论岩石颜色色调色差在碳酸盐岩风化壳识别中的重要性

刘海军

【摘 要】碳酸盐岩储集体是油气聚集、储存的重要场所，在有利的构造位置能够聚集成藏，是油气勘探开发中重要研究对象之一。在碳酸盐岩储集体顶部往往存在较长的沉积间断，上下地层呈角度不整合接触，长期的沉积间断造成风化作用强烈，从而在碳酸盐岩地层顶部产生复杂的风化壳，风化壳带孔洞、裂缝发育，是比较敏感的漏失带。在钻井施工中需要准确判断识别出风化壳顶界深度，为钻井施工提供安全保障。实践发现，风化壳界面附近岩石（岩屑）颜色色调色普遍差存在较大“突变”，岩石在湿润状态下（湿岩屑）的颜色变化更鲜明。利用岩石颜色色调色差变化法能够快速有效的识别出风化壳地层界限，

是鉴别岩石、划分和对比地层、分析判断古地理的重要依据。

【关键词】风化壳；红土层；色调；色差；礁灰岩；古潜山；软红泥

近年，随着胜利油区油气勘探开发的不断深入，各种类型的碳酸盐岩储集体逐渐成为开发重点，尤以济阳坳陷东营凹陷高青-平南断裂带“梁”和尚店-平方王潜山披覆构造带“滨”、惠民凹陷里则镇洼陷北部断裂带“滨”等沙四上礁灰岩油气藏及高青花古区块、草古区块下古生界碳酸盐岩古潜山油气藏等储集体为重点勘探方向。

“梁”、“滨”区块主要研究对象为沙四上顶部礁灰岩储集体，上覆沙三段岩性以泥岩为主，为良好区域盖层。花古区块下古潜山主要研究对象为石炭-二叠系地层直接覆盖在下古生界地层之上形成的正常沉积层序类型潜山。草古区块古潜山主要研究对象为第三系地层直接覆盖在下古生界地层之上形成的非正常沉积层序类型潜山。储集体顶部产生孔洞、裂缝发育的风化壳（带），进入碳酸盐岩风化壳地层易发生恶性井漏，钻达古潜山界面附近，如何及时准确判别潜山风化壳顶界位置并下入技术套管是施工的重点。[1]通过长期实践和调查研究，发现潜山风化壳附近岩石颜色色调普遍存在着“突变（或色差）”。

一、岩石颜色色调色差概念

颜色色调是指岩石反射的光线中以哪种波长占优势来决定的，不同波长产生不同颜色的感觉，即指岩石颜色的偏向度、倾向性，如偏红、偏绿、偏白、偏灰等。色调是颜色的重要的特征，它决定了颜色本质的根本特征。[2]

颜色色差是指岩性识别判断中，岩石颜色大体上保持一致，仅存在细微处的差别。比如红色有棕红色、紫红色、肉红色。颜色上有差别就会产生色差。[2]

二、沉积岩颜色的决定因素

沉积岩的颜色主要取决于岩石的矿物成分，即取决于岩石中所含的染色物质（即常说的色素）的成分和数量。

灰色、深灰色、黑色：多数情况下，岩石由灰色-深灰色-黑色的逐步变化，是由于存在有机质（腐殖型甘酪根-碳质、腐泥型干酪根-沥青质）或者分散状的硫化铁（主要是黄铁矿）从而造成的。岩石的颜色通常随着有机质含量的增加而变深。

红色、棕色、黄色：这些颜色通常由于岩石中含有铁的氧化物、氢氧化物或钾长石染色的结果，主要是赤铁矿、褐铁矿等。

绿色：绿色多数是由于岩石中含有低价铁（二价铁离子）的矿物所致，如：海绿石、绿泥石等；少量是由于含铜的化合物所致，如：因含孔雀石而呈鲜艳的绿色。若是自生色，绿色一般反映弱氧化或弱还原环境。除自生矿物外，碎屑岩的绿色有时由于含有绿色的碎屑矿物所致，如：角闪石、绿泥石、阳起石、绿帘石等；而泥质岩的绿色还常因含伊利石而造成。[3]

白色：有的岩石含有石英或者方解石等矿物特别多，看上去是白色的。

三、碳酸盐岩风化壳形成机理及颜色变化特征

风化壳是地壳表层岩石风化的结果，除一部分溶解物质流失以外，其碎屑残余物质和新生成的化学残余物质大都残留在原来岩石的表层。这个由风化残余物质组成的地表岩石的表层部分（或者说已风化了的地表岩石的表层部分），就称为风化壳（带）。[3]

