石油勘探与开发 >

2025 , Vol. 52 >Issue 3: 618 - 637

DOI: https://doi.org/10.11698/PED.20240658

油气勘探

井眼成像测井在巴西古火山环境表征中的应用及其对油气勘探的意义

  • FORNERO S A , 1, 2 ,
  • MILLETT J M 3, 4 ,
  • DE JESUS C M 1 ,
  • DE LIMA E F 2 ,
  • MARINS G M 5 ,
  • PEREIRA N F 5 ,
  • BEVILAQUA L A 1
展开
  • 1 巴西国家石油公司，里约热内卢 20231-030，巴西
  • 2 南里奥格兰德州联邦大学地球科学研究所瓦莱校区，阿雷格里港 91501-970，巴西
  • 3 火山盆地能源研究科学院，奥斯陆 N-0361，挪威
  • 4 挪威奥斯陆大学地球科学系，奥斯陆 NO-0316，挪威
  • 5 巴西国家石油公司研究与开发中心（CENPES），里约热内卢 21941-915，巴西

FORNERO S A（1982-），女，巴西里约热内卢州人，巴西南里奥格兰德联邦大学在读博士（火山地层学方向研究），巴西国家石油公司高级岩石物理专家，主要从事测井数据处理以及岩石物理研究等工作。地址：Av. Henrique Valadares, 28, Centro, CEP 20231-030, Rio de Janeiro, RJ-Brazil。E-mail：

Copy editor: 衣英杰

收稿日期: 2024-10-14

  修回日期: 2025-05-20

  网络出版日期: 2025-05-26

收起

Application of borehole images in the characterization of volcanic paleoenvironments with implications for the exploration of hydrocarbons in Brazilian basins

  • FORNERO S A , 1, 2 ,
  • MILLETT J M 3, 4 ,
  • DE JESUS C M 1 ,
  • DE LIMA E F 2 ,
  • MARINS G M 5 ,
  • PEREIRA N F 5 ,
  • BEVILAQUA L A 1
Expand
  • 1 Petrobras, Rio de Janeiro 20231-030, Brazil
  • 2 Geosciences Institute, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Campus do Vale, Porto Alegre 91501-970, Brazil
  • 3 Volcanic Basin Energy Research AS, Oslo N-0361, Norway
  • 4 Department of Geosciences, Oslo University, Oslo NO-0316, Norway
  • 5 Centro de Pesquisas e Desenvolvimento Leopoldo Américo Miguez de Mello, Petrobras, Rio de Janeiro 21941-915, Brazil

Received date: 2024-10-14

  Revised date: 2025-05-20

  Online published: 2025-05-26

Fold

摘要

传统的成像测井解释方法对圆柱展开投影中呈正弦形态的火山岩线性裂缝识别较为成熟有效，然而对非线性火山岩岩石构造及复杂岩相几何形态的解释则比较困难。为表征与南美大陆形成相关的古火山复杂环境，本研究基于成像测井、岩相学和地震资料分析，提出了一种新的表征方法。该方法使用全球范围典型火成岩的地质露头照片来创建伪图像，模拟直径约31 cm（12.25 in）井眼的井壁二维平面图像；在此基础上，根据这些伪图像和标准露头照片来确定火成岩结构和岩相的形态模式，并与地下火山和次火山岩地质单元的电缆井眼成像测井图像进行对比，进而为火山岩相的地质评价提供了“可视化标尺”，提升了复杂地质结构的识别效率与可信度。应用该新方法，重点分析了巴西坎波斯、桑托斯和帕纳伊巴等盆地不同尺度的柱状节理和枕状熔岩，并辅以绳状熔岩、熔结凝灰岩、火山碎屑岩和各种侵入特征等实例分析，结果显示，该方法提高了次火山、陆上和水下沉积体解释的准确度。通过成像测井解释结果与区域地质认识相结合，并把古环境研究纳入冈瓦纳大陆裂解相关的裂谷岩浆作用体系研究，对油气勘探开发具有重要意义。

关键词： 井眼成像测井; 伪图像; 火成岩; 油气勘探; 岩相; 测井解释; 火山古环境; 桑托斯盆地; 坎波斯盆地; 巴西盆地

本文引用格式

FORNERO S A , MILLETT J M , DE JESUS C M , DE LIMA E F , MARINS G M , PEREIRA N F , BEVILAQUA L A . 井眼成像测井在巴西古火山环境表征中的应用及其对油气勘探的意义[J]. 石油勘探与开发, 2025 , 52(3) : 618 -637 . DOI: 10.11698/PED.20240658

Abstract

Conventional borehole image log interpretation of linear fractures on volcanic rocks represented as sinusoids on unwrapped cylinder projections is relatively straight-forward, however, interpreting non-linear rock structures and complex facies geometries can be more challenging. To characterize diverse volcanic paleoenvironments related to the formation of the South American continent, this study presents a new methodology based on image logs, petrography, and seismic data. The presented methodology used pseudo-boreholes images generated from outcrop photographs with typical igneous rock features worldwide simulating 2D unwrapped cylinder projections of a 31 cm (12.25 in) diameter well. These synthetic images and standard outcrop photographs were used to define morphological patterns of igneous structures and facies for comparison with wireline borehole image logs from subsurface volcanic and subvolcanic units, providing a “visual scale” for geological evaluation of volcanic facies, significantly enhancing the identification efficiency and reliability of complex geological structures. Our analysis focused on various scales of columnar jointing and pillow lava lobes with additional examples including pahoehoe lava, ignimbrite, hyaloclastite, and various intrusive features in Campos, Santos, and Parnaíba basins in Brazil. This approach increases confidence in the interpretation of subvolcanic, subaerial, and subaqueous deposits. The image log interpretation combined with regional geological knowledge has enabled paleoenvironmental insights into the rift magmatism system related to the breakup of Gondwana with associated implications for hydrocarbon exploration.

Key words： borehole image log; pseudo-image; igneous rock; hydrocarbon exploration; lithofacies; log interpretation; volcanic paleoenvironment; Santos Basin; Campos Basin; Brazilian Basin

0 引言

火成岩相具有丰富的内部特征和复杂的几何形态，主要受到侵位环境、岩浆挥发物含量、黏度、喷出或侵入速率、冷却速率等因素的共同影响[1-4]。研究火成岩形态有助于建立可靠的地质模型，更好地表征孔隙结构和评估流体含量，从而促进地层评价和勘探部署[5-8]。
针对沉积盆地火成岩，前人主要通过地震数据[9-10]、测井岩石物理分析[11-12]、实验室测试（包括渗透率、孔隙度和地球化学分析）以及岩相分析[7,13]等方法开展综合研究。岩心或原位井壁成像分析是研究地下岩石结构形态、岩相等特征的最有效方法。为此，许多火成岩地质特征都是使用井眼成像测井数据进行解释[10-11,14 -20]。
井眼成像测井（BHI）在油气勘探和其他地质研究中的应用日益广泛，尤其在火山岩和次火山岩古环境重建方面发挥了重要作用，已广泛用于岩相描述[10,15,17,19 -22]、裂缝分析[18,23]、储层评价[24-29]和地质力学研究[30-31]。然而，火成岩或其他类型岩石的二维经典露头与钻孔柱状展开图像间在投影方式上存在差异，这类差异尚未得到充分研究，且可能造成误导性结论。因此，有必要开展此类对比研究，以避免与投影差异相关的潜在误差[32]。
为刻画南美大陆边缘近海区域及克拉通内盆地中与冈瓦纳大陆裂解相关的古火山特征，本研究通过井眼成像测井对火成岩的多种形态展开系统性分析。选取巴西坎波斯（Campos）、桑托斯（Santos）和帕纳伊巴（Parnaíba）盆地的8口井井眼成像测井资料，并与全球典型火成岩地质露头照片进行对比，提出了一种创新性分析方法，可模拟实际井眼中的火成岩结构形态特征，从而更精确地还原其原始地质形貌。

