松辽盆地中央古隆起带(北部)基底岩性识别方法

张晏奇 罗光东 李 义

(①中国石油大庆钻探工程公司地质录井一公司；②吉林大学地球科学学院)

0 引 言

松辽盆地北部古中央隆起带(以下简称古中央隆起带)是大庆油田天然气勘探的新领域之一，由于基底地质条件复杂、已钻井内幕揭示少、地层揭示厚度薄，导致录井对基底地层、岩性特征认识薄弱。近年随着岩屑显微镜观察、XRF元素分析、岩屑薄片分析等新技术广泛应用到录井现场，有效地提高了对岩屑、地层的认识。本文通过对钻遇古中央隆起带基底的40口已钻井实物资料分析，简要介绍古中央隆起带地层岩性特征和岩屑响应特征的最新研究成果，总结出一套适合古中央隆起带的岩性识别方法，可指导录井作业现场进行岩性识别和层位判断，有效增强现场岩性识别的及时性、准确性，也为古中央隆起带滚动勘探提供重要地质资料。

1 古中央隆起带地质概况

古中央隆起带位于古龙断陷和徐家围子断陷之间，近南北向展布，东西宽 9～34 km、南北长 110 km、面积2 400 km2，发育6个凸起。基岩顶面埋深2 500～3 500 m。目前已钻探井30口，其中工业气流井2口，低产气流井6口，见显示井9口。根据地震资料，古中央隆起带早期遭受强烈挤压，发育叠瓦状推覆构造和高角度逆冲构造两种类型的构造样式(图1)。汪家屯、昌德凸起为叠瓦状推覆构造，永乐、肇州、卫星、升平凸起主要为高角度逆冲构造[1-4]。

图1 基岩构造特征(据大庆勘探开发研究院)

2 古中央隆起带岩性分布

古中央隆起带基底发育岩性较复杂，根据钻遇基岩的录井岩心、岩屑资料分析发现，目前揭示出6种类型变质岩，岩性主要为泥板岩、千枚岩、片(麻)岩、糜棱岩、变质砾岩和变质花岗岩类，可进一步细分出板岩、绿泥千枚岩、石英片岩、角闪片岩、花岗岩、碎裂花岗岩、糜棱化花岗岩、糜棱岩、构造角砾岩等多种岩性(表1)。古中央隆起带基底长期暴露于地表，顶部风化壳发育网状裂缝，氧化特征明显。永乐、肇州凸起为稳定的块体，主要发育碎裂花岗岩、花岗岩夹花岗闪长岩；昌德凸起为叠瓦状推覆构造，主要发育泥板岩、千枚岩、片岩、碎裂花岗岩；卫星凸起为高角度断裂，主要发育糜棱岩；汪家屯凸起为叠瓦状推覆构造，主要发育变质砾岩、千枚岩、片岩；升平凸起以块体为主，主要发育泥板岩、千枚岩。

表1 古中央隆起带基底岩性统计

3 岩性识别方法

3.1 变质岩原岩的识别

变质岩主要是原岩受温度、压力、剪切力等作用影响，造成矿物重结晶、结构构造上的变化，主量元素并未产生大幅变化，因此，通过元素特征识别原岩是可靠的方法[5]。XRF元素分析技术可以检测Si、Fe、Mg、Al、K、Na、Ca、Ti、S等35种元素。

3.1.1 火成岩指数的确定

根据岩石成分组成特征，沉积岩和火成岩在Na+K和Fe+Mg含量上有明显相关性，建立Na+K和Fe+Mg含量图解，并通过火成岩与沉积岩区分图解(图2)，得出分界函数:

Na+K=-0.34(Fe+Mg)+5.8

(1)

假设区分值为50%，经公式(1)转换:

50=8.6(Na+K)+2.9(Fe+Mg)

(2)

令火成岩指数Zmag=8.6(Na+K)+2.9(Fe+Mg)

