井段巖性復(fù)雜,常規(guī)測(cè)井響應(yīng)特征與ECS元素測(cè)井存在一定矛盾,而成像測(cè)井特征并不明顯,導(dǎo)致此類巖性解釋出現(xiàn)多解性。例如,某井變質(zhì)砂巖(薄片鑒定結(jié)果),在常規(guī)測(cè)井顯示為正常的低伽馬、低中子特征,但ECS元素測(cè)井顯示,SiO2含量較低,與伽馬呈現(xiàn)出正相關(guān),且Fe、Al、Ti等敏感元素較正常變質(zhì)砂巖高,符合火山巖特征。變質(zhì)砂巖電阻率高,并且與上下低電阻巖性有突變,成像上很難區(qū)分是否為真正的侵入界面。需要進(jìn)一步對(duì)此類巖性進(jìn)行深入研究。