X射线元素录井在地层划分中的应用

2X射线元素录井在地层划分中的应用—以塔中北坡顺南斜坡地区为例王飞龙（中石化华北石油工程有限公司录井分公司河南郑州450006）摘要：X射线元素录井在海相碳酸盐岩地层中，根据海相和陆相沉积岩中元素富集规律不同，建立了离岸指数Dis（反映了沉积环境离岸的远近）和Sr/Ba（反映了海水水体深浅）。离岸指数Dis和Sr/Ba比值相结合，反映了海平面升降变化趋势和沉积旋回。以区域地质特征和已有地层划分方案为基础，根据X射线元素录井海平面升降变化、离岸指数Dis、Sr/Ba比值进行旋回对比，分级控制，卡准元素标志层,最终建立X射线元素录井地层划分标准。关键词：X射线元素录井；碳酸盐岩；离岸指数Dis；Sr/Ba比值；海平面；沉积旋回；元素标志层；地层划分0引言塔中北坡顺南斜坡地区，一间房组和鹰山组上段为连续沉积，且均属于开阔台地相，岩性、电性类似，地层划分主要依据岩心中古生物化石。虽然区域上鹰山组和蓬莱坝组岩性、电性特征相差较大，但在顺南地区鹰山组下段渐变为局限台地相灰岩白云石含量逐渐增多，岩相古地理图中，越靠近大陆一侧，出现白岩石的井段越浅，鹰山底部白云石含量越多，利用岩性和电性划分鹰山组和蓬莱坝组也比较困难。X射线元素录井利用不同沉积环境中元素富集规律不同，求得了离岸指数Dis、Sr/Ba比值、海平面变化等反映水体深浅变化的参数。在区域地质特征和地层划分方案基础上，根据旋回对比，分级控制，结合元素标志层建立基于元素特征的地层划分标准，进而开展油气分层对比研究，推动勘探、开发进程。1元素录井水体环境指数陆相淡水流入大海后，淡水携带的Sr、Ba元素与海水中SO42-相结合。BaSO4溶解度小易沉淀，而SrSO4溶解度较大，它可以继续迁移到盐湖中央(远海),通过生物作用沉淀下来。因为Sr/Ba值是随着远离湖(海)岸而逐渐增大。淡水沉积物中Sr/Ba通常小于1；海相沉积物中Sr/Ba大于1。在物源没有变化的情况下，沉积环境对元素的迁移与富集起着主要因素。根据元素在水中的迁移和富集能力的不同，Fe、Si、Al等元素代表陆源物质，Mn、Ca、Mg、K、Na等元素代表湖盆内沉积物质。湖盆内沉积物元素与陆源沉积物元素的比值反映水体深浅或离岸远近。离岸指数Dis越大，水体越深，离岸越远。台地边缘（或潮下高能带）离岸指数Dis达到极大极；当水体更深时，由于泥质的增加（Fe、Si、Al元素含量增加），Dis指数反而变小，Sr/Ba通常大于1，代表了海相沉积。以区域海平面变化为3基础，根据离岸指数Dis变化，建立更详细的海平面升、降变化，并根据Sr/Ba比值进行进一步修正。2沉积旋回划分与地层根据区域地质资料（见表1），塔中北坡顺南斜坡地区蓬莱坝组为局限台地相沉积，顶部与鹰山组间存在沉积间断；鹰山组两分，其中鹰山组下段水体较浅，为局限台地相沉积；鹰山组上段和一间房组为一套海退沉积，水体略深，为开阔台地相，鹰山组上段和一间房组又可细分为两期小型海退沉积；恰尔巴克组和却尔却克组为大规模海浸，前缘斜坡—陆棚相沉积。从该区块顺南5-1井元素录井沉积旋回划分（见图1）可知，顺南5-1井从蓬莱坝组—却尔却克组可分为三个大的沉积旋回。两个海退和一个海进，第一个海退沉积旋回水体较浅，为鹰山组下段，第二个海退沉积旋回水体略深为，鹰山组上段+一间房组，海进旋回为恰尔巴克组+却尔却克组。其中第2个海退沉积,旋回可进图1顺南5-1井元素录井沉积旋回图表1顺南斜坡地区地质资料4地层岩性沉积相地质事件反映地质特征奥陶系上统却尔却克组泥岩为主陆棚相晚奥陶世晚期大规模的海进，恰尔巴克组超覆尖灭恰尔巴克组和却尔巴克组为海进，且水体较深恰尔巴克组泥灰岩前缘斜坡奥陶系中统一间房组泥晶、砂屑灰岩开阔台地相早奥陶世末，受西昆仑造山运动影响致使一间房组遭受剥蚀鹰山组上段和一间房组为海退沉积，且一间房遭遇曝露剥蚀；鹰山组下段水体较浅鹰山组泥晶、砂屑灰岩、含云灰岩奥陶系下统局限台地相蓬莱坝组灰质云岩、云质灰岩鹰山组与蓬莱坝组平行不整合接触蓬莱坝组和鹰山组之间存在沉积间断一步划分为两个次级海退旋回Ⅱ1和Ⅱ2，Ⅱ1旋回为一间房组，Ⅱ2旋回为鹰山组上段。