利用自然伽马能谱测井定量计算粘土矿物成分方法初探

1、利用自然伽马能谱测井定量计算粘土矿物成分方法初探3(石油勘探开发研究院廊坊分院)石强摘要石 强. 利用自然伽马能谱测井定量计算粘土矿物成分方法初探. 测井技术, 1998, 22 (5) : 349 352根据自然伽马能谱测井应用现状, 综合分析自然伽马能谱测井中粘土矿物特征值, 对原定性解释图版进行解 剖。在理论计算与实际资料标定相结合的基础上, 总结出各种粘土矿物成分与自然伽马能谱测井之间的关系, 进行了粘土矿物成分定量计算的初步探讨。主题词: 自然伽马能谱测井粘土矿物定量计算图版a bstractsh i q ian g. pre l im ina ry in ve st iga t i

2、on on quan t ita t ive ana ly s is of the com po s it ion of c la y1998, 22 (5) : 349 352m in era ls u s in g ngs l og. w l t,a cco rd in g to th e cu r ren t app lica t io n sta tu s o f n gs lo g, th e qu a lita t ive an a ly sis ch a r t is im 2p ro ved af te r an a ly sin g th e ch a rac te r is

3、t ic va lu e s f rom n gs lo g. com b in in g th e th eo re t ica l com p u2 ta t io n w ith th e an a ly sis o f ac tu a l da ta, th e re la t io n b e tw een th e com po sit io n va r ia t io n o f c lay m in2 e ra ls an d n gs lo g is summ a r ized. a n ew qu an t ita t ive an a ly sis ch a r t i

4、s g iven to ca lcu la te th e c lay m in e ra lo g ica l com po sit io n.subjec t term s:qu an t ita t ive an a ly2n a tu ra l gamm a ray sp ec t rom e t ry lo gsisch a r tc lay m in e ra l引言当今利用自然伽马能谱测井确定粘土矿物的方法最普遍的是斯伦贝谢公司粘土矿物分析图版 ( 见图 1)及自然伽马能谱测井与岩性密度交会等定性分析图 版, 但却只能指示资料点是以哪种矿物成分为主。基于此, 本文根据各粘土矿物测

5、井特征, 结合大量实际分析化验资料, 进行了粘土矿物成分定量计算的尝试。粘土矿物测井特征表 1 是几种常见粘土矿物测井特征值。 在综合分 析 各种数值后归纳出了基本与图1 相 符 合 的 各 特 征图 1 粘土矿物分析图版表 1 粘土矿物测井特征值铀含量m gk g- 1钍含量m gk g- 1名 称分子式钾含量%t h k体积密度gcm 3p ea l4s i4o 10 (o h ) 8(0 0. 5) 0. 63(2. 4 2. 7) 2. 64高岭石4. 4 76 1911 301. 83(c an a) 7 (a l,m g, f e) 44. 3 7. 7 0. 8 2 (0 1.

6、5) 0. 22 3. 7 8. 7 (2 2. 5) 2. 35 2. 04蒙脱石 (s i2a l) 4o 20 (o h ) 4 (h 2o ) n k 1- 1. 5a l4 (s i7- 6, 5a l1- 1, 5)8. 7 12. 4 10 25 (3. 51 8. 31) 5. 2 1. 7 3. 5伊利石2. 7 2. 93. 45 o 20 (o h ) 4 伊蒙混层2. 8 18. 50. 19 0. 44(m g, f e, a l) 4 (s i2a l) 417. 4 36. 2 0 8 (0 0. 3) 0. 2 11 30绿泥石2. 766. 3 o 10 (o

7、 h ) 8 值。需要特别指出的是, 蒙脱石的钍含量各种记载基本是 14 24 m gk g 左右, 与图 1 有很大矛盾, 本文根据 其 t h k 比值与钾含量值计算约为 018 2 m gk g。粘土矿物定量计算基础表 1 所示伊利石具有明显的高钾特征, 其钾含量 约为其它矿物的十倍乃至几十倍。 伊利石含量较小的 变化会引起自然伽马能谱测井中钾含量的大幅度提 高。高岭石具有明显高钍低钾特点 (由于绿泥石矿物测 井响应特征与高岭石非常接近, 故测井计算高岭石中 包括绿泥石成分) , 高岭石含量的变化会引起钍较大的 变化。地层中粘土矿物若为单一矿物高岭石或伊利石, 测井资料点应落在图 1 所

