唐歡歡 謝銳杰 劉 威

(1. 長(zhǎng)江大學(xué) 地球物理與石油資源學(xué)院， 武漢 430100； 2. 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 武漢 430100)

層序地層的劃分與對(duì)比主要應(yīng)用到地質(zhì)、測(cè)井、地震資料。在缺乏巖心資料和地震資料品質(zhì)較差的情況下，測(cè)井資料就成了層序地層劃分與對(duì)比研究中的重要依據(jù)之一。荷蘭沉積學(xué)家S.D.Nio在2005年提出的INPEFA測(cè)井頻譜分析技術(shù)，是一種以最大熵分析方法為基礎(chǔ)的測(cè)井曲線頻譜分析方法，通過(guò)由此獲得的INPEFA曲線更容易識(shí)別層序界面、洪泛面和沉積旋回。在缺乏地震資料的情況下，INPEFA分析技術(shù)可以突出測(cè)井曲線所包含的地質(zhì)信息，反映砂體在沉積過(guò)程中的韻律變化特征。我們應(yīng)用INPEFA分析技術(shù)，對(duì)川西坳陷新場(chǎng)構(gòu)造帶須家河組五段的地層進(jìn)行了層序劃分與對(duì)比，并利用INPEFA曲線的拐點(diǎn)和粒度分析識(shí)別源內(nèi)高能砂。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

川西坳陷中的新場(chǎng)構(gòu)造帶，屬于四川坳陷的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，其南為彭州 — 德陽(yáng)向斜，北為梓潼向斜，西為鴨子河構(gòu)造，東為東泰、合興場(chǎng)構(gòu)造，位于孝泉 — 新場(chǎng) — 豐谷隆起帶上，為北東東向。

新場(chǎng)構(gòu)造帶發(fā)育近斜列展布的孝泉 — 新場(chǎng)構(gòu)造亞帶和高廟子 — 豐谷構(gòu)造亞帶，是從晚三疊世以來(lái)經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的古今復(fù)合大型隆起帶。須家河組五段主要發(fā)育近南北向和北東向斷裂。在須五段沉積時(shí)期，龍門(mén)山逆沖活動(dòng)進(jìn)入相對(duì)平靜期，基底沉降穩(wěn)定，構(gòu)造活動(dòng)弱，地勢(shì)相對(duì)平緩，發(fā)育了一套以泥頁(yè)巖為主夾有少量砂巖的淺水湖泊-三角洲體系。

須五段主要發(fā)育泥巖、頁(yè)巖和煤，砂巖含量相對(duì)較少，長(zhǎng)期以來(lái)主要將其作為烴源巖段。有關(guān)研究對(duì)須五段的層序地層進(jìn)行了多次劃分，大多把須五段劃分為1個(gè)四級(jí)層序，或者進(jìn)一步細(xì)分為3個(gè)五級(jí)層序。本次研究，在較細(xì)的巖性中識(shí)別出能量相對(duì)較強(qiáng)的細(xì)砂級(jí)以上的砂體作為高能砂，即在烴源巖層系中識(shí)別出細(xì)砂以上的砂體。

2 INPEFA技術(shù)原理

不同的測(cè)井曲線對(duì)應(yīng)于不同的地質(zhì)特征。其中，自然伽馬(GR)曲線最能反映泥巖含量的變化和沉積旋回變化。因此，選用GR曲線進(jìn)行測(cè)井旋回分析。

頻譜變化屬性(PEFA)可以反映曲線頻譜特征的變化規(guī)律，為地層劃分提供重要的參考依據(jù)。運(yùn)行PEFA之前，要對(duì)GR曲線進(jìn)行中值濾波處理。最大熵譜分析(MESA)以最大熵為原則，通過(guò)已知的數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)下一個(gè)點(diǎn)的數(shù)值。PEFA曲線，用最大熵譜分析得到的預(yù)測(cè)值和實(shí)際值之間的差值來(lái)替換每個(gè)點(diǎn)。預(yù)測(cè)值越接近0線，表示預(yù)測(cè)誤差越小，預(yù)測(cè)結(jié)果越準(zhǔn)確。差值為正值，表明實(shí)際值比預(yù)測(cè)值大，地層的泥質(zhì)含量增速加快，水體加深；差值為負(fù)值，表明實(shí)際值比預(yù)測(cè)值小，地層的泥質(zhì)含量變化趨于平緩，水體變淺。數(shù)值出現(xiàn)較大偏差時(shí)，即PEFA曲線上出現(xiàn)明顯的長(zhǎng)峰，表明該段數(shù)據(jù)是不連續(xù)的，很可能存在地層間斷，可以以此為依據(jù)進(jìn)行地層劃分。