根据海平面变化、离岸指数Dis和Sr/Ba比值可进一步划分为11个三级旋回，包括6个海退，5个海进（见图1）。鹰山组下段水体较浅且相对稳定，以小规模海进为标志进入鹰山组上段，即Ⅰ旋回顶部的③号海进旋回属于鹰山组上段。地层界线划在②号海退旋回和③号海进旋回交界处的最低海平面处。3元素标志层在沉积旋回宏观控制地层划分的基础上，开展各组段元素组合特征研究，确定具有元素异常变化特征的元素标志层及其在地层中的具体井深，用于精细地层划分。塔中北坡顺南斜坡地区顺南5-1井从却尔却克组底到鹰山组部共有6个元素标志层（见图2），具体如下：图2顺南5-1井从却尔却克组底部到鹰山组元素标志层（1）却尔却克组底部富Mn标志层5以Mn元素正异常为标志，其均值略高于上部地层，明显高于下部地层。（2）恰尔巴克组泥灰岩标志层以Ca元素升起，陆源碎屑元素下降为标志；Mg元素略有下降。计算方解石含量50%－75%。（3）一间房组中部浅水沉积标志层以Ti、Ba、V元素大幅正异常为标志，代表陆源碎屑元素的Si、Al、Fe略有升高。Ti、Ba、V元素异常幅度与岩相古地理位置有关，越靠近大陆异常幅度越大，向海一侧异常幅度变小。（4）一间房组底部最深水沉积标志层Si元素极小值，Ca/Si比极大值；元素计算泥质含量1%，为洁净灰岩沉积，沉积物可能主要来源于波浪从台地边缘冲下来的灰泥。（5）鹰山组上段中上部含陆源碎屑沉积标志层代表陆源碎屑元素的Si、Al、Fe略有升高，但Ti、Ba、V元素无异常；测井上自然电位负异常，岩心孔、洞发育。岩石中泥质含量主要来源于孔、洞充填物，而不是与碳酸盐岩同期沉积。（6）鹰山组下段浅水沉积标志层以Ti、Ba、V大幅正异常为标志，其均值约是上部地层的3倍，下部地层的2倍；同时，代表陆源碎屑元素的Si、Al、Fe略有升高。4应用效果4.1沉积旋回划分地层根据X射线元素录井的Dis指数和Sr/Ba指数确定的沉积旋回确定地层划分框架，开展区域沉积旋回对比（见图3）。由图3得知，塔中北坡顺南斜坡地区顺南5-1井、顺南5-2井、顺南501井3级沉积旋回可对性非常好，6个海退、5个海进分布稳定，变化特征一致。可以依据沉积旋回划分地层，地层划分标准见表2。表2地层划分与沉积旋回对比表地层沉积旋回备注1级旋回2级旋回3级旋回却尔却克组Ⅲ上部⑪根据元素组合特征进一步划分却尔却克组和恰尔巴克组恰尔巴克组Ⅲ下部⑪一间房组Ⅱ上部Ⅱ2⑧、⑨、⑩鹰山组上段Ⅱ下部、Ⅰ顶部Ⅱ1、Ⅰ顶部③、④、⑤、⑥、⑦鹰山组下段Ⅰ①、②4.2元素标志层精细划分地层在塔中北坡顺南斜坡地区的顺南5-1、顺南5-2和顺南501三口井进行了X射线元素录井元素标志层的对比，3口井从鹰山组到却尔却克组底部6个元素标志层均对应性较好，见图4。6图3顺南5-1、顺南5-2和顺南501井沉积旋回对比图图4顺南5-1、顺南5-2和顺南501井从却尔却克组底部到鹰山组元素标志层75塔中北坡顺南斜坡地区从鹰山组到却尔却克组地层划分标准以沉积旋回为基础，分级控制，结合元素标志层，建立塔中北坡顺南斜坡地区从鹰山组到却尔却克组X射线元素录井地层划分标准。5.1奥陶系中下统鹰山组（O1-2y）上段与下段（1）以离岸指数Dis和Sr/Ba为主要依据，以最低海平面为地层界线（见图5）；（2）以②号海退旋回和③号海进旋回交界处为地层界线；（3）鹰山组下段顶部为一套浅水沉积标志层，以Ti、Ba、V正异常为标志，Ti、Ba、V正异常顶部为地层界线。图5鹰山组下段与上段地层界线5.2奥陶系中统一间房组（O2yj）与奥陶系中下统鹰山组（O1-2y）浅水沉积标志层8（1）以最大海泛面做为地层界线，划在⑦号海退旋回和⑧号海进旋回交界处；（2）一间房组中部有一套浅水沉积标志层，以高Ti、高Ba、高V为特征，同时S为正异常（见图6）；（3）一间房组底部为深水沉积标志层，Ca/Si比达到极大值，Ca/Si比极大值的底部为地层界线。