元素录井在川西雷口坡组风化壳识别中的应用

2022-09-11

引言

风化壳分为现代的和古代的, 两者常以第三纪作为划分界限。古风化壳有很大的地质意义和经济意义, 它不仅是地壳上升、沉积间接、不整合的重要的标志, 是古气候、古地理分析的重要依据, 而且在古风化壳中或其下带可以形成油气藏, 如潜山油气藏。

中三叠统雷口坡组是四川盆地潜在的重要勘探层系。川西地区雷口坡组顶部古风化壳主要形成于雷四段的上部, 风化壳主要经历了暴露溶蚀和深埋溶蚀两大阶段的成岩作用, 在风化壳内形成与成岩作用密切相关的缝洞型储层。研究和勘探揭示, 雷口坡组顶部风化壳是有利勘探领域。2009年以来, CK1井已在川西坳陷孝泉构造雷口坡组顶部获得天然气勘探重大突破, 显示该风化壳领域具有一定的勘探潜力。成藏条件分析认为在川西坳陷雷口坡组顶部发育古风化壳岩溶型储层, 成藏条件优越, 勘探潜力巨大。

风化壳受岩溶作用控制, 在将储层改造的更好的同时, 又将储层改造的非均质性更强, 在勘探开发中发现和评价风化壳储集层尤为重要[1]。钻井过程中采用X射线荧光元素录井技术, 参考地球化学理论, 结合风化壳的形成的机理和元素特征, 准确识别风化壳, 能为进一步评价风化壳含气性提供依据。

一、川西雷口坡组风化壳的特征

四川盆地中三叠统雷口坡组顶部以印支期风化面与上覆须家河组及天井山组为界, 底以“绿豆岩”和下三叠统嘉陵江组区分。

四川盆地雷口坡组顶风化壳储层自中三叠世沉积以来, 经历了沉积成岩—溶蚀—溶蚀充填等岩溶地质作用, 盆地缓慢的整体抬升以及较短的风化剥蚀时间导致其溶蚀作用相对较弱[1]。野外露头、钻井及地震剖面揭示, 雷口坡组顶部古风化壳主要形成于雷四段的上部, 厚度平均在50~80m之间[2]。风化壳在空间上具有碳酸盐岩风化壳三层结构, 即风化粘土层、风化粘土层之下的半风化灰岩和白云岩层、风化层基岩。由于该风化壳形成后, 又经历了多期强烈、高频动荡的水体进退旋回及复杂的海陆转换过程, 因此风化壳在地表残积的粘土层难以保存, 残积的粘土只可能在半风化层的渗流带或潜流带的溶蚀缝洞中有所残存。

川西地区雷口坡组岩性主要为灰质白云岩、白云质灰岩、泥微晶白云岩、粉-细晶白云岩与膏盐岩的互层, 总体可溶性较好。四川盆地在印支期处于近南纬赤道附近, 气候湿热, 在长期的淋滤、溶蚀过程中, 雷口坡组形成了多层溶洞、溶孔发育带。储集层孔隙度主要分布在1%~5%, 最大孔隙度为9.9%, 平均孔隙度为3.22%, 孔隙度大于3%的样品占50.3%, 渗透率大于0.1m D的样品占41%, 总体属低孔、中渗储层。

二、元素录井方法

X射线荧光光谱分析 (X Ray Fluorescence) 的简称元素录井, 是建立在X射线荧光分析理论基础上, 并结合了岩石地球化学理论的一种创新技术。其中X射线荧光分析是由X射线管发出的一次X射线激发样品, 使样品所含元素辐射特征荧光X射线, 即二次X射线, 根据荧光X射线的波长 (能量) 和强度能对被测样品中元素进行定性和定量分析[3]。

