应用FMI成像测井识别钙质结核及意义

崔维平,杨玉卿

（中海油田服务股份有限公司,河北三河 065201）

应用FMI成像测井识别钙质结核及意义

崔维平,杨玉卿

（中海油田服务股份有限公司,河北三河 065201）

结核属于一种矿物集合体,对于查明所赋存沉积物的沉积环境、沉积特征及演化历史等方面有重要意义,以往对于露头中出现的结核研究较为成熟。而对于井下发育的结核,缺乏有效手段对其形态、形成阶段及数量进行全面认识,致使结核理论在地质分析应用中受到极大限制。充分利用FMI成像测井纵、横向分辨率高、井眼覆盖率高、图像清晰等特点,对珠江口盆地琼海凸起珠江组大量发育的钙质结核形态及形成阶段做了详细研究,为认识研究区沉积环境及演化规律起到积极意义,同时也证明FMI成像测井资料为识别井下地层中发育的结核提供了一种有效手段。

钙质结核;形成阶段;沉积环境;成像测井;珠江组

Abstract:Nodule is an aggregate of minerals which is significant in revealing sedimentary environment,sedimentary characteristics and evolution history.Study of nodule appearing in the outcrop is comparatively mature in the past.However,there is no available method to research comprehensively the shape,forming stage and amount of nodule which is located in wellbore,so the application of concretion theory is greatly limited in geology analysis.This article fully makes use of FMI data with high vertical and horizontal resolution,high coverage of wellbore and clear images to study the forming stage and the shape of the caliche nodule of Zhujiang group at Qionghai uplift,Zhujiangkou Basin,and also have positive significance in understanding the sedimentary environment and sedimentary evolution of the region of interest.Meanwhile,it is demonstrated that FMI electric imaging logging provided a new approach to study nodule of wellbore.

Key words:caliche nodule;formation stage;sedimentary environment;electric imaging logging;Zhujiang group

近期在对珠江口盆地琼海凸起珠江组进行成像测井沉积相研究过程中,应用FMI电成像资料在研究区A井、B井等几口井中经常可以发现一种大小不等、形态各异的特殊沉积体,岩电综合研究表明其为钙质结核。钙质结核是一种成分、结构或颜色与围岩显著不同的矿物集合体,是由自生矿物方解石胶结原始碎屑物质而成,可以保存原始的沉积结构[1-3]。钙质结核的成分主要为碳酸钙,非常致密坚硬,与围岩界限清楚,具有较高电阻率的特征。

FMI电成像测井具有较高的纵、横向分辨率（5 mm）和井壁覆盖率（标准井眼为80%）,可以获得井壁地层的较微细变化。FMI电阻率图像是用一种渐变的色板或灰度值刻度,常用的色板为黑—棕—黄—白,分为42个颜色级别,代表着电阻率由低到高的变化,也预示着沉积体岩性、物性和流体性质等的变化。通常提供的FMI图像有三种:（1）一般静态平衡的图像;（2）标定到浅侧向测井的静态图像;（3）动态加强的图像。其中动态加强图像是为了解决有限的颜色刻度与全井段大范围的电阻率变化之间的矛盾,每0.5 m井段配一次色,从而充分体现了 FMI的高分辨率,这也为利用FMI成像测井资料识别岩层中各种尺度的沉积体的结构和构造,如裂缝、节理、层理、结核、砾石颗粒和断层等提供了可能。

1 钙质结核的分布与形态

研究区珠江组自下而上可分为珠江组一段和珠江组二段。钙质结核主要分布在珠江组二段,砂、泥岩中均可见到。而在珠江组一段零星分布,相对罕见。

钙质结核大小各异,单个结核厚度小的不足1 cm,状如砾石,但比砾石圆滑,大的厚度超过40 cm,但多数结核的厚度在10～20 cm之间。钙质结核形态多样,一般有圆球状、串珠状、椭球状、不规则团块等形状,其形态与地层渗透性有关[4-5]。就本区珠江组所见,一般在较粗的块状或弱层理的中或细砂岩中,渗透率各向近于相等,地层中发育的钙质结核多呈圆球状、不规则近球状等（图1a和图1b）;在较细岩性中,如粉砂岩或粉砂质泥岩,由于地层层理发育,水平渗透率明显高于垂直渗透率,钙质结核一般呈串珠状、透镜状或椭球状横卧于地层中（图1c和图1d）。

2 钙质结核的形成阶段

根据生成阶段,钙质结核可分为三种类型,即同生结核、成岩结核和后生结核,其中成岩结核又可分为早期成岩结核和晚期成岩结核。对于结核的生长阶段的判断通常从围绕结核发生弯曲的层理、龟背石以及保存很好的软体动物化石等方面来寻找证据[6-7]。应用 FMI成像资料则主要依据穿过结核与围岩的层理来判断结核生长阶段。研究结果表明,在目标区上述三类结核都有存在。

