松遼盆地濱北地區變質巖巖性測井識別方法

陳龍,魏五峰

(1.大慶油田勘探開發研究院地球物理測井研究室,黑龍江大慶,163712;2.中國石油集團測井有限公司生產測井中心,陜西西安,710201)

0 引 言

變質巖是由于地殼運動和巖漿活動,在一定的溫度、壓力等條件下,使原來巖石的成分和結構發生改變而形成的一種新的巖石[1-2]?，F有地質勘探資料表明,松遼盆地濱北地區基底變質巖巖性復雜多變,火山侵入巖,由沉積巖變質而來的淺變質泥巖、板巖、千枚巖、片巖、變質砂巖等,以及火山巖變質而來的變粒巖、角閃石片巖等均有發育。變質作用使得變質巖在測井響應特征上與原巖呈現出一定的差異,但也保持了部分原巖的特征和規律。變質巖巖性識別主要從2個方面來開展研究工作,一方面借鑒沉積巖與火山巖等傳統識別方法對變質巖進行定性識別研究;另一方面,針對變質巖不同巖性特征,結合測井曲線,通過不同的巖性測井響應特征來進行定量識別研究[3]。本文根據變質巖的測井響應特征,結合其原巖特征及變化規律,對松遼盆地濱北地區變質巖的測井識別方法展開初步探究。

1 變質巖常規測井響應特征

1.1 變質沉積巖測井響應特征

每種測井方法對巖石礦物響應不同。淺變質泥巖、泥板巖、千枚巖、片巖以及變質砂巖等巖類,原巖為正常的沉積巖,經過變質作用,普遍呈現出高密度、高電阻、低中子、低聲波測量值的特征,自然伽馬變化程度相對較低,補償中子變化規律依然存在,選用自然伽馬曲線與補償中子曲線進行重疊,能夠對泥巖變質和砂巖變質的巖性進行有效區分:變質泥巖呈現出高伽馬、高中子特征;變質砂巖呈現出低伽馬、低中子的特征,變化界限清楚,易于識別。變質泥巖中,淺變質泥巖、泥板巖、千枚巖、片巖,變質程度逐漸升高,電阻率有逐漸升高的趨勢,但界限不清,常規測井很難進行準確識別,需要借助成像測井與ECS元素測井新技術進行進一步識別。

1.2 侵入巖及變質火山巖測井響應特征

相比于變質沉積巖,變質火山巖保留了更多火山原巖特征。這是由于火山巖在高溫條件下由巖漿噴出或者侵入形成,而高溫高壓條件下形成的礦物成分相對更加穩定。因此,將基巖中侵入巖與變質火山巖合并為火成巖進行研究。從常規測井特征來看,變質沉積巖自然伽馬與補償中子正相關。火成巖自然伽馬與補償中子負相關。選用自然伽馬與補償中子進行相關性分析,容易識別出火成巖與變質沉積巖。從電阻率曲線特征看,火成巖明顯高于變質程度較低的變質沉積巖的電阻率,但與變質程度較高的千枚巖、片巖等界限不清。研究區火成巖中,變質火山巖的電阻率要明顯高于侵入巖,與變質程度及原巖類型相關。詳細劃分火成巖種類,需要借助火山巖識別圖版和成像測井進行進一步劃分。

2 變質巖ECS元素測井響應特征

ECS元素測井可定量計算地層礦物含量,從而準確識別巖性[4]。SiO2是Si元素附存的主要氧化物形式,是反映巖漿性質和直接影響巖漿巖礦物成分變化的主要因素[5]。通過ECS元素測井獲取的元素相關性對比分析表明:變質沉積巖自然伽馬與氧化物SiO2反相關、自然伽馬與Fe、Al、Ti元素正相關;而火成巖則相反,自然伽馬與氧化物SiO2正相關、自然伽馬與Fe、Al、Ti元素反相關。因此,優選氧化物SiO2及Fe、Al、Ti等敏感元素,通過相關性分析或曲線重疊法,能較直觀地顯示出巖性分界,可區分出變質沉積巖與火成巖。同時,利用研究區3口井28塊薄片樣品鑒定結果,制定了研究區巖性ECS識別圖版(見圖1)。常規測井與ECS元素測井均區分變質沉積巖與火成巖,而ECS元素測井能進一步鑒別巖石的成分,將火成巖分為酸性巖、中性巖和基性巖3類。但常規測井和ECS元素測井均無法確定巖石的結構和構造,必須借助FMI成像測井才能對巖性進行最終定名。

