論巖石顏色色調色差在碳酸鹽巖風化殼識別中的重要性

劉海軍

【摘 要】碳酸鹽巖儲集體是油氣聚集、儲存的重要場所，在有利的構造位置能夠聚集成藏，是油氣勘探開發中重要研究對象之一。在碳酸鹽巖儲集體頂部往往存在較長的沉積間斷，上下地層呈角度不整合接觸，長期的沉積間斷造成風化作用強烈，從而在碳酸鹽巖地層頂部產生復雜的風化殼，風化殼帶孔洞、裂縫發育，是比較敏感的漏失帶。在鉆井施工中需要準確判斷識別出風化殼頂界深度，為鉆井施工提供安全保障。實踐發現，風化殼界面附近巖石（巖屑）顏色色調色普遍差存在較大“突變”，巖石在濕潤狀態下（濕巖屑）的顏色變化更鮮明。利用巖石顏色色調色差變化法能夠快速有效的識別出風化殼地層界限，

是鑒別巖石、劃分和對比地層、分析判斷古地理的重要依據。

【關鍵詞】風化殼；紅土層；色調；色差；礁灰巖；古潛山；軟紅泥

近年，隨著勝利油區油氣勘探開發的不斷深入，各種類型的碳酸鹽巖儲集體逐漸成為開發重點，尤以濟陽坳陷東營凹陷高青-平南斷裂帶“梁”和尚店-平方王潛山披覆構造帶“濱”、惠民凹陷里則鎮洼陷北部斷裂帶“濱”等沙四上礁灰巖油氣藏及高青花古區塊、草古區塊下古生界碳酸鹽巖古潛山油氣藏等儲集體為重點勘探方向。

“梁”、“濱”區塊主要研究對象為沙四上頂部礁灰巖儲集體，上覆沙三段巖性以泥巖為主，為良好區域蓋層。花古區塊下古潛山主要研究對象為石炭-二疊系地層直接覆蓋在下古生界地層之上形成的正常沉積層序類型潛山。草古區塊古潛山主要研究對象為第三系地層直接覆蓋在下古生界地層之上形成的非正常沉積層序類型潛山。儲集體頂部產生孔洞、裂縫發育的風化殼（帶），進入碳酸鹽巖風化殼地層易發生惡性井漏，鉆達古潛山界面附近，如何及時準確判別潛山風化殼頂界位置并下入技術套管是施工的重點。[1]通過長期實踐和調查研究，發現潛山風化殼附近巖石顏色色調普遍存在著“突變（或色差）”。

一、巖石顏色色調色差概念

顏色色調是指巖石反射的光線中以哪種波長占優勢來決定的，不同波長產生不同顏色的感覺，即指巖石顏色的偏向度、傾向性，如偏紅、偏綠、偏白、偏灰等。色調是顏色的重要的特征，它決定了顏色本質的根本特征。[2]

顏色色差是指巖性識別判斷中，巖石顏色大體上保持一致，僅存在細微處的差別。比如紅色有棕紅色、紫紅色、肉紅色。顏色上有差別就會產生色差。[2]

二、沉積巖顏色的決定因素

沉積巖的顏色主要取決于巖石的礦物成分，即取決于巖石中所含的染色物質（即常說的色素）的成分和數量。

灰色、深灰色、黑色：多數情況下，巖石由灰色-深灰色-黑色的逐步變化，是由于存在有機質（腐殖型甘酪根-碳質、腐泥型干酪根-瀝青質）或者分散狀的硫化鐵（主要是黃鐵礦）從而造成的。巖石的顏色通常隨著有機質含量的增加而變深。

紅色、棕色、黃色：這些顏色通常由于巖石中含有鐵的氧化物、氫氧化物或鉀長石染色的結果，主要是赤鐵礦、褐鐵礦等。

綠色：綠色多數是由于巖石中含有低價鐵（二價鐵離子）的礦物所致，如：海綠石、綠泥石等；少量是由于含銅的化合物所致，如：因含孔雀石而呈鮮艷的綠色。若是自生色，綠色一般反映弱氧化或弱還原環境。除自生礦物外，碎屑巖的綠色有時由于含有綠色的碎屑礦物所致，如：角閃石、綠泥石、陽起石、綠簾石等；而泥質巖的綠色還常因含伊利石而造成。[3]

白色：有的巖石含有石英或者方解石等礦物特別多，看上去是白色的。

三、碳酸鹽巖風化殼形成機理及顏色變化特征

風化殼是地殼表層巖石風化的結果，除一部分溶解物質流失以外，其碎屑殘余物質和新生成的化學殘余物質大都殘留在原來巖石的表層。這個由風化殘余物質組成的地表巖石的表層部分（或者說已風化了的地表巖石的表層部分），就稱為風化殼（帶）。[3]

