超剝帶殘留地層測(cè)井劃分方法研究

陳鋼花，尚翠紅，劉書(shū)會(huì)，賈光華，陳濤

（1．中國(guó)石油大學(xué)（華東），山東 青島266580；2．中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 東營(yíng)257015）

0 引 言

在地質(zhì)歷史的演化過(guò)程中，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、風(fēng)化剝蝕等作用造成了地質(zhì)沉積間斷，形成不同類(lèi)型的不整合。不整合面的存在為油氣成藏形成了有利的條件，它的平面展布結(jié)構(gòu)可以對(duì)油氣藏的形成起到蓋層封閉、運(yùn)移溝通、自身成藏等多種作用，因此，正確識(shí)別不整合面對(duì)不整合油氣藏評(píng)價(jià)有重要的作用［1－2］。受到地質(zhì)作用的影響，不整合結(jié)構(gòu)在縱向上存在明顯的差異，不整合面上下的測(cè)井信息在垂向上有異常響應(yīng)特征［3－4］。曹穎輝［5］、操應(yīng)長(zhǎng)等［3］在識(shí)別層序地層界面中的不整合時(shí)主要是利用地層傾角資料［5］，但是該方法對(duì)地層傾角測(cè)井資料的依賴(lài)性太高，而中國(guó)很多地區(qū)缺乏相關(guān)的資料；李浩等［1］采用多方面分析的方法，根據(jù)上覆和下伏地層在界面發(fā)生突變的地質(zhì)現(xiàn)象，通過(guò)測(cè)井相分析沉積事件，運(yùn)用地層壓實(shí)對(duì)巖性造成的差異影響識(shí)別不整合面，該方法對(duì)沉積間斷不明顯的不整合界面則較難識(shí)別；鄒東波［6］則運(yùn)用地震剖面尋求地震超覆線(xiàn)的方法識(shí)別不整合界面，地震等資料的縱向分辨率較低，無(wú)法較精確確定不整合面的位置。為此，采用了有序數(shù)列分割的方法，對(duì)常規(guī)測(cè)井資料進(jìn)行處理，自動(dòng)、準(zhǔn)確地識(shí)別出不整合面的位置［7］。

1 基本原理與算法實(shí)現(xiàn)

東營(yíng)凹陷的西南斜坡帶上盆地隆起形成陡坡帶，發(fā)育有多次沉積間斷，形成了超覆不整合地層，地層自下而上逐層向古斜坡超覆，形成一系列的地層超覆油藏。地層不整合面是是形成地層超覆圈閉和不整合遮擋圈閉的前提條件。尋找地層超覆油藏的首要條件是準(zhǔn)確確定地層不整合面的位置。

1．1 基本原理

在一定的沉積時(shí)間段內(nèi)，沉積環(huán)境、物性來(lái)源、水動(dòng)力條件等性質(zhì)具有相似性，與其他沉積時(shí)間段的標(biāo)志具有差異性，這種差異可在測(cè)井資料中得到響應(yīng)，即不整合面上下的測(cè)井曲線(xiàn)發(fā)生突變，存在異常響應(yīng)特征。在地震資料的宏觀指導(dǎo)下，運(yùn)用縱向上測(cè)井信息的變化，采用有序數(shù)列分割法準(zhǔn)確確定不整合面。

不整合界面上、下地層沉積條件存在差異，視為不同的沉積體系，相同的測(cè)井參數(shù)值在同一沉積體系內(nèi)部基本相同，在不同沉積體系中差異則較大，因此可采用二分法，反復(fù)將目的層段一分為二，劃分不整合面，計(jì)算其層內(nèi)方差，再運(yùn)用加和方式計(jì)算目的層的離差平方和，選取離差平方和最小的點(diǎn)作為不整合面深度點(diǎn)，保證不整合面上下層內(nèi)差異最小，而層間差異最大。

