吳燦燦，曹 靜，郭 錘

1.宿州學(xué)院資源與土木工程學(xué)院，宿州，234000；2.國(guó)家煤礦水害防治工程技術(shù)研究中心，宿州，234000

新疆哈拉哈塘地區(qū)火山巖測(cè)井響應(yīng)特征與巖性識(shí)別

吳燦燦1,2，曹 靜1,2，郭 錘1

1.宿州學(xué)院資源與土木工程學(xué)院，宿州，234000；2.國(guó)家煤礦水害防治工程技術(shù)研究中心，宿州，234000

為研究哈拉哈塘地區(qū)火山巖油氣藏儲(chǔ)層特征，對(duì)火山巖巖性進(jìn)行了精確識(shí)別。通過(guò)對(duì)火山巖測(cè)井響應(yīng)特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，選取適當(dāng)?shù)膮?shù)繪制交會(huì)圖版進(jìn)行巖性識(shí)別。研究發(fā)現(xiàn)，玄武巖GR平均值為58.01，DEN平均值為2.63，CN平均值為0.27；安山巖GR平均值為85.44，DEN平均值為2.58，CN平均值為平均0.22；英安巖GR平均值為123.89，DEN平均值為2.5，CN平均值為0.12；流紋巖GR平均值為140.7，DEN平均值為2.48，CN平均值為0.12。這些巖性的自然伽馬測(cè)井響應(yīng)值、密度測(cè)井響應(yīng)值、中子測(cè)井響應(yīng)值都有差異。選取合適兩組參數(shù)繪制交會(huì)圖版，其中，自然伽馬-聲波測(cè)井交會(huì)圖和密度-中子測(cè)井交會(huì)圖識(shí)別火山巖性效果較好。

哈拉哈塘地區(qū)；火山巖；測(cè)井響應(yīng)特征；交會(huì)圖

火山巖存在的原生孔隙或次生孔隙使其能成為良好的油氣儲(chǔ)集層。不同巖性及火山噴發(fā)不同階段形成的火山巖的孔隙類型差別很大，對(duì)儲(chǔ)層類型和特征影響較大[1-5]。哈拉哈塘地區(qū)分布有大面積二疊紀(jì)火山巖，該火山巖是否具有油氣藏儲(chǔ)層特征，首先需對(duì)其巖性進(jìn)行識(shí)別。最直接的識(shí)別方法是巖心分析，但深層鉆井取心成本很高，且不能夠保證巖心的連續(xù)性，利用測(cè)井資料進(jìn)行識(shí)別火山巖巖性成為最有效的方法。測(cè)井識(shí)別方法有成像測(cè)井識(shí)別法、ESC測(cè)井識(shí)別法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的測(cè)井識(shí)別法、交會(huì)圖法和測(cè)井響應(yīng)特征法等多種。交會(huì)圖法和測(cè)井響應(yīng)特征法簡(jiǎn)單方便，精確率高，成本較低，是火山巖性識(shí)別普遍應(yīng)用的方法[6-10]。本文結(jié)合哈拉哈塘地區(qū)具體地質(zhì)情況，選用交會(huì)圖法和測(cè)井響應(yīng)特征法進(jìn)行巖性識(shí)別。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于塔北隆起上，塔北隆起北接庫(kù)車凹陷，南鄰滿加爾凹陷，西面是阿瓦提凹陷。塔北隆起可分為6個(gè)構(gòu)造單元，最北邊是輪臺(tái)凸起，南部并排5個(gè)構(gòu)造單元，從東到西依次為庫(kù)爾勒鼻隆、草湖凹陷、輪南低凸起、哈拉哈塘凹陷和英買力低凸起[11-13]。如圖1所示，研究區(qū)具體位置包含英買力低突起的東部和哈拉哈塘凹陷。

圖1 塔里木北部區(qū)構(gòu)造單元?jiǎng)澐峙c研究區(qū)位置

研究區(qū)分布著大面積二疊紀(jì)火山巖[14-17]，深度在5 000 m以上，且這些火山巖厚度變化較大，范圍在100～600 m之間。巖性產(chǎn)出較為復(fù)雜，基性到酸性火山巖都有分布，以基性和酸性為主。

2 火山巖分類及基本特征

通過(guò)對(duì)研究區(qū)14口井500余塊巖心觀察描述和部分巖屑薄片鑒定，將研究區(qū)二疊紀(jì)火山巖分為火山熔巖和火山碎屑巖兩大類，具體包含5種巖石類型?；鹕饺蹘r巖石類型主要為玄武巖、安山巖、英安巖和流紋巖，其中安山巖產(chǎn)出較少，火山碎屑巖主要為凝灰?guī)r。

