XRD矿物分析技术在恩平凹陷的应用

蒋钱涛 吕文海

(①中海石油(中国)有限公司深圳分公司；②北京永盛通科技发展有限公司)

0 引 言

随着珠江口盆地恩平凹陷勘探开发不断地深入，在陆续取得勘探成果的同时，对该区域随钻录井评价也提出更高的要求。恩平凹陷是受两条断层控制的断块圈闭，该构造主要目的层为下韩江组(T 35)、珠江组(T 40)、珠海组、恩平组(T 70)。恩平凹陷沉积包括两部分：断陷期发育的陆相湖泊-河流相沉积以及坳陷期发育的海相三角洲沉积体系。与此相对应，储盖组合可分为两大组合：下部陆相河流与湖泊三角洲砂泥岩组合，上部为古珠江三角洲平原-前缘相带砂泥岩互层。在快速钻井条件下，砂泥岩薄互层的岩性划分、特殊岩性的识别以及随钻过程中的物性初步认识，成为目前需要解决的难题。为此，在恩平凹陷勘探开发中广泛应用了XRD矿物分析技术。本文结合该项技术原理，总结出了恩平凹陷砂泥岩岩性划分标准、特殊岩性划分评价图板以及尝试建立了储集层物性初步判别方法。

1 XRD矿物分析技术原理及特点

1.1 技术原理

当一束X 射线入射到晶体内时，由不同原子散射的 X 射线相互干涉，并在某些特殊方向上产生强 X 射线衍射，衍射线在空间分布的方位和强度与晶体结构密切相关，每种晶体所产生的衍射结果都反映出该晶体内部的原子分配规律，这就是 X 射线衍射的基本原理[1-2]。晶面间距的变化直接反映晶胞的尺寸和形状，每一种结晶物质，都有其特定的结构参数，包括点阵类型、晶胞大小等。晶体的衍射峰数目、位置和强度如同人的指纹，是每种物质独有的特征。尽管物质的种类成千上万，但没有两种衍射谱图完全相同的物质，由此可以对不同物质进行物相的定性分析[3-4]。

1.2 技术特点

(1)样品分析周期短，每份样品分析周期为7～17 min。

(2)微量化检测，检测仅需15 mg的样品装入震动样品池中，可以得到极好X衍射谱图，可在实际上避免定向影响带来的问题。

(3)无线传输WIFI，采用WIFI实现仪器与计算机或手机无线连接，可远程操控及传输采集的数据，实现数据采集的现场化和数据处理的及时性。

(4)功能强大的分析软件，能直接测定出岩石中的各种矿物组成(黏土矿物、石英、钾长石、斜石、方解石、白云石、黄铁矿等)，并通过软件计算出各种矿物的相对含量，同时给出岩性定名。

2 利用XRD矿物分析技术建立标志层

从矿物曲线交会连井对比图(图1)上可以看出，韩江组、珠江组、珠海组、恩平组均为砂泥岩不等互层，对较大的油层组界限单从矿物含量划分有一定难度，可以通过油层组内部细化寻找特征清楚的标志层。

图1 恩平凹陷矿物曲线交会连井对比图

XRD矿物分析技术主要是采集地层中各种矿物的相对含量，并系统采集各种矿物的标准谱图，包括石英、钾长石、斜长石、方解石、白云石、黄铁矿等近30种矿物成分，通过其相对含量可以确定岩石岩性[5-8]。利用XRD矿物分析技术对恩平凹陷的4个主要目的层系进行分析，可以看出韩江组中部、珠海组中下部这两套物性较好的厚砂层，石英和长石含量明显升高，这两套砂层可以作为本层岩性标志层；恩平组中下部石英含量下降，长石含量降低，也可以作为本组段一套标志层。纵向上对比，珠海组砂层较珠江组、恩平组地层厚，砂层石英含量明显高于其他层位。

各层位之间通过黏土矿物、石英、长石、方解石含量对比可以看出，同为砂泥岩互层的4个油层组中：韩江组、珠江组、珠海组整体的岩性特征相似，黏土矿物含量小于18%，石英含量都在56%～60%之间，长石含量在15%～16%之间，方解石含量在10%～12%之间；恩平组与以上三个油层组对比，黏土矿物含量升高到20%，石英含量明显降低到50%，长石含量明显升高超过25%。可以利用这些数据变化判断是否进入恩平组地层(图2)。

图2 各油层组矿物含量对比

3 岩性划分

3.1 砂泥岩划分

本文通过10口井6 487个数据分析发现，XRD矿物分析技术在恩平凹陷砂泥岩划分中存在一定规律。区分砂泥岩主要看黏土矿物在被检测样品中的含量，黏土矿物含量大于或小于20%是区分砂泥岩的一个界限，大于该界限为泥岩，小于该界限为砂岩(图3)。

图3 恩平凹陷不同层位砂泥岩类岩性划分图板

但是对于泥质粉砂岩和粉砂质泥岩，XRD矿物分析技术的数据特征跟砂岩、泥岩没有表现出明显的数据差异，泥质粉砂岩的数据特征跟砂岩的数据特征基本一致；粉砂质泥岩的数据特征跟泥岩的数据特征基本一致。分析原因有两点：一是随钻过程中的岩屑数据都是混合样品进行采集，岩屑在上返过程中代表性岩屑是呈逐渐递增到逐渐递减的过程的，造成采集到各矿物含量数据受到影响；二是泥质粉砂岩属于砂岩类岩性，从矿物含量特征上分析也是石英含量高，黏土矿物含量低，跟砂岩矿物含量特征一致，粉砂质泥岩属于泥岩类岩性，从矿物含量特征上分析也是石英含量低，黏土矿物含量高，跟泥岩矿物含量特征一致。手搓泥质粉砂岩的砂感更强些，而粉砂质泥岩细腻些。基于此，依据矿物成分分析能初步判断砂岩与泥岩，且分辨率高。对于细粒储集层泥质粉砂岩与粉砂质泥岩，要进一步细分还需结合现场观察砂样的粒度粗细、自然伽马曲线来判断。

