四川盆地二疊系火成巖元素錄井巖性識別方法

楊琳張宇劉達(dá)貴余杭航張紀(jì)智陳丹曾立

（1.中國石油川慶鉆探工程有限公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院，四川成都610051；2.中國石油西南油氣田公司勘探事業(yè)部，四川成都610041）

0 引言

隨著對四川盆地大氣田基本地質(zhì)特征和成藏控制因素、富集規(guī)律認(rèn)識的不斷深入，中國石油天然氣股份有限公司的風(fēng)險探井——YT1在二疊系火成巖測試獲得22.5×104m3／d的高產(chǎn)氣流，由此揭開了該盆地大型火成巖氣藏的面紗［1-2］?；鸪蓭r油氣藏有望成為四川盆地天然氣“增儲提產(chǎn)”的新領(lǐng)域。鉆探過程中巖屑的巖性識別對于劃分地層層位、確定儲層位置及調(diào)整鉆井參數(shù)有重要意義。常規(guī)錄井主要依靠人員經(jīng)驗(yàn)和借助光學(xué)儀器、化學(xué)滴酸實(shí)驗(yàn)等方法識別巖性，隨著鉆井工藝的革新，PDC、氣體鉆井導(dǎo)致巖屑多呈粉末狀，油基鉆井液條件下的巖屑表面很容易附著一層泥質(zhì)或其他巖性的細(xì)小顆粒雜質(zhì)，干擾了對巖屑本身顏色的判別。上述影響為巖性識別帶來極大挑戰(zhàn)，為此，四川油氣田近年來推廣應(yīng)用了元素錄井技術(shù)，實(shí)踐表明該技術(shù)可以有效解決沉積巖的巖性識別難題［3-7］，但對于火成巖的元素錄井研究仍處于起步階段，導(dǎo)致鉆井現(xiàn)場仍然主要依靠薄片鑒定和測井資料來識別巖性，難以支撐火成巖的高效勘探。為此，筆者通過元素錄井技術(shù)結(jié)合近期四川盆地二疊系火成巖分類成果開展了火成巖巖性識別方法研究，以期為火成巖隨鉆巖性識別提供技術(shù)支撐。

1 四川盆地二疊系火成巖分類

晚古生代中晚二疊世之間，受東吳運(yùn)動的影響，四川省及其相鄰的云南省、貴州省發(fā)生過一次強(qiáng)烈的火山噴發(fā)事件，形成了巨厚的“峨眉山玄武巖”［8］，該名稱由趙亞曾于1929年首次命名，原指四川省西南部峨眉山區(qū)覆蓋于含新希瓦格?茅口組石灰?guī)r之上的玄武巖，后泛指西南云、貴、川三省大面積分布的以晚二疊世玄武巖為主的暗色巖，并作為上二疊統(tǒng)的一個地層單位廣泛使用［9-10］。

研究表明根據(jù)化學(xué)成分、巖石礦物、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征可將四川盆地二疊系火成巖劃分為熔巖、火山碎屑熔巖、火山碎屑巖、沉火山碎屑巖等四大類巖石［11］：①熔巖根據(jù)火成巖形成環(huán)境可分為溢流相的隱晶玄武巖和侵入相的粗粒玄武巖、輝綠巖，其中隱晶玄武巖以雜亂密集分布的條帶斜長石微晶構(gòu)成的不規(guī)則間隙中充填玻璃質(zhì)或隱晶質(zhì)為其特征；粗粒玄武巖和輝綠巖的結(jié)晶程度均較高，前者為全晶質(zhì)結(jié)構(gòu)的玄武巖，后者為多含他形輝石與較自形的長石形成的輝綠結(jié)構(gòu)。②火山碎屑熔巖是火山碎屑巖與熔巖之間的過渡巖類，為火山碎屑物質(zhì)被熔巖所膠結(jié)形成。根據(jù)碎屑物質(zhì)粒度大小可分為玄武質(zhì)角礫熔巖和玄武質(zhì)凝灰熔巖。③火山碎屑巖中的碎屑物質(zhì)占絕對優(yōu)勢，含量一般大于90%，為火山碎屑物質(zhì)經(jīng)壓實(shí)、固結(jié)作用形成，沉積物和火山熔巖含量少。根據(jù)粒度大小和含量多少可以分為玄武質(zhì)凝灰角礫巖，玄武質(zhì)角礫凝灰?guī)r和玄武質(zhì)凝灰?guī)r。④沉火山碎屑巖是火山碎屑巖和沉積巖之間的過渡類型，火山巖碎屑物與沉積物混雜。