圖1 濱北地區基底巖性識別圖版

3 FMI成像測井識別變質巖

圖2 濱北地區變質沉積巖與火成巖典型成像圖

FMI成像測井分辨率高,地質信息量大,成像直觀[6],在巖性識別中主要借助其能直觀地顯示電阻率特性以及能清楚地反映出巖石的結構和構造的優勢,通過常規測井以及ECS元素測井無法準確定名的變質泥巖、侵入巖、變質火山巖,均可以通過FMI成像測井進行最終確定。通過濱北地區鉆井取心資料對成像測井進行標定[7],建立區域典型成像模式圖(見圖2),可以對基巖巖性進行最終確定。變質泥巖,從淺變質泥巖、泥板巖、千枚巖到片巖,電阻率逐漸升高,在成像上從暗色到亮色變化。板巖、千枚巖、片巖能夠清晰地反映板狀構造、千枚狀構造和片狀構造?；鸪蓭r,通過FMI觀察結構構造,可進一步區別出侵入巖與變質火山巖并且最終根據結構構造定名。如閃長巖、輝長巖等侵入巖脈具有明顯的侵入界面,基性成分的角閃石片巖具有片狀構造、中酸性的變粒巖具有變粒結構。

4 松遼盆地濱北地區基底變質巖巖性識別方法及應用實例

4.1 濱北地區基底變質巖巖性識別方法

綜合分析松遼盆地基底變質巖常規測井、ECS元素測井以及FMI成像測井響應特征,總結出松遼盆地濱北地區變質巖巖性識別方法:①根據常規測井及ECS元素測井,優選出自然伽馬與補償中子、SiO2、Fe、Al、Ti的測井響應關系,通過相關性分析或者曲線重疊法[8],將基巖巖性分為變質泥巖、變質砂巖和火成巖3類。如果自然伽馬與補償中子、Fe、Al、Ti正相關,與SiO2反相關,則為變質沉積巖。其中,低自然伽馬、低中子為變質砂巖,高自然伽馬高中子為變質泥巖。反之,如果自然伽馬與補償中子、Fe、Al、Ti負相關,與SiO2正相關,則為火成巖。②根據濱北地區巖性識別圖版將基巖分為變質砂巖、變質泥巖、酸性巖、中性巖和基性巖5類。③根據成像測井識別巖石結構構造,將變質泥巖及火成巖進一步細分,按構造最終定名。

4.2 應用實例分析

圖3 曲線重疊法識別基巖巖性應用實例

圖3為濱北地區某井測井解釋圖,采用自然伽馬與補償中子、SiO2及Fe曲線進行重疊。在淺變質泥巖區,雙側向電阻率較低,自然伽馬與補償中子、SiO2呈“鏡像”特征,與Fe元素呈“同向”特征。FMI成像測井靜態圖為暗色顯示,動態圖像可見沉積層理和一定的變余結構,與巖心實物符合。下部為侵入閃長巖,雙側向電阻率突變升高,自然伽馬與中子“同向”特征不明顯,但自然伽馬與SiO2顯示呈一定的“同向”特征,自然伽馬與Fe元素呈“鏡像”特征。FMI動靜態圖像均呈高阻亮色,具有明顯的侵入界面,巖心實物見明顯巖性突變界面。結合圖1濱北地區巖性識別圖版可知,上部淺變質泥巖落在巖性識別圖版“變質泥巖”區,而下部閃長巖落在巖性識別圖版“中性巖”區(見圖4)。綜上所述,應用本文研究的濱北地區變質巖識別方法對該區域變質巖進行識別是適用的。

圖4 濱北地區巖性識別圖版應用實例

5 結論及認識

(1)利用常規測井及ECS元素測井,采用相關性分析法或曲線重疊法識別巖石成分,用成像測井識別巖石結構構造,“成分+結構”的巖性識別方法在松遼盆地濱北地區應用效果較好,巖性識別精度在85%以上。

(2)松遼盆地濱北地區變質巖巖性識別,依靠單一的測井手段是無法進行準確識別的,必須借助常規測井、ECS元素測井以及成像測井資料進行綜合解釋,才能保證巖性解釋的準確性。

(3)本文的巖性識別方法適用于濱北地區絕大部分井段的巖性識別。但松遼盆地濱北地區小部分井段巖性復雜,常規測井響應特征與ECS元素測井存在一定矛盾,而成像測井特征并不明顯,導致此類巖性解釋出現多解性。例如,某井變質砂巖(薄片鑒定結果),在常規測井顯示為正常的低伽馬、低中子特征,但ECS元素測井顯示,SiO2含量較低,與伽馬呈現出正相關,且Fe、Al、Ti等敏感元素較正常變質砂巖高,符合火山巖特征。變質砂巖電阻率高,并且與上下低電阻巖性有突變,成像上很難區分是否為真正的侵入界面。需要進一步對此類巖性進行深入研究。