8、示两个区域内; 粘土矿物若 为高岭石和伊利石两种矿物, 随着两种矿物成分的变 化, 其钾、钍含量随之变化, 资料点将向中间过渡区域 移动。 蒙脱石为低钾低钍测井响应特征, 分布区域很 小, 其含量变化对测井响应值影响很小。 因此, 3 种主 要粘土矿物在测井响应中区别明显, 利用图 1 所示图 版定量求取粘土矿物成分具备必要的理论依据。据实际资料, 自然伽马能谱钾、钍值与主要粘土矿 物之间显示出以下特征:1.钾与伊利石具有较强的相关性, 特别是钾在1% 3% 区间内近似呈线性正相关; 钾与高岭石之间 相关性较弱, 当钾在 0% 115% 区间内有逆相关性,钾含量增加, 高岭石减少; 在钾大于

9、2% 以上呈线性无 关 (见图 2)。2. 钍与高岭石相关性较弱, 但分析钍大于 6 m gk g 区间值, 有弱线性正相关; 钍与伊利石关系有双重 性。伊利石含量大于 30% 时, 二者呈近似线性正相关;当伊利石含量小于 30% 时, 二者呈逆相关 (见图 3)。图 2钾2伊利石、高岭石相关趋势图钍2伊利石、高岭石相关趋势图图 3第 22 卷第 5 期石强: 利用自然伽马能谱测井定量计算粘土矿物成分方法初探351解释图版的建立及应用方法分析上述钾、钍与各主要粘矿物之间相关性可看出单条谱线粘土矿物的相关性都较弱, 图中料点比较分散, 很难利用单条曲进行某一种矿物计算。 因此本文上述特征分析的基

10、础上, 结合实资料标定, 在原定性分析图版上立了伊高 ( 高伊) 转化百分线利石线、高岭石线 3 组曲线交会,现定量计算粘土矿物成分的目解释图版见图 4。1.伊高 (高伊) 转化百分图 1 中利用 t h k 值将图版分出代表不同粘土矿物的几个特区域, 但实际地层中粘土矿物的化多是一个连续变化过程。 假设层 为 伊 利 石 与 高 岭 石 两 种 矿 物成, 伊利石含量逐渐增加则高岭图 4 粘土矿物定量计算解释图版相对减少, 反映在自然伽马能谱线中, k 含量逐渐增大, t h k 值逐渐减少; 反之, k 含量逐渐减少, t h k 值将会逐渐增大。 因此, 图 1 中的 区域线仅是某种矿物

11、达到一定量的标志。自蒙脱石的钾含量最大值至纯伊利石的最小110 310 之间, 随伊利石含量的增加钾含量近似为性增加, 将其划分为 10 等份作为伊利石线来代表伊为了使各种矿物互为联系, 本文首先将 t h k值石含量由 0 向百分之百增加的过程。的 210 28 区间量化为 0% 100% 共 10 等份, 建立伊高 (高伊) 转化百分线, 代表伊利石每减少 1% , 相 应高岭石增加 1% , 以此表示由一种矿物向另一种矿物逐渐转变的过程。此线主要根据理论计算, 伊利石和高岭石的伊高另根据资料点所示趋势, 伊利石线与理论分析致相同, 伊利石含量较大时基本呈线性关系, 伊利石量较小时, 伊利

12、石线为非线性变化。3.高岭石线高岭石粘土矿物没有类似伊利石独特的高钾( 高伊) 转化百分线的 0 线分别取伊利石 t h k值 210 和高岭石 t h k 的最大值 28。2.伊利石线伊利石在自然伽马能谱测井中具有独特高钾特 征, 受其它矿物影响很小, 与其它矿物相比较易区分。表 1 中 伊 利 石 测 井 响 应 值 钾 含 量 为 3151%8131% , 伊利石含量为百分之百时, 其钾含量至少在3151% 以上。 而图 1 中伊利石区域包括了 t h k 值210 315 整个范围, 显然将伊利石范围扩大化。 本文最小征, 其变化线的建立主要依据钍含量较高及钾含量低。因伊利石也有较高钍