2 火成巖元素錄井巖性識別方法

火成巖分類方案較多，其中化學(xué)成分是最重要的分類方案之一［12-16］，特別是TAS圖版是國際地科聯(lián)（IUGS）推薦的火山巖巖性分類方案［17-18］?，F(xiàn)有化學(xué)成分研究主要是采用濕化學(xué)分析［19］、X熒光光譜熔融［20-21］、質(zhì)譜［22］、離子發(fā)射光譜［23］、巖性掃描測井［11，24］等方法檢測四川盆地二疊系火成巖的化學(xué)成分，上述方法的測量原理和周期不能滿足快速鉆井條件下隨鉆檢測的要求。元素錄井作為現(xiàn)場隨鉆分析的巖屑化學(xué)成分檢測方法能否進(jìn)行TAS圖版研究，與四川盆地二疊系火成巖分類方案的關(guān)聯(lián)性都亟待研究。

2.1 開展的工作

筆者搜集了成都—簡陽地區(qū)的YT1和TF2兩口井上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M、峨眉山玄武巖組和中二疊統(tǒng)茅口組3個層位共計580個巖屑樣品，依據(jù)Q／SY 1862-2016標(biāo)準(zhǔn)［25］采用CIT-3000SY型元素錄井設(shè)備開展了巖屑的化學(xué)成分測量工作，測量結(jié)果如圖1所示。

