(成都理工大學(xué) 四川 成都 610000)

火山巖巖性的測(cè)井識(shí)別方法

王格

(成都理工大學(xué)四川成都610000)

以前，石油勘探和開發(fā)的重點(diǎn)主要集中于碎屑巖、碳酸鹽巖類型的油氣藏。但是隨著勘探難度的提高，加上經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)油氣資源的需求不斷增加，尋找新類型的油氣藏顯得極為重要，火山巖油氣藏作為一種特殊的油氣藏正在引起廣泛關(guān)注。

火山巖巖性識(shí)別是火山巖儲(chǔ)層和火山巖油氣藏描述的基礎(chǔ)。識(shí)別含油氣盆地中的火山巖巖性最直接有效的方法是巖芯分析，但不可能在每口井中都取芯，因此利用常規(guī)測(cè)井資料進(jìn)行火山巖巖性的識(shí)別成為了必然的選擇。

本文主要利用巖性巖心分析資料與測(cè)井資料，分析了不同巖性的測(cè)井資料響應(yīng)特征規(guī)律。結(jié)合交會(huì)圖分析方法，優(yōu)選出自然伽馬、密度、聲波3種參與巖性識(shí)別的常規(guī)特征。

火山巖；巖性識(shí)別；交會(huì)圖；測(cè)井資料分析

一、火山巖巖性

(一)火山巖的基本地質(zhì)特征

地下深處所形成的熾熱、粘稠、含有揮發(fā)組分的以硅酸鹽為主要成分的熔融體被稱為巖漿，巖漿由地下深處向上運(yùn)動(dòng)到逐漸冷卻凝固所形成的巖石叫做巖漿巖，又稱為火成巖。其中巖漿沒有到達(dá)地表就冷凝、固結(jié)形成的巖石叫做侵入巖；而沿著構(gòu)造裂隙向上運(yùn)動(dòng)然后噴出地表冷凝形成的為噴出巖，因?yàn)閹r漿噴出地表就是火山噴發(fā)，所以又稱噴出巖為火山巖[1].

地殼中存在的所有元素在火山巖中幾乎都有發(fā)現(xiàn)，最主要的是O、Si、A1、Fe、Ca、Mg、Na、K、Ti、Mn、P、H等十二種元素；這些元素占地殼總重量的99%以上，稱為主要造巖元素。氧占總重量的比重最大，達(dá)46%以上。SiO2是火山巖中最主要的成分，它和各種金屬元素形成多種硅酸鹽礦物，各種硅酸鹽礦物又組成各種火山巖。所以說，火山巖實(shí)際上是碳酸鹽巖石。

(二)火山巖的主要類型

火山巖主要分為火山熔巖與火山碎屑巖兩大類，火山溶巖包括玄武巖、玄武、安山巖、安山巖，火山碎屑巖包括凝灰?guī)r、火山角礫巖、集塊巖?；鹕饺蹘r結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，一般以SiO2的含量分為四種巖性，熔巖由基性到酸性可分為玄武巖、安山巖、英安巖和流紋巖?；鹕剿樾紟r是介于熔巖和沉積巖之間的過渡類型巖石，巖類復(fù)雜，中國(guó)學(xué)者提出的火山碎屑巖分類實(shí)踐較早，有自己的特色，在一定范圍內(nèi)得到了應(yīng)用。

正?；鹕剿樾紟r類：火山碎屑物質(zhì)含量大于90%，以熔結(jié)或壓結(jié)、水化學(xué)膠結(jié)等方式成巖。根據(jù)成巖作用方式可以分為熔結(jié)火山碎屑巖、火山碎屑巖、層狀火山碎屑巖[2]。

二、測(cè)井資料預(yù)處理

(一)測(cè)井資料預(yù)處理

測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)一般采用模擬曲線和磁帶兩種方式記錄，隨著我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，海量的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)都是記錄在磁帶上的。由于野外測(cè)井作業(yè)環(huán)境，測(cè)井儀器以及人工操作方式的差異等諸多隨機(jī)因素的影響，造成解讀的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)并不能真實(shí)反映地質(zhì)屬性，所以必須對(duì)各種測(cè)井曲線作規(guī)范化預(yù)處理，主要包括：深度校正，環(huán)境校正，光滑濾波處理等。測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)預(yù)處理是保證測(cè)井解釋結(jié)果可靠且有效的前提與保證。

