袁 瑞, 朱 銳, 瞿建華, 張 磊, 吳 俊, 王振林, 潘 進
( 1. 長江大學(xué) 信息與數(shù)學(xué)學(xué)院,湖北 荊州 434023; 2. 長江大學(xué) 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室,湖北 武漢 430100; 3. 長江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院,湖北 武漢 430100; 4. 中國石油新疆油田分公司 勘探開發(fā)研究院,新疆 克拉瑪依 834000 )
具有相同巖性和沉積構(gòu)造的巖石相是反映特定水動力條件的基本成因單元。Miall A D研究辮狀河沉積時,將巖石的巖性及沉積構(gòu)造用不同的符號表示,提出巖石相編碼(facies code)[1-2]。在研究不同的沉積體系時,人們提出不同的巖石相劃分方案。Hwang L G等將Pohang盆地扇三角洲的巖性分為角礫巖、礫質(zhì)巖、砂質(zhì)巖和泥質(zhì)巖4類,結(jié)合6種沉積構(gòu)造,劃分22種巖石相[3]。Eyles N等將加拿大Saskatchewan冰川沉積物巖石相劃分為6種,包括混積巖、礫質(zhì)巖、砂質(zhì)巖和細(xì)粒巖(粉砂巖、泥巖)4類巖性[4]。
準(zhǔn)噶爾盆西北緣瑪湖凹陷三疊系百口泉組發(fā)育大型緩坡粗粒扇三角洲群,在扇三角洲前緣帶發(fā)現(xiàn)多個以砂礫巖為儲集層的大面積巖性油氣藏[5-6]。根據(jù)礫巖沉積構(gòu)造,于興河等劃分9種礫巖相[7];結(jié)合巖性及顏色,鄒妞妞等識別6種巖石相[8];結(jié)合巖性、沉積構(gòu)造、顏色和礫石支撐方式,張昌民等提出227種巖石相類型,其中礫質(zhì)巖巖相為153種,砂質(zhì)巖巖相為58種,泥質(zhì)巖巖相為16種[9]?,敽枷莅倏谌M巖性復(fù)雜、垂向上變化快,多圍繞儲集層段取心,非儲集層段取心較少。因此,巖心巖石相受限于取心層位,垂向上難以覆蓋整個地層組。
微電阻率成像測井技術(shù)具有超高的垂向分辨率(5 mm),可以利用大量井周電阻率進行圖形化顯示,為精細(xì)地質(zhì)研究提供一種新方法[10-15]。在識別巖性及沉積構(gòu)造的基礎(chǔ)上,形成類似巖心巖石相的微電阻率成像測井巖石相劃分方法。Shrivastva C等研究印度東海岸Krashna-Godavari盆地河流三角洲,結(jié)合巖心及微電阻率成像測井,總結(jié)6種巖石相和4種巖石相組合[16];Xu C M等研究美國俄克拉荷馬州Arkoma盆地的重力流沉積,在缺乏取心時,根據(jù)微電阻率成像測井反映的巖性及沉積構(gòu)造,劃分10種巖石相[17];Folkestad A等研究挪威北海地區(qū)下三疊系Cook組的沉積模式,結(jié)合少量巖心,利用微電阻率成像測井劃分5種巖石相,將來自微電阻率成像測井的巖石相稱為圖像相(image facies)[18]。
基于巖心、微電阻率成像測井巖性及沉積構(gòu)造特征,提出瑪湖凹陷百口組扇三角洲砂礫巖微電阻率成像測井雙屬性巖石相劃分方案,總結(jié)不同巖石相的電性和物性特征,劃分單井百口泉組的巖石相,為沉積微相和沉積模式研究提供更加完善的地質(zhì)信息。
瑪湖凹陷是位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣的二級構(gòu)造單元。早三疊世盆地西北緣物源區(qū)為瑪湖凹陷提供充足物源,沉積物或直接依靠重力作用在湖盆邊緣堆積而形成沖積扇;或在重力與流水共同作用下向凹陷中心搬運,進入瑪湖凹陷的安靜水體,形成大型緩坡粗粒扇三角洲群[19-21]。研究區(qū)位于瑪湖凹陷的北斜坡區(qū),主要包括黃羊泉扇三角洲和夏子街扇三角洲(見圖1)。三疊系百口泉組(T1b)地層厚度為120~250 m,從下至上劃分為百一段(T1b1)、百二段(T1b2)和百三段(T1b3)。百一段厚度為30~50 m,巖性主要為灰色、紅褐色砂礫巖,夾灰色、棕色含礫泥巖,整體油氣顯示較差,取心較少。百二段厚度為30~60 m,巖性以褐色、灰綠色砂礫巖為主,夾棕灰色、褐色泥巖,油氣顯示較好,為主要的儲集層段,鉆井取心多集中于此。百三段厚度為40~90 m,主要為灰色砂巖與灰色、紅褐色泥巖互層,夾灰色細(xì)礫巖,油氣顯示差,取心最少。