1 地质背景

巴西海上和陆上各沉积盆地均有大量油气勘探活动[7-9,16,33 -37]，其中大部分油气产自坎波斯盆地和桑托斯盆地的海上盐下碳酸盐岩储层[37]，陆上帕纳伊巴盆地油气田的产量相对较小，以页岩和互层砂岩气藏为主[35-36]。这3个盆地的形成与冈瓦纳大陆的裂解有关，均发育强烈的岩浆作用和构造活动[34,38 -42]。
坎波斯盆地和桑托斯盆地位于巴西东南海岸的近海区域，地层主要以裂谷期和裂谷后期沉积的硅质碎屑岩和碳酸盐岩为主，上覆蒸发岩，页岩和浊积砂岩则构成漂移期的主要沉积地层[34]。盆地内的岩浆活动与早白垩世南大西洋的开启和随后的板块漂移有关。裂谷前期或裂谷初期构造-地层研究结果显示，Cabiúnas组（或Camboriú组）沉积期超过130 Ma，构成了同裂谷期楔状沉积的基底[43]。据Moreira等[34]的40Ar/39Ar同位素定年结果，该区域阿尔布期（Albian Age）之前的岩浆活动包括：与基底有关的陆上玄武岩溢流沉积期（距今130 Ma）、裂谷层段夹层中的水下玄武岩（距今121~130 Ma）和裂谷后层段底部的玄武岩（距今118 Ma）沉积期。而最新定年分析结果显示，裂后阶段的岩浆事件可能延续至距今112 Ma[43]。此外，阿普特期后的岩浆活动在圣通阶、坎潘阶、古新世和始新世均有记录[9]。
坎波斯盆地和桑托斯盆地的火山活动还形成火山-沉积层序，局部形成油气藏，如坎波斯盆地已投入生产超过30年的Badejo和Linguado油田[7-8,16,44]。上述两个油田的储层以水下和陆上火山活动形成的自生碎屑、火山碎屑或表生碎屑岩层序为主[7-8,45]。在桑托斯盆地西南部，使用井眼成像测井和岩相学方法对厚度约400 m的下白垩统陆上熔岩流层序进行了表征[19]。此外，桑托斯盆地Libra地区Mero油田还发现了与碳酸盐岩储层伴生的熔岩流沉积和次火山岩[44,46]。
帕纳伊巴盆地位于巴西东北部，处于阿拉瓜亚（Araguaia）褶皱带环绕的克拉通内[47]。该地区发育古生代陆相—浅海相沉积，以及沙漠环境下形成的中生代蒸发岩和砂岩互层沉积[39,47 -48]。与南大西洋裂解同期的岩浆活动对应于Sardinha组沉积[47]，而三叠纪—侏罗纪中大西洋岩浆岩省（CAMP）的形成则以Mosquito组为代表[40,47 -48]。
Mosquito组侵入体为富有机质页岩源岩的热成熟提供了热源，是帕纳伊巴盆地含油气系统形成的重要因素[35]。镁铁质岩浆侵入通过围岩接触变质晕的发育和相关的热液蚀变作用改变了围岩的孔隙度等物性特征[18,35,49]。

2 研究方法

本研究以岩相学分析、常规电缆测井和地震数据为支撑，重点开展电缆微电阻率成像和声波成像测井分析。区域地质探讨所采用的地震数据和基础测井数据由巴西国家石油管理局（ANP）提供。岩石薄片分析在巴西石油公司研发中心（CENPES）采用蔡司AxioVision显微镜完成。岩石分类遵循McPhie等[3,50]的分类方案。

2.1 电缆井眼成像测井

基于高分辨率微电阻率和声波井眼成像测井曲线开展岩相解释。成像测井技术能够通过电学或声学高密度采集测量生成间接图像[51]。测量数据依赖于地层岩石对测井仪激发信号在垂直和水平方向上的响应特征，通过连续记录形成反映岩石物理属性的矩阵数据[52]。每个采样数据可识别大于5 mm的地质结构（具体取决于仪器分辨率），并依据三轴磁力计和加速度计测量的地球磁场和重力加速度矢量数据进行方位定向[53]。测井成果以二维图像展示（垂直深度和水平方位角）[54]。最后，采用特定色阶进行可视化表征。应根据测量参数（电阻率、声波振幅或时差）的特征动态调整显示方案[55-57]。
微电阻率成像测井通过记录地层中岩石和流体电阻率的综合差异特征获取数据[54,58 -59]。声波成像测井则基于声波在钻井液中传播并在井壁反射时的振幅衰减及传播时间记录数据。声波成像对井壁的密度变化和表面粗糙度具有高度敏感性[55,60 -61]，从而能够与孔隙度和渗透率建立相关性[62]。
本研究采用的井眼成像测井数据处理采用Techlog或Interactive Petrophysics软件平台，并作了以下改进：①速度校正；②深度校正，确保与常规测井的深度一致；③仪器偏心校正，包括微电阻率数据的极板调谐和声波振幅数据校正；④对4号井微电阻率成像的极板间数据缺失区域实施插值填补。这种人工填补缺失数据的技术虽能模拟井周全覆盖成像效果[63]，但其原理与声波成像测井存在本质区别。
此外，在进行井眼成像测井分析之前，需先识别与火成岩相关的诱导裂缝。这些诱导裂缝的产生是由于钻井过程中过平衡的流体压力超过了地层的抗张强度，促使裂缝沿油田的最大应力方向发育[64-65]。

2.2 露头照片与井眼成像测井图对比

通过地质露头照片和井眼成像测井图对比，旨在提高利用井眼测井图像解释各类火成岩构造的精度和可信度。该方法的理论基础在于火山岩和次火山岩关键结构和特征的识别。
本研究共涉及8口井，其中1号井位于帕纳伊巴盆地，2号井—4号井位于坎波斯盆地，5号井—8号井位于桑托斯盆地（见图1）。
图1 全球露头位置图（a）及巴西盆地8口井位置图（b）（图a底图为航天飞机雷达地图测绘三十弧秒数字高程模型图，来源于加利福尼亚大学圣迭戈分校NERP TE 13.1电子图集）

1—1-LDM-1-MA井；2—1-RJS-757井；3—3-REPF-14-RJS井；4—1-RJS-591井；5—3-RJS-735井；6—3-RJS-744井；7—1-RJS-617井；8—1-SPS-90井