在進(jìn)行地層對(duì)比時(shí)需要遵循等時(shí)對(duì)比的原則。若只參考測(cè)井和錄井資料進(jìn)行砂巖或泥巖的連井對(duì)比，則很容易出現(xiàn)穿層現(xiàn)象。頻譜趨勢(shì)特征能夠反映沉積環(huán)境的變化特點(diǎn)，突出常規(guī)測(cè)井曲線的趨勢(shì)特征。對(duì)PEFA曲線進(jìn)行積分，得到INPEFA曲線。INPEFA值向上增加的趨勢(shì)為正趨勢(shì)，INPEFA值向上減小的趨勢(shì)為負(fù)趨勢(shì)。從負(fù)趨勢(shì)到正趨勢(shì)的轉(zhuǎn)變處，為正轉(zhuǎn)折點(diǎn)；反之，為負(fù)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。正趨勢(shì)代表一個(gè)時(shí)間間斷，在該間斷上，砂泥比減小，沉積物泥質(zhì)含量增速加快，可能是海侵階段或洪泛階段，代表退積過(guò)程，為正旋回，一個(gè)水進(jìn)的過(guò)程。負(fù)趨勢(shì)代表一個(gè)時(shí)間間斷，在該間斷上砂泥比增大，沉積物泥質(zhì)含量增速降低，可能是海退階段或淺灘階段，代表進(jìn)積過(guò)程，為反旋回，一個(gè)水退的過(guò)程；而轉(zhuǎn)折點(diǎn)(拐點(diǎn))指示一個(gè)層序界面或最大洪泛面，拐點(diǎn)附近也是砂體較為發(fā)育的位置。

獲得INPEFA曲線的過(guò)程如圖1所示：首先由測(cè)井曲線(圖1a)做最大熵時(shí)頻分析[1-2]，得到MESA譜(圖1b)；然后進(jìn)行預(yù)測(cè)濾波誤差分析，得到PEFA曲線(圖1c)；最后進(jìn)行合成預(yù)測(cè)濾波誤差分析[3-6]，得到INPEFA曲線(圖1d)。

圖1 測(cè)井曲線頻譜分析過(guò)程

3 對(duì)INPEFA技術(shù)的應(yīng)用

3.1 層序界面精細(xì)劃分

運(yùn)用INPEFA曲線對(duì)須五段的新884、新882和新201井進(jìn)行層序界面的識(shí)別與劃分，結(jié)果如圖2所示。

圖2 須五段3口井的層序劃分

INPEFA曲線能夠反映沉積旋回特征。曲線的正趨勢(shì)代表著水體上升，洪泛事件使得水體逐漸加深，沉積速度降低，在此過(guò)程中砂體粒度由粗變細(xì)，為正旋回沉積。曲線的負(fù)趨勢(shì)代表著水體下降，大量沉積物隨之沉積，在此過(guò)程中砂體粒度由細(xì)變粗，為反旋回沉積。根據(jù)INPEFA曲線的變化趨勢(shì)和正負(fù)拐點(diǎn)，可將須五段三級(jí)層序分為3個(gè)四級(jí)層序，對(duì)應(yīng)于上、中、下3個(gè)亞段。再利用局部INPEFA曲線分析，經(jīng)過(guò)地層等時(shí)對(duì)比，可將3個(gè)亞段細(xì)分為9個(gè)五級(jí)層序，對(duì)應(yīng)于TX5-1 — TX5-9的9個(gè)砂層組。

3.2 砂體連通性對(duì)比

通過(guò)INPEFA曲線的趨勢(shì)和拐點(diǎn)，對(duì)砂體連通性進(jìn)行對(duì)比分析。INPEFA曲線的相似性反映了旋回韻律的相似性，說(shuō)明在同一時(shí)期發(fā)生沉積，能夠指示砂體是否連通[7-10]。對(duì)新884、新882、新201井進(jìn)行連井對(duì)比，如圖3所示。在已劃分的9個(gè)五級(jí)層序單元中，只有3層砂體連通性較好，砂體的厚度較大，分布范圍較廣。

圖3 須五段3口井的砂體連通性

3.3 高能砂識(shí)別

須五段沉積了一大套泥頁(yè)巖，同時(shí)在生烴源內(nèi)夾有能量相對(duì)較強(qiáng)的砂體(高能砂)。源內(nèi)成藏體系的高能砂，主要是指三角洲入湖后的水下分流河道、河口壩、席狀砂等粒徑小于4(中值粒徑φ值)的細(xì)砂巖以上的砂體。這套砂巖沉積時(shí)期的能量相對(duì)較高，被搬運(yùn)的距離相對(duì)較遠(yuǎn)，與湖相烴源巖共生，有利于聚集成藏。對(duì)高能砂的識(shí)別，主要根據(jù)INPEFA曲線(在層序中識(shí)別砂體)和高能砂識(shí)別模型(粒度中值計(jì)算方法)來(lái)實(shí)現(xiàn)[11-12]。