图6一间房组和鹰山组地层界线5.3奥陶系上统恰尔巴克组（O3q）与奥陶系中统一间房组（O2yj）（1）以大型海进的起始点为地层界线，划在⑩号海退旋回和⑪号海进旋回交界处；（2）一间房组Ca最大正异常，含量较稳定，陆源碎屑元素含量少（见图7）；（3）恰尔巴克组为泥灰岩标志层，Ca元素迅速降低，陆源碎屑元素含量快速升高；（4）恰尔巴克组相对于一间房组Mn元素快速升高。5.4奥陶系上统却尔却克组（O3qr）与上统恰尔巴克组（O3q）（1）恰尔巴克组Ca元素自下而上逐渐降底，陆源碎屑元素逐渐升高（见图浅水沉积标志层深水沉积标志层97）；（2）却尔却克组陆源碎屑岩沉积，Ca含量极小，且相对稳定；（3）却尔却克组底部为富Mn碎屑岩沉积标志层。（4）却尔却克组相对于恰尔巴克组Mn元素快速升高。图7却尔却克组—一间房组6地层界线5.5X射线元素录井地层划分标准塔中北坡顺南斜坡地区鹰山组至却尔却克组底部地层划分标准见表3，表3塔中北坡顺南斜坡地区鹰山组至却尔却克组X射线元素录井地层划分标准表地层元素特征划分依据却尔却克组①富Mn标志层；②底部为富Mn碎屑岩沉积；以锰元素正异常为特征富Mn标志层底界，以锰元素正异常为标志对底界进行预判恰尔巴克组①泥灰岩标志层；②全组段自下而上Ca逐渐降低、Mn逐渐上升；泥灰岩标志层顶界，以Ca升高、Mn降低高为标志，进入恰尔巴克组；一间房组①一间房组中部浅水标志层，以高Ti、高Ba、高V为特征，同时S为正异常；泥灰岩标志层底界，以Ca进一步升高、Mn进一步降低为标志，进入一间房组富Mn标志层泥灰岩标志层10鹰山组上段②一间房底部深水标志层，洁净灰岩，Si极小值，Ca/Si比达到极大值。③鹰山组中部含陆源碎屑标志层，Si、Al、Fe略有升高①一间房组两个元素标志层为主要依据；②深水标志层底界；以洁净灰岩（纯灰岩）底界为地层界线；③最大海泛面为一间房底界地层界线鹰山组下段①鹰山组下段离岸指数Dis和Sr/Ba比明显低于鹰山组上段；②鹰山组上段顶部浅水标志层，以高Ti、高Ba、高V为特征；③与鹰山组上段相比，白云石含量增多①以离岸指数Dis和Sr/Ba为主要依据，以最低海平面为地层界线；②浅水标志层顶界，以Ti、Ba、V快速升高为标志进入鹰山组下段6结论1、塔中北坡顺南斜坡地区从鹰山组至却尔却克组底部的海相沉积地层，离岸指数Dis和Sr/Ba与区域地质的沉积旋回具有好的对应关系；2、塔中北坡顺南斜坡地区从鹰山组至却尔却克组底部的海相沉积地层，存在6个元素标志层，且分布稳定，可用于精细地层划分；3、利用离岸指数Dis和Sr/Ba进行沉积旋回对比，结合元素标志层，在塔中北坡顺南斜坡地区的海相沉积地层划分中取得了良好的效果，可建立X射线元素录井地层划分标准；4、X射线元素录井提供了准确而且丰富的岩石常量元素和微量元素数据，可反映地层的岩性、储层和沉积环境等信息，对地质录井工作者，还有更多的内涵和功能需去研究和开发。参考文献[1]谢世文等，塔里木盆地下古生界碳酸盐岩层序及沉积演化特征.断块油气田，2013.20(3):305-310.[2]李映涛等，塔里木盆地塔中地区奥陶系层序地层特征及沉积演化.中国西部科技，2012.279（10）:23-25.[3]蔡习尧等，新疆塔中南坡奥陶系的地层缺失和沉积相变化.地层学杂志.2008.32（4）353－361[4]朱东亚等，塔里木盆地下古生界碳酸盐岩中硅化作用成因.石油实验地质，2010.32(4):358-361[5]俞仁连等，构造运动对塔河油田奥陶系碳酸盐岩的影响.天然气勘探与开发，2006.29(2):1-5.[6]中国石油地质志（巻15）.石油工业出版社，1993.作者：王飞龙（1977年2月），2000年7月毕业于江汉石油学院石油地质系，2010年获成都理工大学工程硕士学位，高级工程师，现在中石化华北石油工程有限公司录井分公司从事录井综合研究工作。通讯地址：450006河南省郑州市伏牛