地層傾角測(cè)井在層理構(gòu)造及層序界面識(shí)別中的應(yīng)用

陳麗華

(中石化勝利油田公司地質(zhì)科學(xué)研究院, 山東 東營(yíng) 257015)

0 引 言

地層傾角測(cè)井資料具有很高的縱向分辨率及很強(qiáng)的連續(xù)性,能夠識(shí)別厘米級(jí)的地層信息[1-4]。利用地層傾角測(cè)井資料可以求取地層面的傾角和傾向[5-8]、研究巖層的層理構(gòu)造、了解沉積搬運(yùn)方向、判斷沉積環(huán)境[9-11]。在層序地層界面識(shí)別中,地層傾角測(cè)井資料還能夠識(shí)別從層序到準(zhǔn)層序組、準(zhǔn)層序再到巖層組、巖層的各級(jí)界面[12]。塔里木盆地塔中4井區(qū)石炭系含礫砂巖儲(chǔ)層巖心和傾角測(cè)井資料比較豐富,從巖心上反映出來(lái)的層序界面和層理特征明顯,在此基礎(chǔ)上,本文采用巖心刻度傾角測(cè)井方法,將巖心觀察的層序界面和層理類(lèi)型與地層傾角測(cè)井響應(yīng)及處理解釋結(jié)果進(jìn)行精確刻度和對(duì)比,然后將地層傾角測(cè)井處理和解釋結(jié)果應(yīng)用于層理構(gòu)造和層序界面確定上,取得良好效果。

1 高分辨率地層傾角測(cè)井處理參數(shù)確定

前人對(duì)地層傾角資料進(jìn)行處理根據(jù)要解決的地質(zhì)問(wèn)題形成了具有指導(dǎo)意義的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)[13],其中最重要的是窗長(zhǎng)、步長(zhǎng)、探索角這3個(gè)處理參數(shù),這3個(gè)參數(shù)關(guān)系到解釋結(jié)論的正確與否。解決構(gòu)造問(wèn)題涉及的地層幾何形狀比較大,只有在較長(zhǎng)的對(duì)比范圍內(nèi)才能更有效地看出它的變化特點(diǎn),采用長(zhǎng)窗長(zhǎng)相關(guān)對(duì)比的方法,以反映地層的宏觀結(jié)構(gòu)面確定地層傾角和沉積體內(nèi)部大型充填結(jié)構(gòu)(如大型前積結(jié)構(gòu)等)和沉積體外形。相反,解決沉積問(wèn)題由于細(xì)小層理的變化往往在相當(dāng)小的范圍內(nèi)就有很大的變化,所以要采用短的窗長(zhǎng),步長(zhǎng)一般等于或略小于窗長(zhǎng),采用短窗長(zhǎng)相關(guān)對(duì)比處理方法,以反映微觀結(jié)構(gòu)面。

研究區(qū)對(duì)地層傾角測(cè)井資料的處理是以已知的地質(zhì)構(gòu)造為基礎(chǔ)、以關(guān)鍵井巖心觀察獲得的資料為指導(dǎo)確定適合該區(qū)的傾角資料處理參數(shù)(見(jiàn)表1)。

表1 主要經(jīng)驗(yàn)參數(shù)與巖心刻度參數(shù)取值對(duì)比

1.1 長(zhǎng)窗長(zhǎng)處理參數(shù)確定

結(jié)合巖心和常規(guī)測(cè)井曲線確定含礫砂巖亞段儲(chǔ)層的頂?shù)咨疃?使用一套經(jīng)驗(yàn)傾角處理參數(shù)進(jìn)行處理得到的結(jié)果計(jì)算點(diǎn)較少且置信度不高,反映不出塔中地區(qū)儲(chǔ)集層內(nèi)部的構(gòu)造變化。為了減小隨機(jī)誤差以及地層不均勻性帶來(lái)的誤差,步長(zhǎng)的選擇應(yīng)使前后2次對(duì)比長(zhǎng)度重合50%以上;長(zhǎng)窗長(zhǎng)處理時(shí)常用的探索角太小,實(shí)際的曲線高程差可能超出探索范圍,導(dǎo)致得到的矢量圖可信度不高。通過(guò)對(duì)比研究區(qū)已知的地質(zhì)構(gòu)造圖,發(fā)現(xiàn)傾角處理的方位頻率圖反映出來(lái)的地層傾向與構(gòu)造傾向一致。用方位頻率圖進(jìn)行控制,不斷調(diào)整窗長(zhǎng)和步長(zhǎng),使處理結(jié)果尤其是矢量圖能最好地反映出含礫砂巖亞段儲(chǔ)層的頂?shù)捉缑?最終確定出研究區(qū)的長(zhǎng)窗長(zhǎng)參數(shù)(見(jiàn)表1)。在深度比例1∶200的情況下,能在矢量圖上觀察出儲(chǔ)層構(gòu)造的變化,處理效果較好,并且在方位頻率圖上能大致讀出相應(yīng)層段的傾角值大小和方位,為短窗長(zhǎng)研究打下基礎(chǔ)。