圖1 瑪湖凹陷北斜坡區(qū)沉積相平面及地層綜合柱狀圖Fig.1 Sedimentary facies plan and stratigraphic column of Baikouquan formation in Mabei region
砂礫巖的粒度是反映水動力狀況和沉積環(huán)境的重要指標(biāo)[22]。參考張昌民等[9]、瞿建華等[23]的瑪湖凹陷百口泉組砂礫巖粒級劃分方案,將研究區(qū)扇三角洲的巖性分為3類:礫質(zhì)巖、砂質(zhì)巖和泥巖。根據(jù)顆粒粒級,將礫質(zhì)巖細(xì)分為巨礫巖、粗礫巖、大中礫巖、小中礫巖和細(xì)礫巖;將砂質(zhì)巖細(xì)分為粗砂巖、中砂巖、細(xì)砂巖和粉砂巖。共劃分10種巖石粒度分級 (見表1),不同巖石粒度的巖心見圖2。
利用微電阻率成像測井儀測量地層微電阻率曲線,并進行成圖顯示,暗色代表低電阻率,亮色代表高電阻率。垂向分辨率為5 mm,在一定程度上能有效反映直徑大于5 mm的礫石顆粒。礫質(zhì)巖為高電阻率特性,且不同巖屑成分的礫石的導(dǎo)電性不同,微電阻率成像測井圖像為黃色—亮色斑點狀,斑點越大越清晰表示粒度越大,如果是泥礫巖,則表現(xiàn)為暗色團塊狀(見圖3(a-e))。砂質(zhì)巖為中電阻率特性,在微電阻率成像圖像上表現(xiàn)為顏色單一的塊狀區(qū)域,根據(jù)圖像的顏色判斷巖性,顏色越暗表示砂質(zhì)巖的粒度越小,粗砂巖電阻率相對較大,為亮色;粉砂巖電阻率相對減小,為黃色—暗色(見圖3(f-i))。泥巖為低電阻率特性,在微電阻率成像圖像上為暗色塊狀區(qū)域(見圖3(j))。
表1 百口泉組巖石粒度分級
圖2 百口泉組不同巖石粒度的巖心Fig.2 Cores in different grain size of Baikouquan formation
根據(jù)68口井、1 412.19 m的巖心觀察結(jié)果,瑪湖凹陷三疊系百口泉組主要發(fā)育5種沉積構(gòu)造:水平層理、平行層理、交錯層理、塊狀層理和沖刷充填構(gòu)造。由于巖心尺寸較小,難以判斷礫巖的交錯層理是屬于槽狀交錯層理還是板狀交錯層理,統(tǒng)稱為交錯層理。不同沉積構(gòu)造的巖心照片見圖4。
水平層理發(fā)育于泥巖和粉砂巖,在微電阻率成像圖像上表現(xiàn)為黃色—暗色區(qū)域中互相平行的暗色直線狀,傾角為0°,傾向一致(見圖5(a));平行層理主要發(fā)育于砂巖和細(xì)礫巖,在微電阻率成像圖像上,表現(xiàn)為互相平行的黃色—亮黃色(砂巖)或亮色斑點(礫巖)組成的直線狀,傾角近為0°,傾向一致(見圖5(b));塊狀層理在微電阻率成像圖像上無規(guī)律,泥巖、砂巖在微電阻率成像圖像上顏色無變化,礫巖的亮色斑點大小混雜(見圖5(c));交錯層理砂巖在微電阻率成像圖像上為黃色正弦曲線狀,礫巖為亮色斑點組成的正弦曲線狀,傾角大小相近或不同,傾向一致或不同(見圖5(d));在微電阻率成像圖像上,沖刷面表現(xiàn)為上覆亮色斑點與下伏暗色或黃色塊狀之間凸凹不平的界面(見圖5(e))[24]。
圖3 研究區(qū)各類巖石粒度微電阻率成像測井特征Fig.3 Microresistivity imaging logs characteristic of different grain size in the study area
