四川盆地大貓坪構(gòu)造長(zhǎng)興組測(cè)井沉積微相識(shí)別

張紅英 謝 冰 袁 倩 劉蜀敏 王麗英

中國(guó)石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院

0 引言

開江—梁平海槽兩側(cè)臺(tái)地邊緣是長(zhǎng)興組生物礁發(fā)育的有利相帶，二、三疊系礁、灘氣藏是四川盆地重要的天然氣勘探開發(fā)目標(biāo)。大貓坪區(qū)塊位于重慶市萬州區(qū)境內(nèi)，隸屬于四川盆地川東斷褶帶云安廠構(gòu)造帶，為近年來川東地區(qū)長(zhǎng)興組勘探重點(diǎn)區(qū)域。大貓坪地區(qū)自YA12井成功鉆遇長(zhǎng)興組生物礁儲(chǔ)層以來，共有8口井鉆遇生物礁儲(chǔ)層，均獲得高產(chǎn)氣流，揭示了該區(qū)生物礁儲(chǔ)層具有良好的勘探開發(fā)潛力。但是，鑒于礁、灘氣藏的非均質(zhì)性強(qiáng)、連片性差，對(duì)于滾動(dòng)勘探、開發(fā)生產(chǎn)，必須進(jìn)行持續(xù)性的沉積微相研究，從而為增儲(chǔ)上產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

大貓坪長(zhǎng)興組氣藏主要發(fā)育生物礁相儲(chǔ)層，生物礁是碳酸鹽巖中的一種特殊生物巖，主要是由能造礁的生物骨架形成[1]。由于造礁生物自身的特征，具有空中腔和生物間的大孔隙，可形成較好的儲(chǔ)集空間，因而成為油氣勘探的有利相帶[2-5]，因此利用測(cè)井資料開展礁灘沉積微相劃分十分必要[6-7]。

近年來，隨著測(cè)井技術(shù)和地質(zhì)沉積理論結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，測(cè)井相的研究工作逐漸從定性解釋轉(zhuǎn)化為定量解釋，運(yùn)用人工智能技術(shù)將測(cè)井地球物理信息轉(zhuǎn)換成為地質(zhì)信息，對(duì)沉積相進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別?；趲r心觀察描述和鏡下薄片分析資料，研究測(cè)井資料沉積相的解釋方法，分析測(cè)井曲線對(duì)沉積環(huán)境的敏感性, 提取反映沉積環(huán)境的特征參數(shù)，利用特征參數(shù)建立了沉積微相識(shí)別模式，成為礁灘沉積微相評(píng)價(jià)的有效方法。

1 生物礁地質(zhì)特征

根據(jù)長(zhǎng)興組取心井現(xiàn)場(chǎng)巖心觀察與描述及薄片鑒定結(jié)果顯示，大貓坪地區(qū)長(zhǎng)興組為一套碳酸鹽巖沉積，主要巖類有生屑泥晶灰?guī)r、礁灰?guī)r、生屑云巖等。生物礁相儲(chǔ)層主要發(fā)育于長(zhǎng)興組三段，巖性為溶孔殘余生屑白云巖、灰質(zhì)白云巖、殘余生屑云質(zhì)灰?guī)r等。鏡下生屑富集，見棘皮、海綿、腕足、綠藻等生屑，其中生屑云化強(qiáng)烈，見粒間溶孔、體腔孔，溶蝕縫不規(guī)則，寬0.05～0.60 mm，孔隙和裂縫發(fā)育，是長(zhǎng)興組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。

2 生物礁沉積相特征

根據(jù)大貓坪區(qū)塊長(zhǎng)興組取心、地質(zhì)、錄井、測(cè)井資料，將其沉積相劃分為臺(tái)地邊緣相和斜坡相兩大類別，臺(tái)地邊緣相可分為臺(tái)緣生物礁、礁間海亞相，臺(tái)緣生物礁進(jìn)一步劃分為礁灘、礁核、礁間灰泥和礁頂潮坪微相。

1）礁核相 礁核相是長(zhǎng)興組生物礁的主體或核心，呈塊狀且含造礁生物化石，鏡下薄片見海綿及其他附屬生物。受強(qiáng)烈膠結(jié)作用影響，礁核相的巖石一般都較致密，少有成為有效油氣儲(chǔ)層。

