确定油田钻井岩心原始方位的古地磁学方法探讨

1、文章编号: 100926248 (2003) 0420079205确定油田钻井岩心原始方位的古地磁学方法探讨杨斌谊1 , 龚建军2 , 陈建军1(11 西北大学地质系, 陕西 西安710069; 21 陕西省煤田地质局 194 队, 陕西 铜川727000)摘 要: 通过对南泥湾油田钻井岩心部分样品的古地磁学实验分析, 表明可以提取并分离岩石在不同地质历史时期所获得的剩磁组分, 即次生粘滞剩磁分量 (低温分量) 与原生沉积剩磁分量 (高温分量)。经 分析可知, 采用以低温分量拟合结果为主, 并辅以高温分量拟合结果的方法可以很好的确定钻井岩心原 始方位, 从而对油田的进一步勘探开发有裨益。关键词

2、: 南泥湾油田; 钻井岩心; 剩磁分量; 古地磁学; 原始方位恢复; z ijde rve ld 图中图分类号: p 618113, p 63112文献标识码: a古地磁学是利用岩石记录的磁性对地质问题进行研究, 在许多领域 (板块构造、地层学、古气候、 第四纪研究等) 内已取得了重要的成就。近年来, 许 多学者积极探讨古地磁学方法在石油天然气勘探与 开发中的应用, 取得了一定的进展, 充分展示了古地磁学的学科优势1 6 。 油田实际工作中的钻井岩心通常为非定向岩心, 如何对岩心实施定向已成为获取地下丰富地质 信息的有效手段之一。 许多学者在如何准确对钻井 岩心实施定向方面做了积极的尝试2 6

3、 , 本文通过对南泥湾油田部分样品的古地磁学实验分析, 探讨 了岩石磁学方法在恢复钻井岩心原始方位中的应 用, 取得了一些新认识。于鄂尔多斯盆地稳定的华北克拉通构造单元东部,区域构造为鄂尔多斯不对称大向斜宽缓的东翼、 西 倾平缓的大单斜。本次采样于南泥湾油田近期所钻的探井岩心中进行, 其层位主要集中于长1 中部, 岩性主要为一套6暗色泥岩夹浅灰色粉细砂岩, 深度约 500 600 m ,为退水后水下分流河道和河道间泥质沉积序列。 采 样考虑了区域性与局部性相结合的特点, 岩性主要 为细粒、 中细粒砂岩, 选取位于西区的岳屯区、 松 树林区及刘台区的 7 口井, 这些井在空间上具一定的分散性和连

4、续性, 适合本次研究的目的,用w 1、w 2、w 3、w 4、w 5、w 6、w 7 分别代表 7 口井。将岩心手标本加工成 222cm 3 规格的适于 仪器测量的样品, 切割时, 同一块岩心标本的所有样品均在横截面顶面划上统一标志线, 确切标好每 块样品的相对位置及标志线方向。为避免随机误差、 人为误差, 每块岩心加工样 品 4 20 块, 共加工岩心样品 74 块。本次对所采部分样品使用m t t 热退磁仪进行 了热退磁处理, 剩磁强度的测量使用了 2g 三轴低温 超 导 磁 力 仪 , 其 测 试 灵 敏 度 为 1 1 0- 8 s i, 实 验样品采集与加工1南泥湾油田是八十年代投入

5、勘探开发的小型油田, 其主力开发层系为上三叠统延长组长 6 油层组。 上三叠统延长组是在鄂尔多斯盆地拗陷持续发展和 稳定沉降过程中堆积的以河流2湖泊相为特征的陆 源碎屑岩系。研究区 (东经 10918、北纬 3614) 位收稿日期:基金项目:作者简介:2003205225; 修回日期: 2003208209国家自然科学基金资助项目 (项目编号 49525406)杨斌谊 (19742) , 男, 陕西长安人, 西北大学博士生, 主要从事石油地质与勘探研究。精度足以满足测试需要。通过对所有样品的退磁特征分析, 并采用 212中所述方法对数据做了处理。 样品坐标系下所有退 磁样品的 z ijde r