在钻井现场经样品采集、干燥、粉碎、压片、分析及数据处理等流程获得元素录井谱图及Mg、Al、Si、S、P、Cl、K、Ca、Ba、Ti、Mn、Fe等12种元素含量, 结合岩石地球化学基础理论, 通过主要特征元素含量交汇、元素比值、定量计算 (砂质、泥质、灰质、云质、膏质) 等方法能准确识别岩性[4]。同时, 对Si、Fe、Al等元素进行研究, 可以较准确判定海相地层风化壳的位置。

三、风化壳的元素特征

风化壳形成的内因主要是成壳岩石的矿物组成。影响风化壳形成的外因有大地构造单元、生物气候条件、时间因素等。在构造稳定的平坦地形、湿热气候、暴露持续时间长则风化程度高。

前苏联的Б.Б.波雷诺夫首先以发生学观点研究风化壳的地球化学, 指出在自然条件下元素的迁移顺序不仅取决于该元素的物理化学性质, 而且取决于元素的迁移条件。风化壳的形成可分成四个时期[5]:第一时期, 风化物丧失Cl和S的化合物;第二时期, 风化物丧失碱金属和碱土金属盐基;第三时期是残积粘土时期, Si O2开始淋失;第四时期是富铝化时期, 大量二、三氧化物积聚 (表1) 。

碳酸盐岩风化壳处于第二时期。在暖温带和温带干旱、半干旱条件下, 随着大部分易溶盐类的淋溶, 不易溶解的碳酸盐开始移动。碳酸盐岩中主要是Ca CO3, 而Ca CO3积聚的程度取决于生物气候条件和岩石中Ca的含量, 标志元素是Ca、Mg, 标志化合物主要是Ca、Mg的碳酸盐。在风化过程中, Ca、Mg等相对于母岩因流失而移动, Si、Fe、Al等很少移动[5]。因此, 这些元素的异常可作为碳酸盐岩风化壳的存在标志之一。

四、川西雷口坡组风化壳的元素响应特征

对川西已完钻海相井CK1井、XS1井采集岩屑样品进行元素分析, 统计雷口坡组顶部风化壳的元素, 显示Fe、Al、Si呈明显的正异常 (表2) 。从图1中可以看出CK1井5621.50~5639.00m的Fe、Al、Si元素含量呈明显正异常, 发育风化壳, 厚17.5m。

五、应用效果

对PZ1井马鞍塘组底部-雷口坡组顶部的岩屑、岩心样品进行元素分析, 建立了该井的元素录井剖面图。从图上可以看出5760.00~5822.00m Fe、Al、Si元素呈明显正异常, 具备川西海相雷口坡顶部风化壳的元素特征 (图2) 。

结合该段三个回次取心观察, 第3回次 (5817.8~5821.1m) 岩心较破碎, 整体溶孔非常发育, 呈蜂窝状分布;第1回次 (5808~5815.3m) 和第2回次 (5821.6~5828.8m) 取心段储层较第3回次差, 但局部裂缝和溶孔发育, 同样证明了雷口坡组顶部风化壳的存在。对雷口坡组顶部5814~5866m、5756~5790m、5731~5742m三层进行完井测试, 获得110万方/天的高产。

六、结论与认识

由于碳酸盐岩风化壳在风化过程中, Ca、Mg等相对于母岩因流失而移动, Si、Fe、Al等很少移动。因此, 这些元素的异常可作为碳酸盐岩风化壳的存在标志之一。在钻井过程中采用元素录井技术, 通过川西多口井的统计分析, Si、Fe、Al等元素含量呈明显的正异常, 可以准确识别雷口坡组顶部风化壳。将这一技术成果应用于钻井现场, 能为进一步评价风化壳含气性提供依据。

摘要：研究和勘探揭示, 雷口坡组顶部风化壳成藏条件优越, 勘探潜力巨大。由于碳酸盐岩风化壳Si、Fe、Al等元素很少移动, 利用元素录井在钻井现场分析岩屑元素含量, Si、Fe、Al等元素含量呈明显的正异常, 可以准确识别风化壳, 能为进一步评价风化壳含气性提供依据。

关键词：元素录井,风化壳,碳酸盐岩