齊家潛山北段中生界火山巖風(fēng)化殼特征及分布預(yù)測

陳 啟 南

(中國石油長城鉆探工程有限公司錄井公司)

0 引 言

齊家潛山位于遼河坳陷西部凹陷中南段，該潛山受北北東向、東西向兩組斷裂控制，整體劃分為南、中、北三段，南段和中段為太古界潛山，北段為中生界潛山，中生界潛山由火山巖組成[1-3]。由于該區(qū)中生界潛山火山巖成藏主控因素認(rèn)識(shí)不清，在2000年上報(bào)儲(chǔ)量后一直處于停滯狀態(tài)。近年來，以精細(xì)勘探為思路，通過對齊家潛山北段地層重新厘定，精細(xì)落實(shí)太古界及中生界地層展布和構(gòu)造形態(tài)特征，深化中生界儲(chǔ)集層特征分析，并以此為指導(dǎo)進(jìn)行整體勘探，在風(fēng)化殼取得新發(fā)現(xiàn)，QG 70井在火山巖風(fēng)化殼壓裂獲得日產(chǎn)油21 t。該區(qū)多口井在火山巖風(fēng)化殼鉆遇油氣顯示，但一直未獲得更大突破，其中火山巖風(fēng)化殼發(fā)育及分布規(guī)律不明是其制約因素之一。

本文應(yīng)用巖心、元素錄井、測井及地震等資料對火山巖風(fēng)化殼進(jìn)行研究，應(yīng)用波阻抗反演方法刻畫了風(fēng)化殼分布范圍，為研究區(qū)火山巖風(fēng)化殼油藏進(jìn)一步勘探與開發(fā)提供了依據(jù)。

1 火山巖特征與分布

1.1 火山巖巖石特征

通過對齊家潛山北段中生界10口井的巖心觀察及薄片鑒定，結(jié)果表明該區(qū)火山巖主要發(fā)育火山碎屑巖和熔巖。火山碎屑巖主要為凝灰?guī)r，少量火山角礫巖。凝灰?guī)r呈淺灰色，鏡下為凝灰結(jié)構(gòu)，主要以巖屑凝灰?guī)r為主，巖屑成分為安山質(zhì)(圖1a)；火山角礫巖主要由塑變巖屑、剛性巖屑、晶屑組成，塑變巖屑具明顯的火焰狀特征(圖1b)；熔巖只在局部井點(diǎn)鉆遇，巖性主要為中性的英安巖和安山巖，呈紫紅色，具有氣孔構(gòu)造，鏡下見斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶為石英和斜長石，基質(zhì)由細(xì)小的長英質(zhì)和少量玻璃質(zhì)組成(圖1c)。

通過全堿-SiO2(TAS)方法分析，對10口井的26個(gè)巖心樣品進(jìn)行投點(diǎn)，其中有6個(gè)落在流紋巖區(qū)內(nèi)，粗安巖和粗面巖各有1個(gè)，其余全部落在安山巖和英安巖范圍內(nèi)。通過錄井元素化學(xué)分析，樣品SiO2含量介于52.29%～71.24%之間，表明研究區(qū)主要發(fā)育中性和酸性火山巖。

圖1 中生界火山巖巖性特征

1.2 火山巖分布

經(jīng)過對巖性的研究與識(shí)別，得到齊家潛山北段中生界頂界火山巖分布圖(圖2)。從圖2可看出，該區(qū)中生界頂界發(fā)育凝灰?guī)r和安山巖，兩者大面積連片分布。安山巖受裂隙式噴發(fā)和中心式噴發(fā)兩種噴發(fā)模式控制，呈條帶狀和圓狀分布。

裂隙式噴發(fā)的安山巖以QG 6、Q 2-6-5011井為代表，主要分布于齊家潛山北段的中部，安山巖沿北北向斷裂東西兩側(cè)連片分布，呈條帶狀。沿安山巖兩側(cè)，巖性過渡為凝灰?guī)r。中心噴發(fā)式的安山巖分布于齊家潛山北段東北部，以DG 104井為代表，呈圓狀分布。

圖2 中生界頂界巖性構(gòu)造綱要

2 火山巖風(fēng)化殼特征

火山巖風(fēng)化殼是指火山巖長期暴露地表經(jīng)過風(fēng)化淋濾后形成的風(fēng)化剝蝕帶，再經(jīng)過埋藏壓實(shí)固結(jié)所形成的似層狀地質(zhì)體[4]。受風(fēng)化淋濾改造后的火山巖與母巖相比，其物理、化學(xué)特征發(fā)生了明顯的變化。

2.1 風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)特征

通過對齊家潛山北段中生界鉆遇火山巖風(fēng)化殼的10口井的巖心觀察及薄片分析表明，火山巖經(jīng)過物理、化學(xué)風(fēng)化后，礦物及結(jié)構(gòu)特征發(fā)生變化，可以通過巖心宏觀特征進(jìn)行判別。受風(fēng)化作用控制，火山巖裂縫發(fā)生不同程度的溶蝕加寬，溶蝕裂縫間隙寬度具有上寬下窄的示頂?shù)鬃饔茫以谥亓退髯饔孟?，風(fēng)化黏土充填在裂縫中(圖3a)。表生環(huán)境中受溫差變化影響，火山巖受熱不均，發(fā)生差異性膨脹和收縮作用，巖石表層剝落，形成凹凸不平的坑槽(圖3b)。受風(fēng)化作用控制，火山巖巖體中發(fā)育相互交錯(cuò)的多組裂縫，裂縫互相切割形成菱形的棋盤格子使巖心破碎碎塊化(圖3c)。