2）礁灘相 礁灘相是在生物礁發(fā)育過程中所處的生屑灘環(huán)境下沉積形成的巖石，包括礁基灘、礁間灘、礁頂灘等。鏡下見纖維海綿、串管海綿構(gòu)成生物礁骨架，含量高，被選擇性云化，見棘皮、綠藻及有孔蟲、腹足等生屑。目前發(fā)現(xiàn)的生物礁氣藏的主要儲(chǔ)層礁灘相巖層都是經(jīng)過白云石化后形成的孔隙層。

3）礁頂潮坪相 礁頂潮坪相是出現(xiàn)在海侵型生物礁頂部的微相，主要巖類有泥晶云巖、泥晶灰?guī)r、藻泥晶灰?guī)r等，鏡下薄片偶見生屑。

4）礁間灰泥相 巖性為泥晶灰?guī)r，少量泥質(zhì)及硅質(zhì)，鏡下薄片見少量腕足、苔蘚蟲、棘皮等，局部見有機(jī)質(zhì)呈紋層狀浸染。

5）斜坡灰泥相 位于淺水臺(tái)地邊緣與深水盆地之間的過渡地帶，富含有機(jī)質(zhì)，屬于還原環(huán)境。巖性為生屑粉晶云質(zhì)灰?guī)r、生屑泥晶灰?guī)r，鏡下薄片見有孔蟲、介形蟲、腕足、骨針等。

3 生物礁微相測(cè)井響應(yīng)特征

沉積微相受控于整體的沉積背景和沉積環(huán)境[8-10]，生物礁作為特殊環(huán)境下的產(chǎn)物，不僅有著獨(dú)特的地質(zhì)特征，在測(cè)井資料上也有較為明顯的響應(yīng)特征。利用常規(guī)測(cè)井曲線和成像測(cè)井技術(shù)可以識(shí)別這些微觀特征。

3.1 沉積環(huán)境特征

生物礁一般生長(zhǎng)在高能、清潔、透光性好的淺海環(huán)境[11]，泥質(zhì)含量極低，在自然伽馬（GR）曲線上表現(xiàn)為低值，尤其在礁核段極低，一般小于20 API；而其下的非礁相段的自然伽馬曲線則具明顯增大特點(diǎn)。礁灘能量相對(duì)于礁核能量較低，通常泥質(zhì)含量高于礁核相，因而自然伽馬值也高于礁核相。

3.2 形態(tài)特征

生物礁是由造礁生物連續(xù)向上生長(zhǎng)而形成的一種地貌，具有明顯隆起的“生物筑積體”[12-14]。礁體內(nèi)部多為不具層理的塊狀沉積物[15-16]，在地層傾角圖上表現(xiàn)為傾角、傾向雜亂的模式或空白模式[17]；礁體之下則為厚薄不等的非礁沉積層；在礁體隆起之上沉積的層狀非礁沉積物則因?qū)Ψ墙赴枷莸匦蔚摹疤钇窖a(bǔ)齊”沉積作用，在礁頂之上形成特殊的“披覆”現(xiàn)象[18-19]。即越早沉積的覆蓋在礁體表面的沉積層的原始傾角越大，后來沉積的覆蓋層因填平作用原始傾角漸減小而傾向保持不變，直至沉積界面變平，原始傾角減小為零。因此生物礁及其上、下地層的傾角組合具有明顯的特征（圖1）：

1）礁頂非礁相層狀蓋層傾角呈綠色模式，即傾角、傾向基本不變。

2）礁體內(nèi)傾角矢量點(diǎn)稀少，矢量雜亂無章，表現(xiàn)為雜亂或空白模式。

3）礁體之下非礁相層狀巖層傾角呈紅色模式，即傾角增大、傾向保持一致。

圖1 地層傾角識(shí)別生物礁特征圖

3.3 巖石結(jié)構(gòu)特征

微電阻率成像測(cè)井可較詳細(xì)地描述地層巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、沉積特征等，可直觀地識(shí)別層理、斷層、裂縫、溶蝕孔洞等。礁核相在電成像圖上表現(xiàn)為致密塊狀特征，無層理，孔隙度極低，電阻率值特高（可高達(dá)10 000 Ω m），灘相溶孔發(fā)育，為暗色的不均一斑點(diǎn)狀電導(dǎo)率異常特征，礁頂潮坪相為塊狀高阻背景夾高電導(dǎo)率異常團(tuán)塊特征，斜坡灰泥相為塊狀高阻背景夾較規(guī)則的高電導(dǎo)率異常條帶。