1号井位于帕纳伊巴盆地，钻遇夹有页岩和砂岩互层的厚层火成岩侵入体。其中，最厚侵入体起到顶部封闭作用，而侵入体中部裂缝发育段则为小型气藏[20]。成像测井解释结果显示，该剖面主要由微粒包体、捕虏体、带状层和与岩浆补给和侵入后冷却形成的柱状节理组成。
在坎波斯盆地盐下构造中，2号井钻遇与碳酸盐岩沉积相关的火山碎屑沉积；3号井揭示了盐下碳酸盐岩沉积之下的玄武岩熔岩流沉积；4号井揭示了与阿普特阶后岩浆活动有关的喷出玄武岩[9]。
在桑托斯盆地，5号井、6号井和7号井均揭示喷出玄武岩。这些火成岩体属于与盐下碳酸盐岩储层沉积同期发育的裂谷后岩浆活动产物[43-44]。8号井由陆上玄武岩熔岩沉积组成，构成一系列结壳熔岩流单元[19]。
选取安哥拉、阿根廷、亚速尔群岛、巴西、智利、西班牙加那利岛、冰岛、意大利、日本、苏格兰、南非和美国（包括哥伦比亚河玄武岩）的火成岩露头照片，通过按比例缩放至井眼尺寸，与上述各井解释的火成岩特征进行有效对比。为更好地理解井眼成像测井中具有特定连续边界的火成岩体几何形态特征，采用伪图像进行对比分析。
为此，使用柱状节理和枕状熔岩朵叶的露头照片创建井眼伪图像。根据其规模差异，部分构造与结构特征可能会与巴西油气藏典型钻井孔径的边界（例如21.6~31.1 cm）产生交切关系，而其他则可能无此现象。为评估并尽可能减少解释偏差，研究中采用伪图像方法进行验证。

2.3 伪图像创建的工作流程及其优缺点

2.3.1 伪图像创建工作流程

伪图像技术通过模拟圆柱面的二维投影，直观呈现火成岩形态特征。本研究采用的方法是通过调整伪图像尺寸以匹配电缆成像测井仪实测井眼尺寸，确保对比的客观性[66]。以柱状节理为例，伪图像创建流程包括8个步骤（见图2）。①地质露头筛选：选择具有典型火成岩特征的代表性地质露头。②图像采集：从多角度拍摄目标露头段高清数字图像。③图像处理：对采集的图像进行适当处理，提高清晰度、调整颜色并去除不必要的伪影。④比例和尺寸调整：在照片中选定约30 cm宽的区域（对应12.25 in井径）。⑤伪图像创建：在Python环境中对二维照片切片应用图像挤出技术生成三维体。⑥圆柱边缘数值切割：利用椭圆方程（一种专利算法）从三维体中提取圆柱边缘切片。⑦图像展开与转换：将圆柱边缘展开生成像素级伪图像数据，使用岩石物理软件将像素转换为RGB分量。⑧伪图像着色与旋转：采用标准色标对伪图像重新着色，并沿水平轴进行0~360°旋转，以模拟井眼成像方位刻度。通过伪图像的方位旋转功能，可将特定结构调整至与井眼成像测井图像相匹配的位置，从而提升露头与测井数据的对比精度。
图2 伪图像创建流程示意图

（a）英国马尔岛（Mull）阿尔顿地区柱状玄武岩按比例缩放的露头照片；（b）选取约1.70 m×0.30 m的局部区域照片；（c）基于二维图像b创建的三维体；（d）从三维体中数学切割出的圆柱体边缘；（e）将切割圆柱体的二维视图转换为由RGB分量构成的伪图像；（f）图c中单一岩块三维视图

2.3.2 使用露头伪图像的约束条件和潜在缺陷

伪图像的使用应充分考虑其局限性[66]。伪图像本质上是基于露头剖面经过镜像失真处理的数字模拟结果。在创建伪圆柱投影时，几何变形必不可少。这意味着所选照片中的任何特征都将产生完美的镜像对称，然而自然界的地质结构通常并不是完全对称的。
通过对穿过圆柱体两个半球体的连续段进行投影，可以实现图像的镜像对称，从而体现平面特征在结构和方向方面的相似性，而不会发生数据重复问题[52,67]。例如，倾斜平面裂缝在圆柱面投影形成的正弦线就是镜像对称性的典型表现。相反，小尺寸碎片在伪图像中会呈现为与圆柱面相交的非规则形态，因此，对于尺寸小于井径的地质特征，虽然部分揭示其几何特征，但不会出现镜像对称现象。当碎片小于30 cm时，伪图像会出现影像重复叠加，影响小碎片的真实投影，进而影响与井眼成像测井图像的对比，因此，角砾岩类形态研究不采用伪图像方法。而在以往研究不规则枕状熔岩朵叶和柱状节理小型多边形的井眼成像测井图像投影时，曾谨慎使用了伪图像。
另外，还应注意的是，伪图像技术能够提供完整图像（类似覆盖100%井壁的声波成像测井数据）。因此，虽然微电阻率成像在数据处理阶段可通过算法填补空白区域[63]，但伪图像不会出现传统贴片式微电阻率成像常见的图像缺失现象。
此外，伪图像创建过程中也存在一定局限性。例如，仅通过露头的二维视角无法准确确定岩石剖面的空间方向[66]，而且伪图像本身不能提供与岩石电阻率、振幅或声波时差差异直接相关的参数。不过，结合更多的地质认识，通过露头解释可以创建具有与所研究的岩体特性相对应的颜色对比和方向的伪图像。例如，在自然光照条件下枕间玻质碎屑岩（常发生蚀变且可能具有高孔隙度）的微观和宏观孔隙特征通常表现为阴影暗峰。当孔洞填充导电钻井液时，这些在伪图像上以深色显示的特征与井眼成像测井图像的物理性质具有良好对应关系。
未来，将会研发和使用新的伪图像应用程序和技术，为深化地质认识提供支持。例如，使用三维摄影测量技术提取裂缝方位信息；通过伪图像处理流程构建三维合成地质体以及基于成像测井数据生成人工露头等创新方法。

2.4 利用伪图像分析均质和非均质火成岩体

为研究均质体，选取不同规模的柱状节理作为对象，而针对非均质体，则以枕状熔岩朵叶在井眼成像测井图像中的形态特征进行可视化分析。这些岩体规模通常大于井眼圆柱体尺寸，其边界在圆柱截面上可能呈现为连续延伸的平面或曲面。

2.4.1 均质岩体与非均质岩体的定义

“均质体”在空间中表现为几何形态较平坦且规则的地质构造（如裂缝和层理面）。柱状节理、带状层或气孔席均属于均质体。对于柱状节理，裂缝组并不总是完全垂直于节理主轴，因此并非是绝对均匀。但本研究将其归类为均质体的代表，因其相比其他具有弯曲和不规则形态的岩体（如枕状熔岩），仍表现为较为平坦和规则的分段特征。
“非均质体”表现为几何形态不规则的地质构造（如枕状熔岩以及包裹体或岩石角砾的碎片）。与井眼成像测井数据中得到的非均质体相比，均质体的形态连续特征可预测性更强。

2.4.2 三维视图下的平面与非平面特征分类

根据岩体边界的三维形态，可将其进一步分为平面结构与非平面结构。裂缝是各类地质环境中最常见的平面结构类型[68-69]，而镁铁质微粒包体是深成岩和次火山环境下典型的非平面结构[70]。此外，平面结构和非平面结构的不同分段可能包含均质体或非均质体，如柱状节理。在这种情况下，平面或非平面特征均可以投影到圆柱体表面上，具体取决于截面方向与井壁的相对关系[10,20]。
针对枕状熔岩朵叶体，当多数朵叶的水平轴和垂直轴长度小于井径31 cm（约12.25 in）时，属于小型特征；当多数朵叶的水平和或垂直轴长度等于或大于井径时，属于大型朵叶体。
相对于井径30 cm的井眼，柱状节理分为3类：①微小型，宽度小于10 cm；②小型，宽度为10~30 cm；③大型，宽度大于30 cm。

