测井资料在准噶尔盆地火成岩热液及同化作用中的响应特征

2014-08-20孙运强林有志王志强中石油西部钻探工程有限公司测井公司新疆克拉玛依834000

石油天然气学报 2014年11期

孙运强，林有志，王志强（中石油西部钻探工程有限公司测井公司，新疆克拉玛依834000）

近年来，随着勘探开发的不断深入，准噶尔盆地越来越多的火成岩油、气层被发现，火成岩地层成为勘探开发的主要目标之一。准噶尔盆地火成岩地层分布范围较广，主要分布在准噶尔盆地西北缘、腹部和东部，主要集中在石炭系和二叠系。整个盆地的火成岩岩类复杂，有火山碎屑岩类和熔岩等，岩相有爆发相、溢流相、过渡相，岩性有角砾岩、熔结角砾岩、玄武岩、安山岩、英安岩、流纹岩、凝灰岩等[1，2]。由于火成岩岩性复杂，测井响应的一般特性为玄武岩对应低自然伽马，花岗岩对应高自然伽马[3]，但经过热液作用和同化作用后，岩性变的更加复杂，使得火成岩岩性的判断更加困难。为此，笔者深入探讨了经过热液作用及同化作用后的复杂岩性的岩石矿物成分变化，并总结了这些特殊火成岩的测井资料响应特征，为准噶尔盆地火成岩岩性的识别奠定了基础。

1 火成岩岩性测井特性分析

火成岩从基性岩、中性岩到酸性岩，其造岩矿物则从铁镁矿物（暗色矿物）到硅铝矿物。铁镁矿物密度大，因此测井密度高；钾含量低，测井自然伽马低；H2O含量高，加之暗色矿物的角闪石和黑云母的斑晶暗化作用产生脱水，中子测井值高。硅铝矿物主要包含石英类、长石类及似长石类（浅色矿物），矿物密度较低，钾含量高，放射性同位素锶Sr87极易替换矿物中的钾分散在岩石中，因此测井密度较低、自然伽马高、中子测井值低。

常规测井曲线对火成岩岩性反映较好的是自然伽马（qAPI）、补偿密度（ρc）、补偿中子孔隙度（φnc）。具体响应特征为：①基性岩，低qAPI、高ρc、高φnc；②酸性岩，高qAPI、低ρc、低φnc；③中性岩，测井响应特征值介于基性和酸性之间，中等qAPI，ρc较基性岩低、较酸性岩高，符合矿物物理参数表（见表1）。

一般来说，从基性岩、中性岩到酸性岩，岩石中钾的含量逐渐增高，酸性岩的铀、钍含量最高，因而放射性响应最强，qAPI最大。从图1可以看出，在准噶尔盆地火成岩中，基性岩放射性最低，中性岩放射性居中，酸性岩放射性最高。在同一类岩石中，岩石的结构对放射性也有影响，基性岩和中性岩从熔岩向火山碎屑岩过渡，粒度由粗逐渐变细，放射性增加。准噶尔盆地基性岩的qAPI一般不超过40API，中性岩在40～80API之间，酸性岩一般大于100API。

表1 火成岩矿物测井物理参数表

通过对以上数据的分析发现，qAPI的变化基本反映了火成岩的岩性变化。但是，在准噶尔盆地西北缘乌夏断裂带和中拐凸起上，发育有高qAPI的玄武岩和低qAPI的花岗岩，这是经过热液作用和同化作用的结果，作者对此进行了详细分析。

2 乌夏断裂带火成岩热液作用分析

火成岩中的玄武岩属基性岩，其矿物成份主要由斜长石和辉石组成，次要矿物有橄榄石、角闪石及黑云母等，岩石多呈黑色或灰黑色，经风化后可呈暗红色、黑褐色或暗绿色，斑状结构，基质多为微晶－隐晶质，普遍发育气孔构造、杏仁构造和柱状节理构造。热液作用是指含矿物的溶液在岩石孔隙中沉积形成矿床：沉积的矿物沿洞穴的两壁排列，而且一般向内生长，其晶面的发育指向溶液供给的方向；在某些情况下，同样一种矿物或一些矿物会连续在两壁沉积，直到洞穴被填满或接近填满为止，这样的充填作用会造成均质的或块状的矿石。地下热液作用可分为岩浆期后热液作用、火山热液作用、地下水热液作用和变质热液作用。在热液作用的影响下，玄武岩中的斜长石、辉石、橄榄石变得不稳定，裂缝、气孔等被充填，使矿物发生蚀变。