2.2 認(rèn)識

1）TAS圖版分類認(rèn)識

圖1峨眉山玄武巖元素錄井對比圖

圖2四川盆地二疊系火成巖巖性特征圖

圖3 YT1井二疊系火山巖TAS圖版

TAS圖版是采用化學(xué)成分識別火成巖巖性的重要方法，使用條件是巖石被認(rèn)為是火山巖，并且由于巖石中含有玻璃質(zhì)或具有細(xì)粒結(jié)構(gòu)而不能測定其實(shí)際礦物含量，但有巖石化學(xué)分析結(jié)果時，可以采用上述方法［17-18］。根據(jù)四川盆地二疊系火成巖分類方案可知，YT1和TF2井鉆遇的隱晶玄武巖、玄武質(zhì)碎屑熔巖、玄武質(zhì)火山碎屑巖均屬于火山巖，符合TAS圖版使用條件，但元素錄井和薄片鑒定均表明玄武質(zhì)火山碎屑巖、玄武質(zhì)碎屑熔巖或多或少地混雜了茅口組石灰?guī)r（圖2a、圖2b），使得Ca元素含量明顯偏高（圖1），從而影響了巖石中其他元素含量。以往研究多通過數(shù)據(jù)校正以減小茅口組石灰?guī)r的影響［11，24］。筆者結(jié)合元素錄井資料選取了隱晶玄武巖和部分低鈣的玄武質(zhì)碎屑熔巖進(jìn)行了TAS圖版投點(diǎn)，如圖3所示，YT1井火山巖的SiO2含量介于41%～53%，根據(jù)TAS圖版火山巖判別標(biāo)準(zhǔn)［18］23-27可知屬于基性、超基性巖。隱晶玄武巖以堿玄巖和玄武巖含量為主，玄武質(zhì)碎屑熔巖則以粗面玄武巖和玄武粗安巖為主，YT1井的火山巖整體呈堿性，與以往認(rèn)識一致。2）四川盆地二疊系火成巖元素錄井巖性識別圖版四川盆地二疊系火成巖分類方案結(jié)合元素錄井測量數(shù)據(jù)表明，不同層位巖性的元素錄井曲線特征各不相同（圖1），茅口組石灰?guī)r和玄武質(zhì)火山碎屑巖具備高Ca特征；粗粒玄武巖、輝綠巖、隱晶玄武巖、玄武質(zhì)碎屑熔巖具備高M(jìn)g特征；龍?zhí)督M碎屑巖則具有高K、Al特征。根據(jù)上述元素錄井特征優(yōu)選了Ca、K、Mg、Al等4種元素建立了元素錄井巖性識別圖版（圖4）。茅口組石灰?guī)r的主要礦物成分是方解石，化學(xué)成分為CaCO3，其余元素含量較少，位于圖版左上側(cè)（圖4）；熔巖中輝石和長石較發(fā)育，部分橄欖石蝕變?yōu)橐炼∈▓D2c），熔巖部分綠泥石化（圖2d），上述礦物使得熔巖的K、Mg、Al元素含量較高，位于圖版中下方（圖4），其中粗粒玄武巖和輝綠巖（圖2e）屬于侵入巖，二者化學(xué)成分含量穩(wěn)定，圖版中聚集性強(qiáng)（圖4）；火山碎屑巖混雜了茅口組石灰?guī)r（圖2a、圖2b）和玄武質(zhì)火成巖（圖2f），對應(yīng)Ca元素含量較高，位于圖版的中靠左位置（圖4），緊鄰茅口組石灰?guī)r；火山碎屑熔巖在圖版中位于火山碎屑巖和熔巖之間（圖4）。龍?zhí)督M碎屑巖以泥頁巖為主，主要包括高嶺石、伊利石、蒙脫石、綠泥石和混層黏土等黏土礦物，其化學(xué)成分以SiO2、Al2O3和H2O為主［26］，位于圖版右下角（圖4）。綜上所述，四川盆地二疊系火成巖元素錄井巖性識別圖版實(shí)質(zhì)上是反映了不同巖性的礦物含量。使用圖版時將正鉆井的元素錄井?dāng)?shù)據(jù)投入圖版，根據(jù)其所在的區(qū)域即可識別火成巖巖性。

圖4四川盆地二疊系火成巖元素錄井巖性識別圖版

3 方法應(yīng)用實(shí)踐

ST1井是探索四川盆地中江—三臺地區(qū)火山巖儲層發(fā)育及其含油氣性的一口預(yù)探井，該井在鉆井過程中開展了元素錄井分析，將峨眉山玄武巖組的火成巖元素錄井?dāng)?shù)據(jù)投入巖性識別圖版中主要落在玄武巖區(qū)域（圖5），據(jù)此可以判斷主要鉆遇玄武巖。該井分析井段的巖心和薄片資料（圖6）也表明屬于典型的玄武巖，與元素錄井圖版法認(rèn)識一致。

圖5 ST1元素錄井巖性識別圖版

圖6 ST1井玄武巖巖心照片和薄片照片（玻基結(jié)構(gòu)）

4 結(jié)論

1）根據(jù)TAS圖版研究表明，元素錄井技術(shù)與常規(guī)巖石化學(xué)分析技術(shù)關(guān)于火成巖的巖性認(rèn)識一致，說明元素錄井技術(shù)能夠正確反映火成巖的化學(xué)成分。

2）元素錄井巖性識別圖版能有效劃分茅口組石灰?guī)r、龍?zhí)督M碎屑巖和不同類型的火成巖，不同巖性在圖版中的位置實(shí)質(zhì)是不同礦物的元素特征反映。

3）圖版法的本質(zhì)是一種概率統(tǒng)計方法，目前建立的圖版僅有兩口井作為分析點(diǎn)，隨著火成巖完鉆井的增加圖版也應(yīng)該隨之更新和完善。