井中取巖心的玄武巖多為暗綠色，具隱晶結(jié)構(gòu)，杏仁構(gòu)造，細(xì)膩均一，通過(guò)薄片進(jìn)行鏡下分析，可見(jiàn)間隱、間粒結(jié)構(gòu)。安山巖在研究區(qū)各井中比較少見(jiàn)，主要為斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為交織結(jié)構(gòu)。英安巖在研究區(qū)廣泛存在，斑晶以斜長(zhǎng)石為主，含火山角礫凝灰熔巖結(jié)構(gòu)。流紋巖未取心，從巖石薄片來(lái)看，熔巖基質(zhì)顯示流動(dòng)結(jié)構(gòu)，具火山角礫凝灰熔巖結(jié)構(gòu)，晶屑多具各種形態(tài)的熔蝕結(jié)構(gòu)。凝灰?guī)r主要以玻屑凝灰?guī)r為主，也存在晶屑玻屑凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)泥巖等。

3 火山巖測(cè)井響應(yīng)特征

不同巖性火山巖的礦物成分和化學(xué)成分在電學(xué)、聲學(xué)、核物理學(xué)等方面有一定的測(cè)井響應(yīng)特征。根據(jù)哈拉哈塘地區(qū)火山巖的類型和特點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)出其多種測(cè)井響應(yīng)特征值(圖2)，具體包括放射性元素測(cè)井(鈾、釷、鉀)、自然伽馬測(cè)井(GR)、密度測(cè)井(DEN)、聲波時(shí)差測(cè)井(DT)和中子測(cè)井(CN)。

圖2(a)為哈拉哈塘地區(qū)不同巖性鈾、釷、鉀同位素含量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。結(jié)果顯示，火山巖的放射性元素分布是零散而不均勻的，不同種類的火山巖中鈾、釷、鉀的含量相差較大。火山巖的放射性強(qiáng)度隨著火山巖酸度的增加而增強(qiáng)，除去凝灰?guī)r外，流紋巖最強(qiáng)，玄武巖最弱。

圖2 研究區(qū)火山巖測(cè)井響應(yīng)特征值

圖2(b)也驗(yàn)證了上述特征，火山巖中，玄武巖的放射性最低，平均為58API，流紋巖的放射性最高，平均為141API。從玄武巖到流紋巖，隨著酸度的增大，自然伽馬測(cè)井值也逐漸變大，可以通過(guò)自然伽馬測(cè)井響應(yīng)值來(lái)區(qū)分火成巖巖性，因?yàn)樗亲钣行У男畔⒅弧?/p>

對(duì)研究區(qū)18口井的火山巖密度測(cè)井值進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)圖2(c)。不同巖性火山巖的密度測(cè)井值都有一個(gè)較大的分布范圍，玄武巖在2.51～2.86 g·cm-3之間，均值為2.63 g·cm-3。安山巖均值為2.58 g·cm-3，英安巖均值為2.5 g·cm-3，流紋巖均值為2.48 g·cm-3，火山巖的密度與巖石的酸性程度呈負(fù)相關(guān)。

圖2(d)為哈拉哈塘地區(qū)的火山巖縱波時(shí)差統(tǒng)計(jì)圖，巖石聲波時(shí)差測(cè)井平均值分別為：玄武巖61.8 μs/ft、安山巖58.01 μs/ft、英安巖58.51 μs/ft、流紋巖60.26 μs/ft、凝灰?guī)r67.74 μs/ft。除了凝灰?guī)r外，響應(yīng)特征沒(méi)有明顯的差異，說(shuō)明火山熔巖對(duì)聲波速度的影響不敏感，而火山碎屑巖因結(jié)構(gòu)破碎，聲波傳播波速較火山熔巖低。

從圖2(e)中可以看出，火山巖中子測(cè)井平均值分別為玄武巖0.27、安山巖0.22、英安巖0.12、流紋巖0.12、凝灰?guī)r0.27，數(shù)值差異較大，具有很好的區(qū)分性。因此，中子測(cè)井值在劃分基性、中性、酸性火山巖以及火山碎屑石方面具有較高的分辨率。

4 交會(huì)圖法識(shí)別火山巖

交會(huì)圖法是識(shí)別火山巖巖性最簡(jiǎn)單而有效的方法。它是通過(guò)圈定投影在平面上的兩組測(cè)井響應(yīng)值來(lái)識(shí)別區(qū)分火成巖。首先對(duì)研究區(qū)18口井中取得地質(zhì)命名資料的巖心段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分類，分別按照不同火山巖性讀取自然伽馬、聲波時(shí)差、密度、中子、電阻率、鈾、釷、鉀等測(cè)井曲線的數(shù)據(jù)值，建立研究區(qū)火山巖巖性敏感的測(cè)井參數(shù)。選取兩組進(jìn)行交會(huì)組合，從而識(shí)別火山巖巖性。