3 研究结果

本研究通过井眼成像测井图像的分析，结合伪图像和露头照片对比，进行火成岩形态解释（见表1）。下文重点展示利用伪图像技术对井眼成像测井图像中柱状节理、枕状熔岩朵叶和其他火成岩特征的形态分析结果。
表1 测井信息、岩相描述和火成岩相解释结果
序号 井名 盆地 测井方法 井径/cm 井深/m 火成岩占比/% 井壁岩心描述 火成岩相解释结论
1 1-LDM-1-MA 帕纳伊巴 声波和微电阻率 22 1 366~1 540 39 具有次辉绿、微文象和填隙
结构的辉绿岩		 不规则柱状节理和块状辉绿岩，含镁铁质微粒包体或捕虏体
2 1-RJS-757 坎波斯 声波和微电阻率 31 6 402~6 405 1 含火山气孔碎屑、石英和
碳酸盐岩的砾岩		 改造过的火山碎屑砾岩
3 3-REPF-14-RJS 坎波斯 微电阻率 31 6 300~6 604 100 玄武质火山砾—凝灰岩，含玻屑和火山渣碛碎片，具有蚀变的玻璃质基质（碳酸盐岩） 由于火山弹坑碎片发生变形的熔结凝灰岩碎屑和火山砾—凝灰岩平面层理
4 1-RJS-591 坎波斯 微电阻率 22 3 450~3 800 100 玻璃质碎屑角砾岩，块状和
杏仁状玄武岩		 枕状熔岩朵叶和玻质碎屑岩
5 3-RJS-735 桑托斯 声波 31 5 179~5 185 15 块状和杏仁状玄武岩 枕状熔岩朵叶
6 3-RJS-744 桑托斯 声波 31 5 534~5 538 4 块状和杏仁状玄武岩 枕状熔岩朵叶
7 1-RJS-617 桑托斯 微电阻率 22 6 615~6 623
6 722~6 742		 5 块状和杏仁状玄武岩 对称柱状节理
8 1-SPS-90 桑托斯 声波和微电阻率 22 6 460~6 773 78 块状和杏仁状玄武岩，自生
碎屑角砾岩		 复合、片状和砾质结壳熔岩

注：井径22 cm约等于8.5 in，31 cm约等于12.25 in

3.1 井眼成像测井图像柱状节理形态

为了评估井筒交切的不同视角，本研究构建了柱状节理平面和非平面图三维透视图，并综合考虑了不同规模的柱状节理特征（见图3）。图3d展示了辉绿岩侵入体中平行于柱体延伸方向的伪图像，其棱柱状不规则节理发育粗糙。图中可见两类冷却节理特征：①近垂直的柱体边界裂缝；②近水平的柱体正交裂缝，也称为板状节理。将伪图像与1号井中裂缝性辉绿岩岩床的井眼成像测井图像进行对比（见图3e）。这口直井钻遇帕纳伊巴盆地的厚层水平岩床体[20]。岩床内观察到的高角度裂缝解释为柱状节理，与所选露头照片（见图3a、图3b）相似，相对于岩床表面倾斜80°。由切割照片生成的伪图像可以看出，柱状节理和板状节理结构具有正弦形态边界（见图3c）。裂缝分布均匀、间距规则且方向一致。调整伪图像的色阶，并重新校准图像方位以匹配井眼成像测井图像中的结构（见图3d）。
图3 近垂直柱状节理露头伪图像与巴西帕纳伊巴盆地1号井辉绿岩岩床井眼成像测井图像对比

（a）英国苏格兰马尔岛Scoor地区柱状节理辉绿岩露头照片；（b）经切割处理的露头照片；（c）像素化伪图像；（d）按测井成像方位调整后的标准方位伪图像；（e）1号井辉绿岩岩床井眼成像测井图像（据文献[20]）

利用日本不同地点的无人机航拍火成岩地质露头照片，研究不同尺度（微小型、小型、大型）的柱状节理（见图4）[9]。当多边形结构呈现直线边缘时，微小型和小型柱状节理归类为对称角排列模式（见图4a、图4b、图5a）。使用“对称”一词是用于描述具有镜像特征而在全景伪图像上形成的伪正弦曲线形态。
图4 日本露头伪图像中不同尺度多边形柱状节理对比（据文献[9]，切割照片是在露头照片上选择的宽约30 cm黄色矩形区域）

（a）Hino-Misaki流纹岩微小型柱状节理伪图像制作流程；（b）Tawara Iso安山岩小型柱状节理伪图像制作流程；（c）Tatami Ishi安山岩大型柱状节理伪图像制作流程

图5 小型柱状节理伪图像和7号井成像测井图像对比

（a）英国马尔岛Ardtun玄武质熔岩露头柱状节理伪图像与7号井电阻率成像测井图像对比（红色箭头突显两个横向相关多边形结构之间的镜像对称性）；（b）苏格兰斯塔法岛玄武岩柱状节理的伪图像与7号井井眼成像测井图像对比（需特别注意：多边形结构三联点（黑色圆圈）的几何均一性、多边形边界被圆柱体边缘切割时形成的弯曲或圆弧状形状（红色虚线）、伪正弦线（蓝色虚线）所呈现的镜像特征）

微小型柱状节理在伪图像上显示为大小相似的多边形拼接结构（见图4a），形似碎片状。此外，在露头照片的切割照片中可以看到侵位后天然裂缝，在生成投影图像中也呈现正弦形态。伪图像中的小型柱状节理呈现的多边形结构比露头照片更圆润，但仍保持多边形间的直线边界接触特征（见图4b），其中三联点具有相近的孔径。大型柱状节理的伪图像呈现出正弦形、曲线形或圆形的边界形状。在这种情况下，当两个多边形横向接触时，各局部多边形都会变成曲线或圆形单元；当对单一多边形核心成像时，其上下边界显示正弦形态（见图4c）。
7号井成像测井图像上观察到的柱状节理与日本露头伪图像中的小型柱状节理相似。为建立小型多边形与井眼成像测井图像之间的对比标准，选择英国两处经典火成岩露头的伪图像（见图5）。图5a是马尔岛Ardtun玄武岩露头照片，图5b是斯塔法岛玄武岩露头照片。相比而言，马尔岛玄武岩露头的多边形更规则、直线性更强且尺寸更大，而斯塔法岛玄武岩露头的风化程度更高。这既突显了内部差异性，也凸显了露头表面条件的影响。
从伪图像中可以识别出一些重要的几何形态特征：①大多数多边形的尺寸均匀，但也会发生变化并表现出镜像特征；②由于多边形间的对称性，可以观察到伪正弦曲线特征，当小多边形完全被伪柱体刺穿时会形成强制镜像对称性（见图5b）；③两幅伪图像均显示出3个多边形完美相交且具有相等张开度的三联点；④当多边形的边界与伪柱体边缘相交时，会形成新的弯曲或圆化多边形特征。
7号井的柱状节理显示出三联点，多数多边形虽然呈现椭圆形、圆化或局部具有弯曲边界，但仍保持尺寸均一性（见图5）。此外，部分伪正弦曲线特征证实了多边形排列的镜像对称性。

