劉繼龍 宋延杰 孫 紅 權(quán)新榮

1. 東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院， 黑龍江 大慶 163318；2. “非常規(guī)油氣成藏與開發(fā)”省部共建國家重點實驗室培育基地， 黑龍江 大慶 163318；3. 中國石油吉林油田分公司勘探開發(fā)研究院， 吉林 松原 138000

0 前言

隨著火山巖油氣藏的不斷發(fā)現(xiàn)和投入開發(fā),準(zhǔn)確進行火山巖儲層巖性識別至關(guān)重要,它不僅直接關(guān)系到儲層孔隙度和飽和度的確定,也是儲層特征研究、儲量計算和地質(zhì)建模等開發(fā)研究的基礎(chǔ)[1-3]。由于火山巖巖性復(fù)雜,成分以及結(jié)構(gòu)難以識別。目前,最常用的火山巖巖性識別方法為常規(guī)測井響應(yīng)交會圖法[4-6],交會圖法一般能夠識別成分相差較大的巖性,難于識別成分相近、結(jié)構(gòu)不同的巖性。隨著測井技術(shù)的發(fā)展,ECS測井和成像測井在火山巖巖性識別中得到應(yīng)用,但ECS測井只能識別成分相差較大的火山巖巖性[7],難以識別火山巖結(jié)構(gòu)特征,成像測井則能夠彌補這一缺點[8-9]。通過對廣泛應(yīng)用于巖性識別的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、判別分析、主成分分析、模糊聚類、支持向量機、決策樹等數(shù)學(xué)算法的研究,認(rèn)為決策樹模型算法穩(wěn)定、識別率高、能自動分析各個參數(shù)的敏感性,且模型屬于“白盒”封存,用戶可以直接獲取屬性-數(shù)值的相關(guān)分析[10-19],應(yīng)用性更強。因此,本文利用圖版法劃分火山巖的中性和酸性特征,在此基礎(chǔ)上,應(yīng)用決策樹模型結(jié)合FMI成像測井信息,實現(xiàn)對火山巖結(jié)構(gòu)的有效劃分。

1 酸性和中性火山巖測井響應(yīng)特征

測井巖性識別主要通過薄片分析等手段對取心資料進行巖石定名,然后將經(jīng)過深度歸位的巖性信息與測井曲線匹配,建立巖性與測井參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系。本次研究確定了X斷陷火二段主要巖性為安山巖、安山質(zhì)火山角礫巖、安山質(zhì)沉火山角礫巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r、安山質(zhì)沉凝灰?guī)r、流紋巖、流紋質(zhì)沉火山角礫巖、流紋質(zhì)火山角礫巖、流紋質(zhì)凝灰?guī)r等巖性,優(yōu)選出對酸性火山巖以及中性火山巖敏感的GR、CNL、Th、Ti、Si等測井曲線,從中性到酸性,GR值增大,CNL降低;Si含量增加、Ti含量降低;Th含量增加。各條曲線的主要分布范圍見表1。

表1X斷陷不同巖性測井響應(yīng)特征表

巖性測井響應(yīng)GR/APICNL/(%)Th/(10-6·g·g-1)Ti含量/(%)Si含量/(%)安山巖分布范圍42～8313～294.82～7.320.002 0～0.009 40.238 7～0.315 3均值68216.160.006 80.279 1安山質(zhì)沉火山角礫巖分布范圍52～8618～264.05～5.190.004 1～0.009 70.256 2～0.288 3均值67214.620.006 90.272 3安山質(zhì)沉凝灰?guī)r分布范圍68～8812～233.55～9.110.003 8～0.012 10.265 4～0.319 3均值76187.150.007 70.291 2安山質(zhì)火山角礫巖分布范圍58～1234～304～14.070.000 5～0.009 30.238 7～0.37均值82.3168.120.005 60.296 3安山質(zhì)凝灰?guī)r分布范圍46～1125～253.1～9.370.002 6～0.0110.280 7～0.316 4均值77147.40.006 30.305 7流紋巖分布范圍81～1991～176.19～18.910.000 3～0.003 10.305～0.382 2均值136914.440.001 10.35流紋質(zhì)沉凝灰?guī)r分布范圍79～1683～259.1～22.580.001～0.003 30.322 3～0.367 4均值1291115.590.002 10.337 6流紋質(zhì)火山角礫巖分布范圍89～1601～226.05～23.080.000 4～0.005 70.285 3～0.382 2均值1211013.440.001 90.340 1流紋質(zhì)凝灰?guī)r分布范圍80～1786～2411.23～20.80.000 1～0.003 90.326 4～0.367 5均值1331716.710.001 50.344 3

