利用古地磁学研究岩心古水流的方法与应用——以延长油田西南部延长组为例

刘秀婷，韦乐乐，苏海伦，樊文静，邹波，尹敬东

（1.西北大学地质系、大陆动力国家重点实验室，陕西 西安 710069；2.中国石油天然气管道四公司，河北 廊坊 065000）

利用古地磁学研究岩心古水流的方法与应用
——以延长油田西南部延长组为例

刘秀婷1，韦乐乐1，苏海伦1，樊文静1，邹波2，尹敬东2

（1.西北大学地质系、大陆动力国家重点实验室，陕西 西安 710069；2.中国石油天然气管道四公司，河北 廊坊 065000）

古水流向对于油气的勘探与开发具有重要意义。古地磁方法是研究岩心古水流向的一种手段。文中在利用古地磁方法进行钻井岩心重定向的基础上，分析磁化率长轴方位，进而达到确定古水流方向的目的。以延长油田西南部延长组钻井岩心研究为例，首先通过热退磁分离黏滞剩磁进行岩心定向，再进行磁化率测试，计算分析最长轴方位，进而得到古水流方向。结果表明，该区储层砂体的展布方向为NW—SE，亦有来自NE—SW向和近EW向。同时，这一结果还验证了古地磁分析古水流方法的可靠性，为油气田的勘探开发提供了依据。

古地磁；磁组构；古水流；砂体展布；延长油田

0 引言

钻井岩心是携带丰富地质信息的载体，对其分析是沉积岩区或盆地内部研究的一种常用手段。对于某一地区单一井位上钻取岩心而言，利用古地磁方法对其进行定向，并测量岩石的磁化率各向异性，进而判定该点处的古水流向是科学的，且地磁信息不受原始地形、构造等因素的影响限制［1-7］。

Graham在20世纪中叶提出了岩石磁组构概念［8］，经过六十多年的科学研究，岩石磁组构被广泛用于地质学科，例如构造地质学、沉积学、第四纪地质学等领域［9-11］。应用磁组构判断岩心的古水流方向，对客观认识物源、沉积相及砂体展布等基础地质问题具有重要的理论和现实意义。岩心磁组构分析古水流是建立在岩心定向的基础之上的，而在油气勘探开发中，定向岩心为数甚少，大多数都是非定向的，需要采用古地磁方法对样品进行重定向。该方法直接针对岩心本身，成本低，不受时间限制，对新钻取的岩心和以前钻取的岩心都可以进行定向，已经成为分析评价岩心的一种重要手段，且日渐成熟［1-6］。

在油气田开发阶段，若对地下砂体展布、河道的流向认识不足，会造成生产中注入水单向突进现象严重，水驱效率低，目前，研究区在这方面研究较少。本文结合延长油田西南部延长组古水流的研究，阐述了利用古地磁学研究岩心古水流的方法，并进行应用验证。这不仅对井网调整设计方案具有指导意义，且对油田的下一步开发具有现实意义。

1 岩心古地磁原理

1.1 古地磁方法岩心定向原理

岩石携带有地质历史时期的磁记录，可以利用热退磁的方法将其剩磁分离，得到低温部分和高温部分。由前人研究可知，在统计学上，岩石中分离出的低温黏滞剩磁（VRM）分量，其方向与现代地磁场方向近似相同；高温分量即原生剩磁（NRM）分量，方向与研究区周围同时代地层的高温剩磁分量方向近似相同［4，7-9］。因此，只要精确地将岩石中携带的低温剩磁分量分离并测定，就可知道岩心在现代地磁场中的方位［4］。

1.2 磁组构判定古流向原理

磁化率各向异性［4，8-13］即指岩石中磁性矿物、颗粒或晶格的定向及其组合，其物理实质是磁化强度随方向变化的性质，主要表现为颗粒形状各向异性和磁晶各向异性2个方面，这种变化可以用磁化率量值椭球体来表示。椭球体的最长轴、中间轴和最短轴分别与磁化率的最大、中间和最小值相互对应，三轴的相对长短及它们相对于水平面的倾角和标志线的方位，就构成了描述岩石磁组构的基本要素［8］。

由沉积岩的形成过程可知，磁性矿物的定向分布排列，主要受地磁场的作用、重力场的作用和流水作用3个要素影响。实验证明［14］，矿物的优选方位即长轴方向与水流方向垂直或平行，主要取决于水动力条件，因此通过磁化率测定可以反映古流向［4，15-25］。