3.2 井眼成像测井图像枕状熔岩朵叶形态

研究分析了伪图像中枕状熔岩朵叶的几何形态、大小和内部冷却裂缝，并与4号井和5号井的井眼成像测井图像进行比较。
在根据Uberlândia露头创建的伪图像中（见图6a），每个局部朵叶均呈现为独立单元，具有不同的边界形态和大小。相反，在意大利加那利群岛（Canary Islands）和西西里岛（Sicily）露头创建的伪图像中可以看出，边界被拍摄范围完全截断的小型枕状熔岩叶体，在伪图像中呈现时会被复制（见图6b、图7）。
图6 露头照片及伪图像中枕状熔岩朵叶边界评估图

（a）巴西Uberlândia地区大型枕状熔岩（红色虚线标示的圆弧几何形态反映了与原始照片黑色虚线形态不同的枕状构造变异特征）；（b）加那利群岛La Palma地区El Taburiente火山大型和小型枕状熔岩（小型枕状熔岩呈现重复显示特征、大型枕状熔岩边界表现为简单平面形态，照片由南里奥格兰德州联邦大学Sommer教授提供）；（c）安哥拉Sumbe以南海岸大型枕状熔岩舌[71]（熔岩舌体在平面上显示为不规则面）

图7 5号井成像测井图像与意大利西西里岛阿奇堡不同规模枕状熔岩朵叶伪图像对比（对比分析表明，x所示的大型枕状熔岩朵叶可解释为更大规模朵叶体的一部分，而y所示的相邻两个朵叶可解释为单一小型枕状熔岩朵叶）

（a）5号井声波振幅井眼成像测井图像中的枕状熔岩朵叶及两种不同朵叶投影的三维解释；（b）意大利西西里岛阿奇堡原始露头照片、基于原图生成的示意性解释图、切割照片（黄色虚线框范围）及其伪图像（黑框范围）

在根据意大利阿奇堡（Aci Castello）加那利群岛和安哥拉露头创建的伪图像中[71]，可以观察到大型枕状熔岩内核结构，其侧边未与其他朵叶接触。这些大型朵叶伪图像显示上、下接触面呈现正弦形状，且沿正弦曲线分布有轻微的不规则起伏（见图6b、图6c、图8a）。
图8 大型致密枕状熔岩朵叶伪图像和4号井成像测井图像对比

（a）意大利西西里岛大型枕状熔岩朵叶伪图像生成流程图（x部分表示内部节理的原始圆形形态）；（b）4号井大型枕状熔岩解释成果图；（c）冰岛雷克雅内斯半岛致密枕状熔岩朵叶伪图像生成流程图（x部分表示单个朵叶的原始二维边界几何形态，红色箭头指示玄玻质边界）；（d）4号井致密枕状熔岩朵叶解释成果图（朵叶边缘显示高电阻率（红色箭头）与低电阻率（绿色箭头）交替特征，因内部节理复杂性导致追踪困难）

将4号井和5号井的枕状熔岩单元解释结果与意大利阿奇堡伪图像（见图7、图8a）和冰岛伪图像（见图8b）进行了比较。在5号井的井眼成像测井图像上，朵叶形态混杂，其中大部分朵叶独立完整，具有卵形、椭圆形不规则的形态（如图7中的三维体x所示）。此外，在相同深度位置还可观察到两个小型孤立朵叶，二者具有相似的椭圆形态和大小（如图7中的三维体y所示）。而露头照片中枕状熔岩朵叶大小差异显著，在同一垂直剖面上大型朵叶和小型朵叶均有分布。基于该照片生成的伪图像显示：①当不同朵叶间的横向接触关系被完全映射时，形成独立朵叶单元；②当朵叶被完整记录于柱体表面时，则出现朵叶复制现象（见图7）。
使用4号井的枕状熔岩与大型致密枕状熔岩朵叶进行比较（见图8a、图8b）。大型朵叶的伪图像显示：①上边界接触面呈不规则正弦曲线形态；②内部放射状节理被部分切割，表现为内部碎裂的独立朵叶（图8a中x所示）；③由于该方法产生的块体的复制，冷却节理形成的弯曲细长碎片在图像中表现出镜像特征。同时，4号井解释得到的大型枕状熔岩朵叶显示出球状形态、大小相近的岩石碎块熔合体，以及两条主要的不规则正弦曲线，其电导率高于玄武岩基质。这些正弦曲线呈现出不同的方向（见图8a中的4号井）。
冰岛致密枕状熔岩朵叶伪图像显示出微弱的玄玻质边缘形态特征，而通常在这种情况下边缘的颜色会发生变化。在原始露头照片中，朵叶边缘的颜色变化与枕状熔岩的玄玻质边缘的孔洞或形态不规则性造成的阴影有关。其关键特征为：枕状熔岩朵叶的曲线三联点显示出张开度差异，与柱状节理较均一的张开度形成对比。
4号井的朵叶边界表现为高电阻率或低电阻率特征。这些边界接触面很薄，朵叶复合体显示出棱角状碎块的紧密融合。这些朵叶在水平方向上呈圆形至椭圆形或细长形（见图8b）。
此外，根据伪图像分析了枕状熔岩朵叶内部冷却裂缝的形态。这些裂缝在图像中表现为由小碎块紧密堆叠构成的结构，碎块形态呈圆形（见图6b）、弯曲细长形（见图8a）或棱角形（见图8b）。在井眼成像测井图像中，4号井枕状熔岩朵叶发育内部冷却裂缝（见图8），而5号井不发育（见图7）。4号井朵叶显示出圆形朵叶的融合，其中部分朵叶内部似乎发育裂缝（见图8a）。然而，虽然碎块在井眼成像测井图像上似乎呈现棱角状特征更明显，但仍保留出圆化边缘（见图8b）。裂缝矿化程度以及应力状态的差异可能会影响内部裂缝的成像效果。
上述分析聚焦于伪图像中3种不同类型的朵叶边界可视化，涵盖了表2中所描述的具体情况。
表2 从露头照片到伪图像的朵叶边界可视化类型
图像编号 露头照片朵叶大小 切割照片的朵叶特征 伪图像朵叶边界表征
6b/7a(y) 小型朵叶 在切割照片中，枕状熔岩朵叶的边界完全可见 根据镜像对称，对朵叶进行了复制
6b-6c/8a 大型朵叶 一个大型枕状熔岩朵叶被穿透，未发现朵叶之间存在
任何横向边界接触		 朵叶边界失去了限制完整朵叶体的特性。在井眼成像测井图像中，上、下边界呈现不规则的正弦形状
6a/7a(x)/8a-8d 小型或大型朵叶 在切割照片中可以看到横向接触，局部显示两个枕状
熔岩朵叶或一个枕状熔岩朵叶以及枕间物质		 每个朵叶都是独特且完整的，其边界形态与原始朵叶不同