根據(jù)瑪湖凹陷百口泉組巖心的巖性及沉積構(gòu)造的精細(xì)描述,對比20口井微電阻率成像特征,將巖性及沉積構(gòu)造結(jié)合,提出扇三角洲微電阻率成像測井雙屬性巖石相的命名方案:Abc,“Ab”表示10種巖性,其中巨礫巖為G1,粗礫巖為G2,大中礫巖為G3,小中礫巖為G4,細(xì)礫巖為G5,粗砂巖為S1,中砂巖為S2,細(xì)砂巖為S3,粉砂巖為S4,泥巖為M1;“c”表示沉積構(gòu)造,其中水平層理為h,平行層理為p,交錯層理為x,塊狀層理為m,沖刷充填構(gòu)造為s。劃分28種微電阻率成像測井巖石相,其中礫巖巖石相為12種,砂巖巖石相為14種,泥巖巖石相為2種(見表2)。
表2 微電阻率成像測井雙屬性巖石相類型及符號
圖4 百口泉組不同沉積構(gòu)造的巖心Fig.4 Cores in different sedimentary structure of Baikouquan formation
不同的微電阻率成像測井巖石相反映不同的沉積環(huán)境,并且具有不同的電性及物性特征(見圖6)。
(1)巨礫巖巖石相與粗礫巖巖石相。受井眼尺寸限制,由巖心及微電阻率成像圖像上觀察為塊狀層理,主要發(fā)育于扇三角洲平原辮狀河道和泥石流沉積。巨礫巖平均電阻率為47.19 Ω·m;粗礫巖平均電阻率為43.14 Ω·m。
圖5 研究區(qū)各類沉積構(gòu)造微電阻率成像測井特征Fig.5 Microresistivity imaging logs characteristic of different sedimentary structure in the study area
圖6 研究區(qū)不同巖性的電阻率與物性特征Fig.6 Resistivity and physical property characteristic of different grain size in the study area
(2)大中礫巖巖石相。主要發(fā)育塊狀層理、交錯層理和沖刷充填構(gòu)造,其中塊狀層理大中礫巖發(fā)育于扇三角洲平原泥石流,交錯層理和沖刷充填構(gòu)造大中礫巖發(fā)育于扇三角洲平原辮狀河道。平均電阻率為44.71 Ω·m,孔隙度為6.70%,滲透率為3.08×10-3μm2。
(3)小中礫巖巖石相。層理類型與大中礫巖的類似,塊狀層理小中礫巖發(fā)育于扇三角洲平原泥石流和扇三角洲前緣碎屑流,交錯層理和沖刷充填構(gòu)造小中礫巖發(fā)育于扇三角洲平原辮狀河道和扇三角洲前緣水下分流河道。平均電阻率為41.65 Ω·m,孔隙度為8.62%,滲透率為6.30×10-3μm2。
(4)細(xì)礫巖巖石相。主要發(fā)育塊狀層理、平行層理、交錯層理和沖刷充填構(gòu)造,其中塊狀層理細(xì)礫巖發(fā)育于扇三角洲前緣碎屑流,平行層理、交錯層理和沖刷充填構(gòu)造細(xì)礫巖發(fā)育于扇三角洲前緣水下分流河道。平均電阻率為39.98 Ω·m,孔隙度為8.06%,滲透率為3.35×10-3μm2。
(5)粗砂巖巖石相、中砂巖巖石相和細(xì)砂巖巖石相。主要發(fā)育塊狀層理、平行層理、交錯層理和沖刷充填構(gòu)造,發(fā)育于扇三角洲前緣水下分流河道、河口沙壩和席狀砂微相。粗砂巖平均電阻率為28.22 Ω·m,孔隙度為9.30%,滲透率為2.06×10-3μm2;中砂巖平均電阻率為25.72 Ω·m,孔隙度為8.03%,滲透率為0.87×10-3μm2;細(xì)砂巖平均電阻率為23.76 Ω·m,孔隙度為7.80%,滲透率為0.49×10-3μm2。
(6)粉砂巖巖石相與泥巖巖石相。發(fā)育水平層理和塊狀層理,其中粉砂巖主要發(fā)育于扇三角洲平原河道間和扇三角洲前緣分流間灣,平均電阻率為21.82 Ω·m,孔隙度為4.31%,滲透率為0.24×10-3μm2;泥巖主要發(fā)育于扇三角洲平原河道間、扇三角洲前緣分流間灣和前扇三角洲泥微相,平均電阻率為10.04 Ω·m。
巖石相是沉積微相和沉積環(huán)境研究的基礎(chǔ),傳統(tǒng)的巖石相研究從巖心和野外露頭開始,無法研究未取心井段,難以全面表征地層巖石相特征。微電阻率成像可以彌補未取心井段的地質(zhì)信息,在巖性及沉積構(gòu)造識別的基礎(chǔ)上,劃分微電阻率成像測井巖石相。根據(jù)瑪湖凹陷百口泉組扇三角洲28種微電阻率成像測井巖石相,劃分研究區(qū)20口井的巖石相。