因此，当Zmag≥ 50%时，原岩岩性可能为火成岩；当Zmag≤50%时，原岩岩性可能为沉积岩。

图2 火成岩与沉积岩区分图解

3.1.2 火成岩原岩识别方法

变质岩中，其原岩由火山物质组成的，本文统称为火成岩，其中包括火山碎屑岩、喷出岩及侵入岩。如果原岩为火成岩，可采用元素经验数据分析其岩性(表2)。

如果原岩为火成岩中的喷出岩或侵入岩，可采用火成岩Tas图板(图3)进一步区分原岩岩性。

表2 元素含量分析与岩性对应关系 %

岩性Si平均值Fe平均值Mg平均值Al平均值K平均值Na平均值Ca平均值Ti平均值玄武质54.499 68.652 14.367 814.268 903.677 4282.661 5444.399 61.215 2安山质64.515 66.539 92.840 314.721 973.846 9243.751 6742.304 80.896 0粗面质65.738 95.953 72.248 314.089 974.347 3974.640 5140.463 70.392 5英安质72.049 33.727 32.139 514.822 324.485 5363.979 2300.515 30.338 0流纹质77.497 02.895 11.936 113.809 314.963 2972.920 6320.466 70.253 5

3.2 风化壳岩性识别

研究区钻遇基底的探井有40口，其中有16口井见风化壳，但是厚度都不大。钻井揭示见“花岗岩”和“花岗岩+糜棱岩”的井较多，且多数井未见风化壳，可以初步认为，该区“花岗岩”和“花岗岩+糜棱岩”较发育，并且也较易被风化。火山岩及碎屑岩，由于含有相当多甚至大量的玻璃质或火山灰，其风化速度大都相当快，所以古中央隆起带上的火山岩被保存下来的很少。结构上顶部一般为风化较严重的花岗质砾岩，多为红色，为氧化堆积层，其下进入基岩风化壳主体，裂隙发育，可见红褐色铁质氧化物充填物。

采用XRF元素分析技术可准确检测岩屑中各种元素含量，从而计算风化指数[6]。针对侵入岩的风化壳，斜长石蚀变系数(IPA)(据Fedo，1995)具有良好的指示。

IPA=100[W(Al2O3)-W(K2O)]/[W(Al2O3)+

W(CaO)+W(Na2O)-W(K2O)]

图3 火成岩Tas图板

当IPA<50表示未风化，IPA=100为完全风化。

针对其他变质岩的风化壳变质，风化指数(IWP)(据Parker，1970)具有良好的指示。

IWP=100[2W(Na2O)/0.35+W(MgO)/0.9+

2W(K2O)/0.25+W(CaO)/0.7]

当IWP>100表示未风化，IWP=0为完全风化。

3.3 内幕岩性的识别

通过对已钻井岩心、岩屑、井壁取心实物资料分析，总结古中央隆起带基底内幕变质岩的特征，建立以成分识别、结构构造识别为主的变质岩识别方法，确定松辽盆地古中央隆起区基底岩石类型，建立变质砂砾岩+板岩+千枚岩+片岩、花岗岩+闪长岩、碎裂化+糜棱化花岗岩三组基底岩石序列。

3.3.1 变质砂砾岩+板岩+千枚岩+片岩

主要发育在汪家屯凸起、升平凸起，叠瓦状推覆构造，元素分析结果见表3。板岩类：W(SiO2)为60.40%～65.41%，W(Al2O3)为16.29%～17.29%，W(MgO)为2.58%～4.06%。片岩类：W(SiO2)为50.34%～55.52%，W(Al2O3)为17.91%～18.49%，W(MgO)为3.96%～6.01%。