图1 常见的钙质结核形态（a-圆球状结核;b-不规则近球状结核;c-透镜状结核;d-椭球状结核）Fig.1 Common shape of nodule（a.ballshaped nodule;b.irregular approximately ballshaped nodule;c.lenticular nodule;d.ellipsoid nodule）

同生结核系机械沉积的原生构造,其形成于沉积过程中,受水动力的控制,可以是胶体物质围绕某些质点为中心凝聚或由胶体物质呈凝块状析出形成。该类结核在泥岩中常见,其特点是与围岩界线清楚,围岩的层理绕结核而过（图2a）。

早期成岩结核是在沉积物脱离底水,而粒间水仍可自由活动时期形成。这类结核与围岩沉积环境和气候条件密切相关,是成岩过程中化学凝聚作用形成的成岩构造,其形成机制受岩石的化学成分和埋藏后地层的物理化学条件控制,其形态一般呈串珠状或透镜状。该类结核的特点是结核部分切穿层理,部分为层理所环绕（图2b和图2c）。从图2b中可看到结核内仍保留残余的围岩层理。这类结核在泥岩中多见,且结核所在位置的纹层厚度大于两侧的纹层厚度,说明压实作用发生在结核形成之后。

图2 钙质结核的形成阶段（a.同生结核;b.早期成岩结核;c.晚期成岩结核;d.后生结核）Fig.2 The formation stage of nodule（a.contemporaneous nodule;b.eogenetic nodule;c.epigenetic nodule;d.epidiagenetic nodule）

晚期成岩结核与后生结核在FMI成像资料上难于区分,对地质分析影响较小,本文一并归为后生结核描述。后生结核形成于成岩之后的矿物置换作用,因岩石已固结,故结核明显切穿层理,但不见层理弯曲现象,反映了胶结物质沉积发生在压实完成后（图2d）,这类结核在砂泥岩中均可见到。

3 钙质结核的环境指示意义

同生结核与早期成岩结核能够反映沉积环境,属于岩石成因标志的范畴[8],可作为判断岩相古地理环境的一种标志,下文讨论的钙质结核主要指这两类。

钙质结核一般在水深流缓,波浪影响较弱,沉积较缓慢的情况下形成的。沉积时水介质具较弱的还原性和碱性。研究区珠江组属于海相沉积环境,钙质结核在珠江组二段密集发育,而在珠江组一段少见。说明珠江组二段水体较深,沉积环境闭塞、水流不畅,为古水介质条件偏碱性的还原环境。从伴生地层中常见的草莓状黄铁矿和少量菱铁矿也指示该时期为缺氧的还原性沉积环境[9]。结合其它相关地质资料分析认为珠江组二段为受障壁岛影响的潮控型滨岸环境,属水体较深的潮下带亚相。而珠江组一段很少发育钙质结核和黄铁矿应属无障壁岛的浪控型滨岸环境。上述分析结果与地震资料解释的古地质模型（图3,S50～S60为珠江组二段,S40～S50为珠江组一段）和地质综合研究揭示的沉积环境十分吻合。

图3 珠江口盆地琼海凸起地质模型Fig.3 The geologic model of Qionghai uplift,Zhujiangkou Basin

4 认识与结论

（1）FMI成像资料因其分辨率和井眼覆盖率高,图像清晰,为井下发育的钙质结核形态和形成阶段的分析与认识提供了一种有效方法,在揭示沉积环境、成岩特征及演化历史等方面具有重要意义。

（2）钙质结核主要分布于珠江组二段的砂泥岩地层中,大小各异,形态多样,主要受地层中渗透性影响较大;按结核与围岩层理的关系可分为同生结核、成岩结核和后生结核三种类型。

（3）珠江组二段钙质结核十分发育,反映了一种受限制的较深水潮下带环境;而珠江组一段钙质结核少见,总体为无障壁浪控型滨岸环境。

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Recognition of caliche nodule using FMI electric imaging logging data
and its implications

Cui Weiping,Yang Yuqing

（China Oilf ield Services Limited,Sanhe065201）

P631.8+1;TE121.3+1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.04.099

1008-2336（2010）04-0099-04

国家重大专项:珠江口盆地西部成像测井沉积相研究（Z09FN047）。

2010-07-08;改回日期:2010-07-30

崔维平,男,1973年生,工程师,2005年毕业于中国石油大学（北京）,获硕士学位,从事测井地质综合研究。E-mail:cuiwp@cosl.com.cn。