1.2 短窗長(zhǎng)處理參數(shù)確定

與確定長(zhǎng)相關(guān)處理參數(shù)的思路類(lèi)似,使用1套常規(guī)地層傾角處理參數(shù)進(jìn)行處理不足以反映儲(chǔ)層內(nèi)部層理變化,不能滿足儲(chǔ)層的精細(xì)研究的需要。四臂地層傾角測(cè)井采樣間隔為0.003 1 m,可信的地層分辨率為2～3 cm,采用0.02 m步長(zhǎng)可以反映地層內(nèi)精細(xì)的層理變化;通過(guò)巖心觀察發(fā)現(xiàn)含礫砂巖亞段層理面傾角很小,4條電阻率曲線之間的高程差不大,縮小探索角可以減小處理計(jì)算量;最終以巖心反映的地層界面和層理為依據(jù),對(duì)步長(zhǎng)進(jìn)行了調(diào)整,使矢量圖能與之有更好的對(duì)應(yīng)關(guān)系(見(jiàn)圖1)。通過(guò)上述方法,對(duì)20口巖心井的地層傾角處理解釋,最終確定出適合該區(qū)的地層傾角精細(xì)處理短窗長(zhǎng)處理參數(shù)(見(jiàn)表1)。

2 地層傾角測(cè)井解釋模式

2.1 地層傾角矢量模式及其地質(zhì)意義

巖層面代表無(wú)沉積面或沉積作用條件的突然改變或侵蝕面,通常這樣形成的巖層面構(gòu)成了上面地層沉積的下層理面。具有特性的巖層依賴(lài)于其層理面的辨認(rèn),而地層的幾何形態(tài)依賴(lài)于2種層理界面的相對(duì)配置,根據(jù)層理面性質(zhì)的不同,大致可分為平坦、波狀和彎曲3種[14]。當(dāng)傾角處理相關(guān)對(duì)比的窗長(zhǎng)小于巖層厚度的時(shí)候,就會(huì)計(jì)算出一部分的層理界面的傾角以及相鄰層理界面的相對(duì)配置。利用地層傾角研究構(gòu)造和沉積時(shí),在矢量圖上可以把層理面地層傾角的矢量與深度關(guān)系大致分為4類(lèi)。①紅模式:傾向大體一致,傾角隨深度增加而增大的一組矢量,它可以指示砂壩等。②藍(lán)模式:傾向大體一致,傾角隨深度增加而減小的一組矢量,一般反映地層水流層理。③綠模式:傾向大體一致,傾角隨深度增加不變的一組矢量,一般反映構(gòu)造傾斜和水平層理。④白(雜亂)模式:傾角變化幅度大,或者矢量很少,可信度差,指示斷層面、風(fēng)化面或塊狀層理。

圖1 短窗長(zhǎng)處理參數(shù)調(diào)整前后矢量圖對(duì)比

2.2 沉積層理傾角測(cè)井解釋模式

根據(jù)20口井的巖心刻度,確定出該區(qū)基本沉積層理類(lèi)型為平行層理、低角度斜層理、中角度斜層理、浪成交錯(cuò)層理、波狀層理、爬升波紋層理、槽狀交錯(cuò)層理、塊狀層理等(見(jiàn)圖2)。

圖2 含礫砂巖儲(chǔ)集層沉積層理傾角解釋模式

2.3 層序界面傾角測(cè)井解釋模式

層序地層單元的劃分和對(duì)比在綜合應(yīng)用地震信息、巖心及測(cè)井資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行[15-17]。在塔中地區(qū)石炭系含礫砂巖亞段可識(shí)別出五級(jí)層序界面,即層序級(jí)界面、準(zhǔn)層序組級(jí)界面、準(zhǔn)層序級(jí)界面、巖層組級(jí)界面和巖層級(jí)界面。

2.3.1 利用傾角矢量圖識(shí)別層序和準(zhǔn)層序組界面

三級(jí)層序界面一般為不整合界面或與之相應(yīng)的假整合界面,反映地層之間有較大的沉積間斷。研究區(qū)在含礫砂巖的底部存在一個(gè)局部不整合面,為含礫砂巖段三級(jí)層序的底界面。準(zhǔn)層序組是由1套成因相關(guān)、堆砌特征相似的準(zhǔn)層序組成,其界面是明顯的、規(guī)模較大的海泛面和可與之對(duì)比的地層界面。通過(guò)地層傾角矢量圖中傾角模式的變化,可以推斷出地層不整合和沉積間斷的存在。當(dāng)層序或準(zhǔn)層序組界面上下地層產(chǎn)狀存在明顯差異時(shí),在用長(zhǎng)窗長(zhǎng)處理過(guò)的反映地層產(chǎn)狀的傾角矢量圖中,界面處出現(xiàn)傾角和傾向的突變,表現(xiàn)為雜亂模式或空白模式。圖3是TZ4-7-19井地層傾角測(cè)井矢量圖。可看到在不整合面和海泛面附近傾角矢量點(diǎn)開(kāi)始出現(xiàn)明顯間斷,傾角矢量大小相差懸殊,矢量方向發(fā)生明顯變化,結(jié)合常規(guī)測(cè)井曲線可判斷為含礫砂巖段三級(jí)層序界面、準(zhǔn)層序組界面和巖相差異界面的響應(yīng)。巖心及測(cè)井資料表明含礫砂巖發(fā)育一個(gè)退積式準(zhǔn)層序組,該退積式準(zhǔn)層序組構(gòu)成海侵體系域。

