火山岩岩相测井识别机理及方法——以徐家围子断陷深层火山岩为例

覃豪　(中石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江 大庆 163712)



火山岩岩相测井识别机理及方法
——以徐家围子断陷深层火山岩为例

覃豪(中石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江 大庆 163712)

[摘要]火山岩岩相控制储层的储集类型。在徐家围子断陷深层火山岩勘探开发中，岩相研究是决定火山岩储层预测成败的关键之一，其识别精度低,制约了勘探开发的进程。测井资料具有信息丰富、精度高的优势，但应用测井资料识别火山岩岩相还没有成形的方法。以地质理论为指导，通过自然伽马、密度、中子、声波及成像测井对识别岩相的机理进行研究，选择敏感测井信息，建立适用于研究区的测井识别岩相流程和方法。应用该方法在研究区识别出5个相、11个亚相，经20口取心井验证，相的识别符合率为83.8%、亚相为74.2%，说明该套方法具有良好的应用前景。

[关键词]岩相；火山岩；测井响应机理；特征模式；徐家围子断陷；松辽盆地

火山岩相主要是指火山活动产物的产出环境及产物特征的总和[1]。徐家围子断陷火山岩气藏发育，储层发育程度及规模受火山岩岩相发育情况控制[2，3]，因此在深层火山岩勘探开发中，岩相研究是决定火山岩储层预测成败的关键之一。目前，火山岩岩相识别方法主要是利用测井曲线形态组合关系表述及利用岩心资料识别火山岩的成分、结构、构造等地质特征来划分[4～8]。目前，徐家围子断陷主要是利用岩心、岩屑和地震资料划分岩相。利用岩心划分岩相虽然准确，但是成本高；利用岩屑和地震资料划分岩相精度低；测井资料信息丰富、纵向精度高，但是没有相关的理论和成形的方法。为此，笔者以地质理论为指导，从机理上分析火山岩岩相的成分、结构和构造特征，以此为基础，结合岩心划相结果，绘制了测井资料识别岩相所需的岩石成分、结构、构造图版，并针对徐家围子断陷火山岩岩相发育特征，建立了火山岩岩相识别的方法和流程，为徐家围子断陷的火山岩勘探部署、储量评价和开发方案编制提供技术支撑。

1火山岩岩相类型

前人对松辽盆地的火山岩岩相研究时，一般采用了王璞君等[1]提出的“岩性-组构-成因”划分方案，将松辽盆地火山岩相分为5个相、15个亚相。该划分方案突出了岩相的可识别性及分类的可操作性，即在岩心/岩屑、手标本、剖面上可识别, 在测井和地震资料上可操作。将松辽盆地徐家围子断陷40口井的岩心与测井曲线、微电阻率扫描图像进行对比研究，上述划分方案中有11个亚相在测井上具有明显的响应特征，笔者对这11个亚相的岩性、结构、构造进行了归类(见表1)。

2测井识别火山岩岩相的机理

从上述分析可知，火山岩岩相分类的特征包括火山岩岩石成分、结构、构造。因此，在建立火山岩岩相识别方法前，针对相标志开展了测井识别的理论基础研究。

表1　火山岩岩相类型及特征

图1　火山岩矿物组合变化简图(据文献[10，11])

2.1岩石成分识别的机理

测井响应特征由矿物成分的变化决定。图1为火山岩的矿物成分组合，横向从右至左表示岩石成分从超基性、基性、中性到酸性，纵向表示了岩石矿物成分的体积分数，从图中可看出，火山岩的矿物成分类型多样，含量变化大。在研究岩石成分测井响应机理变化规律及特征值时，采用通用的矿物体积模型(矿物骨架值[9])，在火山岩骨架和孔隙度10%的火山岩(孔隙中为纯水)2种情况下，对火山岩的自然伽马、密度、声波时差和中子孔隙度测井理论值进行计算，变化结果如图2。从图2上可以看出，对岩性成分变化敏感的曲线为自然伽马测井和密度测井；从超基性到酸性，自然伽马逐渐增加，密度逐渐减小，为测井资料识别岩石成分奠定了理论基础。

2.2岩石结构、构造识别的机理

在测井信息中，成像测井是反映岩石结构、构造最直接的信息，通过岩心刻度后的成像测井可以类似于岩心在测井评价中的作用。为了确定成像测井所能反映的火山岩的最小结构、构造，采用数值模拟和实验室实际测量2种方式进行了结构、构造的识别机理研究。