2 延长组岩心古地磁学研究

延长油田是中国大陆勘探开发最早的油田之一，随着油田勘探开发研究工作的深入和油层改造工艺的进步，油田勘探开发步伐稳步加快。长期以来，采用自然能量开发及油层压裂改造为主的增产措施，油井压裂改造频繁［26-27］。例如，长6油藏［27］为典型的特低渗岩性油藏，油藏主要受陆相三角洲沉积体系控制，储层物性差、产量低、天然能量匮乏，科学合理地注水开发是油田持续发展的关键举措，而搞清楚古水流向则是重中之重。

2.1 样品采集与加工

延长油田西南部延长组构造上位于陕北斜坡中部，地层倾角不足1°。本次实验针对研究区具有代表性的D1，D2，D3，D4，D5，D6等6口井的岩心进行了古地磁实验。共加工标准样品91块，其中，45块进行磁化率各向异性测试，46块样品进行热退磁，分析其低温剩磁分量，用以岩心重定向。

在同一采点处钻井岩心上，取直径为2.5 cm的柱状岩心3～4块，钻取方式如图1所示。标注统一标志线，将其作为剩磁测量的参考线。建立岩心坐标系XYZ，X轴为假定标志线方向。在室内将柱状岩心切割，切割为高2.5 cm的标准古地磁样品，并建立样品坐标系xyz。

图1 坐标系示意

岩心坐标系与样品坐标系之间的转化公式［21］为

式中：MX，MY，MZ为岩心坐标系中剩磁三分量；Mx，My，Mz为实测剩磁三分量；u为倾角，（°）；a为方位角，（°）；I为磁倾角，（°）；D为磁偏角，（°）。

2.2 岩心重定向

对于黏滞剩磁，使用热退磁技术时，低温剩磁在0～350℃可退去。本次退磁及测试在中国科学院地质与地球物理研究所进行，退磁使用的仪器为MMTD-48，测试使用的仪器为超导磁力仪2G-755R［22］。退磁区间低温段为 NRM，80，120，160，200，225，250，275，300，325，350℃；高温段为375，400，425，450，475，525℃。

将低温分量段作为低温分量拟合对象，通过逐步的矢量合成分离出各点的低温剩磁分量，将其方向投影到Zijderveld矢量图（见图2a）上；结合退磁曲线图（见图2b）和乌氏网（见图2c），在80～250℃，获得一组明显的剩磁成分；所以，判断这组剩磁成分是黏滞剩磁。采用Kirschvink主分量分析法获得低温分量［23］，然后对同一个采点内的所有样品的低温分量进行标准的Fisher方法统计［24］，最终求得样品坐标系下黏滞剩磁的方向即为现代磁场的方向，进而得到标志线在样品坐标系中的方位。由式（1）计算岩心坐标系中标志线的方向，即为岩心的方位磁偏角、磁倾角。

图2 D3井代表性样品热退磁图

表1为岩样古地磁岩心定向结果。根据逐步退磁曲线特征分析，推断样品的磁性载体可能为磁铁矿类矿物，因此按最大轴平行于水流方向考虑［3，5，25］。

表1 延长组岩心定向分析结果

2.3 磁组构

本次磁组构实验测试在西北大学大陆动力古地磁实验室进行，使用仪器是捷克生产的卡帕桥KLY-3S，其优点快速、精确。此次实验共测试测量45块样品，为了确定测量数据的可靠性，将单块样品重复测量3次以上，求得测量结果的平均值，注意剔除α95≥15°的样品，再对每个采点的测量结果求平均值，并对同一采点内样品的测量结果作矢量平均，得到在样品坐标系下磁组构主轴的平均方向。

表2是在样品坐标系下磁组构的测试结果及磁化率参数值，样品的磁化率数值为130×10-6～359×10-6SI，由式（1）对矢量平均后的结果进行计算，表3为最终得到的磁组构分析结果。磁化率的最大轴（K1）、中间轴（K2）、最小轴（K3）的空间分布见图3。

由于垂直于岩层层理采样，所以K2分布于圆心周围，K1，K3分布于赤平投影图边界，这与以往的结果［3，15］有差异。这是由采样方式造成的，只需利用式（1），将三轴方位（磁偏角D、倾角I）从样品坐标系转化为岩心坐标系即可。

表2 延长油田西南部延长组磁组构测量结果及基本磁参数

分析层面最大轴分布特征前，需要指出，磁化率各向异性主轴具有双向性。如果D=180°，I=0°是最大磁化轴方向，那么D=0°，I=-10°也是最大磁化轴方向［20］。

