松遼盆地中央古隆起帶(北部)基底巖性識別方法

張晏奇 羅光東 李 義

(①中國石油大慶鉆探工程公司地質錄井一公司；②吉林大學地球科學學院)

0 引 言

松遼盆地北部古中央隆起帶(以下簡稱古中央隆起帶)是大慶油田天然氣勘探的新領域之一，由于基底地質條件復雜、已鉆井內幕揭示少、地層揭示厚度薄，導致錄井對基底地層、巖性特征認識薄弱。近年隨著巖屑顯微鏡觀察、XRF元素分析、巖屑薄片分析等新技術廣泛應用到錄井現(xiàn)場，有效地提高了對巖屑、地層的認識。本文通過對鉆遇古中央隆起帶基底的40口已鉆井實物資料分析，簡要介紹古中央隆起帶地層巖性特征和巖屑響應特征的最新研究成果，總結出一套適合古中央隆起帶的巖性識別方法，可指導錄井作業(yè)現(xiàn)場進行巖性識別和層位判斷，有效增強現(xiàn)場巖性識別的及時性、準確性，也為古中央隆起帶滾動勘探提供重要地質資料。

1 古中央隆起帶地質概況

古中央隆起帶位于古龍斷陷和徐家圍子斷陷之間，近南北向展布，東西寬 9～34 km、南北長 110 km、面積2 400 km2，發(fā)育6個凸起?；鶐r頂面埋深2 500～3 500 m。目前已鉆探井30口，其中工業(yè)氣流井2口，低產氣流井6口，見顯示井9口。根據(jù)地震資料，古中央隆起帶早期遭受強烈擠壓，發(fā)育疊瓦狀推覆構造和高角度逆沖構造兩種類型的構造樣式(圖1)。汪家屯、昌德凸起為疊瓦狀推覆構造，永樂、肇州、衛(wèi)星、升平凸起主要為高角度逆沖構造[1-4]。

圖1 基巖構造特征(據(jù)大慶勘探開發(fā)研究院)

2 古中央隆起帶巖性分布

古中央隆起帶基底發(fā)育巖性較復雜，根據(jù)鉆遇基巖的錄井巖心、巖屑資料分析發(fā)現(xiàn)，目前揭示出6種類型變質巖，巖性主要為泥板巖、千枚巖、片(麻)巖、糜棱巖、變質礫巖和變質花崗巖類，可進一步細分出板巖、綠泥千枚巖、石英片巖、角閃片巖、花崗巖、碎裂花崗巖、糜棱化花崗巖、糜棱巖、構造角礫巖等多種巖性(表1)。古中央隆起帶基底長期暴露于地表，頂部風化殼發(fā)育網狀裂縫，氧化特征明顯。永樂、肇州凸起為穩(wěn)定的塊體，主要發(fā)育碎裂花崗巖、花崗巖夾花崗閃長巖；昌德凸起為疊瓦狀推覆構造，主要發(fā)育泥板巖、千枚巖、片巖、碎裂花崗巖；衛(wèi)星凸起為高角度斷裂，主要發(fā)育糜棱巖；汪家屯凸起為疊瓦狀推覆構造，主要發(fā)育變質礫巖、千枚巖、片巖；升平凸起以塊體為主，主要發(fā)育泥板巖、千枚巖。

表1 古中央隆起帶基底巖性統(tǒng)計

3 巖性識別方法

3.1 變質巖原巖的識別

變質巖主要是原巖受溫度、壓力、剪切力等作用影響，造成礦物重結晶、結構構造上的變化，主量元素并未產生大幅變化，因此，通過元素特征識別原巖是可靠的方法[5]。XRF元素分析技術可以檢測Si、Fe、Mg、Al、K、Na、Ca、Ti、S等35種元素。

3.1.1 火成巖指數(shù)的確定

根據(jù)巖石成分組成特征，沉積巖和火成巖在Na+K和Fe+Mg含量上有明顯相關性，建立Na+K和Fe+Mg含量圖解，并通過火成巖與沉積巖區(qū)分圖解(圖2)，得出分界函數(shù):

Na+K=-0.34(Fe+Mg)+5.8

(1)

假設區(qū)分值為50%，經公式(1)轉換:

50=8.6(Na+K)+2.9(Fe+Mg)

(2)