成像测井通过测量井壁附近的地层电阻率，以颜色的变化来刻度电阻率的大小，将井筒展开后得到成像测井图像，反映地质特征。成像测井能够识别的地质体可归为点状和线状异常体。从成像测井理论出发，对直径为10、5、2mm点状体和宽度为1、2mm的线状体进行模拟，得出理论上能识别的最小点状体和最窄线状体。在实验室内，应用电阻率扫描成像实验装置对直径分别为10、5、2mm的孔洞和宽度为1、2mm的裂缝进行扫描成像。理论模拟和实验扫描结果表明：①直径大于5mm的点状体电阻率成像测井图上有响应；②线状体间距大于5mm时，可单独成像，线状体间距小于5mm时，图像合并加强；③点状体的成像测井分辨率下限为5mm，而线状体成像测井图像清晰度与对比度关系较大，没有具体的分辨率下限。

图2　各测井理论值变化图

从火山岩的地质理论研究中可知，岩相形成的环境使得不同岩相具有不同的结构和构造[10，11]。研究表明，火山岩的结构和构造的大小足以在成像测井图上显示。测井能够识别的火山岩结构包括熔岩结构、熔结结构、碎屑结构、隐爆角砾结构，构造包括块状构造、气孔构造、流纹构造、变形流纹构造。综合结构、构造形成的地质理论和岩心观察的结构、构造的现象，绘制出火山岩的结构和构造的理论模式，如图3所示。

3火山岩岩相识别方法及流程

从上述研究可知，测井信息能够准确识别火山岩的成分、结构、构造，进而识别岩相。针对徐家围子断陷白垩系营城组火山岩的发育特征，建立了一套火山岩测井识别的方法：①对火山岩与沉积岩进行识别；②在火山岩中对岩石成分进行识别；③根据火山岩结构、构造图版识别结构、构造；④根据期次/旋回的地质界面特征，确定喷发旋回/期次的界面；⑤在期次内根据岩性、结构、构造对岩相、亚相进行识别。

3.1沉积岩和火山岩的识别

一般情况下，沉积岩和火山岩在测井响应上有较大差异，沉积岩在常规测井上电阻率较低，地层微电阻率扫描成像(FMI)测井图像上具有明显的沉积构造。当沉积岩的母岩是火山岩时，其胶结成分为凝灰岩，则火山岩与沉积岩较难区分。但在元素俘获谱(ECS)测井资料上，沉积岩的钆、钙、铁、钛元素含量均较低。因此，利用ECS测井岩性识别图版(图4)和FMI测井图像模式来识别火山岩与沉积岩。

图3　典型结构、构造的理论模式

3.2火山岩岩石成分识别

图4　研究区沉积岩(砂砾岩)与火山岩测井识别图版　　　　　　　图5　火山岩岩石成分识别图版

3.3火山岩结构、构造识别

采用岩心刻度的FMI测井，结合岩心对火山岩结构、构造的图像特征进行标定(图6)。熔岩结构在FMI图像中，由整体色调均匀的高阻亮色和中低阻橙色基质组成，不具粒状特征，属块状模式；熔结结构在FMI图像上可见高阻亮色的蠕虫状浆屑平行排列，压扁拉长特征明显，气孔较发育；碎屑结构在FMI图像上颜色明暗相间，不具磨圆及压扁拉长特征，根据颗粒大小，其碎屑结构特征可以细分为集块结构、角砾结构和凝灰结构；隐爆角砾结构在FMI图像上显示为不规则组合亮斑模式和亮暗截切模式，具有明显的隐爆角砾结构特征；块状构造在FMI图像上整体为高阻亮色分布，但常被裂缝切割，呈现出高阻背景下的暗色条纹，但整体较均一；气孔构造和杏仁构造在FMI成像上为板状特征，气孔被滑石填充，呈高阻亮色板状，被绿泥石填充，呈低阻橙色；流纹构造在FMI图像上为条带状明暗相间、近于等距正弦的条纹；变形流纹构造在FMI图像上整体表现为杂色，中低阻橙色基质明暗相间，近于等距的螺旋线组成，呈现明显的强烈揉皱状流纹构造，属不规则明暗相间条带状模式。