(二)測(cè)井曲線預(yù)處理

測(cè)井曲線深度與幅度的準(zhǔn)確性是保證測(cè)井解釋結(jié)果可靠的前提。然而，各測(cè)井探管不同，每次測(cè)井回程差，對(duì)零點(diǎn)的高度也不同，所以測(cè)井曲線之間的深度差別幾乎是不可避免的。故此，需將各個(gè)測(cè)井參數(shù)值進(jìn)行深度校正，才能使得一組測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)反映同一深度點(diǎn)的物性。

測(cè)井曲線的深度校正主要內(nèi)容為：同一口井多條測(cè)井曲線的深度校正與對(duì)齊及斜井的垂直深度校正?？梢杂萌斯し?，也可以采用自動(dòng)方法進(jìn)行校正。局部的深度校正通常采用人工方法，如果對(duì)整條曲線都要進(jìn)行深度校正，則應(yīng)采用自動(dòng)深度校正法。本文采用相關(guān)對(duì)比方法校正不同曲線的深度錯(cuò)位。在相關(guān)對(duì)比時(shí)，各條曲線與選定的標(biāo)準(zhǔn)曲線之間進(jìn)行相關(guān)分析，尋找最大相關(guān)位置，確定深度的移動(dòng)量，進(jìn)行深度自動(dòng)校正。

由于某些因素影響，在一些測(cè)井曲線上出現(xiàn)許多與地層性質(zhì)無關(guān)的毛刺干擾或者統(tǒng)計(jì)起伏。例如中子，核衰變、伽馬量子與核外電子的作用等都有隨機(jī)性質(zhì)，從而導(dǎo)致放射性測(cè)井曲線上出現(xiàn)許多與地層屬性無關(guān)的統(tǒng)計(jì)起伏變化。這些帶有毛刺干擾的測(cè)井曲線作數(shù)字處理，會(huì)為計(jì)算得到的地質(zhì)參數(shù)帶來許多的誤差。因而，在對(duì)測(cè)井曲線預(yù)處理過程中，必須首先設(shè)法把這些與地質(zhì)屬性無關(guān)的毛刺干擾濾掉，只保留曲線上反映地層特性的有用成分[3]。

常見的測(cè)井曲線平滑濾波處理方法有：中值濾波法，加權(quán)滑動(dòng)平均法，最小二乘滑動(dòng)平均法等。其中最小二乘滑動(dòng)平均法和加權(quán)滑動(dòng)濾波均適合所有的測(cè)井曲線濾波處理，因?yàn)樗侵瘘c(diǎn)處理，根據(jù)當(dāng)前采樣點(diǎn)附近幾個(gè)點(diǎn)用鐘形函數(shù)加權(quán)作擬合曲線，計(jì)算出擬合曲線在當(dāng)前采樣點(diǎn)處的滑動(dòng)平均值，作為該點(diǎn)的采樣值。逐點(diǎn)計(jì)算該方法的優(yōu)點(diǎn)，也是缺點(diǎn)，因?yàn)樵趯?duì)準(zhǔn)確的點(diǎn)進(jìn)行再一次的處理后，有可能會(huì)改變它的的準(zhǔn)確性[4]。

目前，對(duì)測(cè)井曲線進(jìn)行環(huán)境校正的方法主要有解釋圖版法和計(jì)算機(jī)自動(dòng)校正法?，F(xiàn)在工程中一般采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行測(cè)井曲線的環(huán)境校正。由于針對(duì)不同的環(huán)境影響因素以及不同的測(cè)井曲線，有不同的環(huán)境影響校正方法，這里不逐一敘述。

