吳煜宇 賴 強(qiáng) 謝 冰 劉 鑫

中國石油西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院

0 引言

隨著勘探的不斷深入，四川盆地天然氣勘探逐漸轉(zhuǎn)向深層—超深層復(fù)雜巖性地層中。永探1井為中國石油西南油氣田分公司部署的第1口以火山巖儲(chǔ)層為目的層的重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)探井，鉆探深度達(dá)5 700 m。該井鉆進(jìn)過程中采用2.0～2.24 g/cm3的鉆井液密度對(duì)火山巖地層精準(zhǔn)控壓，油氣顯示良好，出現(xiàn)4次氣侵，且集氣口點(diǎn)火燃，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的含氣性。鉆井取心巖心物性分析結(jié)果顯示永探1井全直徑巖心平均孔隙度達(dá)10.3%，最高孔隙度為13.2%，柱塞樣巖心平均孔隙度13.6%，最高孔隙度為16.48%，儲(chǔ)層物性良好。經(jīng)測(cè)試該井獲22.5×104m3/d高產(chǎn)工業(yè)氣流，展示出四川盆地火山巖良好的勘探潛力。

火山巖儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)一直是世界性難題，主要表現(xiàn)在火山巖巖性和儲(chǔ)集空間復(fù)雜多樣，儲(chǔ)層非均質(zhì)性極強(qiáng)，同時(shí)，火山巖電性特征千差萬別，地層導(dǎo)電機(jī)理復(fù)雜，造成利用電阻率等測(cè)井資料評(píng)價(jià)含油氣性困難[1-2]。通過調(diào)研國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，火山巖儲(chǔ)層測(cè)井研究率先需要解決測(cè)井巖性識(shí)別的問題[3-5]，只有在準(zhǔn)確識(shí)別巖性的基礎(chǔ)上，才能有效開展儲(chǔ)集類型和儲(chǔ)集層性質(zhì)評(píng)價(jià)。前人研究結(jié)果認(rèn)為四川盆地火山巖主要為溢流相玄武巖為主，巖性比較單一，有利儲(chǔ)層巖性主要為杏仁狀玄武巖[6-9]，火山噴發(fā)中心可能位于云南大理至四川米易一帶[10]，距離四川盆地較遠(yuǎn)。但是，永探1井取心結(jié)果顯示火山巖角礫明顯發(fā)育，火山爆發(fā)相產(chǎn)物明顯增多，說明四川盆地內(nèi)部存在著火山噴發(fā)中心。永探1井的成功鉆探豐富了四川盆地的油氣藏類型，拓展了四川盆地油氣勘探的新領(lǐng)域。

筆者通過永探1井的巖心觀察、薄片分析，地質(zhì)錄井等資料，利用研究區(qū)豐富的測(cè)井資料開展火山巖巖性識(shí)別，通過巖性掃描測(cè)井進(jìn)行火山巖化學(xué)成分分析，明確了火山巖巖性類別；建立了常規(guī)測(cè)井識(shí)別火山巖巖性、成像測(cè)井識(shí)別火山巖結(jié)構(gòu)的方法，有效識(shí)別出永探1井火山巖巖性。

1 永探1井概況

永探1井位于四川盆地西南部龍泉—簡(jiǎn)陽地區(qū)，歸屬于川中低緩構(gòu)造帶。受峨眉地裂運(yùn)動(dòng)（東吳運(yùn)動(dòng)）影響，川西南地區(qū)火山活動(dòng)強(qiáng)烈，噴發(fā)期為二疊紀(jì)茅口晚期—龍?zhí)镀?，火山巖段底部與下伏茅口組石灰?guī)r不整合接觸，頂部與龍?zhí)督M陸相碎屑巖不整合接觸。永探1井實(shí)鉆結(jié)果顯示火山巖段頂部為一套鋁土質(zhì)泥巖和泥巖沉積，該井目前鉆遇火山巖地層厚度107 m，測(cè)井綜合解釋儲(chǔ)層厚度達(dá)87 m，儲(chǔ)地比高，勘探潛力巨大。