6、ve ld 矢量图 (图 1) 及剩磁强度图具以下退磁特征:(1) 在大部分样品中, 发现两个或两个以上的 分量。当退磁温度达到 150 250 o c 时, 低温分量即 可完全分离出来, 此时 z 氏图剩磁强度变化曲线会 出现一个拐点, 拐点以前的点可线性拟合为一条直 线, 即低温分量, 拐点以后, 可拟合为另一条直线, 即高温分量, 拐点即低温分量的解阻温度。( 2) 当达到低温分量的解阻温度 ( 150 2502 钻井岩心原始方位恢复211定向原理古地磁学通常用如下原理来准确地恢复钻井岩 心的原始方位2, 3 : 岩心的粘滞剩磁分量方向与现代 地磁场方向从统计意义上来说是一致的; 岩心的

7、高 温剩磁分量方向与岩石形成时地磁场方向是一致 的 。通过提取与分离次生的粘滞剩磁分量 ( 低温分 量) 与原生的沉积剩磁分量 (高温分量) 的方法即可获得钻井岩心原始方位。 粘滞剩磁是在长期地质历史时期中, 于较低的温度阶段 (通常小于 150 o c ) 获得的剩磁, 其稳定性 较差, 故可在低温阶段退去; 沉积剩磁则是在沉积与成岩作用过程中形成的, 比较稳定, 它准确的记 录了岩石形成时期当地的地磁场方向, 在高温阶段方可退去。 故通过逐步热退磁实验可分别获得两组剩磁分量组平均方向。212方法o c )时, 剩磁强度减少了 20% 50% , 即低温分量占天然原生剩磁的 20% 50%

8、, 说明了粘滞剩磁对原生剩磁的叠加、 改造及影响是比较明显的。( 3) 岩心的剩磁强度在 150 400 o c , 剩磁强度 有较大的减少, 说明岩心可能含有具较低解阻温度 的磁性矿物, 如磁黄铁矿、 钛磁铁矿、 针铁矿和菱铁矿等。(4) 逐步退磁达到高温阶段时, 部分样品剩磁 强度变化较大, 跳动较厉害, 表明了热退磁过程后 期伴随有氧化作用的发生, 可能有赤铁矿的生成。( 5) 当岩心样品退磁到 400 450 o c 时, 高温分 量部分的强度已经非常小了, 说明磁铁矿 (解阻温 度 575 o c ) 的含量相对要低一些。在 580 o c 磁性几乎 全部被退掉, 说明缺少赤铁矿。对

9、w 1 井所有退磁样品的低温分量进行矢量拟因所采样品均位于 500 600 m深, 其温度一般比较低 (远小于 150 o c ) ,在长期微弱的地磁场的作用下, 易获得粘滞剩磁, 故选取了 n rm 150 o c的温度段作为低温分量拟合对象, 通过逐步的矢量 合成分离出各点的剩磁低温分量, 将其方向投影到z ijde rve ld 矢量图上, 采用 k ir sch v in k 主分量分析 法找出几个主分量进行线性拟和即可获得低温分量, 然后对同一个采点内的所有样品的低温分量进合可知各个样品的低温分量方向,然后对w 1 井所有样品的低温分量进行标准的 f ish e r 方法统计, 得到

10、w 1 井岩心低温分量 (l t c ) 的组平均方向。表 1给出了样品坐标系下的w 1 井低温分量 (l t c ) 的组 平均方向。经同样处理, w 1 井高温分量 (h t c ) 的拟合结 果为磁偏角 34715, 磁倾角 7419, 而该区三叠纪古地磁极偏角为 32917, 磁倾角为 43168 , 说明了三 叠纪至今岩层可能受到后期构造作用的影响, 或者 受到了后期形成的解组温度较高的次生剩磁的叠加行标准的 f ish e r 方法统计,或者用特征分量与有限制点的重磁化大圆弧交会法处理, 得到低温分量的组平均方向。高温分量的温度段一般选取 400 580o c ,拟合方法与低温分量