1．2 有序數(shù)列分割算法

有序數(shù)列分割法是指在保持原有樣品順序的情況下，把有序樣品劃分組別，將n個(gè)樣品分成m組，可以有Cm－1n－1種方法。其中，把n個(gè)樣品保持原始順序分成m組后，各組內(nèi)的樣品數(shù)據(jù)離差平方和最小，樣本分割組間的差異最大，則稱(chēng)為最優(yōu)有序數(shù)列分割法，相應(yīng)的分割結(jié)果稱(chēng)為最優(yōu)m分割［8－9］。

常規(guī)測(cè)井系列中每個(gè)深度點(diǎn)對(duì)應(yīng)多個(gè)測(cè)井參數(shù)，可將其看成是n個(gè)深度點(diǎn)對(duì)應(yīng)m個(gè)測(cè)井參數(shù)，則測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)矩陣為

式中，xij為第i個(gè)深度點(diǎn)的第j個(gè)測(cè)井參數(shù)。

測(cè)井參數(shù)不同觀測(cè)值之間存在數(shù)量級(jí)的差異，為了消除數(shù)量級(jí)差異給測(cè)井參數(shù)融合帶來(lái)的影響，需對(duì)測(cè)井參數(shù)進(jìn)行歸一化處理。

同一層段內(nèi)地質(zhì)信息的大小可以用參數(shù)所對(duì)應(yīng)的有序數(shù)列段內(nèi)數(shù)據(jù)的變差表示，比如第i個(gè)到第j個(gè)樣品所對(duì)應(yīng)的有序數(shù)列段為

其變差可以表示為

式中，（i，j）為第i個(gè)到第j個(gè)樣品有序數(shù)列段第β列的平均值；dij為該有序數(shù)列段的變差。則矩陣X所對(duì)應(yīng)的變差矩陣為

確定不整合面深度時(shí)，首先將目的層分為2層，分別將樣本2，3，…，n－1作為分割點(diǎn)，計(jì)算其變差矩陣，再利用式（6）計(jì)算其離差平方和。

若

式中，分割點(diǎn)j＊對(duì)應(yīng)離差平方和最小值所在的深度，即為不整合面的深度。

2 超剝帶地層劃分

地質(zhì)歷史的演化過(guò)程中，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、水動(dòng)力變化、物性變換等地質(zhì)事件的變更都會(huì)引起測(cè)井信息發(fā)生改變。測(cè)井信息在包含地球物理信息的同時(shí)，也反映了地質(zhì)歷史的演化信息，地球物理演化史上的重大事件必定會(huì)有一些特征信息記錄在測(cè)井信息中。不整合界面則是眾多地質(zhì)事件演化史中的一種產(chǎn)物，是地層界面發(fā)生突變，反映到測(cè)井信息上則會(huì)有測(cè)井相、沉積韻律等發(fā)生變換。研究地層沉積現(xiàn)象以及地層界面位置時(shí)，測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)是一項(xiàng)重要的研究依據(jù)。表1所示為常規(guī)測(cè)井參數(shù)所反映的地質(zhì)信息［10］。

表1 常規(guī)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)具備的地質(zhì)意義

綜合考慮各測(cè)井參數(shù)的地質(zhì)意義以及研究區(qū)所給的資料，選取AC、COND、GR等曲線(xiàn)，運(yùn)用所開(kāi)發(fā)的軟件，對(duì)不整合界面進(jìn)行劃分，得到的分層曲線(xiàn)極小點(diǎn)的位置即是地層界面位置［11］。

東營(yíng)南部的超剝帶殘留地層沉積間斷時(shí)間長(zhǎng)短不一，在劃分不整合面時(shí)考慮將該區(qū)沉積間斷時(shí)間較長(zhǎng)的剝蝕帶定義為Ⅰ級(jí)不整合，將沉積間斷時(shí)間短的定義為Ⅱ級(jí)不整合，針對(duì)不同的不整合采用不同的測(cè)井信息確定不整合面的位置。

2．1 Ⅰ級(jí)不整合

東營(yíng)南部的超剝帶地層存在館陶組與沙河街組的Ⅰ級(jí)不整合面，該不整合形成的沉積間斷時(shí)間較長(zhǎng)，不整合結(jié)構(gòu)比較明顯，反映到測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)上的信息也比較明顯［12］。

