基于地层组分分析的火山岩岩性识别

张兆辉，高楚桥

（1中国石油勘探开发研究院西北分院，甘肃兰州730020；2长江大学地球物理与石油资源学院，湖北荆州434023）

基于地层组分分析的火山岩岩性识别

张兆辉1，高楚桥2

（1中国石油勘探开发研究院西北分院，甘肃兰州730020；2长江大学地球物理与石油资源学院，湖北荆州434023）

在物性分析资料和薄片观察的基础上，确定主要地层组分的常规测井响应值和ECS测井元素含量响应值。根据地层组分分析模型，建立了密度、声波、中子、自然伽马以及铝、硅、钙、铁元素含量的测井响应方程。计算了7种主要地层组分（包括岩石骨架、流体）的相对体积含量，并据此识别火山岩岩性。利用自主研发的测井资料处理解释软件，对三塘湖盆地A区火山岩进行岩性测井识别。识别结论与薄片观察结果进行了对比，表明岩性识别效果好，提高了识别准确率。该方法可为其他地区火山岩、甚至碳酸盐岩等复杂岩性储集层的岩性识别提供一定的参考和借鉴，提出了ECS测井资料的应用新手段。

测井解释；地层组分；岩性识别；火山岩；物性分析；测井响应

0 引 言

火山岩储层测井评价的关键是准确确定岩性，主要有多参数交会图法、成像测井识别法、元素俘获谱测井（ECS）识别法、神经网络法、对应分析识别法、偶极声波测井、地震反射法、岩石强度参数识别法等［1－12］。本文以三塘湖盆地火山岩为例，充分利用常规测井信息，结合ECS测井资料，采用地层组分分析原理［13］，通过最优化方法［14－16］计算出火山岩岩性成分含量，识别火山岩岩性。

1 建立模型及响应方程

用现有的有限测井信息正确反演出组成地层的全部组分是不可能的，因此需要合理简化地层组分。

（1）把地层中物理性质相近的组分看成是同种组分。例如可把绿泥石、伊利石和其他黏土矿物统称为泥质。

（2）把地层中一些含量很小的组分合并到性质与之相近的组分之中。例如当砂岩中含有少量长石时，可将长石合并到石英中去，认为该砂岩就是纯石英砂岩。

对岩性不十分复杂的储集层，允许运用上述简化处理方法，简化后的物理模型中有效孔隙度包含不动油、可动油、自由水、束缚水、天然气等组分相对体积，但根据研究目的需要可做进一步简化。对三塘湖盆地火山岩岩性识别的研究仅考虑了不动油、可动油、自由水、天然气相对体积的影响。

根据这一物理模型，可写出各种测井（包括ECS测井元素含量）响应方程，例如密度测井响应方程为

式中，ρor、ρom、ρfw、ρgas、ρsh、ρma1，ρma2，…，ρmak分别表示地层中不动油、可动油、自由水、天然气、泥质、岩性骨架（1～k种）组分的体积密度值。

同理可写出其他测井响应方程，用通式表示为

当m＜n时，方程组有多个解，无实际意义；当m＝n时，以上方程组有唯一解，但是，为了充分利用测井信息，提高测井解释的可靠性，一般情况下m＞n，此时方程组为超定线性方程组，它具有1个最优解。但可能出现xi＜0或xi＞1的现象，这种结果在地质上是不存在的或无意义的。因此需要加入约束条件

式中，xi为第i种组分的相对含量。这些组分是不动油、可动油、自由水、天然气、泥质以及各种岩石骨架矿物；xmax，i为第i种组分的最大相对含量；Aij为第i种组分对第j种仪器的响应值；Bj为第j种仪器的测井值。

由线性最小二乘原理求解这一约束线性方程组的问题可转换成以下求极值问题

不同测井值量纲不一样，测量值大小的差别也很大，在实际计算中需要将式（4）目标函数的系数A及B进行标准化处理，以便使各种仪器的A和B值都成为无量纲的数，并在同一数量级上，这样可使得各种测井方法对最终结果具有相同的贡献。标准化处理方法是将方程的两边同时除以系数，该系数除具有标准化作用外，还具有权系数的作用，质量差的测井曲线赋予低权系数，质量好的测井曲线赋予高权系数。

2 地层组分测井响应参数的确定

从式（4）可见，Aij（地层组分测井响应参数）的确定是求解的关键，目前其确定方法主要有理论计算法和物性资料法。实践证明，各种流体组分的测井响应参数通过理论计算法就可准确确定［17］。岩石骨架组分（特别是火山岩）岩性极其复杂且变化很大，不宜用理论计算法，该区采用物性资料法求取岩石骨架测井响应参数。