令火成巖指數(shù)Zmag=8.6(Na+K)+2.9(Fe+Mg)

因此，當Zmag≥ 50%時，原巖巖性可能為火成巖；當Zmag≤50%時，原巖巖性可能為沉積巖。

圖2 火成巖與沉積巖區(qū)分圖解

3.1.2 火成巖原巖識別方法

變質巖中，其原巖由火山物質組成的，本文統(tǒng)稱為火成巖，其中包括火山碎屑巖、噴出巖及侵入巖。如果原巖為火成巖，可采用元素經驗數(shù)據(jù)分析其巖性(表2)。

如果原巖為火成巖中的噴出巖或侵入巖，可采用火成巖Tas圖板(圖3)進一步區(qū)分原巖巖性。

表2 元素含量分析與巖性對應關系 %

巖性Si平均值Fe平均值Mg平均值Al平均值K平均值Na平均值Ca平均值Ti平均值玄武質54.499 68.652 14.367 814.268 903.677 4282.661 5444.399 61.215 2安山質64.515 66.539 92.840 314.721 973.846 9243.751 6742.304 80.896 0粗面質65.738 95.953 72.248 314.089 974.347 3974.640 5140.463 70.392 5英安質72.049 33.727 32.139 514.822 324.485 5363.979 2300.515 30.338 0流紋質77.497 02.895 11.936 113.809 314.963 2972.920 6320.466 70.253 5

3.2 風化殼巖性識別

研究區(qū)鉆遇基底的探井有40口，其中有16口井見風化殼，但是厚度都不大。鉆井揭示見“花崗巖”和“花崗巖+糜棱巖”的井較多，且多數(shù)井未見風化殼，可以初步認為，該區(qū)“花崗巖”和“花崗巖+糜棱巖”較發(fā)育，并且也較易被風化。火山巖及碎屑巖，由于含有相當多甚至大量的玻璃質或火山灰，其風化速度大都相當快，所以古中央隆起帶上的火山巖被保存下來的很少。結構上頂部一般為風化較嚴重的花崗質礫巖，多為紅色，為氧化堆積層，其下進入基巖風化殼主體，裂隙發(fā)育，可見紅褐色鐵質氧化物充填物。

采用XRF元素分析技術可準確檢測巖屑中各種元素含量，從而計算風化指數(shù)[6]。針對侵入巖的風化殼，斜長石蝕變系數(shù)(IPA)(據(jù)Fedo，1995)具有良好的指示。

IPA=100[W(Al2O3)-W(K2O)]/[W(Al2O3)+

W(CaO)+W(Na2O)-W(K2O)]

圖3 火成巖Tas圖板

當IPA<50表示未風化，IPA=100為完全風化。

針對其他變質巖的風化殼變質，風化指數(shù)(IWP)(據(jù)Parker，1970)具有良好的指示。

IWP=100[2W(Na2O)/0.35+W(MgO)/0.9+

2W(K2O)/0.25+W(CaO)/0.7]

當IWP>100表示未風化，IWP=0為完全風化。

3.3 內幕巖性的識別

通過對已鉆井巖心、巖屑、井壁取心實物資料分析，總結古中央隆起帶基底內幕變質巖的特征，建立以成分識別、結構構造識別為主的變質巖識別方法，確定松遼盆地古中央隆起區(qū)基底巖石類型，建立變質砂礫巖+板巖+千枚巖+片巖、花崗巖+閃長巖、碎裂化+糜棱化花崗巖三組基底巖石序列。

3.3.1 變質砂礫巖+板巖+千枚巖+片巖

主要發(fā)育在汪家屯凸起、升平凸起，疊瓦狀推覆構造，元素分析結果見表3。板巖類：W(SiO2)為60.40%～65.41%，W(Al2O3)為16.29%～17.29%，W(MgO)為2.58%～4.06%。片巖類：W(SiO2)為50.34%～55.52%，W(Al2O3)為17.91%～18.49%，W(MgO)為3.96%～6.01%。

表3 巖石樣品元素含量分析統(tǒng)計 %

巖石名稱SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgOCaO長石石英黑云片巖55.520.8718.492.925.540.103.962.12綠簾鈉長陽起石片巖50.340.8217.914.025.740.256.016.92灰綠色粉砂質板巖60.400.8217.293.613.330.434.063.33千枚狀粉砂質板巖65.410.7716.292.023.950.132.580.33絹云長石石英千枚巖51.520.278.361.421.650.150.930.41變質安山質凝灰?guī)r62.760.7515.815.553.130.0751.483.90