FN401井百口泉組微電阻率成像測井巖石相劃分結(jié)果見圖7,顯示巖屑錄井、微電阻率成像測井圖像及其巖石相類型。相對于百一段和百二段巖石相,百三段各類礫巖巖石相較少、泥巖和粉砂巖巖石相較多,因此百口組從下至上粗粒沉積物逐漸減少,細(xì)粒沉積物逐漸增多,反映整體上為湖侵的扇三角洲退積沉積。
如該井2 618.00~2 626.00 m未取心井段,由微電阻率成像測井圖像可以明顯識別地層巖性及沉積構(gòu)造,劃分巖石相類型,進一步判斷沉積微相和亞相。2 625.55 m深度發(fā)育下伏泥巖和上覆小中礫巖的沖刷面,2 624.21 m深度發(fā)育下伏中砂巖和上覆大中礫巖沖刷面,2 624.21~2 625.55 m深度巖石相類型為塊狀層理粗礫巖和交錯層理大中礫巖、小中礫巖、細(xì)礫巖,底部為沖刷充填構(gòu)造大中礫巖,為扇三角洲平原辮狀河道沉積微相。2 624.00 m深度微電阻率成像測井圖像有一暗色團塊,與亮色斑點凸凹接觸,為沖刷殘留的泥礫。2 624.00~2 624.21 m深度為塊狀層理、沖刷充填構(gòu)造大中礫巖,為扇三角洲平原辮狀河道沉積微相。由2 618.00~2 624.00 m深度微電阻率成像測井圖像可知,礫巖巖石相主要為交錯層理、沖刷充填構(gòu)造細(xì)礫巖和小中礫巖,為扇三角洲前緣水下分流河道沉積微相;暗色塊狀層理泥巖和水平層理粉砂巖為分流間灣沉積。
統(tǒng)計FN401井百口泉組各層段微電阻率成像測井巖石相厚度比例(見圖8,不包括沖刷充填構(gòu)造)。由圖8可知,百口泉組各層段塊狀層理泥巖最發(fā)育,塊狀層理小中礫巖、交錯層理小中礫巖、交錯層理細(xì)礫巖和塊狀層理粉砂巖較發(fā)育,其他巖石相類型不發(fā)育。
盡管微電阻率成像測井的分辨率低于鉆井取心的,無法提供顏色等其他地質(zhì)信息,但是在全井段地層的巖性及沉積構(gòu)造識別方面具有獨特的應(yīng)用優(yōu)勢。巖心與微電阻率成像測井結(jié)合使用,可以彌補各自的不足,為全井段沉積環(huán)境研究提供更加準(zhǔn)確的地質(zhì)依據(jù)。此外,還可以統(tǒng)計各類微電阻率成像測井巖石相的最小厚度、最大厚度和平均厚度等,為地質(zhì)建模提供更加可靠的參數(shù)。
圖7 FN401井百口泉組微電阻率成像巖石相劃分結(jié)果Fig.7 Result of lithofacies based on microresistivity imaging logging of Baikouquan formation, FN401 well
圖8 FN401井百口泉組不同層段微電阻率成像測井巖石相厚度比例
(1)利用微電阻率成像測井,識別瑪湖凹陷百口泉組扇三角洲10種巖性及5種沉積構(gòu)造。在微電阻率成像圖像中,礫質(zhì)巖表現(xiàn)為黃色—亮色斑點狀,泥礫巖為暗色團塊狀;砂質(zhì)巖為顏色單一的塊狀區(qū)域;泥巖為暗色塊狀;水平層理表現(xiàn)為黃色—暗色區(qū)域中互相平行的暗色直線狀;平行層理與交錯層理分別表現(xiàn)為互相平行的黃色—亮黃色(砂質(zhì)巖)或亮色斑點(礫質(zhì)巖)組成的直線和正弦曲線狀;塊狀層理無明顯規(guī)律;沖刷面為上覆亮色斑點與下伏暗色或黃色塊狀之間凸凹不平的界面。
(2)提出不同巖性和沉積構(gòu)造的微電阻率成像測井雙屬性巖石相劃分方案,包括12種礫巖巖石相、14種砂巖巖石相和2種泥巖巖石相。識別百口泉組巖石相,其中塊狀層理小中礫巖、交錯層理小中礫巖、交錯層理細(xì)礫巖是儲集層最主要的巖石相類型;塊狀層理泥巖較發(fā)育;百三段各類礫巖巖石相較少、泥巖和粉砂巖巖石相較多。
(3)基于微電阻率成像測井的雙屬性巖石相劃分方法,為瑪湖凹陷百口泉組扇三角洲沉積微相和沉積體系的精細(xì)研究提供參考。
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