3.3 井眼成像测井图像其他平面和非平面火成岩特征形态

本研究目标井中识别出多种平面和非平面火成岩特征（见表3）。通过与相关露头照片进行对比，确定了所选特征的可视化边缘形态（见图9—图11）。这些图像结合了Fornero等[19-20]发表的1号井和8号井最具代表性的测井相和其他井的最新测井相信息。该成果能够为其他解释人员使用井眼成像测井图像开展火成岩研究提供指导。
表3 火成岩相和古环境解释汇总表
井号 火成岩结构或岩相/三维投影 岩浆侵位环境/形成过程 岩相或岩石结构简要描述和解释（基于图像、基础测井和岩相学数据）
1—4 剪切裂缝/平面 水下火山（4号井）和次火山（1号井）/应力 与局部或区域强应力条件下岩石固结后形成的高角度或低角度裂缝有关
1 人工裂缝/平面或非平面 任何条件/井况 与过平衡钻井的井况有关。在斜井中，可能形成垂直的平面裂缝组系，也可能形成弯曲的形状，如花状裂缝或J型裂缝[64]
1—7 柱状节理/平面或非平面 火山（7号井）与次火山
（1号井）/岩浆冷却		 该岩相在平面图上呈柱状节理多边形排列，被归类为非平面特征；而在垂直剖面上呈柱状和板状节理，归类为平面特征
1 带状层/平面 次火山/矿物分离 岩床侵位过程中形成的与矿物分离有关的水平层理
8 气孔席/平面 陆上火山/脱气 与席状结壳熔岩上部的气孔层有关
4 熔岩架/平面 水下火山/冷却 与在水下环境中发现的陆架特征有关，这些柱状构造是位于洋中脊海底片流坍塌内部的实心玄武质熔岩的空心垂直烟囱[73]
4—6 枕状熔岩朵叶/非平面 水下火山 该岩相包括小型和大型朵叶，发育或不发育枕间物质，朵叶内发育放射状节理。部分朵叶中可见气孔发育
4 枕状角砾岩/非平面 水下火山 该岩相包括圆状碎屑，其粒径通常大于玻质碎屑岩周围的棱角状碎屑
8 复合结壳熔岩/非平面 陆上火山 该岩相发育具有边缘突出的圆形朵叶体，底部可能存在气泡孔洞和微小的管柱体
1 包体/非平面 次火山 在该井中，包体与来自岩浆补给系统的镁铁质微粒包体及岩床边缘的捕虏体有关
4—8 角砾岩—玻璃质碎屑岩和
自生碎屑角砾岩/非平面		 水下和陆上火山/原地 角砾岩相包括来自陆上环境的渣块状顶部（8号井）和作为水下枕状海山一部分的玻质碎屑岩（4号井）
3 火山碎屑/非平面 陆上火山/火山碎屑密度流 含分散碎屑的熔结凝灰岩和含变形压扁和叠瓦状碎屑的熔合凝灰岩，与源自岩浆蒸气爆发的火山碎屑流有关
3 火山弹坑/非平面 陆上火山 与火山喷发过程中喷出的碎片有关，这些碎片可能会使其下方的地表发生变形
2 改造过的火山碎屑流/非平面 表生碎屑（剥蚀） 与火成岩沉积后发生的的火山碎屑改造有关
图9 井眼成像测井图像、露头及对应的伪图像中平面特征示例（图a、图d—图f据文献[20]修改，测井成像数据采用北向展开方位，伪图像水平方位角标定范围为0~360°）
图10 井眼成像测井图像、露头及对应伪图像中非平面特征示例（图f—图i据文献[19]修改，测井成像数据采用北向展开方位，伪图像水平方位角标定范围为0~360°）
图11 井眼成像测井图像、露头及对应伪图像中非平面特征示例（图g和图h据文献[20]修改，测井成像数据采用北向展开方位，伪图像水平方位角标定范围为0~360°）
井眼成像测井图像上的正弦或直线形状通常代表平面特征的投影，但需要准确区分与不同地质构造相关的图像特征[1-2,72]。本研究对不同井中的构造裂缝、冷却裂缝、气孔席、带状层和熔岩架进行了区分（见图9）。当钻孔剖面视角平行于这些构造时（类似柱状节理的描述），可以轻松解释出这些构造或岩相。
非平面火成岩特征的对比分析展示在图10和图11中。除枕状熔岩朵叶和柱状节理多边形以外，圆形和弧形边界投影还揭示结壳熔岩的小型朵叶、枕状角砾岩、微粒包体和改造过的火山碎屑。小型结壳熔岩或枕状熔岩朵叶体的投影可呈现球状、椭圆状或曲线状，这些形态与原位环境（见图10a、图10b、10h）或异位环境有关，后者以枕状角砾岩沉积的圆化碎屑为代表（见图10d）。微粒包体也呈圆形或尖角状（见图11g），与侵入体内的岩浆流动、运移和混合有关[20,70]。
改造后的火山碎屑碎片也会趋于变圆，并可能因沉积差异而呈现粒度变化（见图11i)。
1号井底部岩床边界处的部分熔融捕虏体中显示出无定形的不规则边界（见图11h），这与岩浆-围岩相互作用有关[20]。具有不规则边缘的冲击块体可以揭示火山弹坑变形的撞击面，有助于为井眼测井图像上的此类构造解释提供依据（见图11f）。
本研究中解释了多种火山角砾岩相，包括4号井中的玻质碎屑岩、6号井中的枕状角砾岩碎块（见图10d、10e）、3号井中的熔结凝灰岩沉积的离散或熔结碎屑（见图11d、图11e）以及自生碎屑角砾岩。熔结凝灰岩呈现变形碎屑的拉长特征，以巴西南部新元古界流纹质火山活动形成的高变质熔结凝灰岩为例[75]。由于原位碎裂和快速结晶，不规则自生碎屑角砾岩碎块可能呈现出犬牙交错式排列（见图10f）[74,76 -77]，在8号井的碎石状结壳熔岩流顶部识别出了此类特征[19]。此外，存在于气孔状熔岩流顶部的冷凝边缘是不同陆相火山单元的典型特征，这些火山单元也可能存在不规则的边界（见图10g、图10i）。
本文通过流程图（见图12）总结了各单元边界形态解释及其准确性的简化评估流程，有助于未来开展井分析时建立对比模版。
图12 基于成像测井图像边界形状的火成岩相和结构评价流程图及其置信度

4 讨论

井眼成像测井解释通常依赖经验进行可视化分析，并与地质露头特征进行比较。然而，若未对成像测井图像上呈现的柱状几何形态的投影效应进行深入分析，容易导致解释偏差甚至陷阱。为此，本研究提出一种新的伪图像方法，对井眼成像测井图像和露头照片的火成岩地质特征进行了全方位对比。下文将围绕岩相表征、判别标准、局限性和古环境解释，并结合区域地质和油气勘探地质背景进行探讨。