4 生物礁微相測(cè)井識(shí)別方法

沉積相研究是油氣勘探開發(fā)中一項(xiàng)十分重要的工作。在儲(chǔ)層沉積相研究中，巖心資料是最直接、可靠的第一手資料。由于巖心資料較少且取心過程中的不連續(xù)，往往得不到有效的分析結(jié)果，因此利用測(cè)井相分析研究沉積相至關(guān)重要。

4.1 不同沉積微相測(cè)井識(shí)別模式

根據(jù)大貓坪長(zhǎng)興組沉積微相的常規(guī)測(cè)井和電成像測(cè)井特征，建立了相應(yīng)的測(cè)井識(shí)別模式圖版（圖2）。利用測(cè)井識(shí)別模式圖版，可以劃分單井沉積微相。

4.2 交會(huì)圖識(shí)別

根據(jù)不同沉積微相在測(cè)井曲線上的響應(yīng)特征，采用交會(huì)圖法進(jìn)行識(shí)別。從圖3看出，礁核相由于具有較低的伽馬值和高電阻率值，能較為明顯的區(qū)分出來：電阻率大于4 000 Ω m，自然伽馬小于13 API；其次是斜坡灰泥、礁間灰泥和礁頂潮坪，三者均為非礁相，具有高自然伽馬、高電阻特征，但其分布范圍略有不同，可區(qū)分；其余礁頂灘、礁間灘及礁基灘三種微相的分布特征較相似，部分?jǐn)?shù)據(jù)交叉，但仍可大致區(qū)分。圖4是長(zhǎng)興組自然伽馬與聲波交會(huì)圖，生物礁具有低伽馬與高聲波的特征，由此確定生物礁識(shí)別范圍：GR＜25 API，AC＞46 μs/ft。

圖 2 長(zhǎng)興組沉積微相測(cè)井識(shí)別模式圖版

圖3 長(zhǎng)興組自然伽馬與聲波交會(huì)圖版

圖4 長(zhǎng)興組自然伽馬與電阻率交會(huì)圖版

4.3 模式識(shí)別判別法

4.3.1 測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

由于測(cè)井相評(píng)價(jià)是針對(duì)整個(gè)研究區(qū)而言的，因此各井測(cè)井曲線的重新刻度即標(biāo)準(zhǔn)化非常關(guān)鍵，以保證各井測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)之間的一致性。本次研究在分析大貓坪氣藏9口井測(cè)井實(shí)測(cè)資料的基礎(chǔ)上，選擇測(cè)井曲線質(zhì)量可靠的云安012-2井作為關(guān)鍵井，利用關(guān)鍵井標(biāo)定、采用頻率直方圖主頻法，對(duì)大貓坪氣藏各井自然伽馬、聲波、中子、密度、電阻率等測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，消除了由于測(cè)井儀器型號(hào)不同、儀器刻度不一致及井下環(huán)境差異等非地質(zhì)因素所造成的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)偏差，從而實(shí)現(xiàn)全區(qū)塊數(shù)據(jù)具有統(tǒng)一的刻度標(biāo)準(zhǔn)。

4.3.2 模式識(shí)別方法

模式識(shí)別是基于測(cè)量的具體模式進(jìn)行分類和識(shí)別，根據(jù)有限樣本，分析其自然伽馬、聲波時(shí)差、深淺雙側(cè)向等測(cè)量值，將測(cè)量值按某種分類方法歸類，建立識(shí)別模式特征向量，應(yīng)用特征向量對(duì)未知樣品進(jìn)行判別[20-22]。

