基于地層組分分析的火山巖巖性識別

張兆輝，高楚橋

（1中國石油勘探開發研究院西北分院，甘肅蘭州730020；2長江大學地球物理與石油資源學院，湖北荊州434023）

基于地層組分分析的火山巖巖性識別

張兆輝1，高楚橋2

（1中國石油勘探開發研究院西北分院，甘肅蘭州730020；2長江大學地球物理與石油資源學院，湖北荊州434023）

在物性分析資料和薄片觀察的基礎上，確定主要地層組分的常規測井響應值和ECS測井元素含量響應值。根據地層組分分析模型，建立了密度、聲波、中子、自然伽馬以及鋁、硅、鈣、鐵元素含量的測井響應方程。計算了7種主要地層組分（包括巖石骨架、流體）的相對體積含量，并據此識別火山巖巖性。利用自主研發的測井資料處理解釋軟件，對三塘湖盆地A區火山巖進行巖性測井識別。識別結論與薄片觀察結果進行了對比，表明巖性識別效果好，提高了識別準確率。該方法可為其他地區火山巖、甚至碳酸鹽巖等復雜巖性儲集層的巖性識別提供一定的參考和借鑒，提出了ECS測井資料的應用新手段。

測井解釋；地層組分；巖性識別；火山巖；物性分析；測井響應

0 引 言

火山巖儲層測井評價的關鍵是準確確定巖性，主要有多參數交會圖法、成像測井識別法、元素俘獲譜測井（ECS）識別法、神經網絡法、對應分析識別法、偶極聲波測井、地震反射法、巖石強度參數識別法等［1－12］。本文以三塘湖盆地火山巖為例，充分利用常規測井信息，結合ECS測井資料，采用地層組分分析原理［13］，通過最優化方法［14－16］計算出火山巖巖性成分含量，識別火山巖巖性。

1 建立模型及響應方程

用現有的有限測井信息正確反演出組成地層的全部組分是不可能的，因此需要合理簡化地層組分。

（1）把地層中物理性質相近的組分看成是同種組分。例如可把綠泥石、伊利石和其他黏土礦物統稱為泥質。

（2）把地層中一些含量很小的組分合并到性質與之相近的組分之中。例如當砂巖中含有少量長石時，可將長石合并到石英中去，認為該砂巖就是純石英砂巖。

對巖性不十分復雜的儲集層，允許運用上述簡化處理方法，簡化后的物理模型中有效孔隙度包含不動油、可動油、自由水、束縛水、天然氣等組分相對體積，但根據研究目的需要可做進一步簡化。對三塘湖盆地火山巖巖性識別的研究僅考慮了不動油、可動油、自由水、天然氣相對體積的影響。

根據這一物理模型，可寫出各種測井（包括ECS測井元素含量）響應方程，例如密度測井響應方程為

式中，ρor、ρom、ρfw、ρgas、ρsh、ρma1，ρma2，…，ρmak分別表示地層中不動油、可動油、自由水、天然氣、泥質、巖性骨架（1～k種）組分的體積密度值。

同理可寫出其他測井響應方程，用通式表示為

當m＜n時，方程組有多個解，無實際意義；當m＝n時，以上方程組有唯一解，但是，為了充分利用測井信息，提高測井解釋的可靠性，一般情況下m＞n，此時方程組為超定線性方程組，它具有1個最優解。但可能出現xi＜0或xi＞1的現象，這種結果在地質上是不存在的或無意義的。因此需要加入約束條件

式中，xi為第i種組分的相對含量。這些組分是不動油、可動油、自由水、天然氣、泥質以及各種巖石骨架礦物；xmax，i為第i種組分的最大相對含量；Aij為第i種組分對第j種儀器的響應值；Bj為第j種儀器的測井值。

由線性最小二乘原理求解這一約束線性方程組的問題可轉換成以下求極值問題

不同測井值量綱不一樣，測量值大小的差別也很大，在實際計算中需要將式（4）目標函數的系數A及B進行標準化處理，以便使各種儀器的A和B值都成為無量綱的數，并在同一數量級上，這樣可使得各種測井方法對最終結果具有相同的貢獻。標準化處理方法是將方程的兩邊同時除以系數，該系數除具有標準化作用外，還具有權系數的作用，質量差的測井曲線賦予低權系數，質量好的測井曲線賦予高權系數。

2 地層組分測井響應參數的確定

從式（4）可見，Aij（地層組分測井響應參數）的確定是求解的關鍵，目前其確定方法主要有理論計算法和物性資料法。實踐證明，各種流體組分的測井響應參數通過理論計算法就可準確確定［17］。巖石骨架組分（特別是火山巖）巖性極其復雜且變化很大，不宜用理論計算法，該區采用物性資料法求取巖石骨架測井響應參數。