2 巖性特征

根據(jù)永探1井巖心、薄片及巖屑資料分析，研究區(qū)火山巖按巖石結(jié)構(gòu)類型劃分主要有火山熔巖和火山碎屑熔巖2大類。

2.1 火山熔巖

火山熔巖主要為玄武巖，發(fā)育于永探1井頂部，主要由板條狀的細(xì)晶基性斜長(zhǎng)石（拉長(zhǎng)石）組成，由斜長(zhǎng)石雜亂排列形成的多角形孔隙中常被細(xì)粒輝石、隱晶質(zhì)的鐵質(zhì)和玻璃質(zhì)等近全充填，形成間粒一間隱結(jié)構(gòu)即拉斑玄武結(jié)構(gòu)（圖1-a），該巖類以厚層塊狀為主，顏色較暗，一般呈灰綠、綠灰色，局部暗褐色。

2.2 火山碎屑熔巖

永探1井的火山角礫熔巖比較發(fā)育，按角礫含量相對(duì)大小可進(jìn)一步分為含角礫凝灰熔巖和角礫熔巖，前者角礫一般較小，具有一定磨圓度，角礫以玄武巖屑為主（圖1-b、1-c、1-d），氣孔被鈉長(zhǎng)石或綠簾石充填，基巖為基性—超基性凝灰質(zhì)熔巖。角礫熔巖的角礫含量明顯增多，且角礫規(guī)模變大，通過取心和鏡下薄片觀察角礫以茅口組碳酸鹽巖碎屑為主（圖1-e、1-f），多具棱角狀，火山角礫及火山集塊呈雜亂堆積，反映火山巖活動(dòng)比較強(qiáng)烈，為近火山口活動(dòng)產(chǎn)物。

3 火山巖測(cè)井識(shí)別

研究區(qū)永探1井火山巖段測(cè)井資料豐富，為永探1井火山巖性識(shí)別和劃分提供了有力支撐。筆者充分運(yùn)用常規(guī)測(cè)井、巖性掃描測(cè)井（Lithoscanner）和成像測(cè)井（FMI）等資料開展巖性識(shí)別研究，利用該區(qū)不同測(cè)井資料對(duì)結(jié)果相互佐證，開展永探1井單井縱向火山巖巖性識(shí)別及劃分。

3.1 巖性掃描測(cè)井識(shí)別巖性

研究火山巖巖性，首先需弄清其巖石化學(xué)成分。目前，國際地科聯(lián)通用的火山巖巖性分類標(biāo)準(zhǔn)為TAS圖版分類法，也叫硅—堿分類法，它主要針對(duì)火山巖化學(xué)成分及含量進(jìn)行分類，根據(jù)SiO2的含量可將火山巖分為超基性、基性、中性和酸性4大類。

圖1 永探1井典型巖心及薄片照片圖

Lithoscanner巖性掃描測(cè)井利用脈沖中子與地層元素作用，產(chǎn)生伽馬能譜，在不同的時(shí)窗內(nèi)，測(cè)量伽馬的非彈性能譜和俘獲能譜。與老一代元素俘獲測(cè)井（ECS）相比，Lithoscanner巖性掃描測(cè)井能夠提供更多的地層元素，主要包括硅、鈣、鐵、硫、鈦、釓、鋁、鉀、鈉、鎂、錳、碳等，通過地球化學(xué)氧化物閉合模型進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)元素與礦物百分含量之間的轉(zhuǎn)換，得到地層敏感元素的氧化物（如SiO2、K2O、Na2O、AL2O3等）的質(zhì)量百分含量[11-14]。然后根據(jù)該結(jié)果直接應(yīng)用于TAS（Total Alkali Silica）分類法確定火山巖的巖性。

