自然伽馬能譜測井資料在沉積地層分析中的應(yīng)用

王俊濤，汪雅菲，耿曉光，周存亭

(安徽省地質(zhì)調(diào)查院，安徽 合肥 230001)

LCO1井為參數(shù)井，該井位于臨安區(qū)塊西北角島石鎮(zhèn)西南約1 100 m，構(gòu)造位置位于下?lián)P子板塊寧國墩復(fù)背斜寧國墩斷裂以南。臨安地區(qū)大地構(gòu)造屬下?lián)P子板塊浙西褶皺帶。區(qū)塊位于寧國墩斷裂帶(虎月斷裂)、昌化—普陀大斷裂、學(xué)川—湖州大斷裂與孝豐—三門灣大斷裂(勘探區(qū)外)所夾菱形范圍內(nèi)，中部為燕山期火山巖盆地。島石地區(qū)的構(gòu)造格架受寧國墩斷裂控制，地層為寧國墩復(fù)向斜南東翼，展布以北東向?yàn)橹?。該區(qū)主要鉆遇層位厚度在160～270 m，寒武紀(jì)地層發(fā)育齊全。其中皮園村組上段、荷塘組以及楊柳崗組下段為主要含頁巖氣層位。LCO1井鉆探主要目的為獲取目的層頁巖氣參數(shù)，目的層為楊柳崗組下段、荷塘組和皮園村上段。

LCO1井設(shè)計(jì)井深為2 520.0 m(垂深)，完鉆井深為2 328.18 m。全井段進(jìn)行鉆井取心，總進(jìn)尺為2 319.45 m，心長2 293.8 m，收獲率98.89%。地質(zhì)分層數(shù)據(jù)見表1。

表1 LCO1井地質(zhì)分層數(shù)據(jù)Tab.1 Geological stratification data of LCO1 well

1 常規(guī)測井資料數(shù)據(jù)處理與解釋

LC01井完井組合測井1次，測量井段為7.00～2 328.18 m。所測層位自上而下為華嚴(yán)寺組、楊柳崗組、大陳嶺組、荷塘組、皮園村組。

1.1 測井資料預(yù)處理

1.1.1 測井曲線深度校正

測井原始數(shù)據(jù)用測井解釋軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、深度移動等預(yù)處理。每次測井組合系列中均附帶有自然伽馬曲線，深度校正時(shí)選用一條自然伽馬曲線作基準(zhǔn)校深曲線，將其他曲線深度根據(jù)自然伽馬曲線統(tǒng)一校到基準(zhǔn)曲線深度上，以保證所有測井曲線的深度一致性。將校好后的曲線深度與鉆井工程深度(如套管下深、測時(shí)井深等)相匹配，同時(shí)結(jié)合錄井資料對曲線深度進(jìn)行檢查，確保曲線深度準(zhǔn)確無誤。

1.1.2 測井資料環(huán)境校正

當(dāng)實(shí)際測井條件與儀器刻度的標(biāo)準(zhǔn)條件不同時(shí)，就需要對測井資料進(jìn)行環(huán)境校正，以減小測井環(huán)境對測井資料的影響程度，使測井信息更加接近于地層實(shí)際。根據(jù)本井的具體特點(diǎn)，采用以井眼校正為主、其余校正為輔的思路，分別對密度、中子、電阻率、自然伽馬等曲線進(jìn)行了環(huán)境校正。校正后的自然伽馬、密度、中子和電阻率曲線與校正前的相比，井眼較規(guī)則處校正量很小甚至為0，僅在井眼嚴(yán)重?cái)U(kuò)徑處自然伽馬曲線有一定的校正量。環(huán)境校正只能部分消除井眼環(huán)境影響，對于嚴(yán)重?cái)U(kuò)徑處，采用受井眼影響小的曲線進(jìn)行資料處理。由于聲波測井受井眼影響很小，故聲波未做環(huán)境影響校正。

1.2 常規(guī)測井解釋模型及參數(shù)選取

全井段采用綜合分析程序CRA及Shale-Gas程序進(jìn)行測井資料處理和解釋。根據(jù)體積模型原理，建立經(jīng)泥質(zhì)校正的礦物地層數(shù)字處理體積模型。