圖3 火山巖風(fēng)化殼的巖心識(shí)別標(biāo)志

2.2 風(fēng)化殼元素特征

風(fēng)化導(dǎo)致易遷移元素Cl、S、Ca、Na、K等相對流失，不遷移和弱遷移元素Si、Fe、Al、Ti等相對富集[5-6]。齊家潛山北段中生界火山巖風(fēng)化殼剖面也具有相同的特征：以中酸性火山巖為主，風(fēng)化過程主要表現(xiàn)為長石類和含鐵鎂質(zhì)礦物發(fā)生水解、水化作用，Na+、K+、Si4+、Al3+、Fe2+等離子被釋放出來，易遷移元素Na+、K+等離子從地層中流失，弱遷移元素Al3+離子被保存下來賦存于高嶺石礦物中，F(xiàn)e2+離子在近地表氧化環(huán)境中氧化成高價(jià)鐵的氧化物殘留在風(fēng)化殼中，Si4+離子形成SiO2膠體流失又或者形成蛋白石富集。根據(jù)元素錄井各種元素百分含量分析，齊家潛山北段中生界火山巖風(fēng)化殼的元素特征表現(xiàn)為Al、Fe元素的相對富集，Na、K元素相對流失。由于火山巖頂部風(fēng)化作用最強(qiáng)，富集元素含量最高，淋失元素含量最低，隨著深度增加風(fēng)化程度減弱，富集元素含量逐漸減少而淋失元素含量逐漸增加。

2.3 風(fēng)化殼測井響應(yīng)特征

測井曲線是巖石特征的電性響應(yīng)?；鹕綆r遭受風(fēng)化淋濾作用后，礦物發(fā)生水解、蝕變，巖石的密度、黏土含量、溶蝕孔洞發(fā)育程度、裂縫的密度及長度和寬度方式等都發(fā)生了變化。這些變化使風(fēng)化殼與母巖有著不同的測井響應(yīng)特征。

通過對齊家潛山北段中生界火山巖風(fēng)化殼及其測井曲線特征研究發(fā)現(xiàn)，風(fēng)化殼與母巖相比測井曲線具有高聲波時(shí)差、高補(bǔ)償中子、低電阻率、低密度的特征，呈現(xiàn)出一個(gè)明顯的臺(tái)階。

3 火山巖風(fēng)化殼預(yù)測及分布

通過對鉆井巖心的觀察可知，齊家潛山北段地區(qū)火山巖經(jīng)歷了長期的風(fēng)化剝蝕，在頂部形成了發(fā)育大量溶蝕孔和裂縫的風(fēng)化殼。因風(fēng)化作用造成巖石成分和物性的改變，使風(fēng)化殼具有不同的測井響應(yīng)特征，進(jìn)而可以通過測井曲線對火山巖風(fēng)化殼進(jìn)行識(shí)別。

3.1 單井風(fēng)化殼識(shí)別

齊家潛山北段中生界鉆探時(shí)間多為20世紀(jì)80年代，鉆井過程中沒有應(yīng)用元素錄井技術(shù)且在風(fēng)化殼中取心較少，對于沒有應(yīng)用元素錄井技術(shù)和未取心的井，本文應(yīng)用測井資料進(jìn)行風(fēng)化殼識(shí)別。通過對齊家潛山北段風(fēng)化殼巖心觀察結(jié)合測井曲線分析，選取能較好區(qū)分風(fēng)化殼特征的聲波時(shí)差、密度和電阻率曲線進(jìn)行交會(huì)，建立風(fēng)化殼判識(shí)圖板(圖4)。圖板中風(fēng)化殼聲波時(shí)差值較大，在210 μs/m以上；密度值較小，在2.2～2.5 g/cm3之間；電阻率值大部分在10～40 Ω·m之間，從而確定以聲波時(shí)差大于210 μs/m、密度小于2.55 g/cm3、電阻率小于40 Ω·m作為風(fēng)化殼門限值對風(fēng)化殼進(jìn)行識(shí)別。

通過建立風(fēng)化殼識(shí)別圖板對單井風(fēng)化殼進(jìn)行識(shí)別，落實(shí)各井風(fēng)化殼發(fā)育厚度(表1)。從各井風(fēng)化殼厚度看，位于構(gòu)造斜坡位置且靠近斷裂處的Q 2-7-08井的風(fēng)化殼厚度最大為87 m，位于低洼部位的QG 62井風(fēng)化殼厚度最小為8 m，受構(gòu)造和斷裂影響兩者厚度相差較大。