11、相同。 计算过程中使用了e n k in 编制的程序7 。严格选取低温温度段的剩磁分量是正确分离次 生粘滞剩磁的前提, 为达到分离低温分量目的, 在低温阶段退磁间隔设定为 20 30 o c , 在 150 o c 以上 改为间隔 50 o c , 到最后又适当加多温度段的设定。本次退磁温度设定为 n rm 、50 o c、80 o c、100 o c、120 o c、150 o c、200 o c、250 o c、300 o c、400 o c、450o c、 500 o c、 550 o c、 565 o c、 580 o c、 620 o c。213实验结果分析影响,其高温分量 d s

12、与当时极偏角有一较小夹角,可得岩心标志线的方位需逆时针转 1718, 即高温分量确定的岩心标志线方位 34212与低温分量确 定 的岩心标志线方位 35314做了对比, 一致性良 好。第 36 卷第 4 期杨斌谊等:确定油田钻井岩心原始方位的古地磁学方法探讨81图 1 w 1 井部分样品 z ijde rve ld 矢量图与剩磁强度图f ig11 t h e d iag ram o f z ijde rve ld vec to r and th e rem anen t com po nen t in ten sity f rom som e sam p le s o f w l2w e ll

13、 磁倾角; 磁偏角表 1 w 1 井低温分量统计结果t ab 11tem p e ra tu re com po nen t in g1 w e llt h e sta t ist ic re su lt o f low样品号w 121w 123w 125w 126w 127w 129w 1211w 1 井磁偏角 (d s)磁倾角 ( is)3321457193561063111831458195111671135210661531146012621473116166518对w 2、w 3、w 5 井分析表明,3 个井的部分样小于 15 为 a , 15 30 为 b ,30 以上为 c。品低

14、温分量拟合效果较好, 部分样品低温剩磁强度跳动较大, 可能为在较低温度下矿物之间的转变形 成的新的铁磁性矿物所致。 同时w 2 井与w 3 井剩 磁强度图尾部跳动也较厉害, 说明有新的解组温度较高的铁磁性矿物的生成, 如针铁矿和纤铁矿的脱 水以及含铁镁矿物的碎屑颗粒在成岩过程中的分解 作用形成的赤铁矿及磁赤铁矿等等。w 5 井剩磁强 度变化规律与w 1 井相似, 其低温分量拟合效果相 对较好, 高温分量拟合效果相对差一些。对 w 4 井分析表明, 该井矢量合成方向较差, z ijde rve ld 图解反映出多组分分量, 高温阶段剩磁强 度图曲线跳动较大, 对明显的异常 (可能是高温氧 化形成

15、赤铁矿所致) 予以了剔除, 用特征分量与有 限制点的重磁化大圆弧交会法对其低温分量与高温 分量分别进行了处理, 因该井低温分量的可信度较 差, 故用高温分量对岩心进行了定向 (与当时三叠 纪的极偏角和所在地的磁倾角作对比)。表 2 反映出低温剩磁分量的拟合结果明显优于高温剩磁分量, 故本文主要以低温分量拟合结果为 主要依据, 并辅以高温分量拟合结果对钻井岩心实 施定向。 对于拟合程度良好的岩心用低温分量与高温 分量共同进行定向 ( 两者最终结果一致性应较 好) , 拟合较差的则根据低温分量与高温分量的相对 精度选择所用方法。经分析认为, 高温分量易受后期多种因素影响(如次生化学剩磁的影响) ,

16、 且较难确定其是否为原 生沉积剩磁, 需通过各种检验来验证分析 (如褶皱 检验等) , 而低温分量则很少受到热剩磁及化学剩磁 的影响, 简单可靠, 若与高温分量结合使用则可获 得较好效果。最后采用 k ir sch v in k 程序对岩心坐标系投影 结果进行了方向和倾向校对。 标本自然产状 (走向a , 倾角 b )、地层产状 (走向 s, 倾角 d ) 初始值均赋 0 值,调整 a 和 b 的值,使低温分量方向指向地对w 6、w 7 井做相同的分析处理,主要考虑了理北, 倾角等于采样地地磁场的倾角, 那么调整后的a 值即为岩心原始方位 (标志线方向) , b 值为岩 心倾角。因采样地点的地