測井曲線特征及巖屑錄井資料顯示，地層巖性主要為泥灰?guī)r、硅質(zhì)泥巖和花崗巖，故在進(jìn)行測井資料數(shù)據(jù)處理時(shí)，建立的體積模型為：泥灰?guī)r(硅質(zhì)泥巖或花崗巖)+ 泥巖+孔隙體積=1，即由泥灰?guī)r(硅質(zhì)泥巖或花崗巖)點(diǎn)、泥巖點(diǎn)和水點(diǎn)構(gòu)成巖性三角形，用泥巖點(diǎn)的數(shù)據(jù)對資料進(jìn)行泥質(zhì)校正[1]。在處理過程中，用中子—密度交會法計(jì)算礦物的相對體積和地層孔隙度，用自然伽馬曲線或無鈾伽馬曲線計(jì)算泥質(zhì)含量，用深側(cè)向電阻率曲線計(jì)算儲層的含油氣飽和度。LC01井巖石骨架參數(shù)見表2。

表2 LCO1井地層巖石骨架參數(shù)Tab.2 Formation rock frame parameters of LCO1 well

本井巖電參數(shù)采用理論值，全井段計(jì)算Rwa，Rw≈Rwa=Rtφm/a，取Rwa平均值作為地層水電阻率參考值[2]。處理參數(shù)見表3。

表3 LCO1井飽和度參數(shù)Tab.3 Saturation parameters of LCO1 well

2 自然伽馬能譜測井資料分析

自然伽馬測井僅能測量地層中放射性元素的總含量[3]。通過自然伽馬能譜測量，能反映不同放射性元素放射出不同能量的伽馬射線，從而確定地層中含有何種放射性元素。自然伽馬能譜測井主要測量地層中鈾(U)、釷(Th)、鉀(K)的含量，曲線包括地層總自然伽馬、無鈾伽馬及地層中鈾、釷、鉀的含量，總自然伽馬是鈾、釷和鉀的總和，無鈾伽馬是釷和鉀的和。利用其測量值可以研究地層特性，包括計(jì)算泥質(zhì)含量、識別高放射性儲層、研究沉積環(huán)境、評價(jià)烴源巖等[4-6]。

LC01井自然伽馬能譜測井1次，測量井段為7.00～2 328.18 m。

2.1 測井評價(jià)沉積地層步驟

測井評價(jià)沉積地層步驟如圖1所示。

圖1 測井評價(jià)沉積地層步驟Fig.1 Process of well logging evaluation of sedimentary strata

2.2 泥質(zhì)含量計(jì)算

在自然伽馬能譜測井資料中，以鉀含量、釷含量及其無鈾伽馬與泥質(zhì)含量的關(guān)系最好，鈾含量與泥質(zhì)含量關(guān)系最差。高鈾會指示滲透性良好的儲集層。因此，可以同時(shí)利用鉀、釷及無鈾伽馬曲線或根據(jù)地質(zhì)情況選擇其中1條曲線，計(jì)算地層泥質(zhì)含量。當(dāng)用多種方法同時(shí)計(jì)算時(shí)，應(yīng)選擇各種方法中的最小值為結(jié)果。

本井主要選擇自然伽馬曲線計(jì)算泥質(zhì)含量。

2.3 尋找高放射性儲集層

純砂巖和碳酸鹽巖的放射性元素含量都較低，但對于某些滲透性砂巖和碳酸鹽巖地層，由于水中含有易溶的鈾元素，并隨水運(yùn)移，在某些適宜條件下沉淀，形成具有高放射性滲透層，即高伽馬儲層，此時(shí)可用自然伽馬能譜測井進(jìn)行劃分。通過分析，本井不存在高放射性儲集層。

2.4 巖性識別

通常純砂巖或碳酸鹽巖的放射性含量較低，純泥巖的放射性較高，某些巖石由于含有特定放射性物質(zhì)，其放射性更高，如鋁土礦，利用此特性可以定性識別巖性。本井灰?guī)r、泥灰?guī)r的U、Th、K為低值，與砂泥巖地層有區(qū)別。

2.5 黏土類型判別

一般來講，在絕大多數(shù)黏土礦物中，鉀和釷的含量高，而鈾的含量相對較低，因此，根據(jù)Th/K值，可大致確定黏土類型[7]。

Th/K比值在25.0以上為重釷礦，在12.0～25.0為高嶺石，在3.5～12.0且鉀值小于2.0的為蒙脫石，在3.5～12.0且鉀值大于2.0的為伊蒙混層，在2.0～3.5為伊利石，在1.5～2.0為云母，在0.8～1.5為海綠石，在0.5～0.8為長石，小于0.5為鉀蒸發(fā)巖。

