地层倾角测井在层理构造及层序界面识别中的应用

2014-05-10陈丽华

测井技术 2014年4期

陈丽华

(中石化胜利油田公司地质科学研究院, 山东东营 257015)

0 引言

地层倾角测井资料具有很高的纵向分辨率及很强的连续性,能够识别厘米级的地层信息[1-4]。利用地层倾角测井资料可以求取地层面的倾角和倾向[5-8]、研究岩层的层理构造、了解沉积搬运方向、判断沉积环境[9-11]。在层序地层界面识别中,地层倾角测井资料还能够识别从层序到准层序组、准层序再到岩层组、岩层的各级界面[12]。塔里木盆地塔中4井区石炭系含砾砂岩储层岩心和倾角测井资料比较丰富,从岩心上反映出来的层序界面和层理特征明显,在此基础上,本文采用岩心刻度倾角测井方法,将岩心观察的层序界面和层理类型与地层倾角测井响应及处理解释结果进行精确刻度和对比,然后将地层倾角测井处理和解释结果应用于层理构造和层序界面确定上,取得良好效果。

1 高分辨率地层倾角测井处理参数确定

前人对地层倾角资料进行处理根据要解决的地质问题形成了具有指导意义的经验参数[13],其中最重要的是窗长、步长、探索角这3个处理参数,这3个参数关系到解释结论的正确与否。解决构造问题涉及的地层几何形状比较大,只有在较长的对比范围内才能更有效地看出它的变化特点,采用长窗长相关对比的方法,以反映地层的宏观结构面确定地层倾角和沉积体内部大型充填结构(如大型前积结构等)和沉积体外形。相反,解决沉积问题由于细小层理的变化往往在相当小的范围内就有很大的变化,所以要采用短的窗长,步长一般等于或略小于窗长,采用短窗长相关对比处理方法,以反映微观结构面。

研究区对地层倾角测井资料的处理是以已知的地质构造为基础、以关键井岩心观察获得的资料为指导确定适合该区的倾角资料处理参数(见表1)。

表1 主要经验参数与岩心刻度参数取值对比

1.1 长窗长处理参数确定

结合岩心和常规测井曲线确定含砾砂岩亚段储层的顶底深度,使用一套经验倾角处理参数进行处理得到的结果计算点较少且置信度不高,反映不出塔中地区储集层内部的构造变化。为了减小随机误差以及地层不均匀性带来的误差,步长的选择应使前后2次对比长度重合50%以上;长窗长处理时常用的探索角太小,实际的曲线高程差可能超出探索范围,导致得到的矢量图可信度不高。通过对比研究区已知的地质构造图,发现倾角处理的方位频率图反映出来的地层倾向与构造倾向一致。用方位频率图进行控制,不断调整窗长和步长,使处理结果尤其是矢量图能最好地反映出含砾砂岩亚段储层的顶底界面,最终确定出研究区的长窗长参数(见表1)。在深度比例1∶200的情况下,能在矢量图上观察出储层构造的变化,处理效果较好,并且在方位频率图上能大致读出相应层段的倾角值大小和方位,为短窗长研究打下基础。

1.2 短窗长处理参数确定

与确定长相关处理参数的思路类似,使用1套常规地层倾角处理参数进行处理不足以反映储层内部层理变化,不能满足储层的精细研究的需要。四臂地层倾角测井采样间隔为0.003 1 m,可信的地层分辨率为2～3 cm,采用0.02 m步长可以反映地层内精细的层理变化;通过岩心观察发现含砾砂岩亚段层理面倾角很小,4条电阻率曲线之间的高程差不大,缩小探索角可以减小处理计算量;最终以岩心反映的地层界面和层理为依据,对步长进行了调整,使矢量图能与之有更好的对应关系(见图1)。通过上述方法,对20口岩心井的地层倾角处理解释,最终确定出适合该区的地层倾角精细处理短窗长处理参数(见表1)。

2 地层倾角测井解释模式

2.1 地层倾角矢量模式及其地质意义

岩层面代表无沉积面或沉积作用条件的突然改变或侵蚀面,通常这样形成的岩层面构成了上面地层沉积的下层理面。具有特性的岩层依赖于其层理面的辨认,而地层的几何形态依赖于2种层理界面的相对配置,根据层理面性质的不同,大致可分为平坦、波状和弯曲3种[14]。当倾角处理相关对比的窗长小于岩层厚度的时候,就会计算出一部分的层理界面的倾角以及相邻层理界面的相对配置。利用地层倾角研究构造和沉积时,在矢量图上可以把层理面地层倾角的矢量与深度关系大致分为4类。①红模式:倾向大体一致,倾角随深度增加而增大的一组矢量,它可以指示砂坝等。②蓝模式:倾向大体一致,倾角随深度增加而减小的一组矢量,一般反映地层水流层理。③绿模式:倾向大体一致,倾角随深度增加不变的一组矢量,一般反映构造倾斜和水平层理。④白(杂乱)模式:倾角变化幅度大,或者矢量很少,可信度差,指示断层面、风化面或块状层理。