表3 延长油田西南部延长组磁组构综合分析结果

图3 延长油田西南部砂岩样品AMS三轴赤平投影

延长油田西南部地区三叠系延长组的沉积相是一套三角洲前缘相，研究区既受河流单向水流的作用，又受到蓄水体波浪的改造作用，沉积厚度比较大，沉积类型较复杂，储层发育较好，具备良好的成藏条件。

从表3及图3磁组构研究结果看出，延长油田西南部地区D1，D2，D3及D4井长6段细砂岩，局部磁组构最大轴方向分别为334.0，181.5，174.5及208.6°,反映出该地区长6细砂岩的古水流或沉积物源方向近EW向。D5井地区长7段地层泥岩局部磁组构最大轴方向为115.5°，反映出该地区的古水流或沉积物源方向为NWW—SEE。D6井地区采点D6-1长7段地层局部磁组构最大轴方向为37.5°，反映出该地区的古水流或沉积物源方向为NE—SW；采点D6-2、D6-3长8地层磁组构最大轴方向分别为151.4，162.2°，反映出该地区的古水流或沉积物源方向为NW—SE。综合研究结果表明，延长油田西南部的储层砂体展布主流方位，即古水流综合方向为NW—SE（见图4）。

3 结论

1）磁组构研究结果表明，延长油田西南部地区长6段细砂岩的古水流或沉积物源方向近EW，长7段为NE—SW向，长8段为NW—SE向。此次古地磁方法研究结果说明了延长油田西南部储层砂体展布主流方位，即综合古水流方向为NW—SE。

图4 延长油田西南部延长组砂体展布玫瑰花示意图

2）在应用古地磁技术对钻井岩心原始方位恢复的基础上，由磁组构来判定该点的古流向，不受原始地形、构造等因素的影响，可作出定量解释。

3）该方法既可以单井预测流向的变化趋势，适用于研究程度比较低的区域，亦可多井连片处理，对研究程度比较高的区域更可作理论参考和现实指导，对油田前期勘探开发和后期的注水方案及压裂提供详细的资料，得到地下沉积沙体的空间展布方位，进而可以为油气田的开发提供现实的指导。

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（编辑 王淑玉）

Method of paleomagnetism to study directions of core paleocurrent and its application：Taking Yanchang Formation in southwest Yanchang Oilfield as an example

Liu Xiuting1,Wei Lele1,Su Hailun1,Fan Wenjing1,Zou Bo2,Yin Jingdong2
(1.Department of Geology/State Key Laboratory of Continental Dynamis,Northwest University,Xi′an 710069,China; 2.No.4 Construction Company,China Petroleum Pipeline Bureau,Langfang 065000,China)

s:The redirection of drilling cores is studied using paleomagnetism,and the method and application of magnetic fabric is used to quantitatively determine the paleocurrent.By using the viscous remanence and original residual magnetism separated by thermal demagnetization,the drilling cores are redirected with low temperature component resultant vector.The anisotropy of magnetic susceptibility of rock is analyzed and tested to study the rock depositional environment information and establish the palaeocurrent direction and the direction of sand body distribution.At the same time,this method is used to study the cores from six wells of southwest Yanchang Oilfield.The results show that the distribution direction of reservoir sand bodies in this area is NW-SE, also having NE-SW and nearly E-W.The operation of this method that the redirection of cores and the direction analysis of paleocurrent is simple,quick and less expensive,Study of Yanchang Formation verifies the feasibility and reliability of the method application.

paleomagnetism;magnetic fabric;paleocurrent;distribution of sand body;Yanchang Oilfield

中国科学院战略性先导科技专项（B类）“印度与欧亚大陆碰撞时限、方式与过程”（XDB03000000）

TE122.2+4

：A

10.6056/dkyqt201501005

2014-09-06；改回日期：2014-11-16。

刘秀婷，女，1990年生，硕士，主要从事固体地球物理与古地磁构造研究。E-mail：liuxiuting1990@126.com。

刘秀婷，韦乐乐，苏海伦，等.利用古地磁学研究岩心古水流的方法与应用：以延长油田西南部延长组为例［J］.断块油气田，2015，22（1）：21-25.

Liu Xiuting，Wei Lele，Su Hailun，et al.Method of paleomagnetism to study directions of core paleocurrent and its application：Taking Yanchang Formation in southwest Yanchang Oilfield as an example［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2015，22（1）：21-25.