圖1為過(guò)×井的地震南北向剖面圖。圖1中紅線(xiàn)為地震剖面確定的館陶組（Ng）與沙一段（Es1）之間存在的剝蝕面的位置，深度為730m。在地震資料的宏觀調(diào)控下，利用測(cè)井資料縱向分辨率高的特點(diǎn)，采用本文所述的有序數(shù)列分割法，運(yùn)用不整合沉積間斷反映到測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)上的信息，對(duì)×井測(cè)井資料進(jìn)行處理，確定了館陶組與沙一段不整合面深度為735．750m，如圖2中紫線(xiàn)標(biāo)注位置。

圖1 過(guò)×井地震南北向剖面圖

2．2 Ⅱ級(jí)不整合

在沙河街組內(nèi)部，地層沉積間斷時(shí)間較短，地質(zhì)現(xiàn)象不明顯，反映到測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)上的信息比較少，有可能被巖性、流體變化的信息所掩蓋，將這一類(lèi)的地質(zhì)構(gòu)造歸結(jié)為Ⅱ級(jí)不整合。

圖2 Ⅰ級(jí)不整合面劃分結(jié)果圖

2．2．1 敏感性參數(shù)選取

由于多期的升降作用、地殼頻繁作用，發(fā)育了多個(gè)不整合面，不整合面的識(shí)別受到巖性、物性、流體等多方面因素綜合作用的影響。若地層中巖性突變嚴(yán)重，遠(yuǎn)高于不整合面的變化，則會(huì)造成綜合分層曲線(xiàn)最小值反映巖性突變位置，而不是反映不整合面位置，因此需要減弱巖性的影響。識(shí)別Ⅱ級(jí)不整合的過(guò)程中，對(duì)原始測(cè)井曲線(xiàn)進(jìn)行如式（8）的處理，采用曲線(xiàn)比值的方法對(duì)曲線(xiàn)進(jìn)行重構(gòu)，減弱巖性的影響。

運(yùn)用原始測(cè)井曲線(xiàn)與重構(gòu)曲線(xiàn)進(jìn)行不整合面劃分的結(jié)果對(duì)比見(jiàn)圖3。根據(jù)AC、COND曲線(xiàn)劃分出的極小點(diǎn)位置在737．625m處，而根據(jù)重構(gòu)曲線(xiàn)AC／COND劃分出的極小點(diǎn)位置在746m處，對(duì)比聲波時(shí)差、電導(dǎo)率以及巖性剖面等信息，可以看出，根據(jù)AC、COND曲線(xiàn)劃分出的分層曲線(xiàn)由于受到上層高電阻率灰?guī)r的影響，曲線(xiàn)最小值位置向上偏移。因此根據(jù)重構(gòu)曲線(xiàn)ACCO曲線(xiàn)采用的曲線(xiàn)比值，有效減弱了巖性的影響，突出了不整合面處的物性、孔隙度滲透率、流體的變化。

圖3 分層結(jié)果對(duì)比圖

圖4 Ⅱ級(jí)不整合面劃分結(jié)果圖

2．2．2 實(shí)例分析

選用相應(yīng)的敏感性參數(shù)，對(duì)研究區(qū)內(nèi)的某口井進(jìn)行自動(dòng)分層處理，結(jié)果見(jiàn)圖4。根據(jù)有序數(shù)列分割法得到的最優(yōu)分割點(diǎn)位置在746m處，對(duì)比測(cè)井曲線(xiàn)響應(yīng)特征以及巖性剖面可以看出，上部層段內(nèi)含有灰?guī)r夾層，AC曲線(xiàn)值較低，電阻率較高，而在下部層段內(nèi)是砂巖含有灰質(zhì)成分，聲波時(shí)差增大，電阻率值較低，與地震以及地質(zhì)資料經(jīng)過(guò)對(duì)比以后確定該處存在Es1／Es3Ⅱ級(jí)不整合界面。

3 結(jié) 論

（1）基于地質(zhì)現(xiàn)象存在的沉積間斷時(shí)間不同的差異性，將不整合面按照不同的等級(jí)劃分，在兼顧原始測(cè)井資料的同時(shí)，有效劃分出不同的不整合面。