采用Q型聚類分析方法按距離系數(shù)的相對(duì)大小作為分類統(tǒng)計(jì)量對(duì)初始樣本進(jìn)行聚類，按標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化后，定義n個(gè)樣本中樣本矢量Uk與樣本矢量Ui距離系數(shù)dki，dki越小，樣本Uk與Ui的性質(zhì)愈接近。即絕對(duì)距離公式為：

4.3.3 測(cè)井微相模式建立及沉積微相劃分

根據(jù)大貓坪地區(qū)測(cè)井資料，采用與沉積微相相關(guān)最密切的自然伽馬、聲波時(shí)差、補(bǔ)償中子、巖性密度及深電阻率等測(cè)井信息，作為大貓坪地區(qū)生物礁測(cè)井沉積微相的特征變量，利用模式識(shí)別分析方法對(duì)這些測(cè)量值進(jìn)行描述、歸類，將井剖面沉積微相劃分為5類（表1），其中第1類為礁頂潮坪相、第2類為礁灘、第3類礁核，第4類礁間灰泥，第5類斜坡灰泥，各類之間的差異較明顯。根據(jù)建立的識(shí)別模式特征向量，即可對(duì)新的樣品進(jìn)行判別，計(jì)算測(cè)量數(shù)據(jù)與各模式的距離，距離最小者則屬于該類。

表1 測(cè)量數(shù)據(jù)識(shí)別模式特征值

圖5 Y3井生物礁微相測(cè)井識(shí)別圖

對(duì)1 940個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回判，其中礁相數(shù)據(jù)點(diǎn)800個(gè)，非礁相數(shù)據(jù)點(diǎn)1 140個(gè)，礁相數(shù)據(jù)點(diǎn)符合649個(gè)，礁相識(shí)別準(zhǔn)確率81.1%，非礁相數(shù)據(jù)點(diǎn)符合1 072個(gè)，非礁相識(shí)別準(zhǔn)確率94.0%，說明模式識(shí)別法可以有效識(shí)別、劃分生物礁灘微相。

利用上述方法對(duì)工區(qū)內(nèi)的9口井長(zhǎng)興組生物礁微相進(jìn)行了識(shí)別、劃分，為預(yù)測(cè)該區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育的有利相帶奠定了基礎(chǔ)。

圖5為Y3井生物礁微相測(cè)井識(shí)別圖，從圖中可以看出，該井長(zhǎng)興組中上部總體特征為生物礁灘沉積，發(fā)育兩套生物礁組合沉積。其中井段4 750～4 895m為上層礁組合，巖性主要為礁核相的礁灰?guī)r與灘相的生屑白云巖、生屑灰?guī)r?？v向上相互疊置，自然伽馬值低，平均為11API；井段4 902.5～4 963.0 m，為下礁組合，主要巖性為溶孔云巖和生屑灰?guī)r，生物主要為棘皮類和腕足等，明顯較上層礁段泥質(zhì)含量重；井段4 963～4 990 m為斜坡灰泥相，巖性為泥質(zhì)灰?guī)r、泥晶灰?guī)r，泥質(zhì)含量較重，自然伽馬值平均為26.8 API。該井完井測(cè)試產(chǎn)氣67.57 104m3/d，說明利用模式識(shí)別法判定、劃分沉積微相的方法是可行的。

5 結(jié)論

1）通過沉積相地質(zhì)綜合研究，結(jié)合實(shí)鉆井資料，將大貓坪區(qū)塊長(zhǎng)興組生物礁相進(jìn)行了微相劃分，劃分為礁灘、礁核、礁間灰泥和礁頂潮坪四類微相，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層分布于礁灘相。

2）在長(zhǎng)興組生物礁微相劃分基礎(chǔ)上，從常規(guī)測(cè)井出發(fā)，結(jié)合微電阻率成像測(cè)井，建立各類沉積微相的測(cè)井識(shí)別模式圖版。

3）模式識(shí)別分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)相分析，可以快速識(shí)別各類微相，已成功應(yīng)用于大貓坪長(zhǎng)興組生物礁微相分析中，實(shí)鉆井應(yīng)用效果較好，為該區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育的有利相帶預(yù)測(cè)提供依據(jù)。