三、深度校正

(一)基本原理

國(guó)外測(cè)井公司一般運(yùn)用自然伽馬作為深度控制曲線，即每次測(cè)量都帶測(cè)一條自然伽馬曲線，并以某此測(cè)量的GR曲線的深度為基準(zhǔn)，把各次測(cè)量的曲線深度對(duì)齊。同一次測(cè)量的曲線(包括帶測(cè)GR深度控制曲線)，只要由組合的每種儀器記錄點(diǎn)所計(jì)算的深度延遲量和預(yù)置正確，那么所測(cè)曲線的深度就是一致的。不同次測(cè)量曲線間的深度錯(cuò)動(dòng)量只要將各次帶測(cè)的GR曲線進(jìn)行對(duì)比就能確定，進(jìn)而將他們的深度對(duì)齊。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是不同測(cè)量次數(shù)的GR曲線的相關(guān)性好，能提高深度校正的可靠性。

(二)校正步驟

深度校正所用到的軟件是Lead2.0。具體校正步驟如下：

(1)首先打深度校正界面，選好校正模板，并載入兩種GR曲線(常規(guī)GR曲線和成像GR曲線)。

(2)把常規(guī)GR曲線設(shè)定為基準(zhǔn)曲線，把成像GR曲線設(shè)定為待校曲線。

(3)對(duì)比兩條曲線的形態(tài)，確定出兩條曲線間的深度偏移量，然后在適當(dāng)?shù)牡胤教砑有Ｕ€。

(4)打開校正屬性對(duì)話框，選中需要校正的曲線，就可以開始校正了。

(5)處理完畢之后，將兩條曲線放在同一個(gè)曲線道里進(jìn)行對(duì)比，假如二者達(dá)不到理想的相關(guān)性，則回到步驟(3)，直到達(dá)到理想的校正效果為止。值得說明是，每次作校正前最好清除中間校正結(jié)果。

三、火山巖巖性的測(cè)井識(shí)別方法

(一)火山巖的巖性識(shí)別概述

就目前火山巖巖性識(shí)別方法而言，主要有4種方法：

(1)直接觀察巖心和可靠的巖屑資料識(shí)別火山巖；

(2)利用巖屑或巖心資料制作薄片，利用薄片所觀察到的結(jié)構(gòu)構(gòu)造鑒定火山巖的巖性；

(3)利用對(duì)巖心或巖屑的化學(xué)分析來判別火山巖的巖性，或利用元素測(cè)井對(duì)火山巖巖性進(jìn)行識(shí)別；

(4)利用可靠的巖心資料或已確定名稱的資料標(biāo)定常規(guī)測(cè)井曲線，利用常規(guī)測(cè)井資料對(duì)非取心井段的火山巖進(jìn)行識(shí)別。

(二)火山巖成分的測(cè)井識(shí)別

在地質(zhì)中所涉及的火山巖巖性信息非常多，確定火山巖巖性也是十分詳細(xì)的，但是由大量的實(shí)際分析工作我們可以得出，利用測(cè)井資料來對(duì)巖性進(jìn)行分析是不能達(dá)到地質(zhì)上的豐富性的，所以要在地質(zhì)確定的巖性類別基礎(chǔ)上再應(yīng)的測(cè)井巖性識(shí)別資料進(jìn)行類別上的合并，使得在成分上相近而在構(gòu)造方面不同的火山巖歸為同一類巖性[5]。下面簡(jiǎn)單介紹幾種主要的測(cè)井方式。

1.自然伽馬測(cè)井

自然伽馬測(cè)井(符號(hào)是GR，單位是API)是巖石自然放射性的指示。幾乎所有的巖石都表現(xiàn)出某種自然放射性。自然伽馬測(cè)井反應(yīng)了巖石所放射出的自然伽馬射線總強(qiáng)度。巖石的自然γ放射性是由鈾、釷、鉀的含量和γ射線的能譜決定的，其次是受到巖石自散射和自吸收的影響。當(dāng)忽略井眼與地層的吸收效應(yīng)時(shí)，巖層放射性強(qiáng)度主要取決于各種礦物的放射性強(qiáng)度及其礦物的含量。自然伽馬測(cè)井的數(shù)值變化基本上反映了火山巖的巖性變化，它在火山巖巖性識(shí)別中占有很重要的作用，相對(duì)于中基性火山巖，酸性火山巖的自然伽馬值最高，是識(shí)別火山巖巖性最有效的信息之一。

