黄骅坳陷南堡5号构造火山岩骨架参数确定方法

傅　栋，朱学娟，单沙沙（.中国石油吐哈油田分公司开发部，新疆吐鲁番880；.中国石油大学胜利学院油气工程学院，山东东营57000；.中国石油集团测井有限公司油气评价中心，西安70077）



黄骅坳陷南堡5号构造火山岩骨架参数确定方法

傅栋1，朱学娟2，单沙沙3
（1.中国石油吐哈油田分公司开发部，新疆吐鲁番838202；2.中国石油大学胜利学院油气工程学院，山东东营257000；3.中国石油集团测井有限公司油气评价中心，西安710077）

摘要：针对南堡5号构造始新统沙河街组火山岩骨架参数难以确定的现状，在准确划分岩石类型的前提下，综合岩心资料、常规测井曲线和元素俘获谱测井数据，利用交会图、多元回归等方法，确定不同岩性的骨架参数，然后计算储集层孔隙度，根据孔隙度计算值的准确性来检验骨架参数，最终得到南堡5号构造火山岩骨架参数，为研究区火山岩储集层评价奠定了基础。

关键词：渤海湾盆地；黄骅坳陷；南堡5号构造；火山岩；骨架参数；确定方法

岩石骨架参数确定的准确性直接决定了储集层物性参数计算的准确性，进而影响流体性质识别、储量估算等结果的准确性[1]。由于受岩浆性质、火山喷发类型、后期构造作用和成岩作用的影响，火山岩地层的岩石组分复杂、岩石物理性质多变，导致岩石骨架参数难以确定，并且与已知的理论值相差较大[2]。南堡5号构造位于渤海湾盆地黄骅坳陷北部，属于断裂背斜构造，始新统沙河街组沉积时期火山活动比较强烈，发育的岩石类型多样，且每种类型的火山岩岩性组分和结构类型复杂。文献［3］—文献［5］将研究区火山岩划分为玄武岩、流纹岩、玄武质角砾岩、流纹质角砾岩、玄武质凝灰岩和流纹质凝灰岩6种类型。此外，研究区部分火山岩还遭受不同程度的蚀变，如泥化、绿泥石化、方解石化等，又增大了确定岩石骨架参数的难度。本文在大量岩心和测井数据分析的基础上，对研究区火山岩岩石骨架参数进行了研究。

1　岩石骨架参数的确定方法

1.1岩心分析确定岩石骨架密度

由于研究区火山岩组分复杂，相同岩性的不同岩心测量得到的岩石骨架参数也不完全相同。已取得的局部岩心资料的骨架参数尚不能代表全井段岩石的骨架参数。因此，可以先根据岩心分析孔隙度和体积密度计算岩石的骨架密度，按岩性进行统计，得到不同岩性骨架密度的分布范围和峰值（图1，图2）。对目的层的岩心资料进行统计发现，研究区火山岩的骨架密度变化范围大，即使同一岩性变化范围也较大，如流纹岩的骨架密度为2.45～2.68 g/cm3（图1），玄武岩的骨架密度为2.65～2.90 g/cm3（图2）。

确定岩石骨架密度的变化范围之后，把同一种岩性的岩心分析孔隙度和体积密度作交会图，拟合得到岩心体积密度和孔隙度的线性关系，孔隙度为0时对应的体积密度即为这种岩性的骨架密度，一般情况下，确定出的骨架密度与直接统计的峰值基本一致[6]。以研究区的玄武岩为例（图3），根据其岩心分析孔隙度和体积密度确定的玄武岩骨架密度为2.797 g/cm3.