圖3 TZ4-7-19井層序及準(zhǔn)層序組界面測(cè)井響應(yīng)特征及識(shí)別圖

2.3.2 利用累積地層傾角圖識(shí)別層序地層界面

當(dāng)準(zhǔn)層序界面上下地層產(chǎn)狀變化不大時(shí),用傾角矢量圖直接識(shí)別界面較困難。Hurley[18]提出了一種累積傾角圖識(shí)別法,所謂累積傾角就是將地層傾角測(cè)井測(cè)得的傾角按測(cè)定深度進(jìn)行累加而得的傾角。在對(duì)某一口井進(jìn)行地層傾角測(cè)井后,將獲得該井不同深度地層的產(chǎn)狀按地層由淺到深的順序?qū)γ恳粶y(cè)點(diǎn)結(jié)果給定一個(gè)編號(hào),最淺的測(cè)點(diǎn)編號(hào)定為1,以此進(jìn)行連續(xù)編號(hào),并從1號(hào)測(cè)點(diǎn)開(kāi)始對(duì)每個(gè)測(cè)點(diǎn)的傾角值按順序累積傾角,最后作出累積傾角數(shù)值與測(cè)點(diǎn)編號(hào)或深度交匯圖即為累積地層傾角圖[19],累積傾角圖上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)往往就是我們要識(shí)別的層序地層界面位置。為了突出那些小傾角變化引起的轉(zhuǎn)折點(diǎn),可以作出累積傾角的一階導(dǎo)數(shù)曲線,一階導(dǎo)數(shù)等于測(cè)量點(diǎn)編號(hào)差除以累積傾角差,一階導(dǎo)數(shù)的極大值點(diǎn)代表著具有重大意義的傾角值的改變,對(duì)應(yīng)著層序地層界面位置。根據(jù)累積傾角和累積傾角一階導(dǎo)數(shù)圖,在TZ75井含礫砂巖亞段識(shí)別出1個(gè)三級(jí)層序界面(7)、3個(gè)準(zhǔn)層序組界面(1、2、5)和3個(gè)準(zhǔn)層序界面(3、4、6)(見(jiàn)圖4)。據(jù)此將含礫砂巖亞段劃分為1個(gè)三級(jí)層序、3個(gè)準(zhǔn)層序組和3個(gè)準(zhǔn)層序。

圖4 TZ75井累積傾角及累積傾角一階導(dǎo)數(shù)圖

2.3.3 巖層組、巖層界面的識(shí)別

巖層組是有內(nèi)在聯(lián)系的1套巖層組合,其界面是侵蝕面及其與之對(duì)應(yīng)的界面,在研究區(qū)也表現(xiàn)為沖刷充填界面和沉積環(huán)境的突變面。巖層是1組相對(duì)整合、有內(nèi)在聯(lián)系的紋層系序列,其界面是沉積韻律變化面,它代表同一期水動(dòng)力特征的起始和結(jié)束,垂向上相當(dāng)于同一微相沉積體的頂?shù)捉缑?顯示為一些沖刷充填界面和粒度變化界面。巖層組、巖層界面在高分辨率的原始電導(dǎo)率曲線上有較明顯的顯示,界面處電導(dǎo)率值有明顯的突變,在短窗長(zhǎng)處理的傾角矢量圖上,傾角大小和方向也都有變化(見(jiàn)圖5)。

結(jié)合短窗長(zhǎng)處理和解釋的沉積層理與微構(gòu)造傾角解釋模型,在含礫砂巖亞段塔中4井區(qū)進(jìn)一步識(shí)別出6個(gè)巖組和39個(gè)巖層。

圖5 TZ408井巖層組、巖層界面傾角測(cè)井響應(yīng)圖

3 結(jié) 論

(1) 利用地層傾角測(cè)井資料采用相關(guān)對(duì)比法進(jìn)行處理,根據(jù)研究需要選取不同的處理參數(shù),得到反映地下不同信息的地層傾角成果圖。

(2) 根據(jù)巖心資料和地層傾角處理成果,建立了塔中地區(qū)含礫砂巖亞段儲(chǔ)層典型的層理和微構(gòu)造傾角解釋模型,結(jié)合累積傾角圖,在塔中4井區(qū)含礫砂巖亞段識(shí)別出1個(gè)三級(jí)層序、3個(gè)準(zhǔn)層序組和3個(gè)準(zhǔn)層序。

(3) 利用短窗長(zhǎng)處理的傾角矢量圖,結(jié)合原始電導(dǎo)率曲線和層理與微構(gòu)造傾角解釋模型,進(jìn)一步識(shí)別出6個(gè)巖層組和39個(gè)巖層。

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