4.1 井眼成像测井图像中火成岩体的形态特征

以往研究表明，枕状熔岩主要形成于水下环境[78-81]。通过识别这一典型岩相的沉积过程，可以充分认识井眼成像测井图像上的枕状熔岩朵叶，促进地质模型的有效改进。
相比之下，柱状节理形成于多种火山和次火山环境的岩浆冷却过程[82]，其延伸方向、柱宽和朵叶数量取决于岩浆体积、通量、几何形态、组分、温度、压力和冷却速率等多因素的共同作用。外部环境条件（如水体存在、侵位深度和冷却前缘复杂性）都会影响节理网络发育[4,83 -85]。
尽管枕状熔岩边缘和柱状节理多边形在伪图像和井眼成像图像中展现出一定的共性，但二者在形态上也存在显著差异。例如，平滑的多边形（见图11b）易被错误地解释为枕状熔岩朵叶，因为仅发育于水下环境的枕状熔岩在就位过程中同样会形成不均匀的形态结构[78,80,86]。此外，这两者的尺寸均存在显著变化——从小于常规井径到远超此井径。以玄武岩质枕状熔岩为例，表现为尺寸差异悬殊的球状、椭球状或板状几何形态[81]。
柱状节理中也观察到了表2中列出的枕状熔岩朵叶类型交汇点的常见几何形态模式。投影分析结果表明，当井眼成像测井图像上观察到单一多边形或朵叶形态时，其可能源于未知几何形态和尺寸的截断多边形，而新生特征的圆化或椭球化形态往往掩盖了原始的朵叶形或多边形轮廓。
因此，火成岩体的大小和形态直接影响其在成像测井中的投影效果。例如，通过对日本地质露头照片中不同规模柱状节理的研究发现，与较大柱状节理相比，较小柱状节理更易完整呈现其形态（见图4）。相反，在井眼成像测井图像中发现小型枕状熔岩朵叶的可能性较小，因为露头中较小的球状枕状熔岩朵叶通常不太常见。在本研究选用的露头中，仅意大利西西里岛的枕状熔岩（见图7）集中发育直径小于30 cm的枕状熔岩朵叶体。
7号井可见多边形/朵叶形态的相似性特征，同时该井也发育其他几何形态模式，如平滑的多边形和曲线边缘（见图5）。由于图像中缺乏边缘更清晰的多边形结构，可能导致解释人员将这些岩相解释为枕状熔岩。然而，众多大小相近的小型朵叶镜像排列，有时形成伪正弦曲线形态，表明其更可能属于柱状节理而不是枕状熔岩朵叶。如前所述，井眼成像测井图像中枕状熔岩朵叶横向重复投影的可能性较低（见图7y）。
T型和Y型三联点是从柱状节理平面视角观测到的常见特征，其中相邻节理间的交汇角接近或大于90°[85]，而枕状熔岩朵叶中也发现了这些特征。一个很重要的现象是，在井眼成像测井图像上柱状节理的三联点交汇时（如7号井所示），裂缝开度保持不变（见图4b、图5）。而在枕状熔岩朵叶三联点处，由于排列不完美（可能是侵位过程中枕状熔岩的黏滞性导致的），接触区域开度会向三联点方向逐渐增大。本研究采用的所有示例均显示：随着井眼成像测井图像中三联点的数量逐渐增多，与柱状节理相比，枕状熔岩朵叶出现拼图式拟合模式的几率降低。
枕状熔岩朵叶的内部裂缝也可呈现出与柱状节理多边形内部裂缝不同的几何形态，这可有助于区分二者。枕状熔岩朵叶的内部裂缝并不总是清晰或发育良好，但通过4号井与5号井枕状熔岩的裂缝模式，仍可观察到显著的破裂差异。
4号井中发育大量圆形节理，而5号井则缺失此类构造，其内部裂缝以垂直于枕状体边缘的放射状特征为主。玄武岩质枕状熔岩的裂缝类型与其喷发后热收缩作用下冷却裂缝的时空演化有关[81]。与陆上熔岩朵叶的较低冷却速率相比，较高的冷却速率会在新形成的枕状构造中形成不同的裂缝模式。此外，5号井中的枕间物质说明沉积面具有更高的倾角[85]。相反，4号井不发育枕间物质可能反映了平坦的熔岩侵位表面。
4号井解释的致密枕状熔岩朵叶和8号井复合结壳熔岩朵叶之间也观察到了相似的几何特性。二者均呈组合朵叶几何形态，尽管8号井中明确定义了结壳熔岩朵叶的边缘。这些复合结壳熔岩朵叶的组合及其尺寸（通常大于井眼宽度）也会影响边缘在井眼成像测井图像中的投影形态，具体取决于火成岩体和井壁的交汇情况。致密枕状熔岩和复合结壳熔岩有时很难区分。为了解决这一问题，可以将岩相组合与其它垂直层序的样品岩相学特征（如发育玻璃质）相结合。例如，对于4号井，其火山层序中其他层段解释为玻质碎屑岩、枕状角砾岩和枕状熔岩朵叶（见图10b、图10e、图13），这种组合关系为岩相识别提供了重要依据。
图13 水下环境不同火成岩岩相空间配置示意图（a）及4号井电阻率测井成像解释的岩相特征图（b）（据文献[80]修改；右上角南西—北东向地震剖面插图中椭圆黄色区为巴西石油公司对4号井火山层段顶底界面的解释成果）
4号井的井眼成像测井图像显示，枕状熔岩朵叶边缘存在颜色变化（见图8b）。边缘颜色变化的具体原因尚不确定，可能与枕状熔岩朵叶的玻璃质边缘、枕间填隙物和块状玄武岩内部之间蚀变程度差异性有关。在枕状熔岩朵叶电阻率图像中，与枕核中结晶玄武岩普遍的高阻特征（浅色调）相比，其边界可能呈现高亮显示（未蚀变玻璃质，高电阻率）或暗色显示（玻璃质蚀变为玄玻质，低电阻率）。
此外，露头中枕状体内部不规则节理的高对比度在地表可能比在地下围压环境中更为明显。地层深处密度较大的小型裂缝开度可能低于成像测井分辨率极限。此外，开放型或电阻型与导电型裂缝矿化作用所导致的不同蚀变也可能对图像特征产生重要影响。
最后，1号井的镁铁质微粒包体（见图11g）是另一个典型岩相实例，其电阻率和声波振幅差异可为火成岩组分和结构提供判识信息。包体的粒度差异解释基于声波振幅对比，而组分的均一性证据则源自微电阻率无显著变化[20]。

4.2 综合岩相解释对区域地质和油气勘探的意义

与冈瓦纳大陆裂解和南美大陆形成相关的大规模岩浆活动，曾贯穿于盆地多个演化阶段并发育于不同构造部位。火成岩侵位作用及其伴生的岩相特征（如气孔和裂缝分布）对火成岩储层、盖层和圈闭评价具有重要影响[87]。
本研究提出的方法可用于多幕构造的火山岩相发育区的评价，包括Paraná-Etendeka大火成岩省、中大西洋岩浆岩省和巴西东缘的圣通阶-坎潘阶岩浆活动带。解释结果大大提高了火山岩序列表征的准确度，对了解盆地演化和相关含油气系统具有重要意义。下文将通过简短研究案例来说明该方法对含油气系统评估的关键意义。