2 酸性和中性火山巖巖性測井識別

2.1 交會圖法識別火山巖成分特征

利用常規(guī)測井、伽馬能譜測井以及ECS測井?dāng)?shù)據(jù),優(yōu)選對中性和酸性火山巖敏感測井響應(yīng),建立了識別中性和酸性火山巖的GR-CNL圖版、GR-HTHO圖版以及Si-Ti圖版,見圖1～3。從交會圖中可以看出,火山巖的巖性主要為安山質(zhì)火山巖和流紋質(zhì)火山巖。表2給出了三種圖版識別不同成分火山巖巖性的符合率,符合率均在90%以上,因此將三種圖版結(jié)合來識別不同成分的火山巖。但對于X斷陷成分相近而結(jié)構(gòu)不同的火山巖利用交會圖法難以識別火山巖結(jié)構(gòu)特征。

圖1 安山質(zhì)火山巖、流紋質(zhì)火山巖GR-CNL巖性識別圖版

圖2 安山質(zhì)火山巖、流紋質(zhì)火山巖GR-Th巖性識別圖版

圖3 安山質(zhì)火山巖、流紋質(zhì)火山巖Si含量-Ti含量巖性識別圖版

表2 交會圖法識別安山質(zhì)、流紋質(zhì)火山巖數(shù)據(jù)表

方法薄片分析巖性數(shù)目/層符合率/(%)常規(guī)測井圖版法13392.5ECS測井圖版法11397.3能譜測井圖版法11295.5

2.2 決策樹模型識別火山巖結(jié)構(gòu)特征

決策樹作為一種很實用的分類算法,它采用“自上而下,分而治之”的遞歸方式把訓(xùn)練數(shù)據(jù)集分成互不相交的子集,從而形成預(yù)測模型,對未知數(shù)據(jù)進行預(yù)測[20]。

決策樹主要由建樹階段和調(diào)整階段組成。本文采用的是決策樹C 4.5算法,決策樹的生成過程見圖4,由于研究區(qū)測井曲線主要以常規(guī)測井為主,因此,考慮建立常規(guī)測井的決策樹模型,以自然伽馬、聲波時差、中子、密度、深淺側(cè)向電阻率作為模型的輸入曲線,分別建立訓(xùn)練集和測試集,通過訓(xùn)練,確定出識別每種巖性的決策樹模型。并對15口井進行了巖性處理，巖性解釋準(zhǔn)確率高于80%。表3給出了利用決策樹模型識別火山巖結(jié)構(gòu)的結(jié)果。

圖4 決策樹生成過程示意圖

表3 決策樹模型劃分火山巖細(xì)分巖性數(shù)據(jù)表

巖性類別1巖性類別2巖性劃分標(biāo)準(zhǔn)識別率/(%)安山巖安山質(zhì)火山角礫巖安山質(zhì)沉火山角礫巖安山質(zhì)凝灰?guī)r安山質(zhì)沉凝灰?guī)rGR<61.4 API且RLLD>83 Ω·m時,為巖性類別1;否則為巖性類別291.2安山質(zhì)火山角礫巖安山質(zhì)凝灰?guī)r安山質(zhì)沉火山角礫巖安山質(zhì)沉凝灰?guī)rAC<225.2 μs/m且CNL<18.6%時,為巖性類別1;否則為巖性類別285.7安山質(zhì)火山角礫巖安山質(zhì)凝灰?guī)rCNL<12%且GR<69.2 API時,為巖性類別2;否則為巖性類別175.7安山質(zhì)沉火山角礫巖安山質(zhì)沉凝灰?guī)rDEN>2.58 g/cm3,為巖性類別2;否則為巖性類別1100流紋巖流紋質(zhì)火山角礫巖流紋質(zhì)沉凝灰?guī)r流紋質(zhì)凝灰?guī)rCNL<13.2%且AC<231.1 μs/m,為巖性類別1;否則為巖性類別267流紋質(zhì)火山角礫巖流紋質(zhì)沉凝灰?guī)r流紋質(zhì)凝灰?guī)rCNL<14.9%,為巖性類別1;否則為巖性類別267.4流紋質(zhì)沉凝灰?guī)r流紋質(zhì)凝灰?guī)rRLLS<72.3 Ω·m且AC<231.3 μs/m,為巖性類別1;否則為巖性類別271.4