表1 齊家潛山北段中生界單井風(fēng)化殼厚度

3.2 火山巖風(fēng)化殼預(yù)測

為了準(zhǔn)確落實(shí)齊家潛山北段火山巖風(fēng)化殼分布范圍，在單井風(fēng)化殼識(shí)別的基礎(chǔ)上，進(jìn)行波阻抗反演，對風(fēng)化殼進(jìn)行定量預(yù)測[7]。首先選取揭露風(fēng)化殼厚度厚、風(fēng)化殼界面特征明顯的井進(jìn)行精細(xì)標(biāo)定及地震同相軸追蹤，建立風(fēng)化殼頂?shù)捉绲臉?gòu)造格架；然后用能準(zhǔn)確反映風(fēng)化殼特征的巖石密度乘以巖石速度(巖石速度=1/聲波時(shí)差)計(jì)算波阻抗，風(fēng)化后的火山巖具有高聲波時(shí)差(210～310 μs/m)和低密度(2.2～2.55 g/cm3)，波阻抗值為7×109～12×109g/(m2·s)，未風(fēng)化的火山巖具有低聲波時(shí)差(170～210 μs/m)和高密度(2.5～2.8 g/cm3)，波阻抗值為11×109～16×109g/(m2·s)，通過波阻抗值交會(huì)，優(yōu)選出9×109g/(m2·s)作為門限值對風(fēng)化殼進(jìn)行刻畫，波阻抗大于門限值的為非風(fēng)化殼，波阻抗小于門限值的為風(fēng)化殼；最后通過對目的段進(jìn)行子波提取，稀疏脈沖反演得到波阻抗體，經(jīng)門限值卡取，預(yù)測出齊家潛山北段中生界火山巖風(fēng)化殼厚度及分布范圍。

從波阻抗反演剖面可見(圖5)，在構(gòu)造高部位及構(gòu)造緩坡帶風(fēng)化殼厚度較厚，在構(gòu)造陡坡帶及構(gòu)造低洼處風(fēng)化殼厚度較薄。說明火山巖風(fēng)化殼受構(gòu)造和斷裂影響較大，構(gòu)造高部位由于剝蝕作用較強(qiáng)而淋濾作用較弱，往往風(fēng)化殼保存較??；在構(gòu)造緩坡帶，剝蝕作用較弱，風(fēng)化殼厚度較厚，而在構(gòu)造陡坡帶，由于斜坡大，水流速度快，淋濾作用弱，造成風(fēng)化殼較??；在構(gòu)造低洼帶，風(fēng)化作用弱，風(fēng)化殼發(fā)育較差。

3.3 火山巖風(fēng)化殼分布

綜合研究表明，齊家潛山北段中生界火山巖風(fēng)化殼主要分布于構(gòu)造高部位、緩坡部位和斷裂發(fā)育處，構(gòu)造低洼處不發(fā)育，總體具有西厚東薄的特點(diǎn)(圖6)。在研究區(qū)西部齊家斷層上升盤的構(gòu)造高部位與斷裂結(jié)合處以及構(gòu)造緩坡帶發(fā)育有2處厚度較厚的火山巖風(fēng)化殼，是勘探、開發(fā)的有利目標(biāo)區(qū)。

圖5 火山巖風(fēng)化殼波阻抗反演預(yù)測圖

圖6 齊家潛山北段中生界風(fēng)化殼厚度圖

4 應(yīng)用分析

針對齊家潛山北段風(fēng)化殼在斜坡帶部署一口預(yù)探井QG 69井。該井于2 028 m鉆遇潛山，井段2 028.0～2 070.8 m巖屑錄井為灰色油跡、油斑凝灰?guī)r。從完井綜合圖上看(圖7)，該段聲波時(shí)差為215～310 μs/m，密度小于2.55 g/cm3、電阻率為10～37 Ω·m，同時(shí)具有Fe、Al元素富集，Na、K元素減少的特征，波阻抗值在7.363 3×109～8.639 7×109g/(m2·s)之間，說明該段為風(fēng)化殼。完鉆后試油初期產(chǎn)油10.9 t/d，證實(shí)了研究方法的有效性。

圖7 QG 69井完井綜合剖面圖

5 結(jié) 論

(1)齊家潛山北段中生界火山巖發(fā)育中性和酸性的火山碎屑巖和熔巖，火山巖受北東向斷裂構(gòu)造控制，呈帶狀分布。

(2)齊家潛山北段中生界火山巖風(fēng)化殼具有高聲波時(shí)差、高補(bǔ)償中子、低電阻率、低密度的測井曲線特征。利用巖心、測井曲線等資料，建立火山巖風(fēng)化殼識(shí)別圖板，根據(jù)測井特征可以很好地識(shí)別風(fēng)化殼。

(3)在識(shí)別單井風(fēng)化殼厚度的基礎(chǔ)上，通過波阻抗反演可以有效預(yù)測火山巖風(fēng)化殼的分布。風(fēng)化殼受構(gòu)造、斷裂等因素控制，分布于構(gòu)造高部位、緩坡部位和斷裂發(fā)育處，構(gòu)造高部位與斷裂結(jié)合部風(fēng)化殼最厚達(dá)87 m，風(fēng)化殼總體具有西厚東薄的特點(diǎn)。