在LCO1井組合測量井段，分層位做了Th-K交會圖(圖2—圖6)。從圖中可以看出，華嚴(yán)寺組黏土礦物類型為蒙脫石和伊蒙混層；楊柳崗組黏土礦物類型為蒙脫石、伊利石和伊蒙混層；大陳嶺組少量數(shù)據(jù)點(diǎn)指示黏土礦物類型為蒙脫石和伊利石，含少量伊蒙混層和云母；荷塘組黏土礦物類型為蒙脫石、伊蒙混層、伊利石和海綠石，含云母；皮園村組井段短，數(shù)據(jù)點(diǎn)少，有限資料指示該組黏土礦物類型為蒙脫石；白堊系礦物類型為伊蒙混層，含伊利石。

圖2 LCO1井釷—鉀交會圖(華嚴(yán)寺組)Fig.2 Thorium-Potam crossing map of LCO1 well(Huayanshi Group)

2.6 沉積環(huán)境分析

一般情況下，高能環(huán)境下的釷含量比低能環(huán)境下高，低能環(huán)境下鈾和鉀含量較高。另外，鈾含量與氧化還原環(huán)境有關(guān)，還原環(huán)境有機(jī)質(zhì)含量高、鈾含量高，氧化環(huán)境下釷含量比較高。釷、鉀含量還與黏土關(guān)系密切[8-9]。

圖3 LCO1井釷—鉀交會圖(楊柳崗組)Fig.3 Thorium-Potassium intersection diagram of LCO1 well(Yangliugang Group)

圖4 LCO1井釷—鉀交會圖(大陳嶺組)Fig.4 Thorium-Potassium intersection diagram of LCO1 well(Dachenling Group)

圖5 LCO1井 釷—鉀交會圖(荷塘組)Fig.5 Thorium-Potassium crossing map of LCO1 well(Hetang Group)

圖6 LCO1井釷—鉀交會圖(皮園村組)Fig.6 Thorium-Potam crossing map of LCO1 well(Piyuancun Group)

Th/K比值主要反映沉積能量大小，比值在10以上為高能環(huán)境，10～6為亞高能環(huán)境，6～3為低能環(huán)境[10-12]。

Th/U主要反映化學(xué)相，氧化環(huán)境下Th/U比值高，還原環(huán)境下Th/U比值低。據(jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)：Th/K比值大于7時(shí)，主要為陸相泥巖和鋁土礦，屬風(fēng)化完全、有氧化和淋濾作用的陸相沉積；Th/K比值為2～7，一般為氧化—還原過渡帶的沉積環(huán)境；Th/K比值小于2，為強(qiáng)還原環(huán)境的海相沉積，巖性為黑色海相泥巖、石灰?guī)r及磷酸鹽巖[13-16]。

對本井各層組的沉積環(huán)境分析如下。

(1)華嚴(yán)寺組，井段為7.00～180.00 m，巖性以灰色泥灰?guī)r為主，夾深灰色灰質(zhì)泥巖、灰色角礫巖和深灰色硅質(zhì)泥巖。釷鉀比為3.5～11.0，表明沉積能量為亞高能—低能；釷鈾比大多數(shù)在0.8～5.0，表明本層組為弱還原—弱氧化環(huán)境。

(2)楊柳崗組，井段為180.00～1 110.00 m，巖性為灰色泥灰?guī)r、深灰色灰質(zhì)泥巖、深灰色硅質(zhì)泥巖、灰色泥巖和灰色角礫巖。釷鉀比的主要范圍為2.0～12.0，表明水動力條件變化較大，既有高能環(huán)境，也有亞高能和低能；釷鈾比大多數(shù)分布在0.3～7.0，表明本層組以還原環(huán)境為主，兼有弱氧化環(huán)境。

(3)大陳嶺組，井段為1 132.00～1 162.00 m，本組巖性主要為深灰色硅質(zhì)泥巖。釷鉀比為2.0～7.5，表明水動力條件較弱，為低能沉積；釷鈾比為小于2的區(qū)間，表明本層組為還原環(huán)境。