图1 短窗长处理参数调整前后矢量图对比

2.2 沉积层理倾角测井解释模式

根据20口井的岩心刻度,确定出该区基本沉积层理类型为平行层理、低角度斜层理、中角度斜层理、浪成交错层理、波状层理、爬升波纹层理、槽状交错层理、块状层理等(见图2)。

图2 含砾砂岩储集层沉积层理倾角解释模式

2.3 层序界面倾角测井解释模式

层序地层单元的划分和对比在综合应用地震信息、岩心及测井资料的基础上进行[15-17]。在塔中地区石炭系含砾砂岩亚段可识别出五级层序界面,即层序级界面、准层序组级界面、准层序级界面、岩层组级界面和岩层级界面。

2.3.1 利用倾角矢量图识别层序和准层序组界面

三级层序界面一般为不整合界面或与之相应的假整合界面,反映地层之间有较大的沉积间断。研究区在含砾砂岩的底部存在一个局部不整合面,为含砾砂岩段三级层序的底界面。准层序组是由1套成因相关、堆砌特征相似的准层序组成,其界面是明显的、规模较大的海泛面和可与之对比的地层界面。通过地层倾角矢量图中倾角模式的变化,可以推断出地层不整合和沉积间断的存在。当层序或准层序组界面上下地层产状存在明显差异时,在用长窗长处理过的反映地层产状的倾角矢量图中,界面处出现倾角和倾向的突变,表现为杂乱模式或空白模式。图3是TZ4-7-19井地层倾角测井矢量图。可看到在不整合面和海泛面附近倾角矢量点开始出现明显间断,倾角矢量大小相差悬殊,矢量方向发生明显变化,结合常规测井曲线可判断为含砾砂岩段三级层序界面、准层序组界面和岩相差异界面的响应。岩心及测井资料表明含砾砂岩发育一个退积式准层序组,该退积式准层序组构成海侵体系域。

图3 TZ4-7-19井层序及准层序组界面测井响应特征及识别图

2.3.2 利用累积地层倾角图识别层序地层界面

当准层序界面上下地层产状变化不大时,用倾角矢量图直接识别界面较困难。Hurley[18]提出了一种累积倾角图识别法,所谓累积倾角就是将地层倾角测井测得的倾角按测定深度进行累加而得的倾角。在对某一口井进行地层倾角测井后,将获得该井不同深度地层的产状按地层由浅到深的顺序对每一测点结果给定一个编号,最浅的测点编号定为1,以此进行连续编号,并从1号测点开始对每个测点的倾角值按顺序累积倾角,最后作出累积倾角数值与测点编号或深度交汇图即为累积地层倾角图[19],累积倾角图上的转折点往往就是我们要识别的层序地层界面位置。为了突出那些小倾角变化引起的转折点,可以作出累积倾角的一阶导数曲线,一阶导数等于测量点编号差除以累积倾角差,一阶导数的极大值点代表着具有重大意义的倾角值的改变,对应着层序地层界面位置。根据累积倾角和累积倾角一阶导数图,在TZ75井含砾砂岩亚段识别出1个三级层序界面(7)、3个准层序组界面(1、2、5)和3个准层序界面(3、4、6)(见图4)。据此将含砾砂岩亚段划分为1个三级层序、3个准层序组和3个准层序。

图4 TZ75井累积倾角及累积倾角一阶导数图

2.3.3 岩层组、岩层界面的识别

岩层组是有内在联系的1套岩层组合,其界面是侵蚀面及其与之对应的界面,在研究区也表现为冲刷充填界面和沉积环境的突变面。岩层是1组相对整合、有内在联系的纹层系序列,其界面是沉积韵律变化面,它代表同一期水动力特征的起始和结束,垂向上相当于同一微相沉积体的顶底界面,显示为一些冲刷充填界面和粒度变化界面。岩层组、岩层界面在高分辨率的原始电导率曲线上有较明显的显示,界面处电导率值有明显的突变,在短窗长处理的倾角矢量图上,倾角大小和方向也都有变化(见图5)。

结合短窗长处理和解释的沉积层理与微构造倾角解释模型,在含砾砂岩亚段塔中4井区进一步识别出6个岩组和39个岩层。