2.密度測(cè)井

密度測(cè)井是利用巖層對(duì)伽馬射線的接受性質(zhì)，來研究剖面上巖層的密度變化規(guī)律，進(jìn)而對(duì)巖層地質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行研究的方法。目前我們所使用的通常是補(bǔ)償密度測(cè)井。所測(cè)量的巖石體積密度和巖石顆粒的密度、孔隙流體密度以及孔隙度的大小有著密切的關(guān)系，同時(shí)還要受到井眼尺寸大小和泥餅對(duì)其的影響[6]。

火山巖的密度變化主要是二氧化硅含量和鐵鎂礦物的變化引起的。金屬元素的氧化物與二氧化硅含量之間存在明顯的相關(guān)關(guān)系，隨著二氧化硅含量逐漸增加，鐵、鎂、鈦等金屬元素的含量逐漸減少?；鹕綆r從基性到酸性，低密度成分(二氧化硅等)逐漸增多，高密度成分(鐵、鎂)逐漸減少，即巖石密度逐漸減少[7]。

3.聲波時(shí)差測(cè)井

聲波時(shí)差測(cè)井(符號(hào)為DT或AC，單位是μs/ft 或μs/m)是利用聲波在巖層中的傳播規(guī)律，在鉆孔中研究巖層中聲波傳播速度的方法。聲波時(shí)差測(cè)井測(cè)量單位長(zhǎng)度巖石中聲波傳播所需要的時(shí)間，即聲波時(shí)差。聲波速度是聲波時(shí)差的倒數(shù)。實(shí)際聲波時(shí)差測(cè)井值受組成巖石的礦物成分、巖石致密程度、結(jié)構(gòu)以及巖石孔隙中流體性質(zhì)的影響。目前常用的是補(bǔ)償聲波測(cè)井。

在火山巖地層中，聲波時(shí)差以致密的玄武巖最低，酸性的流紋巖稍高，但總體變化不大。在同類巖石中，火山碎屑巖的聲波時(shí)差高于熔巖，同樣，在巖石蝕變的情況下，聲波時(shí)差值也略有上升。當(dāng)氣孔或裂縫發(fā)育時(shí)，聲波時(shí)差也會(huì)增大。

(二)火成巖測(cè)井交會(huì)圖

交會(huì)圖是用來表示地層的測(cè)井參數(shù)和它與其他參數(shù)之間的關(guān)系的圖像，在測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)與解釋處理中，常用的交會(huì)圖有交會(huì)圖圖版、頻率交會(huì)圖與Z值圖、直方圖等。這些交會(huì)圖常常被當(dāng)作是檢查測(cè)井曲線質(zhì)量、鑒別地層礦物成分、確定地層的巖性組合、分析孔隙流體性質(zhì)等。

由于交會(huì)圖可以同時(shí)觀察記錄兩種測(cè)井曲線的組合特點(diǎn)，因此人們通常采用這種形式來分析火成巖地層的測(cè)井響應(yīng)特征。同時(shí)，大多數(shù)的測(cè)井信息中除了受到巖性的影響之外，還會(huì)受到孔隙度的影響，甚至是孔隙中流體性質(zhì)的影響，在巖石出現(xiàn)蝕變時(shí)，各種曲線的特征也會(huì)隨之發(fā)生響應(yīng)的變化，油氣是孔隙度測(cè)井曲線的變化最為顯著。因此，為了突出巖性，消除孔隙度帶來的影響，通常可以采用M-N交會(huì)圖來鑒別巖石類型。M-N巖性交會(huì)圖對(duì)簡(jiǎn)單的礦物類型的判別具有優(yōu)勢(shì)，在砂泥巖地層剖面中，應(yīng)用效果較好，但是對(duì)礦物成分復(fù)雜的火成巖礦物與成分判別沒有什么明顯的效果，故建議不用M-N交會(huì)圖版區(qū)分火成巖巖性[8]。