研究發現，碳酸鹽巖潛山風化殼在風化作用的最后階段不穩定的可移動的元素都被雨水帶走，主要剩下了鐵鋁氧化物和極少部分的二氧化硅等穩定成分，它們呈膠體狀態在原地形成鋁土礦、褐鐵礦等堆積，形成了一種紅色疏松的鐵質、鋁土質土壤，俗稱紅土層[4]。根據古潛山頂風化殼風化沉積特征及不整合接觸沉積間斷機理分析，理論上只要是存才較大的沉積間斷，存在較長的風化剝蝕期，一定會在風化殼表面形成橫向厚度不等風化殘積物，形成潛山界面附近上下巖層的顏色、巖性突變的標志層。

對勝利油區草橋探區33口井的巖屑綜合錄井圖和部分庫存巖屑實物進行調研發現，許多井在巖性剖面中沒有體現出界面頂部巖石顏色色調的變化趨勢，而在復查庫存巖屑實物時大部分井在界面附近巖石色調存在變化現象。綜合分析認為，風化殼附近巖石顏色色調色差普遍存在著“突變”特征，強烈的風化作用產生鮮紅色軟泥巖，如果鉆井施工中對上述特征不夠重視，極易造成決策誤判。

四、巖石顏色色調色差在碳酸鹽巖風化殼識別中的應用

對于巖石顏色的研究不僅具有理論意義，也有很大實際意義。一方面，顏色的顏色色調色差具有劃分和對比地層的意義。巖石的顏色通常具有一定的成因意義，有助于了解古地理條件。

在鉆井現場巖屑錄井過程中發現，影響顏色色調色差的因素是多方面的，除了巖石成分和風化程度外，巖屑破碎的顆粒大小、巖屑干濕程度等對顏色都有很大影響。粒度越細、表面越濕，色調越深，色差越明顯。實踐發現，風化殼界面附近巖屑顏色色調色差在濕潤或干燥狀態下，反映出來的變化特征差異較大，濕潤狀態下的顏色變化更加強烈，在地層劃分中的指相作用更有效。

在巖屑錄井過程中，巖性顏色定名以干燥新鮮面顏色為準，但在風化殼識別中以濕巖屑顏色觀察為主，干巖屑顏色觀察為輔。在確定風化殼顏色變化時，應當先觀察色調，后觀察色差，草古區塊界面附近色調變化規律一般為黃色調變為紅色調，色差變化為棕黃色-棕紅色（上部紅泥色調相對暗淡、保守）-紫紅色（風化殼紅泥色調鮮艷明亮、明快）；“梁”、“濱”沙四上頂部礁灰巖區塊，不整合面附近色調變化規律一般為灰色調變-黃色調-紅色調，色差變化為深灰色-淺灰色-棕黃色（或棕紅色）。

實踐發現，在風化殼不整合面附近巖屑有時會出現較難清洗的情況，說明極有可能已經進入風化殼殘積區，一定要引起重視，不要為了過分追求巖屑實物的表面清潔、清晰而將具有標志性、指向性的風化軟紅泥膠質體給清洗、破壞出去，從而造成標志物的損失，造成層位判斷的失誤。碳酸鹽地層巖性成巖性較好，較堅硬、致密，在直接進行顏色、巖性描述時，如果碳酸鹽巖巖性不夠明了時，可以采集一小部分初步清洗過的巖屑進行二次篩洗，篩洗的方式將干擾巖性判斷的成巖性差的部分沖洗、搓洗掉，保留成巖性更好的部分，有助于目的層碳酸鹽巖的發現。

五、結論

研究發現，在碳酸鹽巖風化殼頂部通常能夠見到由于強烈的風化作用產生“鮮艷”紅色軟泥巖，造成風化殼附近巖石顏色色調色差普遍存在著“突變”（色調由深到淺，色差由淺紅到鮮艷紅色的變化）特征，其中濕潤狀態下的顏色變化更加強烈，在地層劃分中的指相作用更有效。顏色色調色差“突變”法在風化殼上下巖性識別、界面劃分中，作用較為突出、直觀，是鑒別巖石、劃分和對比地層、分析判斷古地理的重要依據之一。

【參考文獻】

[1]宋國奇.勝利油區古生界地質特征及油氣潛力.武漢：中國地質大學出版社，2000.

[2]李付剛.淺談色彩中的色調.藝術科技.2016，29（9）.

[3]姜在興. 沉積學.石油工業出版社.北京.2003.5：7-14、110-112.

[4]李景陽、朱立軍、王朝富、樊延章、陳筠.碳酸鹽巖風化殼及喀斯特成土作用研究.貴州地質.1996，13（2）：139-145.