微電阻率成像測(cè)井雙屬性巖石相劃分方法
——以準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷百口泉組為例

袁 瑞, 朱 銳, 瞿建華, 張 磊, 吳 俊, 王振林, 潘 進(jìn)

( 1. 長(zhǎng)江大學(xué) 信息與數(shù)學(xué)學(xué)院,湖北 荊州 434023; 2. 長(zhǎng)江大學(xué) 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢 430100; 3. 長(zhǎng)江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院,湖北 武漢 430100; 4. 中國(guó)石油新疆油田分公司 勘探開發(fā)研究院,新疆 克拉瑪依 834000 )

0 引言

具有相同巖性和沉積構(gòu)造的巖石相是反映特定水動(dòng)力條件的基本成因單元。Miall A D研究辮狀河沉積時(shí)，將巖石的巖性及沉積構(gòu)造用不同的符號(hào)表示，提出巖石相編碼(facies code)[1-2]。在研究不同的沉積體系時(shí)，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(gè)以砂礫巖為儲(chǔ)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(shí)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(chǔ)集層段取心，非儲(chǔ)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(gè)地層組。

微電阻率成像測(cè)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(jìn)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(shí)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(cè)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(cè)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(guó)俄克拉荷馬州Arkoma盆地的重力流沉積，在缺乏取心時(shí)，根據(jù)微電阻率成像測(cè)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(cè)井劃分5種巖石相，將來(lái)自微電阻率成像測(cè)井的巖石相稱為圖像相(image facies)[18]。

基于巖心、微電阻率成像測(cè)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(cè)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。

1 地質(zhì)概況

瑪湖凹陷是位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣的二級(jí)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(yùn)，進(jìn)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(chǔ)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

2 巖性特征

砂礫巖的粒度是反映水動(dòng)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(jí)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(jí)，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(jí) (見表1)，不同巖石粒度的巖心見圖2。

利用微電阻率成像測(cè)井儀測(cè)量地層微電阻率曲線，并進(jìn)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(cè)井圖像為黃色—亮色斑點(diǎn)狀，斑點(diǎn)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(tuán)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(duì)較大，為亮色；粉砂巖電阻率相對(duì)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(jí)

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

3 沉積構(gòu)造特征

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(cuò)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(cuò)層理是屬于槽狀交錯(cuò)層理還是板狀交錯(cuò)層理，統(tǒng)稱為交錯(cuò)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(diǎn)(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(wú)規(guī)律，泥巖、砂巖在微電阻率成像圖像上顏色無(wú)變化，礫巖的亮色斑點(diǎn)大小混雜(見圖5(c))；交錯(cuò)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(diǎn)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(diǎn)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(cè)井特征Fig.3 Microresistivity imaging logs characteristic of different grain size in the study area

4 巖石相分類

4.1 類型

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(duì)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(cè)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(cuò)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(cè)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(cè)井雙屬性巖石相類型及符號(hào)

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

4.2 特征

不同的微電阻率成像測(cè)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(cè)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(cuò)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(cuò)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(cuò)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(cuò)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(cuò)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(cuò)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。

5 巖石相應(yīng)用

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(wú)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(bǔ)未取心井段的地質(zhì)信息，在巖性及沉積構(gòu)造識(shí)別的基礎(chǔ)上，劃分微電阻率成像測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)井圖像及其巖石相類型。相對(duì)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(cè)井圖像可以明顯識(shí)別地層巖性及沉積構(gòu)造，劃分巖石相類型，進(jìn)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(cuò)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(cè)井圖像有一暗色團(tuán)塊，與亮色斑點(diǎn)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(cè)井圖像可知，礫巖巖石相主要為交錯(cuò)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(jì)FN401井百口泉組各層段微電阻率成像測(cè)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(cuò)層理小中礫巖、交錯(cuò)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(cè)井的分辨率低于鉆井取心的，無(wú)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(shí)別方面具有獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。巖心與微電阻率成像測(cè)井結(jié)合使用，可以彌補(bǔ)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(jì)各類微電阻率成像測(cè)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(cè)井巖石相厚度比例

6 結(jié)論

(1)利用微電阻率成像測(cè)井，識(shí)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(diǎn)狀，泥礫巖為暗色團(tuán)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(cuò)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(diǎn)(礫質(zhì)巖)組成的直線和正弦曲線狀；塊狀層理無(wú)明顯規(guī)律；沖刷面為上覆亮色斑點(diǎn)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(cè)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(shí)別百口泉組巖石相，其中塊狀層理小中礫巖、交錯(cuò)層理小中礫巖、交錯(cuò)層理細(xì)礫巖是儲(chǔ)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(cè)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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