(4)荷塘組，井段為1141.00～1276.00m、1 309.00～1 507.00 m，本組巖性以深灰色硅質(zhì)泥巖為主，夾灰色泥灰?guī)r和灰?guī)r。釷鉀比為0.5～13.0，表明水動力條件變化較大，既有高能環(huán)境，也有亞高能和低能；釷鈾比值大多數(shù)分布在0.2～7.0，表明本層組兼有還原環(huán)境和弱氧化環(huán)境。

(5)皮園村組，井段為1 276.00～1 309.00 m，本組巖性主要為深灰色硅質(zhì)泥巖。釷鉀比為3.5～12.0，表明水動力條件變化較大；釷鈾比大多數(shù)分布小于2的區(qū)間，表明本層組主要為還原環(huán)境。綜合特征表明本井地層沉積環(huán)境為還原環(huán)境沉積。

2.7 烴源巖生烴能力評價(jià)

自然伽馬能譜測井中鈾曲線代表地層中鈾的含量。有關(guān)研究資料表明，在還原環(huán)境和有機(jī)質(zhì)富集的條件下，泥質(zhì)沉積時(shí)會吸附大量的鈾離子，有機(jī)碳含量與鈾含量密切相關(guān)，有機(jī)碳含量越高，鈾含量也越高，有機(jī)碳含量與鈾含量是一種正相關(guān)關(guān)系。因此，可以用鈾值來評價(jià)烴源巖的生烴能力[17-20]。

利用能譜測井曲線對各層組作了烴源巖生烴能力評價(jià)，華嚴(yán)寺組鈾值峰值在1.0×10-6～4.0×10-6；楊柳崗組鈾值多在1.0×10-6～3.0×10-6；大陳嶺組鈾值多在2×10-6～43.0×10-6；荷塘組1 141.0～1 276.0 m井段鈾值多在2.0×10-6～8.0×10-6，1 309.0～1 507.0 m井段鈾值多在0.0～6.0×10-6，局部異常高值，超過100×10-6；皮園村組鈾值多在6.0×10-6～12.0×10-6。

總體來看，荷塘組地層鈾值分布較廣，多在小于30×10-6和大于50×10-6，為本井地層烴源巖生烴能力最好的井段；大陳嶺組地層鈾值多在2×10-6～43.0×10-6，為本井地層烴源巖生烴能力較好的井段；華嚴(yán)寺組鈾值最小，在1.0×10-6～9.0×10-6，指示地層有機(jī)質(zhì)豐度低，不具有明顯的生油能力；楊柳崗組和皮園村組地層鈾值多在1.0×10-6～20.0×10-6，生烴能力較華嚴(yán)寺組強(qiáng)。

3 結(jié)論

通過測井資料中的自然伽馬能譜分析，研究了區(qū)內(nèi)鉆井中富有機(jī)質(zhì)泥頁巖的地層特征，探討了區(qū)內(nèi)富有機(jī)質(zhì)泥頁巖的生烴能力。

(1)通過黏土類型判別，鉆井中主要富有機(jī)質(zhì)泥頁巖華嚴(yán)寺組黏土礦物類型為蒙脫石和伊蒙混層；楊柳崗組黏土礦物類型為蒙脫石、伊利石和伊蒙混層；大陳嶺組少量數(shù)據(jù)點(diǎn)指示黏土礦物類型為蒙脫石和伊利石，含少量伊蒙混層和云母；荷塘組黏土礦物類型為蒙脫石、伊蒙混層、伊利石和海綠石，含云母；皮園村組井段短，數(shù)據(jù)點(diǎn)少，有限資料指示該組黏土礦物類型為蒙脫石。

(2)通過沉積環(huán)境判別，華嚴(yán)寺組為弱還原—弱氧化環(huán)境。楊柳崗組以還原環(huán)境為主，兼有弱氧化環(huán)境。荷塘組兼有還原環(huán)境和弱氧化環(huán)境。皮園村組主要為還原環(huán)境。

(3)通過烴源巖生烴能力評價(jià)，華嚴(yán)寺組鈾值最小，指示地層有機(jī)質(zhì)豐度低，不具有明顯的生油能力；楊柳崗組和皮園村組地層鈾值多在1.0×10-6～20.0×10-6，生烴能力較華嚴(yán)寺組強(qiáng)；荷塘組地層鈾值分布較廣，為本井地層烴源巖生烴能力最好的井段。