13、含量, 高岭石计算会受到伊石的影响, 因此高岭石线的建立主要由实际资料标图版计算方法根据各矿物在图 4 中的位置, 粘土矿物成分计过程如下:因伊利石特征明显, 计算时首先计算伊利石含在图 4 中纯伊利石分布于图的左上角, 其变化趋势认为仅钾含量至少大于 315% 且 t h k值为 210 315表 2 误差统计表伊利石线百分数增加, 其二伊高转化百分线值增加。因此伊利石线和伊利石的伊高 (高伊) 转化百分线值 可分别反映伊利石矿物成分的变化程度, 二者共同效 应才能够真正代表伊利石含量。伊利石相对含量具体计算过程为: 首先读出资料 点 落在伊利石线的百分数, 再读伊利石的伊高 ( 高伊) 转

14、化百分线值, 故二者之积为伊利石的百分含量。 高岭石含量为高岭石线的百分数与高伊转化百分线值之积。计算出伊利石及高岭石百分含量之后, 利用高岭 石、伊利石、蒙脱石 ( 伊蒙混层) 为地层中主要粘土矿物, 三者之和约为百分之百, 计算出蒙脱石含量 ( 内含 伊蒙混层)。注意, 计算过程中最好预先根据当地实测资料了 解泥岩中粘土矿物组成, 如果是仅有伊利石和高岭石(或蒙脱石) 两种矿物组成, 则只用伊利石线计算, 以减 少计算误差。 如果有两种以上矿物则需要伊利石线和 高岭石线同时应用。其相对误差小于 20% ; 相对含量小于 10% 的组分, 其相对误差必须小于 50% 。利用 230 块分析化

15、验样品验证计算结果, 71% 以上可以达到 x 2衍射专业标准。表 2 是我国西部某 2 个油田 2 口井的对比结果, 可以看到除极少数粘土矿物含量较低的样品相对误差较大外, 其它都吻合较好。结束语由于泥岩中粘土矿物成分复杂, 粘土矿物成分定量计算十分困难, 加之自然伽马能谱测井标准化工作及环境影响, 实际应用时可能会有较大误差, 此时应注意对测井资料进行质量分析和环境校正。另外, 本方法建立基础部分为实际资料标定, 可能会带有地区局限性, 须进一步完善。参 考 文 献曾文冲, 欧阳健, 等. 测井地质分析与油气评价. 北京: 石 工业出版社, 1987 年 6 月赵杏媛, 张有喻. 粘土矿物

16、与粘土矿物分析. 北京: 海洋出社, 1990 年 5 月德莱赛公司. 测井解释 (图版集). 1985 年 测井地质学在油气勘探中的应用 ( 译文集). 北京: 石油工 出版社, 1991 年 3 月(收稿日期: 1998203205 本文编辑 缪文芳)12图版精度分析由于粘土矿物成分多变, 其骨架值不易确定, 因此 利用何种方法都不可避免较大误差。即使利用 x 2衍射 分析化验, 其专业标准规定, 相对含量大于 50% 的组 分, 其相对误差小于 10% ; 相对含量小于 20% 的组分,34井 号深度m能谱测井伊利石%高岭石%蒙脱石%t hkt h k分析值测井值误差分析值测井值误差分析

17、值测井值误差m 1 井2379. 12382. 02466. 42467. 42482. 42556. 02560. 31091514. 513 20 201. 41. 31. 651. 32. 00. 20. 16. 96. 929. 111. 26. 5 100 200101329112611171524. 5153000701515. 336. 415 262548565099923227. 5545746. 5100100231012. 51. 8718. 764622333240748. 957. 521. 53023. 50023. 67. 26. 59. 12. 1sl 1 井5856. 05886. 06108. 06286. 96297. 06305