17、磁场倾角为 5518, 即对样高温氧化作用及因矿物之间的转化引起的磁异常等因素的影响。表 2 给出了所有井的矢量合成结果, 并 指示了可信度级别, 依据矢量拟合程度与所用方法品在进行主分量分析的同时,先调整 b 值使低温分量的倾角为 5518, 然后在调整 a 值使低温分量的方向指向正北, 则 a 值就是标志线的真方向。表 2 南泥湾钻井岩心剩磁组分矢量合成结果t ab 12 t h e re su lt o f th e rem anen t com po nen t vec to r o f n ann iw an d r illing co re研 究 区 各 个 井 最 终 定 向 结

18、 果 依 次 为:w 1 为35314,为 11018,为 6819,为w 2w 3w 4l t c 组平均方向h t c 组平均方向28418, w 5 为 19011, w 6 为 22414, w 7 为 348。其中, w 1、w 5、w 6、w 7 拟合效果最好, w 2、w 3井位偏角 d s倾角 is可信度偏角 d s倾角 is可信度w 1w 2w 3w 4w 5w 661624912291111061316919135166518- 5318- 5519- 01363106717a b b b aa347152111723910441918317141157419- 6218-

19、 7712- 611870186316b b c c bb次之, w 4 最差。油田实际工作中,应注意采用可信度较高的井的定向结果, 剔除可信度低的结果, 并注意从样品的数量及井的数量上保证研究的精度。 综合以上分析有, 采用提取低温剩磁分量 (次 生的粘滞剩磁) 的方法来恢复钻井岩心原始方位具 有理论上的合理性, 实践上的可操作性, 且预测的 准确性高, 而高温分量则包括沉积时形成的原生剩磁及其后形成的具高的解组温度的剩磁组分, 影响 w 7 1210 6814 a 35110 6416 a 及置信圆大小等因素综合考虑,a 、b、c 分别代表可信度高、中、低, 其标准主要采用了 95 参数:

20、 95第 36 卷 第 4 期杨斌谊等: 确定油田钻井岩心原始方位的古地磁学方法探讨83因素较多, 提取比较困难, 所以要用提取 d rm (原生剩磁) 的方法来恢复岩心原始方位难度较大, 不 宜实行, 可以作为辅助手段提供一些必要的信息。 在测定了岩心的原始方位之后, 则可以利用岩 心中的有用信息 (如裂缝方位及由裂缝方位推断地应力的分布等) 为油田进一步的勘探开发有所裨益。数量, 从统计意义上保证研究的进一步深入, 可以为油田勘探开发提供更为详尽可靠的地质信息。参考文献:t a r ling d h 1m agne t ism p r inc ip le s and app lica t

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23、 少, 简单可靠, 为恢复钻井岩心原始方位的最佳方 法。 高温分量影响因素较多, 可作为辅助因素, 与 低温分量结合使用对岩心实施定向。(3) 采用古地磁学方法对钻井岩心进行原始方 位恢复具有理论上的合理性, 实践上的可操作性, 且 预测的准确性高, 成本低。 适当加密区内钻井岩心3456的应用j 1 地质力学学报,1999, 5 (1) : 902961e nk in r j 1t h e d irec t io n2co r rec t io n te st fo r p a leo 2m agne t ism j , in: h is p hd t h e sis, u n ive r

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25、0069, c h in a;21 194 team of sh a a n x i coa l g eology b u rea , t on g ch u a n , c h in a )a bstra c t: p a leom agn e t ic stu dy o f d r illin g co re s in n an n iw an o il f ie ld show s th a t it is an effec t ive w ay too b ta in th e o r ien ta t io n o f d r illin g co re s b y p ick in g up an d ap a r t in g tw o p a leom agn e t ic rem n an t com po n en t s, th e low e r tem p e ra tu re