4.3 典型实例研究

与岩床侵入体相关的形态特征（如冷却节理和构造裂缝）可能影响侵入体作为含油气系统盖层、圈闭甚至储层的有效性[35,88]。本研究通过露头照片生成的伪图像（见图3）补充了帕纳伊巴盆地1号井[20]厚层辉绿岩岩床的井眼成像测井解释。该成果支持将裂缝系统解释为岩浆冷却节理而非构造作用的产物，表明该裂缝系统仅局限于所研究的侵入体中，而不可能与导致更大规模封盖失效的切穿断裂系统相连。利用地震手段将井眼观测结果与侵入体宏观几何形态进行对比是最佳研究方法[20,89]，本研究为未来勘探中通过新井验证这一假说提供了范例。
在坎波斯盆地和桑托斯盆地，案例井识别出的致密状和火山碎屑状结构分别对应块状火成岩和破碎火成岩[3]。这些结构可形成于完全迥异的岩浆侵位环境中。例如，2号井、3号井和8号井的岩相解释为陆上玄武岩沉积提供了证据；4号井、5号井和6号井测井解释结合伪图像分析，揭示发育水下岩相（见图7、图8）。与陆上火山活动相比，水下岩相的发育、厚度和分布为盆地分类研究提供了宝贵的基础资料，对于认识和预测盆地内烃源岩分布以及碳酸盐岩储层的性质和分布至关重要。
另外，在坎波斯盆地，3号井的火山碎屑沉积可以证明碳酸盐岩储层上方的爆发性玄武岩火山喷发形成了一套沉积序列（见图11d—图11f）。此类沉积可形成于多种火山喷发过程，具体取决于熔体成分、喷发环境和动力学条件。同油田另一邻井中观察到枕状熔岩和玻质碎屑岩被火山灰覆盖，源于水下玄武岩岩浆作用[16]，这是该地区溢流式和爆发式火山活动共存的特征。3号井中发现了火山碎屑和高含量玻璃质，这些与碳酸盐岩夹层有关的岩相特征说明曾发生水下爆炸性火山活动，如夏威夷群岛的岩浆蒸汽喷发[90]。夏威夷群岛的凝灰岩锥体呈环形构造，在约30×104年内经历了严重的侵蚀过程[91]。在Hanauma湾，珊瑚礁发育于火山角砾凝灰岩环火山口的未受侵蚀部分，这一现代案例证实此类火山沉积与碳酸盐岩体系之间存在密切关联。除环境指示意义以外，与喷发性岩浆作用相比，火山碎屑岩相表现出不同的孔隙结构，可能形成更复杂的储层[87]。
与原生火山碎屑沉积不同，2号井揭示砾岩沉积，含火山岩屑、石英和碳酸盐岩碎屑，向上粒度变粗（见图11i），下伏碳酸盐岩相表明存在喷发后改造过程形成的表生碎屑沉积。这一具体成像测井解释揭示了碎屑的磨圆度和分选模式，与枕状熔岩侵位相比，更符合机械搬运改造机理，具有完全不同的孔隙结构意义。现今夏威夷O’ahu岛上可以看到这类侵蚀沉积，与火山沉积相关的碳酸盐岩地层随着海平面波动而变化[92]。
8号井盐下下白垩统发育一系列广泛发育的陆上熔岩流，包括各种形态类型的结壳熔岩流（大于400 m）[34,93]，如图9c、图10f—10i所示。该井提供的重要古环境信息证实并表征了邻近大陆-洋壳过渡带海侵前的重要岩浆活动特征（Abimael洋脊[43]）。8号井中喷发间歇期沉积约50 m厚的硅质碎屑/碳酸盐岩互层，导致火山活动研究的不确定性——即不能确定其是与构造活动性较弱的裂谷后岩浆活动期（距今时间112~123 Ma）[19,43]有关，还是与活跃性较强的同裂谷期（距今时间123~130 Ma）有关。这种陆上火山活动的地层位置带来了关于后续碳酸盐岩层序沉积的问题，可能影响这些地区的油气勘探决策。
陆上火山岩相表征可作为同期喷发环境以及主要熔岩层序内部孔隙结构的重要约束[1,2,94]。然而，在Badejo和Linguado油田，陆上火成岩相仍可作为有效储层[7-8]。因此，需加强研究原生孔隙改造过程，以便更好地预测特殊储层的优势岩相区；伪图像分析方法在这一研究中可以发挥重要作用。
枕状熔岩相表征有助于提高4号井、5号井和6号井的解释准确性。此外，枕状角砾岩和玻质碎屑岩岩相也广泛用于水下火山活动古环境研究[73,78,81,95]。
在坎波斯盆地，4号井观察到的熔岩流与圣通阶-始新世岩浆作用（盐下）具有相关性[9,96]。其岩相组合由一系列垂直排列的小型枕状熔岩朵叶、枕状角砾岩、玻质碎屑岩和裂缝性块状玄武岩组成（见图13），表现出与海山形成过程相似的特征。海山通常是由水下火山沉积堆积而成的，其堆积方式与海山内的岩浆流速、海底坡度和位置有关，形成典型的丘状构造[80,86]。由于地震分辨率及尺度差异限制，这些火山岩岩相无法在地震剖面上识别，但该火山喷发序列顶底界面可被清晰刻画。
除枕状熔岩、枕状角砾岩和玻质碎屑岩外，相关岩相还包括与火山喷发物质传输系统相连的块状侵入岩。此类块状岩石因节理和裂缝作用呈现原位形态变化（见图13a、图13b）。坎波斯盆地和桑托斯盆地的地震数据有效刻画了与海山状构造相关的漂移期岩浆活动，而该火山建造的岩相描述更好地表征了阿普特期后常见火山构造的沉积环境。
5号井和6号井分别位于Libra中区和西北区的Mero油田内。其水下火山沉积具有枕状熔岩和枕状角砾岩特征，是桑托斯盆地盐下裂谷期岩浆活动产物。这些沉积与Barra Velha组和Itapema组的碳酸盐岩储层伴生[34]。裂谷后期盆地充填背景下的这种火山活动可引导地质模型向深湖或季节性海相环礁系统解释。红海裂谷作为现今类比对象，为研究更受限的环境中同类型海底火山沉积提供了良好参照[97]。
7号井位于桑托斯盆地外隆起带，厚层岩浆层序解释为盆地裂谷后期（距今时间116 Ma，40Ar/39Ar测年）喷出熔岩层系的组成部分，下伏为盐下碳酸盐岩地层[43]。该井是2005年桑托斯盆地盐下油气钻探的先导井，由此发现了后期的巨型深水油田[37]。本研究认为部分火山沉积解释为具有柱状节理的块状岩相，而非前人通过识别枕状熔岩来指示水下环境。这一更新解释结果可能引发针对该火山岩层序和古环境特征的地质模型重大调整。
火成岩岩相解释差异往往会影响岩相、地层学和地震模拟综合研究成果。巴西许多含油气沉积盆地中广泛发育火成岩[87,98]，因此，准确的岩相刻画可以有效促进相关含油气系统、古环境[99]、二氧化碳生成与封存[100]研究。

5 结论

本研究借助野外露头照片和生成的井眼伪图像，对巴西坎波斯盆地、桑托斯盆地和帕纳伊巴盆地火山岩和次火山岩地质单元的井眼成像测井解释特征进行了全面探讨和总结。
确定了各种火成岩结构的关键边界形态，对平面和非平面火成岩特征进行了相应的定义和分类。与原始形态相比，柱状节理多边形和枕状熔岩朵叶的圆柱投影呈现出不同的形态；然而，几何投影可以提供有关其原始大小和形成条件的信息；此外，基于伪图像，可以根据钻井方向区分不同尺寸和方向的柱状节理的几何形态模式。与井眼成像测井图像上的电阻率或振幅对比，对应的颜色变化可以为火成岩蚀变过程、构造特征、岩相类型及粒度差异的识别提供重要线索。通过不同类型熔岩流、火山碎屑流表征，以及与碳酸盐岩层序伴生的喷发后火山碎屑沉积论证，对若干火山岩层序的水下和陆上古环境进行了评价。1-RJS-591井井眼成像测井图像的详细评价揭示了与阿普特期后水下侵位海山相关的结构和构型特征。火山环境解释与区域地质研究综合分析，对理解盆地演化和指导油气勘探开发具有重要意义。

衷心感谢巴西国家石油公司授权发表本研究成果。感谢地质学家Maria Cristina de Vito Nunes与Isabela de Oliveira Carmo参与地质讨论。感谢地质学家Pamela Paiva Fernandes提供了1-RJS-591井的井眼成像测井分析。感谢地质学家Natália Gauer Pasqualon博士和本文最终版本的评审专家们。感谢以下提供相关露头照片的地质学家：Augusto Sommer博士、教授，Carla Barreto博士、教授，Dougal Jerram博士、教授，Marcell Besser博士，Natália Gauer Pasqualon博士，以及Yuri Akiba博士。

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