图2　岩心分析确定玄武岩骨架密度分布

图3　岩心分析确定玄武岩骨架密度

1.2 元素俘获谱测井确定岩石骨架参数

元素俘获谱测井可以得到测井井段连续的元素含量，测量结果只反映岩石本身的性质，不受孔隙流体性质的影响[7]，对取心岩样进行矿物成分及化学元素实验室分析，可以得到岩样的骨架密度、各种元素及氧化物的含量，根据专门的核物理参数计算软件SNUPAR可以得到岩样骨架中子孔隙度、骨架俘获截面、骨架光电吸收截面等骨架参数[8]。由于岩石骨架参数与多种元素含量都具有较好的相关性，可选取相关性较好的元素，建立二者的拟合公式。岩石骨架密度的公式为

式中ρma——骨架密度，g/cm3；

ωFe——铁元素的质量分数，%；

ωK——钾元素的质量分数，%；

ωSi——硅元素的质量分数，%；

ωTi——钛元素的质量分数，%；

ωS——硫元素的质量分数，%；

ωCa——钙元素的质量分数，%.

根据（1）式，应用元素俘获谱测井资料就可以计算连续井段的岩石骨架密度（图4）。由图4可知，利用元素俘获谱测井资料确定的骨架密度与岩心分析的骨架密度相吻合。同理，可用此方法计算研究区6种火山岩骨架的中子孔隙度（表1）。

图4　元素俘获谱测井计算骨架密度与岩心分析骨架密度关系

表1　元素俘获谱测井计算得到的骨架参数

1.3常规测井确定岩石骨架参数

基于各测井方法的原理，可以利用常规测井组合确定骨架参数，如选取电阻率趋于无穷大时对应的岩石物理参数作为骨架参数（图5）。从图5可看出，当电阻率增加到一定程度时，声波时差、补偿中子孔隙度和密度不再随之变化，因为岩石骨架基本不导电，所以电阻率趋于无穷大时，可以认为岩石中不含孔隙和流体，只有岩石骨架本身，而此时测出的体积密度，就可以认为是岩石骨架的密度，声波时差就是岩石骨架的声波时差。研究区流纹岩的骨架声波时差为187 μs/m，骨架中子孔隙度为2%，骨架密度为2.57 g/cm3（图5）。

1.4常规测井与岩心分析结合确定岩石骨架参数

图5　利用测井交会图确定流纹岩骨架参数

测井中还经常利用岩心分析孔隙度来验证测井曲线计算的孔隙度，二者具有很好的线性相关性。但由于钻井取心深度和测井深度之间，存在一定差异，因此在进行解释时要先把岩心深度校正到测井深度上，将相同岩性的有效取心数据和与之对应的孔隙度测井数据进行交会，当岩心分析孔隙度为零时，所对应的纵坐标即为此类岩石的骨架参数[9]。从图6可以确定流纹岩的骨架密度为2.58 g/cm3，玄武岩的骨架中子孔隙度为10.62%，凝灰岩的骨架声波时差为186.91 μs/m.

图6　常规测井与岩心分析结合确定岩石骨架参数

2　岩石骨架参数的准确性验证

2.1岩石骨架参数确定方法的有效性分析

即使是同一类火山岩，其岩石成分和结构也有较大变化，岩石骨架参数也会在一定范围内变化（表1）。如研究区同一口井不同深度流纹岩岩性变化大，似球粒流纹岩，斑状结构，基质似球粒结构，斑晶主要为石英和长石，含少量云母，基质为长英质，其孔隙度为6.2%，骨架密度为2.64 g/cm3；球粒流纹岩，斑晶主要为长石和石英，球粒结构，球粒间分布重结晶石英和方解石，不均匀交代，孔隙度为4.8%，骨架密度为2.57 g/cm3.

由于研究区的岩性较为复杂，进行物性参数建模时，同一深度点的模型内可能既有流纹岩、流纹质凝灰岩和流纹质角砾岩，又有泥岩和砂岩，计算物性参数时要使用以上所有岩性的骨架参数已经相当复杂，而如果同一种岩性还有不同的骨架参数，则更会使计算难度增加。从整体考虑，一般同一种岩性只取一个固定的骨架参数，即在得出的骨架参数范围内选择其峰值作为最终的骨架参数进行物性参数的计算。因此采用上述多种方法来计算骨架参数并得到一个相对准确的变化范围，是进行物性参数计算的基础。2.2实际资料处理验证