图1 火成岩qAPI测井曲线图

风A井位于准噶尔盆地西部隆起乌夏断裂带，二叠系佳木河组岩性主要为玄武岩和安山岩，而佳木河组上覆的风城组发育了大套非常规的白云质碎屑岩，这是由于火山活动过程中，地下深处岩浆喷出地面，矿物自岩浆熔体或火山喷气中迅速结晶，或由火山热液充填气孔交代火成岩形成。风A井在4292.0m 和 4405.0m 井壁取心：4292.0m井壁取心，镜下岩石定名为玄武岩，岩石中发育一宽大裂缝，缝中充填含铁白云石、泥质，泥质具水云母化；4405.0m井壁取心，镜下岩石定名为碎裂蚀变玄武岩，岩石具水下喷发特征，球形、弧形裂缝发育，裂缝中多充填黄铁矿及少量泥质，泥质具水云母化，岩石中杏仁体多呈拉长状、椭圆状，内充填硅质、含铁白云石，个别为半充填，岩石后期具钠化。风A井岩心镜下分析的岩石矿物中含有典型的热液矿物，如黄铁矿等，表明该区有过热液作用。

从风A井测井综合曲线图（图2）上可以看出，常规曲线的qAPI为高值，曲线呈齿状，并有跳变尖峰的特点，这是由于在热液作用下，放射性元素易溶于热液中，在裂缝、气孔、节理处吸附，从而增加了放射性元素的含量，导致qAPI较高；ρc、φnc、Δtp等测井响应特征符合火成岩矿物测井物理参数中的基性岩特征。地层微电阻率扫描成像（FMI）测井具有很高的纵向和横向分辨率，它可以清楚地反映井壁地层各种尺度的岩性、结构、构造及井壁结构的变化，如层理、裂缝、气孔等，风A井的FMI图显示，裂缝发育，裂缝被矿物不同程度的充填。

图2 风A井测井综合曲线图

3 中拐凸起火成岩同化作用分析

火成岩中的花岗岩属酸性岩，其矿物成份主要由石英、长石、少量云母组成，花岗岩的颜色取决于其化学物质和矿物质的含量。岩浆侵入过程中，以自身的高温熔化了围岩及捕虏体，或与其发生反应，称为同化作用。同化作用使岩浆成分发生变化，岩浆遭受了混染，可称为混染岩浆。同化作用的规模及强度主要决定于岩浆的热状态，岩浆可以熔化比自己熔点低的矿物集合体，使熔体总成分发生变化。

金A井位于准噶尔盆地西部隆起中拐凸起，石炭系岩性主要为玄武岩和花岗岩，在石炭系的3473.5m由玄武岩过渡为花岗岩，这种由喷出岩直接过渡到侵入岩的特性，表明该区有过同化作用。花岗岩中的主要造岩矿物都位于反应系列的低温位置，所以玄武岩不需要有过热的温度，只需应用其结晶作用供给的热量就可以熔化花岗岩。金A井在3470.0m井壁取心，镜下岩石定名为玄武岩，岩石中杏仁体中充填硅质、绿泥石，岩石后期具轻度蚀变；3476.0m井壁取心，镜下岩石定名为花岗岩，岩石中角闪石已发生蚀变，向云母转化，石英呈他形粒状，斜长石呈半自形粒状，岩石中偶见一碎粒条带。

从金A井常规及元素俘获测井曲线图（图3）上可以看出，玄武岩显示为低qAPI、高ρc、高φnc、w （Si）较低、w （Al）、w （Fe）等较高的特性，符合基性岩特性；花岗岩显示为低qAPI、低ρc、低φnc、w （Si）明显增加、w （Al）、w （Fe）减少的特性；除qAPI外，其他测井响应特性均符合酸性岩特征，qAPI较玄武岩变化不大，在35API左右。

从金A井FMI测井图（图4）上可以看出，玄武岩和花岗岩的图像特征差别很大，玄武岩在静态图像上呈暗色，一般为黑色、暗褐色，动态图像上可见密集发育的高阻缝；花岗岩在静态图像上呈亮色，一般为亮黄色、黄红色，动态图像上高阻缝少见，而高导缝异常发育。

4 结论

通过对西北缘乌夏断裂带上发育的高自然伽马的玄武岩和中拐凸起上发育的低自然伽马的花岗岩测井响应特征的总结可以看出，在准噶尔盆地发育了一些经过特殊作用后产生的火成岩，对火成岩岩性的判断增加了难度，低自然伽马、高密度、高补偿中子孔隙度的基性岩和高自然伽马、低密度、低补偿中子孔隙度的酸性岩作为判断火成岩岩性的一般规律，已不能完全符合准噶尔盆地的火成岩岩性的判断规律。总结了准噶尔盆地特殊火成岩岩性的测井响应特征，即经过热液作用后的玄武岩对应高自然伽马，经过同化作用后的花岗岩则对应低自然伽马。将其作为准噶尔盆地特殊岩性的识别方法，以期为研究区的火成岩岩性识别提供依据。