图1 玄武岩孔隙度与DEN、CNL、AC交会图

分析发现，该区火山岩岩性主要有玄武岩、安山岩、凝灰岩、辉绿岩，物性资料表现为常规测井值DEN、CNL、AC与孔隙度具有较高的相关性，可与孔隙度资料建立对应关系，进一步较为精确地求得对应骨架参数；而GR值受孔隙度影响小，可以直接由测井曲线确定。因此，基于岩心常规分析报告，获取其中典型火成岩的深度、岩性、孔隙度、密度等资料，在测井资料中对应深度读取DEN、CNL、AC等值，以孔隙度为X轴，分别以DEN、CNL、AC为Y轴，建立DEN、CNL、AC与孔隙度的线性相关关系及趋势线，趋势线延长线与Y轴交点即为相应骨架参数。图1为玄武岩孔隙度与DEN、CNL、AC交会图。可见孔隙度与DEN、CNL、AC具有较好的趋势变化关系，由于AC主要反映基质孔隙度，而不反映裂缝，因此其测井响应变化范围较小，表现在交会图上则是与孔隙度相关性不高，但这不影响玄武岩骨架声波值的确定。因此确定出玄武岩DEN、CNL、AC骨架值分别为2.638g／cm3、0.121 μs／ft＊＊非法定计量单位，1ft＝12in＝0.304 8m，下同、63.35μs／ft。同理可确定出安山岩、辉绿岩、凝灰岩等骨架值（见表1）。

ECS主要元素测井响应值的确定方法是依次根据各井的岩石薄片分析资料找出各种火成岩在井中的分布层段，然后依照岩性的不同统计出各种岩性测井平均值作为ECS骨架测井响应值（见表1）。

3 应用效果及实例

利用上述方法对三塘湖盆地A区5口井（有常规测井资料、ECS测井资料）进行岩性成分定量计算，并划分岩性。图2为某井部分井段处理成果图。从图2中可见，利用本文提出方法的处理结果与岩性录井剖面、薄片观察结果吻合率较高，但也有部分井段（如1 556～1 566m井段）处理结果与岩性录井剖面差异较大。通过与可信度较高的薄片观察结果对比分析认为，测井计算的岩性剖面较录井剖面可信。表2为薄片观察结果与火山岩成分含量计算结果的对比表。对比分析发现，岩性识别准确率较高，认为火成岩岩性成分含量的计算结果较可靠，在研究区取得了较好应用效果，证实本文方法的可行性。

表1 研究区火山岩地层组分测井响应值

图2 ×19井测井处理成果图

表2 测井计算岩性组分含量与薄片分析结果对比表

4 结 论

（1）基于地层组分分析模型和最优化理论，综合利用常规测井资料、ECS测井资料，通过定量计算岩性骨架组分含量的方法识别火成岩岩性，为ECS测井资料的充分利用和火山岩岩性识别提供了新的方法和手段。

（2）本文方法在三塘湖盆地A区的应用中效果显著，提高了岩性识别准确率，为其他地区火山岩、甚至碳酸盐岩等复杂岩性储集层的岩性识别提供一定的参考和借鉴。

［1］ 范宜仁，黄隆基，代诗华.交会图技术在火成岩岩性和裂缝识别中的应用［J］.测井技术，1999，23（1）：53－56.

［2］ 陈钢花，吴文圣，毛克文.利用地层微电阻率扫描图像识别岩性［J］.石油勘探与开发，2001，28（2）：53－55.

［3］ 赵建，高福红.测井资料交会图法在火山岩岩性识别中的应用［J］.世界地质，2003，22（2）：136－140.

［4］ 潘保芝，闫桂京，吴海波.对应分析确定松辽盆地北部深层火成岩岩性［J］.大庆石油地质与开发，2003，22（1）：7－9.

［5］ 袁祖贵，成晓宁，孙娟.地层元素测井（ECS）——一种全新评价储层的测井新技术［J］.原子能科学技术，2004，38（增刊）：209－213.

［6］ 程华国，袁祖贵.用地层元素测井（ECS）资料评价复杂地层岩性变化［J］.核电子学与探测技术，2005，25（3）：233－238.

［7］ 冉启全，胡永乐，任宝生.火成岩岩性识别方法及其应用研究——以大港枣园油田枣35块火成岩油藏为例［J］.中国海上油气，2005，17（1）：25－29.

［8］ 周波，李舟波，潘保芝.火成岩岩性识别方法研究［J］.吉林大学学报：地球科学版，2005，35（3）：394－397.

［9］ 王拥军，冉启全，童敏，等.ECS测井资料在火山岩岩性识别中的应用［J］.国外测井技术，2006，21（1）：13－16.

［10］王拥军，周雪峰，吴海中，等.火山岩岩性识别新技术［J］.断块油气田，2006，13（3）：86－88.

［11］韩琳，张建民，邢艳娟，等.元素俘获谱测井（ECS）结合QAPF法识别火成岩岩性［J］.国外测井技术，2010，34（1）：47－50.

［12］Hagan M T，Demuth H B，Beale M H.Neural Network Design［M］.Boston：WS Publishing Company MA，1996.

［13］高楚桥.复杂储层测井评价方法［M］.北京：石油工业出版社，2003.

［14］雍世和，张超谟.测井数据处理与综合解释［M］.北京：石油工业出版社，1996.

［15］薛嘉庆.最优化原理与方法［M］.北京：冶金工业出版社，1983.

［16］陈希孺，王松桂.线性模型中的最小二乘法［M］.上海：上海科学技术出版社，2003.

［17］高楚桥，谭廷栋.常见测井响应参数的理论计算［J］.石油地球物理勘探，1997，32（6）：818－825.

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 文献标识码：A

2011－05－13 本文编辑 王小宁）

国家科技重大专项子课题（编号：2011ZX05031－003－006HZ）资助；西南石油大学研究生创新基金项目（编号：GIFSS1101）资助

司马立强，男，1961年生，教授，博士生导师，从事油气田测井方法、测井解释、测井地质应用的科研与教学工作。