2.3 FMI識別火山巖結(jié)構(gòu)特征

FMI成像測井能夠清晰地顯示火山巖的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征,因此,利用成像測井可以彌補常規(guī)測井對火山巖結(jié)構(gòu)變化不敏感的缺陷,以達到準(zhǔn)確識別火山巖結(jié)構(gòu)的目的。通過對研究區(qū)火山巖成像測井特征進行分析,得到相應(yīng)的成像模式，見圖5～6。在成像測井圖上,角礫會出現(xiàn)棱角狀的亮色特征,凝灰?guī)r大多呈現(xiàn)細(xì)條帶狀亮色特征,利用決策樹識別的不同結(jié)構(gòu)的火山巖巖性,結(jié)合FMI測井資料,就可以識別火山巖的結(jié)構(gòu)特征。

圖5 凝灰?guī)rFMI動靜態(tài)圖

圖6 火山角礫巖FMI動靜態(tài)圖

3 應(yīng)用效果分析

根據(jù)上述巖性識別方法,編制了基于決策樹模型的火山巖巖性識別的程序,對XX等井進行巖性識別。在圖版識別火山巖成分的基礎(chǔ)上,利用決策樹模型對火山巖結(jié)構(gòu)進行識別,結(jié)合成像測井,實現(xiàn)火山巖不同結(jié)構(gòu)的劃分。利用決策樹模型對15口井進行巖性解釋，并將結(jié)果與取心分析巖性進行對比，圖7為XX 1井巖性解釋成果圖，XX 86-XX 88 m，圖版解釋巖性為流紋質(zhì)火山巖，決策樹判別巖性為流紋質(zhì)凝灰?guī)r，F(xiàn)MI顯示為層理特征，綜合解釋巖性為流紋質(zhì)凝灰?guī)r；與取心巖性一致。XX 88-XX 92.5 m，圖版解釋巖性為安山質(zhì)火山巖，決策樹判別巖性為安山質(zhì)火山角礫巖，F(xiàn)MI顯示為層理特征，綜合解釋巖性為安山質(zhì)凝灰?guī)r；XX 92.5-XX 96 m，圖版解釋巖性為流紋質(zhì)火山巖，決策樹判別巖性為流紋質(zhì)沉凝灰?guī)r，F(xiàn)MI顯示為層理特征，綜合解釋巖性為流紋質(zhì)沉凝灰?guī)r；XX 96-XX 97 m，圖版解釋巖性為流紋質(zhì)火山巖，決策樹判別巖性為流紋質(zhì)凝灰?guī)r，F(xiàn)MI顯示為層理特征，綜合解釋巖性為流紋質(zhì)凝灰?guī)r；XX 97-XX 04 m，圖版解釋巖性為流紋質(zhì)火山巖，決策樹判別巖性為流紋質(zhì)沉凝灰?guī)r，F(xiàn)MI顯示為層理特征，綜合解釋巖性為流紋質(zhì)沉凝灰?guī)r；XX 04-XX 08 m，圖版解釋巖性為流紋質(zhì)火山巖，決策樹判別巖性為流動構(gòu)造，F(xiàn)MI顯示為流動構(gòu)造，綜合解釋巖性為流紋巖；XX 08-XX 09 m，圖版解釋巖性為流紋質(zhì)火山巖，決策樹判別巖性為流紋質(zhì)凝灰?guī)r，F(xiàn)MI顯示為流動構(gòu)造，綜合解釋巖性為流紋巖；XX 09-XX 10 m，圖版解釋巖性為流紋質(zhì)火山巖，決策樹判別巖性為流紋巖，F(xiàn)MI顯示為流動構(gòu)造，綜合解釋巖性為流紋巖，與取心巖性一致。

圖7 XX1井巖性自動識別效果圖

4 結(jié)論

1)X斷陷火二段儲層巖性復(fù)雜,火山巖種類繁多,主要發(fā)育的中性火山巖有安山巖、安山質(zhì)火山角礫、安山質(zhì)沉火山角礫、安山質(zhì)沉凝灰?guī)r、安山質(zhì)凝灰?guī)r,主要發(fā)育的酸性火山巖有流紋巖、流紋質(zhì)火山角礫巖、流紋質(zhì)沉火山角礫巖、流紋質(zhì)沉凝灰?guī)r。其中火山巖由中性變酸性,伽馬值增大,中子降低,Ti含量降低、Si含量增加,Th含量降低。

2)基于敏感測井響應(yīng)特征,建立CNL-GR,GR-Th、Si-Ti的巖性識別圖版,綜合利用三種巖性識別圖版,按成分差異將火山巖劃分為酸性和中性火山巖;在火山巖成分特征識別的基礎(chǔ)上,應(yīng)用決策樹模型進行火山巖結(jié)構(gòu)的自動識別,結(jié)合FMI測井,實現(xiàn)對火山巖結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確劃分。

3)將識別的不同結(jié)構(gòu)的火山巖與取心巖性進行對比,結(jié)果表明，巖性識別準(zhǔn)確性達到80%,滿足了研究區(qū)巖性識別要求。