圖2為永探1井巖性掃描測(cè)井得到的SiO2和Na2O+K2O相對(duì)含量在TAS圖版上的分布情況，可以看出永探1井火山巖以基性—超基性玄武巖和堿玄武巖為主。相比川西南周公2井峨眉山玄武巖，永探1井SiO2含量更低，且SiO2的分布廣泛，考慮到同一區(qū)塊巖漿的性質(zhì)應(yīng)該基本相同，SiO2含量變化不應(yīng)該如此之大。原因在于利用TAS圖版確定的火山巖巖性主要是母源（巖漿）信息，對(duì)于火山碎屑巖、熔結(jié)角礫巖和角礫熔巖往往含有異源成分，利用TAS圖版識(shí)別火山巖巖性時(shí)會(huì)有一定誤差。而永探1井取心和薄片資料已經(jīng)證實(shí)碳酸鈣角礫為早期的茅口組灰?guī)r碎屑，為異源成分。因此，筆者對(duì)巖性掃描測(cè)井得到的氧化物進(jìn)行重新處理，考慮到Ca元素主要為茅口灰?guī)r的貢獻(xiàn)，將得到的CaO去掉后，對(duì)剩余氧化物進(jìn)行歸一化處理，得到去鈣后的SiO2和Na2O+K2O相對(duì)含量，重新投影到TAS圖版上（圖3）。由圖3可以看到，通過去除異源成分之后，永探1井巖性掃描測(cè)井得到的SiO2和Na2O+K2O相對(duì)含量在TAS圖版上主要落在堿玄武巖和玄武巖區(qū)，且分布比較集中，更加符合地質(zhì)認(rèn)識(shí)規(guī)律。由此，可以確定永探1井火山巖主要為基性的堿玄武巖和玄武巖。

圖2 永探1井測(cè)井TAS圖版分布展示圖

圖3 永探1井去鈣后TAS圖版分布展示圖

3.2 常規(guī)測(cè)井交會(huì)法

常規(guī)測(cè)井資料表明，永探1井火山巖整體放射性都比較低，自然伽馬沒有明顯變化，介于30～60 API，對(duì)比國內(nèi)外火山巖巖性放射性[15-18]，永探1井整體反映出基性火山巖的放射性特征，無法進(jìn)一步細(xì)分巖性，因此，根據(jù)自然伽馬或自然伽馬能譜測(cè)井基本無法判斷永探1井巖性。中子測(cè)井（CNL）由于受地層巖性、流體性質(zhì)影響較大，且受火山巖蝕變程度影響，次生的綠泥石、沸石等含有大量的結(jié)晶水和結(jié)構(gòu)水往往造成中子異常偏高，不利于火山巖巖性識(shí)別。通過對(duì)永探1井取心段測(cè)井資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和標(biāo)定，確定了對(duì)永探1井火山巖巖性反應(yīng)敏感的測(cè)井參數(shù)主要為密度（DEN）、聲波時(shí)差（AC）和電阻率（Rt）曲線，由此建立了研究區(qū)火山巖常規(guī)測(cè)井響應(yīng)圖版（圖4）。

圖5為永探1井密度與聲波時(shí)差和密度與深電阻率交會(huì)圖。從圖中可以看出，永探1井玄武巖具有高密度、高電阻率和低聲波時(shí)差的特點(diǎn)，巖性致密，密度值多大于2.8 g/cm3，聲波時(shí)差低于60 μs/ft（1 ft=0.304 8 m，下同），電阻率大于300 Ω·m。含角礫凝灰熔巖密度主要集中在2.6～2.8 g/cm3，聲波時(shí)差60～70 μs/ft，電阻率較低。角礫熔巖密度較低，集中在2.6 g/cm3附近，聲波時(shí)差70～80 μs/ft，測(cè)井電阻率僅3～5 Ω·m。

綜上所述，永探1井由火山巖熔巖至含角礫凝灰熔巖和角礫熔巖，隨著角礫含量的增多，密度逐漸減小，聲波時(shí)差逐漸增大，電阻率呈降低趨勢(shì)。

3.3 FMI測(cè)井巖性識(shí)別

成像測(cè)井識(shí)別火山巖巖性的基礎(chǔ)在于不同的火山巖巖性具有不同的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造。成像測(cè)井因其較高的縱向分辨率、直觀式反映井壁沉積構(gòu)造、巖石結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)集空間等優(yōu)點(diǎn)一直是測(cè)井評(píng)價(jià)火山巖地層的有力手段[19-20]。

利用成像測(cè)井能有效識(shí)別的火山巖結(jié)構(gòu)包括熔巖結(jié)構(gòu)、火山碎屑結(jié)構(gòu)和熔結(jié)結(jié)構(gòu)等，能識(shí)別的火山構(gòu)造則包括塊狀構(gòu)造、層狀構(gòu)造、氣孔構(gòu)造、流動(dòng)構(gòu)造和懸浮構(gòu)造等[12-13]。