研究发现，碳酸盐岩潜山风化壳在风化作用的最后阶段不稳定的可移动的元素都被雨水带走，主要剩下了铁铝氧化物和极少部分的二氧化硅等稳定成分，它们呈胶体状态在原地形成铝土矿、褐铁矿等堆积，形成了一种红色疏松的铁质、铝土质土壤，俗称红土层[4]。根据古潜山顶风化壳风化沉积特征及不整合接触沉积间断机理分析，理论上只要是存才较大的沉积间断，存在较长的风化剥蚀期，一定会在风化壳表面形成横向厚度不等风化残积物，形成潜山界面附近上下岩层的颜色、岩性突变的标志层。

对胜利油区草桥探区33口井的岩屑综合录井图和部分库存岩屑实物进行调研发现，许多井在岩性剖面中没有体现出界面顶部岩石颜色色调的变化趋势，而在复查库存岩屑实物时大部分井在界面附近岩石色调存在变化现象。综合分析认为，风化壳附近岩石颜色色调色差普遍存在着“突变”特征，强烈的风化作用产生鲜红色软泥岩，如果钻井施工中对上述特征不够重视，极易造成决策误判。

四、岩石颜色色调色差在碳酸盐岩风化壳识别中的应用

对于岩石颜色的研究不仅具有理论意义，也有很大实际意义。一方面，颜色的颜色色调色差具有划分和对比地层的意义。岩石的颜色通常具有一定的成因意义，有助于了解古地理条件。

在钻井现场岩屑录井过程中发现，影响颜色色调色差的因素是多方面的，除了岩石成分和风化程度外，岩屑破碎的颗粒大小、岩屑干湿程度等对颜色都有很大影响。粒度越细、表面越湿，色调越深，色差越明显。实践发现，风化壳界面附近岩屑颜色色调色差在湿润或干燥状态下，反映出来的变化特征差异较大，湿润状态下的颜色变化更加强烈，在地层划分中的指相作用更有效。

在岩屑录井过程中，岩性颜色定名以干燥新鲜面颜色为准，但在风化壳识别中以湿岩屑颜色观察为主，干岩屑颜色观察为辅。在确定风化壳颜色变化时，应当先观察色调，后观察色差，草古区块界面附近色调变化规律一般为黄色调变为红色调，色差变化为棕黄色-棕红色（上部红泥色调相对暗淡、保守）-紫红色（风化壳红泥色调鲜艳明亮、明快）；“梁”、“滨”沙四上顶部礁灰岩区块，不整合面附近色调变化规律一般为灰色调变-黄色调-红色调，色差变化为深灰色-浅灰色-棕黄色（或棕红色）。

实践发现，在风化壳不整合面附近岩屑有时会出现较难清洗的情况，说明极有可能已经进入风化壳残积区，一定要引起重视，不要为了过分追求岩屑实物的表面清洁、清晰而将具有标志性、指向性的风化软红泥胶质体给清洗、破坏出去，从而造成标志物的损失，造成层位判断的失誤。碳酸盐地层岩性成岩性较好，较坚硬、致密，在直接进行颜色、岩性描述时，如果碳酸盐岩岩性不够明了时，可以采集一小部分初步清洗过的岩屑进行二次筛洗，筛洗的方式将干扰岩性判断的成岩性差的部分冲洗、搓洗掉，保留成岩性更好的部分，有助于目的层碳酸盐岩的发现。

五、结论

研究发现，在碳酸盐岩风化壳顶部通常能够见到由于强烈的风化作用产生“鲜艳”红色软泥岩，造成风化壳附近岩石颜色色调色差普遍存在着“突变”（色调由深到浅，色差由浅红到鲜艳红色的变化）特征，其中湿润状态下的颜色变化更加强烈，在地层划分中的指相作用更有效。颜色色调色差“突变”法在风化壳上下岩性识别、界面划分中，作用较为突出、直观，是鉴别岩石、划分和对比地层、分析判断古地理的重要依据之一。

【参考文献】

[1]宋国奇.胜利油区古生界地质特征及油气潜力.武汉：中国地质大学出版社，2000.

[2]李付刚.浅谈色彩中的色调.艺术科技.2016，29（9）.

[3]姜在兴. 沉积学.石油工业出版社.北京.2003.5：7-14、110-112.

[4]李景阳、朱立军、王朝富、樊延章、陈筠.碳酸盐岩风化壳及喀斯特成土作用研究.贵州地质.1996，13（2）：139-145.