自然伽馬測(cè)井曲線可以反映碎屑巖地層中砂巖和泥質(zhì)含量的相對(duì)變化。巖石的粒度中值Md能夠指示碎屑巖地層中砂巖粒度的大小。從地質(zhì)意義上分析，巖石泥質(zhì)含量偏高則粒度偏小，兩者具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即自然伽馬相對(duì)值ΔGR偏小，Md偏小，指示砂巖粒度大、沉積能量強(qiáng)。ΔGR與Md有很好的相關(guān)性，可以利用ΔGR值縱向連續(xù)的特點(diǎn)來(lái)預(yù)測(cè)粒度中值。

本次實(shí)驗(yàn)，選取了須五段典型鉆井中具有代表性的砂巖樣品26塊，取樣深度為2 700～4 000 m。統(tǒng)計(jì)分析了這26塊樣品的粒度中值與ΔGR值，結(jié)果表明，Md和ΔGR基本呈正比例線性關(guān)系變化(見(jiàn)圖4)。計(jì)算公式如式(1)和式(2)。

圖4 砂巖樣品的粒度中值與ΔGR的關(guān)系模型

ΔGR=(GR-GRmin)/(GRmax-GRmin)

(1)

式中：GR為巖層的自然伽馬值；GRmin為純砂巖的自然伽馬值；GRmax為純泥巖的自然伽馬值，API。

Md=5.121ΔGR+1.438

(2)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，須五段高能砂的粒度中值φ值主要分布為-1～4，對(duì)應(yīng)的巖性為粗砂、中砂、細(xì)砂，粒度分布范圍為2.0～0.062 5 mm。這些高能砂體深入湖盆中心與烴源巖共生，發(fā)育于烴源巖內(nèi)部，因此具有典型的相對(duì)粒度較大、相對(duì)能量較強(qiáng)、與優(yōu)質(zhì)烴源巖互層發(fā)育的特點(diǎn)。

巖石的粒度中值φ值范圍在-1～4，為細(xì)砂到粗砂范圍，屬于3種不同粒度類型的高能砂。當(dāng)高能砂較厚時(shí)，所對(duì)應(yīng)的INPEFA曲線的變化趨勢(shì)和正拐點(diǎn)也比較明顯，而且厚度大的高能砂主要發(fā)育在層序的頂、底界面附近，即高位體系域的水退期和水進(jìn)體系域的初始水進(jìn)期。

圖5為川豐125井高能砂的粒度等級(jí)劃分與INPEFA曲線綜合分析圖。從圖中可以看出，高能砂細(xì)分為細(xì)砂、中砂和粗砂3類，并能識(shí)別5套粒度為中砂的高能砂。這5套高能砂，分別對(duì)應(yīng)于INPEFA曲線的正拐點(diǎn)處，且分布在不同層序界面的頂、底附近，也就是須五段的TX5-5層序的頂、TX5-6層序的底、TX5-7層序的頂和底及TX5-9層序的頂中。這說(shuō)明，可以用INPEFA的正拐點(diǎn)和粒度中值等方法來(lái)識(shí)別高能砂。

圖5 川豐125井高能砂識(shí)別圖

4 結(jié) 語(yǔ)

利用測(cè)井曲線頻譜分析技術(shù)分析了川西凹陷須家河組五段層序地層，得到以下結(jié)論：

(1) 根據(jù)INPEFA測(cè)井旋回曲線的趨勢(shì)和拐點(diǎn)，分析沉積旋回的變化和層序界面與洪泛面，可將須五段三級(jí)層序劃分為上、中、下3個(gè)四級(jí)層序；利用局部INPEFA曲線分析，可將須五段劃分為9個(gè)五級(jí)層序，對(duì)應(yīng)于9個(gè)砂層組。

(2) 對(duì)高能砂的識(shí)別可以根據(jù)INPEFA曲線(在層序中識(shí)別砂體)和通過(guò)建立高能砂識(shí)別模型(粒度中值計(jì)算方法)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在研究區(qū)一共識(shí)別了5套相對(duì)較粗的高能砂，INPEFA曲線的正拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)較粗的中砂巖，它們分布在須五段的TX5-5層序的頂、TX5-6層序的底、TX5-7層序的頂和底及TX5-9層序的頂中。