在确定岩石骨架参数的基础上，采用多矿物模型进行建模，计算岩石的矿物组分和流体的体积[10]。利用最优化测井解释方法，调节各种输入参数（如岩石骨架参数、测井数据等），使方程矩阵的非相关性达到最小，最终得到地层矿物组分及其含量、流体体积、储集层物性等参数。根据得到的孔隙度与岩心分析孔隙度的对比，反复迭代优化，调节输入参数，最终得到准确的孔隙度计算值（图7）和一组相对准确的骨架参数（表2）。

图7为南堡5-4井3 500—3 580 m井段根据多矿物模型计算的孔隙度，该井段岩性主要包括流纹质凝灰岩和玄武岩。从图7可看出，3 525—3 540 m井段由于含泥质较多，计算孔隙度时使用了火山岩的骨架参数，所以计算结果准确性较差；其他井段计算孔隙度时采用了文中确定的骨架参数，其结果与岩心分析和成像测井孔隙度吻合较好，与岩心分析孔隙度的相对误差为7.8%.

3　结论

图7　南堡5-4井流纹质凝灰岩储集层孔隙度计算结果

表2　南堡5号构造火山岩骨架参数

（1）综合岩心分析和测井资料可确定复杂成分火山岩的骨架参数，其中元素俘获谱测井可得到连续井段的岩石骨架参数，更适合岩性复杂的储集层，但是元素俘获谱测井无法得到骨架声波时差；岩心分析可以得到某种岩性的骨架密度的分布范围和峰值，一般取峰值作为计算时的骨架密度；常规测井确定骨架参数的方法在没有元素俘获谱测井的储集层应用广泛，但是容易受裂缝和火山岩蚀变的影响。

（2）研究区基性火山岩的骨架密度和骨架中子孔隙度明显高于酸性火山岩，骨架声波时差明显低于酸性火山岩，即玄武岩的骨架密度和骨架中子孔隙度高于流纹岩，玄武质凝灰岩的骨架密度和骨架中子孔隙度高于流纹质凝灰岩，玄武质角砾岩的骨架密度和骨架中子孔隙度高于流纹质角砾岩；玄武岩的骨架声波时差低于流纹岩，玄武质角砾岩的声波时差低于流纹

质角砾岩，这主要是受岩石化学元素和矿物成分的影响；玄武质凝灰岩与玄武岩相比，流纹质凝灰岩与流纹岩相比，由于颗粒更细、孔喉更小，骨架中子孔隙度偏高、密度偏小、声波时差偏大。

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（编辑曹元婷）

Volcanic Framework Parameter Determination in Nanpu 5th Structure, Huanghua Depression

FU Dong1, ZHU Xuehuan2, SHAN Shasha3
(1.Development Department, Tuha Oilfield Company, PetroChina, Turpan, Xinjiang 838202, China;
2.College of Petroleum Engineering, China University of Petroleum, Shenli College, Dongying, Shandong 257000, China; 3.Center of Oil⁃Gas Evaluation, Logging Co., LTD, CNPC, Xi’an, Shaanxi 710077, China)

Abstract:Focusing on the status of difficult determination of volcanic framework parameters of the Paleogene Shahejie formation in Nanpu 5th structure of Huanghua depression, on the premise of accurate division of the volcanic rock types, this paper offers the volcanic frame⁃work parameters of each lithology by means of core analysis data, conventional well logging curves and elemental capture spectroscopy (ECS) logs, as well as cross⁃plot and multiple regression analysis, and then calculates the reservoir’s porosity, based on the accuracy of the porosity, verifies and finally determines the volcanic framework parameters of Nanpu 5th structure, laying foundation for the volcanic reser⁃voir evaluation in this area.

Keywords:Bohai Bay basin; Huanghua depression; Nanpu 5th structure; volcanic rock; framework parameter; determination method

作者简介：傅栋(1985-)，男，河南泌阳人，工程师，油藏地质，（Tel）13179953903（E-mail）407794413@qq.com.

基金项目：国家自然科学基金（41404086）

收稿日期：2015-07-22

修订日期：2015-10-28

文章编号：1001-3873（2016）01-0088-04

DOI：10.7657/XJPG20160117

中图分类号：TE112.222

文献标识码：A