總的來說，不同的火成巖巖性的自然伽馬、密度、電阻率、等測(cè)井曲線表現(xiàn)出一定的差別，可以按照這些差別來區(qū)別判斷巖性。從M-N交會(huì)圖就能很好的區(qū)分安山巖和流紋巖，但不能區(qū)分凝灰?guī)r和玄武巖等；GR-DT交會(huì)圖能夠較好的區(qū)分粗面巖、玄武巖、凝灰?guī)r和砂巖，但不能區(qū)分流紋巖；而LLD-GR交會(huì)圖能很好的區(qū)分熔巖和凝灰?guī)r等在GR-U、GR-K、GR-TH、GR-PE、TH-U、TH-K、U-K、TH-PE、U-PE、K-PE這十個(gè)交會(huì)圖中，GR-TH交會(huì)圖寫得效果最好，GR-PE效果次之，兩者的正確率都達(dá)到了84%以上。

(三)火山巖結(jié)構(gòu)的測(cè)井識(shí)別

火山巖的結(jié)構(gòu)是指巖石的結(jié)晶程度，顆粒大小，形態(tài)特征以及這些物質(zhì)彼此間的相互關(guān)系[32]。常規(guī)測(cè)井資料主要反映不同巖性的成分特性，對(duì)巖石結(jié)構(gòu)的信息反映較弱。因此，利用常規(guī)資料區(qū)分礦物成分相當(dāng)?shù)Y(jié)構(gòu)不同的巖性非常困難。成像測(cè)井資料能夠提供環(huán)井壁地層電阻率隨深度變化的圖像，可以清楚直觀地反映巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特征。從成像測(cè)井圖像中可以清楚地反映火山角礫巖、集塊巖等巖性的顆粒大小、形狀、圓度及球度等。利用微電阻率成像測(cè)井資料的圖像信息特征能夠識(shí)別成具有不同結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的巖性[9]

(四)測(cè)井技術(shù)在火山巖巖性識(shí)別上的應(yīng)用

1939年，中國(guó)首次正式將測(cè)井技術(shù)應(yīng)用到石油工業(yè)。70多年以來，隨著電子技術(shù)于計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展，測(cè)井設(shè)備已經(jīng)從第一代的模擬記錄階段，20世紀(jì)末期的第二代數(shù)控測(cè)井階段，發(fā)展到至今第三代數(shù)控與成像測(cè)井并存的階段。從單一的電法測(cè)井發(fā)展到現(xiàn)在的核測(cè)井、聲測(cè)井、熱測(cè)井、核磁測(cè)井、重力測(cè)井、隨鉆測(cè)井等等。在這種信息技術(shù)的推動(dòng)下，測(cè)井資料也獲得了很大的發(fā)展空間，從測(cè)井資料的人工整理，人工解釋發(fā)展到計(jì)算機(jī)自動(dòng)整理，自動(dòng)解釋與解釋成果的自動(dòng)直觀顯示，直到大量應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、聚類分析、模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能以及數(shù)據(jù)庫(kù)，計(jì)算機(jī)可視化，圖形圖像處理等等相關(guān)技術(shù)[10]。這些科學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)無疑都提高了測(cè)井資料的解釋精度，擴(kuò)大了解釋成果的應(yīng)用范圍，促進(jìn)了解釋理論與解釋方法的發(fā)展[11]?？傊?，現(xiàn)代的測(cè)井技術(shù)正朝著測(cè)井方法系列化，井下儀器組合化，信息采集和傳輸自動(dòng)化，測(cè)井記錄數(shù)字化，現(xiàn)場(chǎng)操作程控化，資料處理解釋自動(dòng)化，人機(jī)交互自由化方向發(fā)展[12]。

結(jié)論

(1)自然伽馬 、密度及聲波時(shí)差測(cè)井曲線是對(duì)火山巖巖性識(shí)別較有利的 3 種測(cè)井曲線。根據(jù)火成巖巖性在各種測(cè)井曲線上的差異改用測(cè)井交會(huì)圖版識(shí)別出火山巖所屬類型，即玄武巖、安山巖、英安巖與流紋巖，或是與其對(duì)應(yīng)的火山碎屑巖。

(2)常規(guī)測(cè)井可確定火山巖的成分，成像測(cè)井可以較直觀地研究巖石內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等細(xì)節(jié)特征，常規(guī)測(cè)井結(jié)合成像測(cè)井是火山巖巖性識(shí)別的有效方法。

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