3.2 特殊数据岩性图板

在恩平凹陷勘探过程中，XX 1021井钻遇到花岗岩地层，层位是前古近系。花岗岩属于酸性岩浆岩中的侵入岩，多为浅肉红色、浅灰色、灰白色。主要矿物为石英、钾长石和酸性斜长石。砂岩中石英含量为主，长石次之，而花岗岩的矿物含量特征正好相反，石英含量明显降低，而长石类(钾长石、酸性斜长石)矿物含量有明显升高，偶尔见到含量低于15%的辉石。基于此，依据恩平凹陷5口井珠海组砂岩、泥岩数据与恩平凹陷XX 1021井前古近系花岗岩数据，以长石和黏土矿物含量参数为坐标建立了花岗岩、砂岩、泥岩分类图板(图4)，从图板上可以看出：花岗岩的长石含量基本大于30%，黏土矿物含量小于18%；砂岩长石含量小于30%，黏土矿物含量小于20%；泥岩长石含量小于30%，黏土矿物含量大于20%。该图板适用于现场随钻快速判断地层岩性。

图4 花岗岩、砂岩、泥岩随钻评价图板

4 储集层物性识别

在XRD矿物分析技术的扩展应用上，尝试利用砂岩成熟度指标与电测中反映泥岩含量的自然伽马数据相结合，建立基于矿物含量变化来判断地层物性的方法。

成分成熟度是指砂岩中碎屑组分在风化、搬运、沉积作用的改造下接近最稳定的终极产物的程度。一般来说，不成熟的砂岩是靠近物源区堆积的，含有很多不稳定碎屑，如岩屑、长石和铁镁矿物。高成熟度的砂岩是经过长距离搬运，遭受改造的产物，几乎全部由石英组成，也就是储集层物性更好。因此，砂岩中存在的岩屑及碎屑矿物的种类和相对丰度即成分成熟度，是物源区地质条件、风化程度和搬运距离远近的反映。

本文中砂岩成熟度计算方法采用的是石英含量除以长石和黏土矿物含量的总和，砂岩成熟度的高低可在一定程度上体现储集层物性的好坏。由韩江组物性识别图板可以看出(图5)，自然伽马小于70 API时，物性最好。自然伽马介于75～100 API之间时，砂岩成熟度数据呈现出明显的差异，泥质粉砂岩的砂岩成熟度大于2，物性较好；粉砂质泥岩和泥岩的砂岩成熟度小于2，物性最差。这说明自然伽马介于75～100 API之间的物性评价还需要借助于砂岩成熟度数据进一步划分，相同的自然伽马数据，砂岩成熟度不同，储集层的物性存在差异。同样从恩平组物性识别图板可以看出(图6)，自然伽马数据小于100 API，砂岩成熟度均大于1.5，物性最好，岩性为细砂岩；自然伽马数据在100～150 API之间时，砂岩成熟度小于2，物性较差，岩性为泥质粉砂岩；自然伽马数据大于150 API时，砂岩成熟度小于1.5，物性最差，岩性为粉砂质泥岩和泥岩。

图5 韩江组储集层物性判别图板

图6 恩平组储集层物性判别图板

从以上韩江组和恩平组自然伽马数据与砂岩成熟度对应关系可以看出，这两个层位在储集层物性判断上，相同的自然伽马数据，不同的砂岩成熟度，储集层的物性是有差异的。可以认为砂岩成熟度参数在随钻过程中可以初步判断储集层物性，从韩江组和恩平组储集层物性判别图板可以看出，不同区块不同层位自然伽马与砂岩成熟度的界限区间有差异，不同地区不同层位需要重新建立划分标准。

5 结束语

XRD矿物分析技术在恩平凹陷经过大量数据分析总结和尝试性扩展应用，在该项技术的应用方向和应用方法上都取得了一定的收获和认识。

(1)对于恩平凹陷砂泥岩互层沉积特征，大的油层组层位单从矿物含量划分有一定难度，但是对于层内的石英、长石含量变化明显的层段可以作为本层内标志层段用于邻井对比。

(2)在岩性划分上，砂泥岩的划分标准以黏土矿物含量20%为界限，且准确率高。但是对于泥质粉砂岩和粉砂质泥岩的岩性划分，单纯依据XRD矿物分析技术只能定性判断砂泥岩，从粒度大小对其进行细分确实存在一定难度，可以结合现场岩屑实物观测法进一步认定。

(3)对于特殊岩性的认识，恩平凹陷前古近系的花岗岩是该区域的特殊岩性，依据长石和黏土矿物建立的评价图板充分反映了各岩性中矿物组分特征，该评价方法适合于随钻快速评价岩性，同时对于现场地质研究提供了有利技术依据。

(4)本文尝试进行了储集层物性识别，是XRD矿物分析技术突破性应用。利用矿物分析获得的参数计算砂岩成熟度与电测的伽马参数相结合，对于储集层物性可以更加精细地判断和认识。