4.1 GR—DEN交會(huì)圖

圖3 研究區(qū)火山巖GR—DEN交會(huì)圖

從哈拉哈塘地區(qū)火山巖自然伽馬—密度交會(huì)圖(圖3)可以看出，區(qū)分玄武巖、凝灰?guī)r和英安巖的效果非常好，玄武巖自然伽馬測(cè)井值在50左右，凝灰?guī)r自然伽馬測(cè)井值在60～120之間，英安巖在120以上；密度測(cè)井響應(yīng)特征值差異不明顯，但總體來(lái)看是稍微降低。

4.2 GR—DT交會(huì)圖

圖4是哈拉哈塘地區(qū)火山巖自然伽馬—聲波時(shí)差交會(huì)圖。從圖中可以看出，如果只按照自然伽馬測(cè)井值進(jìn)行區(qū)分安山巖和玄武巖，比較困難。有的玄武巖自然伽馬測(cè)井值甚至比安山巖的大，從橫坐標(biāo)上看很多部分重疊在一起，凝灰?guī)r與英安巖類似。因此，需要其他測(cè)井參數(shù)的輔助進(jìn)行交會(huì)投圖，從二維平面圖上很容易把玄武巖和安山巖區(qū)分開(kāi)來(lái)。凝灰?guī)r聲波時(shí)差范圍分布很廣，是因?yàn)槟規(guī)r屬于火山碎屑巖，骨架差別較大。

圖4 研究區(qū)火山巖GR—DT交會(huì)圖

4.3 GR—CN交會(huì)圖

從研究區(qū)火山巖自然伽馬—中子交會(huì)圖(圖5)可以看出，玄武巖、安山巖和英安巖的中子測(cè)井響應(yīng)值稍微有些差異，隨著中性巖至酸性巖的變化，中子測(cè)井值逐漸變小。中子測(cè)井和自然伽馬測(cè)井進(jìn)行交會(huì)，可以有效區(qū)分玄武巖和凝灰?guī)r在自然伽馬測(cè)井響應(yīng)上產(chǎn)生的重疊現(xiàn)象。

圖5 研究區(qū)火山巖GR—CN交會(huì)圖

4.4 DEN—CN交會(huì)圖

圖6為火山巖密度—中子交會(huì)圖，從中可見(jiàn)，玄武巖和英安巖在密度測(cè)井響應(yīng)上難以區(qū)分，大部分會(huì)重疊在一起，玄武巖中子響應(yīng)值比凝灰?guī)r要大，其在交會(huì)圖版上較為分散，凝灰?guī)r密度響應(yīng)值較小，遠(yuǎn)離英安巖和玄武巖。因此，這幾種巖性在密度—中子交會(huì)圖版上能夠很好的識(shí)別。

圖6 研究區(qū)火山巖DEN—CN交會(huì)圖

5 結(jié) 論

根據(jù)以上分析，可以獲得以下認(rèn)識(shí)：

(1)哈拉哈塘地區(qū)二疊紀(jì)時(shí)期產(chǎn)出5種類型的火山巖，分別為玄武巖、安山巖、英安巖、流紋巖和凝灰?guī)r。

(2)在研究區(qū)的火山巖中，從玄武巖、安山巖、英安巖到流紋巖，隨著巖性酸度的增大，自然伽馬測(cè)井響應(yīng)值逐漸變大，密度測(cè)井響應(yīng)值逐漸減小，中子測(cè)井響應(yīng)值也逐漸減小，U、TH、K的含量也逐漸增加，聲波測(cè)井響應(yīng)值受巖性變化的影響較小。

(3)自然伽馬—聲波測(cè)井交會(huì)圖、自然伽馬—中子測(cè)井交會(huì)圖及密度—中子測(cè)井交會(huì)圖識(shí)別效果都較好，能夠區(qū)分玄武巖、安山巖、英安巖、流紋巖和凝灰?guī)r類型，這對(duì)哈拉哈塘地區(qū)火山巖性識(shí)別具有一定參考意義。

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(責(zé)任編輯：汪材印)

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1673-2006(2017)09-0118-04

10.3969/j.issn.1673-2006.2017.08.029

2017-05-22

宿州學(xué)院自然科學(xué)研究項(xiàng)目(2014yyb08)；宿州區(qū)域發(fā)展協(xié)同創(chuàng)新中心全國(guó)開(kāi)放課題(2014SZXTKF08)；宿州學(xué)院科研平臺(tái)開(kāi)放課題資助(2014YKF07);國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目(41502057)。

吳燦燦(1987-)，江蘇徐州人，碩士，助教，研究方向：地質(zhì)勘查與地質(zhì)工程。