（2）在地震資料的宏觀調(diào)控下，根據(jù)不整合面在測(cè)井曲線(xiàn)上存在響應(yīng)特征發(fā)生突變的現(xiàn)象，采用有序數(shù)列分割法，融合多種測(cè)井參數(shù)，實(shí)現(xiàn)綜合分層法，確定不整合面深度，為地質(zhì)的連井剖面的劃分以及后續(xù)的油藏圈閉的研究提供了數(shù)據(jù)支持。

（3）受到實(shí)際井資料采集情況的限制，確定不整合面時(shí)，選取孔隙度、泥質(zhì)指示曲線(xiàn)以及電阻率曲線(xiàn)，這些曲線(xiàn)對(duì)地層巖性、物性、流體性質(zhì)以及風(fēng)化淋濾狀況進(jìn)行了綜合考慮，既滿(mǎn)足了在收集資料較少的情況下確定不整合面的位置，又最大限度地保證了不整合面深度的準(zhǔn)確性，提高了該方法的普適性。

（4）測(cè)井資料具有多解性，在用測(cè)井資料進(jìn)行不整合面劃分時(shí)應(yīng)將測(cè)井處理結(jié)果與實(shí)際研究區(qū)地質(zhì)情況相結(jié)合，以便得出合理的解釋結(jié)果。

［1］李浩，王駿，殷進(jìn)垠，等．測(cè)井資料識(shí)別不整合面的方法［J］．石油物探，2007，46（4）：421－424．

［2］陳鋼花，張蕾，宋國(guó)奇，等．測(cè)井資料在地層不整合縱向結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用［J］．中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，34（1）：50－54．

［3］操應(yīng)長(zhǎng)，姜在興，夏斌，等．利用測(cè)井資料識(shí)別層序地層界面的幾種方法［J］．中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2003，27（2）：23－26．

［4］王衛(wèi)紅，姜在興，操應(yīng)長(zhǎng)，等．測(cè)井曲線(xiàn)識(shí)別層序邊界的方法探討［J］．西南石油學(xué)報(bào)，2003，25（3）：1－4．

［5］曹穎輝，王貴文，朱筱敏．地層傾角測(cè)井資料在層序地層分析中的應(yīng)用［J］．中國(guó)海上油氣：地質(zhì)，2001，15（4）：286－288．

［6］鄒東波．地層超覆線(xiàn)的確定方法［J］．內(nèi)蒙古石油化工，2007（6）：105－107．

［7］陳鋼花，孫志勇，耿生臣，等．測(cè)井曲線(xiàn)在濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界地層劃分中的應(yīng)用［J］．測(cè)井技術(shù)，2005，29（1）：40－42．

［8］鮑曉歡．測(cè)井曲線(xiàn)的最優(yōu)分割法自動(dòng)分層評(píng)價(jià)［J］．海洋石油，2005，25（1）：81－84．

［9］趙倫．用最優(yōu)分割法求取儲(chǔ)層厚度［J］．中國(guó)海上油氣：地質(zhì)，1996，10（6）：391－394．

［10］洪有密．測(cè)井原理與綜合解釋?zhuān)跰］．東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出版社，1998．

［11］雍世和，陳鋼花，白康生，等．測(cè)井曲線(xiàn)自動(dòng)分層［J］．測(cè)井技術(shù)，1987，11（6）：44－47．

［12］陳鋼花，張蕾，宋國(guó)奇，等．測(cè)井資料在確定不整合面深度中的應(yīng)用［J］．石油物探，2008，47（3）：311－314．

［13］李新虎．測(cè)井曲線(xiàn)拐點(diǎn)在測(cè)井層序地層分析中的應(yīng)用研究［J］．天然氣地球科學(xué)，2006，17（6）：815－819．

［14］于均民，李紅哲，劉震華，等．應(yīng)用測(cè)井資料識(shí)別層序地層界面的方法［J］．天然氣地球科學(xué)，2006，17（5）：736－738．