表3 岩石样品元素含量分析统计 %

岩石名称SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgOCaO长石石英黑云片岩55.520.8718.492.925.540.103.962.12绿帘钠长阳起石片岩50.340.8217.914.025.740.256.016.92灰绿色粉砂质板岩60.400.8217.293.613.330.434.063.33千枚状粉砂质板岩65.410.7716.292.023.950.132.580.33绢云长石石英千枚岩51.520.278.361.421.650.150.930.41变质安山质凝灰岩62.760.7515.815.553.130.0751.483.90

从岩屑实物特征上看(图4)，矿物成分为石英、长石、绿泥石、白云母、黑云母等，矿物较细，具粒状变晶结构，片状构造，片状矿物定向连续分布。

图4 变质砂砾岩+板岩+千枚岩+片岩序列典型岩屑图像

3.3.2 花岗岩+闪长岩

发育在永乐凸起、肇州凸起,为稳定的块体，主要发育碎裂花岗岩，其中花岗岩夹花岗闪长岩；花岗岩 XRF元素分析呈酸性岩特征，闪长岩XRF元素分析呈中性岩特征。Tas图板能较好进行分类(图5)。

图5 花岗岩-闪长岩Tas图板分类

3.3.3 碎裂化+糜棱化花岗岩

主要发育在卫星凸起、昌德凸起，其中卫星凸起为高角度断裂，发育碎裂化、糜棱化花岗岩，昌德凸起母岩为花岗岩侵入体。

XRF元素分析呈酸性岩特征，Tas图板均落于花岗岩区域，花岗岩经刚性变形形成碎裂化花岗岩(图6)，韧性变形形成糜棱化花岗岩(图7)。常夹杂构造角砾岩，成分和糜棱化花岗岩一致， 为糜棱化花岗岩再发生动力变质形成。

图6 碎裂化花岗岩岩屑特征

图7 糜棱化花岗岩岩屑特征

4 应用实例

LT 2井为肇州凸起的新钻井，完钻井深3 370 m，揭示基底厚度552 m，揭示了基岩风化壳和内幕两套地层，岩性为碎裂花岗岩、花岗岩夹花岗闪长岩。

花岗岩岩屑特征：全晶质，主要矿物为石英、肉红色钾长石、灰白色酸性斜长石，次要矿物为绿色角闪石和少量黑云母。基岩风化壳可见红褐色铁质氧化物。

元素分析特征(图8)：进入基岩风化壳，Si元素含量大幅上升，Ti元素含量大幅下降，Mg、Fe、Al、Na、K元素含量均有不同幅度变化，呈现出由沉积岩向酸性侵入岩的变化。各元素曲线表现不平稳，根据矿物成分的不同产生规律性变化，符合风化淋滤特征。进入内幕后，Si元素稳定在72%左右，Ti、 Mg、Fe、Al、Na、K等元素含量均稳定，说明地层矿物变化不大，符合块状酸性侵入岩特征。综合应用岩性分布规律、实物结构构造、XRF元素分析、Tas图板等方法，准确地识别出风化壳和内幕岩性。

图8 LT 2井元素分析综合图

5 结 论

综合岩屑镜下观察、XRF元素分析、岩屑薄片分析等录井资料，在大量数据分析和地质研究的基础上，总结了松辽盆地古中央隆起带北部地层特征和岩屑响应特征，获得了几点认识：

(1)在古中央隆起带发育叠瓦状推覆构造和高角度逆冲构造，造成基底岩性复杂，共发育6个凸起，不同构造上发育不同的岩石序列。

(2)古中央隆起带基底长期暴露于地表，常见风化壳。通过XRF元素数据计算风化指数及斜长石蚀变指数能很好地识别风化壳。

(3)通过元素数据能有效识别变质岩原岩，对地质综合研究有重要意义。

(4)采用结构构造识别方法，XRF成分识别方法结合分布规律能有效识别古中央隆起带岩性。

利用这几点认识，指导现场录井，能有效增强录井资料的及时性、准确性，为松辽盆地古中央隆起带基底的勘探与研究提供重要地质资料。