Excel函数在元素录井火山岩识别技术上的应用

0 引 言

在松辽盆地北部深层构造单元徐家围子断陷徐中构造带上,发育着国内最大的火山岩储气田,现已探明天然气地质储量超过1 000亿立方米^[1]。徐家围子断陷主要目的层为营城组,主要岩性为火山熔岩和火山碎屑岩两大类,火山熔岩有流纹岩、英安岩、安山岩、玄武安山岩、玄武岩、粗安岩等。火山岩由于矿物成分复杂,岩性种类较多,用常规录井方法识别岩性困难。

随着PDC钻头的应用及气体钻井、大位移井、水平井等钻井新技术的飞速发展,以及油气勘探开发难度的加大,由井底返出的岩屑非常细碎,甚至呈粉末状,因此常规岩屑录井方法对地层岩性难以识别,层位难以判断^[2],给现场岩屑岩性识别带来了极大困难,严重影响了现场火山岩岩性识别和描述,降低了录井资料的质量。这种情况下,元素录井技术得以广泛应用。

元素录井技术是依据岩石不同的组成元素具有不同的X射线荧光能级与波长的关系进行分析,进而计算出元素的含量。该方法尽管不受岩石颗粒大小和结构的限制,但是存在如何通过元素含量进行岩性定名的难题。针对火山岩的识别定名难题,笔者试图通过Microsoft office中Excel函数的强大功能,应用元素录井获取的元素含量数据实现岩性精准定名,解决复杂岩屑岩性识别难的问题,以便于元素录井技术的现场应用和推广。

1 Excel函数在火山岩元素录井中的应用

Excel电子表格不同于文字处理软件制作的表格,它有着强大的数据处理能力,主要体现在其具有丰富的函数,可以说函数是Excel的灵魂,能熟练地使用函数才可以快速高效地处理数据,达到事半功倍的效果^[3]。利用Excel电子表格强大的函数功能,把火山岩元素识别的TAS图板数字化,再结合岩性定名边界条件,建立数学运算公式模型,编制成火山岩元素岩性识别Excel工作表,还可以根据代表性岩屑的差异修正岩性定名阈值。

1.1 火山岩定名TAS图板介绍

火山岩的结晶程度远比深成岩差,矿物含量很难测定,用实际矿物含量进行准确分类也比较困难,因此大多数岩石学家倾向于化学分类。Le Bas等(1986)针对IUGS(国际地质科学联合会)火成岩分类提出了火山岩的TAS(total alkali and silica)分类方案(图1),并被IUGS于1989年推荐,目前已得到广泛应用^[4]。

1.2 TAS图板数字化

TAS图板坐标系包含三角形、四边形等多种判别区域,每一个区域都代表火山岩的一种岩性,每一条边都是一个一次方程,利用线性方程式可以把多边形的每条边都公式数字化(图2)。

TAS图板坐标图板中(图2),已知火山岩各种岩性区域坐标点值,若边界垂直于横坐标轴或纵坐标轴,则可以直接确定岩性定名的阈值范围;若边界非垂直于横、纵坐标轴,则可以利用边界线性方程式y=ax+b计算岩性定名区域的阈值边界范围。本文以苦橄玄武岩、玄武岩、玄武安山岩、粗安岩4种岩石阈值范围为例进行阐述。

1.2.1 苦橄玄武岩阈值范围

苦橄玄武岩判断边界(图2)为:

41<SiO₂≤45,0<(Na₂O+K₂O)≤3

1.2.2 玄武岩阈值范围

玄武岩判断边界(图2)为:

45<SiO₂≤52,0<(Na₂O+K₂O)≤5

1.2.3 玄武安山岩阈值范围

依据边界线性方程式y=ax+b计算玄武安山岩的上边阈值范围(图2)。

玄武安山岩上边边界阈值计算:

解方程组 52a+b=557a+b=5.9

得:a=0.18,b=-4.36

即玄武安山岩上边边界为:

(Na₂O+K₂O)≤0.18SiO₂-4.36

所以,玄武安山岩判断阈值范围为:

52<SiO₂≤57

0<(Na₂O+K₂O)≤0.18SiO₂-4.36

1.2.4 粗安岩阈值范围

依据边界线性方程式y=ax+b计算粗安岩的四边阈值范围(图2)。

粗安岩左边边界阈值计算:

解方程组 9.3a+b=535.9a+b=57

得:a=-1.1765,b=63.941 2

即粗安岩左边边界为:

SiO₂>-1.1765(Na₂O+K₂O)+63.941 2

粗安岩上边阈值计算:

解方程组 53a+b=9.357.6a+b=11.7

得:a=0.521 7,b=-18.349 9

即粗安岩上边边界为:

(Na₂O+K₂O)≤0.521 7SiO₂-18.349 9

粗安岩右边阈值计算:

解方程组 11.7a+b=57.67a+b=63

得:a=-1.148 9,b=71.042 6

即粗安岩右边边界为:

SiO₂≤-1.148 9(Na₂O+K₂O)+71.042 6

粗安岩下边阈值计算:

解方程组 57a+b=5.963a+b=7

得:a=0.183 3,b=-4.547 9

即粗安岩下边边界为:

(Na₂O+K₂O)>0.183 3SiO₂-4.547 9

所以,粗安岩阈值边界范围为:

-1.176 5(Na₂O+K₂O)+63.941 2<SiO₂≤-1.148 9(Na₂O+K₂O)+71.042 6

0.183 3SiO₂-4.547 9<(Na₂O+K₂O)≤0.521 7SiO₂-18.349 9

1.3 火山岩元素岩性识别电子表格处理

计算出TAS图板的岩性定名阈值边界范围后,利用Excel电子表格的函数功能编制成元素岩性识别数据表,每一种岩性定名都用已得公式边界条件进行筛选确定,对元素录井数据进行自动运算识别火山岩岩性。

1.3.1 电子表格IF、AND函数

利用Excel的AND函数把筛选条件进行组合,利用IF函数进行条件选择判断,编制常见火山岩的Excel函数岩性定名表(图3)。其Excel函数模型运算公式如下:

玄武岩 = IF(AND(45<C2,C2<=52,0<E2,E2<=5),"玄武岩","")。

粗面玄武岩 = IF(AND(C2>1.913*E2+35.435,C2<=-1.130 4*E2+57.652 2,E2>5,E2<=7.3),"粗面玄武岩","")。

玄武安山岩 = IF(AND(52<C2,C2<=57,0<E2,E2<=0.18*C2-4.36),"玄武安山岩","")。

安山岩 = IF(AND(57<C2,C2<=63,0<E2,E2<=0.183 3*C2-4.5479),"安山岩","")。

玄武粗安岩 = IF(AND(C3>-1.130 4*E3+57.652,C3<=-1.1765*E3+63.941 2,E3>0.18*C3-4.36,E3<=1.8*C3-81.6),"玄武粗安岩","")。

粗安岩 = IF(AND(C2>-1.176 5*E2+63.941 2,C2<=-1.1489*E2+71.042 6,E2>0.183 3*C2-4.547 9,E2<=0.5217*C2-18.349 9),"粗安岩","")。

英安岩 = IF(AND(63<C2,C2<=-1*E2+77,0<E2,E2<=0.167*C2-3.521),"英安岩","")。

流纹岩 = IF(AND(C2>69,C2>-1*E2+77,E2>-1*C2+77),"流纹岩","")。

1.3.2 CONCATENATE函数

利用Excel的CONCATENATE函数,把火山岩经过条件筛选的岩性定名合并到同一列里,完成TAS图板火山岩岩性定名(图3),例如:

井深3 221 mTAS图板定名为流纹岩,函数模型运算公式:

火山岩岩性定名 = CONCATENATE(F2,G2,H2,I2,J2,K2,L2,M2)。

2 现场应用实例及效果

对松辽盆地北部7口井1200多个火山岩岩屑或岩心样品元素录井数据进行分析实验,用Excel函数运算模型公式分析的结果与岩石薄片观察分析的结论吻合较好,岩性定名符合率达到96%以上(表3、表4、图4、图5)。

由此可见,将TAS图板进行Excel函数模型公式化,既可以快速处理火山岩元素录井数据,还可以根据有代表性岩屑的差异对岩性定名的阈值及时进行修正,岩性识别处理自动化,操作快捷方便,从而实现了元素数据单质和氧化物转换、岩性识别、成图数据及上交资料的一键生成,岩性精确定名,应用效果明显。

3 结 论

用Excel函数功能,建立元素录井岩性定名TAS图板的数字化运算模型,形成了一套Excel定名判断运算数字化公式,编制了Excel火山岩元素岩性识别定名电子表格,在实际应用中操作简单,方便、快速、准确定名岩性,提升了元素录井技术用于火山岩岩性分析、识别、定名的效率,适应了钻井新技术的发展,为石油天然气勘探提速、提效、提质提供了一项新的技术支持。

(编辑 姜萍)

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参考文献

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[1]	黄薇,邵红梅,赵海玲,等. 松辽盆地北部徐深气田营城组火山岩储层特征 [J]. 石油学报,2006,27(增刊1):47-51. [本文引用: 1]      HUANG Wei,SHAO Hongmei,ZHAO Hailing,et al. Characteristics of Yingcheng formation's volcanic reservoir in Xushen gas field in northern Songliao Basin [J]. Acta Petrolei Sinica,2006,27(S1):47-51. [本文引用: 1]
[2]	李一超,李春山,何国贤. X射线荧光分析在岩屑录井中的应用 [J]. 岩石矿物学杂志,2009,28(1):58-68. [本文引用: 1]      LI Yichao,LI Chunshan,HE Guoxian. The application of XRF analysis to logging [J]. Acta Petrologica Et Mineralogica,2009,28(1):58-68. [本文引用: 1]
[3]	罗颖. 以案例为导向的EXCEL2010中函数教学研究 [J]. 山东工业技术,2019(21):234-235. [本文引用: 1]      LUO Ying. Case-oriented study on function teaching in EXCEL2010 [J]. Shandong Industry Technology,2019(21):234-235. [本文引用: 1]
[4]	徐夕生,邱检生. 火成岩岩石学[M]. 北京:科学出版社,2010. [本文引用: 1]      XU Xisheng,QIU Jiansheng.Igneous petrology[M]. Beijing:Science Press,2010. [本文引用: 1]