從巖屑實物特征上看(圖4)，礦物成分為石英、長石、綠泥石、白云母、黑云母等，礦物較細，具粒狀變晶結構，片狀構造，片狀礦物定向連續(xù)分布。

圖4 變質砂礫巖+板巖+千枚巖+片巖序列典型巖屑圖像

3.3.2 花崗巖+閃長巖

發(fā)育在永樂凸起、肇州凸起,為穩(wěn)定的塊體，主要發(fā)育碎裂花崗巖，其中花崗巖夾花崗閃長巖；花崗巖 XRF元素分析呈酸性巖特征，閃長巖XRF元素分析呈中性巖特征。Tas圖板能較好進行分類(圖5)。

圖5 花崗巖-閃長巖Tas圖板分類

3.3.3 碎裂化+糜棱化花崗巖

主要發(fā)育在衛(wèi)星凸起、昌德凸起，其中衛(wèi)星凸起為高角度斷裂，發(fā)育碎裂化、糜棱化花崗巖，昌德凸起母巖為花崗巖侵入體。

XRF元素分析呈酸性巖特征，Tas圖板均落于花崗巖區(qū)域，花崗巖經剛性變形形成碎裂化花崗巖(圖6)，韌性變形形成糜棱化花崗巖(圖7)。常夾雜構造角礫巖，成分和糜棱化花崗巖一致， 為糜棱化花崗巖再發(fā)生動力變質形成。

圖6 碎裂化花崗巖巖屑特征

圖7 糜棱化花崗巖巖屑特征

4 應用實例

LT 2井為肇州凸起的新鉆井，完鉆井深3 370 m，揭示基底厚度552 m，揭示了基巖風化殼和內幕兩套地層，巖性為碎裂花崗巖、花崗巖夾花崗閃長巖。

花崗巖巖屑特征：全晶質，主要礦物為石英、肉紅色鉀長石、灰白色酸性斜長石，次要礦物為綠色角閃石和少量黑云母?；鶐r風化殼可見紅褐色鐵質氧化物。

元素分析特征(圖8)：進入基巖風化殼，Si元素含量大幅上升，Ti元素含量大幅下降，Mg、Fe、Al、Na、K元素含量均有不同幅度變化，呈現(xiàn)出由沉積巖向酸性侵入巖的變化。各元素曲線表現(xiàn)不平穩(wěn)，根據(jù)礦物成分的不同產生規(guī)律性變化，符合風化淋濾特征。進入內幕后，Si元素穩(wěn)定在72%左右，Ti、 Mg、Fe、Al、Na、K等元素含量均穩(wěn)定，說明地層礦物變化不大，符合塊狀酸性侵入巖特征。綜合應用巖性分布規(guī)律、實物結構構造、XRF元素分析、Tas圖板等方法，準確地識別出風化殼和內幕巖性。

圖8 LT 2井元素分析綜合圖

5 結 論

綜合巖屑鏡下觀察、XRF元素分析、巖屑薄片分析等錄井資料，在大量數(shù)據(jù)分析和地質研究的基礎上，總結了松遼盆地古中央隆起帶北部地層特征和巖屑響應特征，獲得了幾點認識：

(1)在古中央隆起帶發(fā)育疊瓦狀推覆構造和高角度逆沖構造，造成基底巖性復雜，共發(fā)育6個凸起，不同構造上發(fā)育不同的巖石序列。

(2)古中央隆起帶基底長期暴露于地表，常見風化殼。通過XRF元素數(shù)據(jù)計算風化指數(shù)及斜長石蝕變指數(shù)能很好地識別風化殼。

(3)通過元素數(shù)據(jù)能有效識別變質巖原巖，對地質綜合研究有重要意義。

(4)采用結構構造識別方法，XRF成分識別方法結合分布規(guī)律能有效識別古中央隆起帶巖性。

利用這幾點認識，指導現(xiàn)場錄井，能有效增強錄井資料的及時性、準確性，為松遼盆地古中央隆起帶基底的勘探與研究提供重要地質資料。