圖4 永探1井區(qū)火山巖常規(guī)測(cè)井與巖性掃描測(cè)井綜合圖

圖5 永探1井區(qū)火山巖常規(guī)測(cè)井交會(huì)圖

永探1井成像測(cè)井為斯倫貝謝FMI高分辨率成像測(cè)井，為測(cè)井火山巖巖性識(shí)別提供了良好的資料基礎(chǔ)。通過取心段巖心刻度成像測(cè)井，結(jié)合常規(guī)測(cè)井進(jìn)一步從結(jié)構(gòu)和構(gòu)造上對(duì)永探1井區(qū)火山巖巖性進(jìn)行識(shí)別：①塊狀玄武巖在FMI成像測(cè)井靜態(tài)圖像顏色整體表現(xiàn)為高阻塊狀結(jié)構(gòu)，巖性較為均一，無暗色或亮色粒狀特征，巖性致密，偶見暗色裂縫切割或節(jié)理縫發(fā)育；②含角礫凝灰熔巖在FMI動(dòng)態(tài)加強(qiáng)圖上整體表現(xiàn)為稍暗背景上的暗色斑塊和亮色斑塊雜亂分布，角礫多為亮色斑塊，有一定磨圓度，斑塊較小，斑塊懸浮于低阻暗色礦物之間；③火山角礫熔巖在FMI靜態(tài)圖上整體表現(xiàn)為暗色，而動(dòng)態(tài)加強(qiáng)圖顏色整體表現(xiàn)為雜色，火山角礫通常為邊沿不規(guī)則的高阻亮塊，磨圓度差，礫間則為暗色的低阻礦物，從而形成了亮斑角礫和暗斑孔洞雜亂分布的圖像特征（圖6）。

筆者利用lithoscanner元素掃描測(cè)井和常規(guī)測(cè)井確定永探1井火山巖成分和巖性，結(jié)合成像測(cè)井識(shí)別火山巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造開展單井巖性和構(gòu)造縱向精細(xì)評(píng)價(jià)。分析得出，永探1井火山巖巖性，以含角礫凝灰熔巖為主，角礫熔巖次之，玄武巖含量最少，僅在永探1井頂部略有發(fā)育（圖7）。整體上，永探1井火山巖沉積時(shí)離火山噴發(fā)中心距離較近，火山巖活動(dòng)能量較強(qiáng)。該井測(cè)試井段為5 628～5 644 m和5 646～5 675m，射孔產(chǎn)純氣22.5×104m3/d，測(cè)試段巖性主要為含角礫凝灰熔巖，所屬相帶為噴溢相。因此，尋找規(guī)模優(yōu)質(zhì)噴溢相含角礫凝灰熔巖儲(chǔ)層是四川盆地火山巖下步勘探的重點(diǎn)。

4 結(jié)論

1）巖性掃描測(cè)井可以定量提供地層主要造巖礦物元素的含量，結(jié)合TAS圖版有效判斷火山巖化學(xué)成分，永探1井火山巖角礫含茅口組碳酸鹽巖巖屑，屬異源成分，利用元素掃描測(cè)井確定火山巖巖性時(shí)，需對(duì)異源成分先進(jìn)行剔除。通過去除碳酸鹽角礫成分，經(jīng)TAS投圖后，永探1井火山巖巖性主要為基性的堿玄武巖和玄武巖。

2）結(jié)合巖心和測(cè)井資料，按巖石結(jié)構(gòu)特征，永探1井火山巖巖性可細(xì)分為玄武巖、含角礫凝灰熔巖和角礫熔巖。

圖6 永探1井區(qū)火山巖常規(guī)測(cè)井交會(huì)圖

圖7 永探1井火山巖巖性常規(guī)及成像測(cè)井綜合圖（1 in=25.4 mm）

3）永探1井整體以基性火山巖為主，放射性低，自然伽馬無法區(qū)分巖性，但密度、補(bǔ)償聲波和電阻率曲線對(duì)巖性敏感，利用密度與聲波時(shí)差和密度與深電阻率交會(huì)法可有效區(qū)分火山巖巖性，結(jié)合常規(guī)測(cè)井識(shí)別的巖性成分和成像測(cè)井識(shí)別的結(jié)構(gòu)及構(gòu)造特征，可以有效評(píng)價(jià)火山巖巖性。