图6　火山岩结构、构造识别图版

3.4火山岩旋回/期次的界面识别

火山喷发过程中，一般在喷发能量变化上具有从强到弱的规律，形成的岩相类型也呈现出有规律的变化。因此，确定火山岩旋回与期次的界面，能够提高测井划分火山岩岩相的精度。例如，不同岩石成分的火山岩是不同岩浆源喷出地表的产物，应将其分开；其次，在同一期次内，有一些过渡岩性，可根据岩浆能量变化过程中岩性变化规律进行正确识别。根据王璞珺等[1]的研究成果，火山岩旋回/期次的界面包括沉积夹层、风化壳、岩性界面和火山灰层。以岩心划分界面为基础，总结了研究区旋回/期次界面的测井响应特征(表2)。

表2　期次/旋回界面的测井响应特征表

3.5火山岩岩相和亚相划分

火山岩岩相成因研究及岩心资料表明，火山岩成分、结构、构造是火山岩岩相测井识别的相标志。在旋回/期次界面内，应用岩心划相结果对岩相分类标志进行刻度后，根据表2中的对应关系划分火山岩岩相。

4应用效果评价

XSX井的3371～4079m井段，岩性为凝灰岩、角砾凝灰岩、熔结角砾凝灰岩，在FMI测井图像上具有碎屑结构特征，解释为爆发相。其中，3779.4～3859.8m，岩石成分为酸性岩，FMI图像上颜色明暗相间，具有颗粒特征且无磨圆特征，是火山碎屑结构，为空落亚相(图7)。

4041～4088m，岩石成分为酸性岩，FMI图像上可见高阻亮色的蠕虫状浆屑，呈斑状特征，颗粒拉长变扁，局部气孔较发育，是熔结结构，为热碎屑流亚相(图8)。

应用该套方法对徐家围子断陷123口井火山岩进行了岩相划分，经20口井30个层位的取心段地质相验证，相的符合率为83.8%，亚相的符合率为74.2%。

图7　XSX井空落亚相识别成果图

图8　XSX井热碎屑流亚相识别成果图

5结论及认识

1)以地质理论为基础，采用数值模拟等方法，分析测井识别火山岩岩相成分、结构、构造的机理，且岩心刻度后的测井资料所反映的成分、结构和构造特征与机理研究结论一致。

2)建立了一套测井识别火山岩岩相的方法：先识别火山岩与沉积岩，再确定火山岩的岩石成分，识别结构、构造，再确定期次/旋回的界面，最后在期次内根据岩石成分、结构、构造对岩相、亚相进行识别。该套方法在徐家围子断陷火山岩的应用中，相与亚相识别符合率均较高，效果较好。

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[编辑]龚丹

4 Mechanism and Method of Logging Identification of Volcanic Facies——By Taking the Deep Volcanic Rocks of Xujiaweizi Fault Depression for Example

Qin Hao

(Author’sAddress：ResearchInstituteofExplorationandDevelopment,DaqingOilfieldCo.Ltd.，PetroChina,Daqing163712，Heilongjiang，China)

Abstract:Reservoir type was controlled by volcanic facies.In deep volcanic rock exploration and development in Xujiaweizi Fault Depression, lithologic facies study was one of the key factors in prediction of volcanic rock reservoirs，the predicting accuracy was low, which constrained the progress of exploration and development.Although logging data had an advantage of rich message and high precision, there was no matured logging interpretation method for identifying the volcanic facies.Based on gelogical theory, this paper selected sensitive logging response to establish logging identification method and technological process of volcanic facies，after the mechanism of volcanic facies interpretation is studied by natural gamma，density，neutron，acoustic wave and imaging logging data, this method is used to recognize 5 types of volcanic facies，including 11 types of subfacies.It is proven by coring in 20 wells, the coincidence rate of lithofacies interpretation by logging data is 83.8%，the coincidence rate of subfacies interpretation is 74.2%，it is presented that the method has favorable application future.

Key words:lithofacies；volcanic rock；logging response mechanism；logging character and mode; Xujiaweizi Fault Depression；Songliao Basin

[文献标志码]A

[文章编号]1673-1409(2016)11-0004-07

[中图分类号]P631.84

[作者简介]覃豪(1979-)，男，高级工程师，主要从事深层天然气测井评价研究，qinhao@petrochina.com.cn。

[基金项目]国家重点基础研究发展计划(“973”计划)项目(2009CB219300)。

[收稿日期]2015-09-06

[引著格式]覃豪.火山岩岩相测井识别机理及方法[J].长江大学学报(自科版),2016,13(11):4～10,32.