圖1 玄武巖孔隙度與DEN、CNL、AC交會圖

分析發現，該區火山巖巖性主要有玄武巖、安山巖、凝灰巖、輝綠巖，物性資料表現為常規測井值DEN、CNL、AC與孔隙度具有較高的相關性，可與孔隙度資料建立對應關系，進一步較為精確地求得對應骨架參數；而GR值受孔隙度影響小，可以直接由測井曲線確定。因此，基于巖心常規分析報告，獲取其中典型火成巖的深度、巖性、孔隙度、密度等資料，在測井資料中對應深度讀取DEN、CNL、AC等值，以孔隙度為X軸，分別以DEN、CNL、AC為Y軸，建立DEN、CNL、AC與孔隙度的線性相關關系及趨勢線，趨勢線延長線與Y軸交點即為相應骨架參數。圖1為玄武巖孔隙度與DEN、CNL、AC交會圖。可見孔隙度與DEN、CNL、AC具有較好的趨勢變化關系，由于AC主要反映基質孔隙度，而不反映裂縫，因此其測井響應變化范圍較小，表現在交會圖上則是與孔隙度相關性不高，但這不影響玄武巖骨架聲波值的確定。因此確定出玄武巖DEN、CNL、AC骨架值分別為2.638g／cm3、0.121 μs／ft＊＊非法定計量單位，1ft＝12in＝0.304 8m，下同、63.35μs／ft。同理可確定出安山巖、輝綠巖、凝灰巖等骨架值（見表1）。

ECS主要元素測井響應值的確定方法是依次根據各井的巖石薄片分析資料找出各種火成巖在井中的分布層段，然后依照巖性的不同統計出各種巖性測井平均值作為ECS骨架測井響應值（見表1）。

3 應用效果及實例

利用上述方法對三塘湖盆地A區5口井（有常規測井資料、ECS測井資料）進行巖性成分定量計算，并劃分巖性。圖2為某井部分井段處理成果圖。從圖2中可見，利用本文提出方法的處理結果與巖性錄井剖面、薄片觀察結果吻合率較高，但也有部分井段（如1 556～1 566m井段）處理結果與巖性錄井剖面差異較大。通過與可信度較高的薄片觀察結果對比分析認為，測井計算的巖性剖面較錄井剖面可信。表2為薄片觀察結果與火山巖成分含量計算結果的對比表。對比分析發現，巖性識別準確率較高，認為火成巖巖性成分含量的計算結果較可靠，在研究區取得了較好應用效果，證實本文方法的可行性。

表1 研究區火山巖地層組分測井響應值

圖2 ×19井測井處理成果圖

表2 測井計算巖性組分含量與薄片分析結果對比表

4 結 論

（1）基于地層組分分析模型和最優化理論，綜合利用常規測井資料、ECS測井資料，通過定量計算巖性骨架組分含量的方法識別火成巖巖性，為ECS測井資料的充分利用和火山巖巖性識別提供了新的方法和手段。

（2）本文方法在三塘湖盆地A區的應用中效果顯著，提高了巖性識別準確率，為其他地區火山巖、甚至碳酸鹽巖等復雜巖性儲集層的巖性識別提供一定的參考和借鑒。

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Identification of Igneous Rock Lithology by Analyzing Components of Stratum

ZHANG Zhaohui1，GAO Chuqiao2
（1.Northwest Branch，Research Institute of Petroleum Exploration and Development，PetroChina，Lanzhou，Gansu 730020，China；2.Geophysics and Oil Resource Institute，Yangtze University，Jingzhou，Hubei 434023，China）

On the basis of physical property data and rock sections，identified are the conventional logging responses and elements content responses about the main components of stratum.According to the group stratum model，deduced are the logging response equations of density，acoustic travel time，apparent neutron，gamma ray and aluminum，silicon，calcium and iron.The relative volume content of 7stratum components（including the rock matrix and fluid）is calculated，so as to identify the igneous rock lithology with logging data.The log data of igneous sections in Santanghu basin are processed using the software developed by ourselves.The identifying result is contrasted with the rock sections，and the accuracy of lithology identification is greatly improved.Not only the method provides some reference for lithology identification of other igneous rocks and carbonates，but also provides new means for using ECS logging data.

log interpretation，stratum component，lithology identification，igneous rock，physical property analysis，log response

P631.84 文獻標識碼：A

2011－05－13 本文編輯 王小寧）

國家科技重大專項子課題（編號：2011ZX05031－003－006HZ）資助；西南石油大學研究生創新基金項目（編號：GIFSS1101）資助

司馬立強，男，1961年生，教授，博士生導師，從事油氣田測井方法、測井解釋、測井地質應用的科研與教學工作。