微电阻率成像测井双属性岩石相划分方法——以准噶尔盆地玛湖凹陷百口泉组为例

袁 瑞, 朱 锐, 瞿建华, 张 磊, 吴 俊, 王振林, 潘 进

( 1. 长江大学 信息与数学学院,湖北 荆州 434023; 2. 长江大学 油气资源与勘探技术教育部重点实验室,湖北 武汉 430100; 3. 长江大学 地球科学学院,湖北 武汉 430100; 4. 中国石油新疆油田分公司 勘探开发研究院,新疆 克拉玛依 834000 )

0 引言

具有相同岩性和沉积构造的岩石相是反映特定水动力条件的基本成因单元。Miall A D研究辫状河沉积时，将岩石的岩性及沉积构造用不同的符号表示，提出岩石相编码(facies code)[1-2]。在研究不同的沉积体系时，人们提出不同的岩石相划分方案。Hwang L G等将Pohang盆地扇三角洲的岩性分为角砾岩、砾质岩、砂质岩和泥质岩4类，结合6种沉积构造，划分22种岩石相[3]。Eyles N等将加拿大Saskatchewan冰川沉积物岩石相划分为6种，包括混积岩、砾质岩、砂质岩和细粒岩(粉砂岩、泥岩)4类岩性[4]。

准噶尔盆西北缘玛湖凹陷三叠系百口泉组发育大型缓坡粗粒扇三角洲群，在扇三角洲前缘带发现多个以砂砾岩为储集层的大面积岩性油气藏[5-6]。根据砾岩沉积构造，于兴河等划分9种砾岩相[7]；结合岩性及颜色，邹妞妞等识别6种岩石相[8]；结合岩性、沉积构造、颜色和砾石支撑方式，张昌民等提出227种岩石相类型，其中砾质岩岩相为153种，砂质岩岩相为58种，泥质岩岩相为16种[9]。玛湖凹陷百口泉组岩性复杂、垂向上变化快，多围绕储集层段取心，非储集层段取心较少。因此，岩心岩石相受限于取心层位，垂向上难以覆盖整个地层组。

微电阻率成像测井技术具有超高的垂向分辨率(5 mm)，可以利用大量井周电阻率进行图形化显示，为精细地质研究提供一种新方法[10-15]。在识别岩性及沉积构造的基础上，形成类似岩心岩石相的微电阻率成像测井岩石相划分方法。Shrivastva C等研究印度东海岸Krashna-Godavari盆地河流三角洲，结合岩心及微电阻率成像测井，总结6种岩石相和4种岩石相组合[16]；Xu C M等研究美国俄克拉荷马州Arkoma盆地的重力流沉积，在缺乏取心时，根据微电阻率成像测井反映的岩性及沉积构造，划分10种岩石相[17]；Folkestad A等研究挪威北海地区下三叠系Cook组的沉积模式，结合少量岩心，利用微电阻率成像测井划分5种岩石相，将来自微电阻率成像测井的岩石相称为图像相(image facies)[18]。

基于岩心、微电阻率成像测井岩性及沉积构造特征，提出玛湖凹陷百口组扇三角洲砂砾岩微电阻率成像测井双属性岩石相划分方案，总结不同岩石相的电性和物性特征，划分单井百口泉组的岩石相，为沉积微相和沉积模式研究提供更加完善的地质信息。

1 地质概况

玛湖凹陷是位于准噶尔盆地西北缘的二级构造单元。早三叠世盆地西北缘物源区为玛湖凹陷提供充足物源，沉积物或直接依靠重力作用在湖盆边缘堆积而形成冲积扇；或在重力与流水共同作用下向凹陷中心搬运，进入玛湖凹陷的安静水体，形成大型缓坡粗粒扇三角洲群[19-21]。研究区位于玛湖凹陷的北斜坡区，主要包括黄羊泉扇三角洲和夏子街扇三角洲(见图1)。三叠系百口泉组(T1b)地层厚度为120～250 m，从下至上划分为百一段(T1b1)、百二段(T1b2)和百三段(T1b3)。百一段厚度为30～50 m，岩性主要为灰色、红褐色砂砾岩，夹灰色、棕色含砾泥岩，整体油气显示较差，取心较少。百二段厚度为30～60 m，岩性以褐色、灰绿色砂砾岩为主，夹棕灰色、褐色泥岩，油气显示较好，为主要的储集层段，钻井取心多集中于此。百三段厚度为40～90 m，主要为灰色砂岩与灰色、红褐色泥岩互层，夹灰色细砾岩，油气显示差，取心最少。

图1 玛湖凹陷北斜坡区沉积相平面及地层综合柱状图Fig.1 Sedimentary facies plan and stratigraphic column of Baikouquan formation in Mabei region

2 岩性特征

砂砾岩的粒度是反映水动力状况和沉积环境的重要指标[22]。参考张昌民等[9]、瞿建华等[23]的玛湖凹陷百口泉组砂砾岩粒级划分方案，将研究区扇三角洲的岩性分为3类：砾质岩、砂质岩和泥岩。根据颗粒粒级，将砾质岩细分为巨砾岩、粗砾岩、大中砾岩、小中砾岩和细砾岩；将砂质岩细分为粗砂岩、中砂岩、细砂岩和粉砂岩。共划分10种岩石粒度分级 (见表1)，不同岩石粒度的岩心见图2。

利用微电阻率成像测井仪测量地层微电阻率曲线，并进行成图显示，暗色代表低电阻率，亮色代表高电阻率。垂向分辨率为5 mm，在一定程度上能有效反映直径大于5 mm的砾石颗粒。砾质岩为高电阻率特性，且不同岩屑成分的砾石的导电性不同，微电阻率成像测井图像为黄色—亮色斑点状，斑点越大越清晰表示粒度越大，如果是泥砾岩，则表现为暗色团块状(见图3(a-e))。砂质岩为中电阻率特性，在微电阻率成像图像上表现为颜色单一的块状区域，根据图像的颜色判断岩性，颜色越暗表示砂质岩的粒度越小，粗砂岩电阻率相对较大，为亮色；粉砂岩电阻率相对减小，为黄色—暗色(见图3(f-i))。泥岩为低电阻率特性，在微电阻率成像图像上为暗色块状区域(见图3(j))。

表1 百口泉组岩石粒度分级

图2 百口泉组不同岩石粒度的岩心Fig.2 Cores in different grain size of Baikouquan formation

3 沉积构造特征

根据68口井、1 412.19 m的岩心观察结果，玛湖凹陷三叠系百口泉组主要发育5种沉积构造：水平层理、平行层理、交错层理、块状层理和冲刷充填构造。由于岩心尺寸较小，难以判断砾岩的交错层理是属于槽状交错层理还是板状交错层理，统称为交错层理。不同沉积构造的岩心照片见图4。

水平层理发育于泥岩和粉砂岩，在微电阻率成像图像上表现为黄色—暗色区域中互相平行的暗色直线状，倾角为0°，倾向一致(见图5(a))；平行层理主要发育于砂岩和细砾岩，在微电阻率成像图像上，表现为互相平行的黄色—亮黄色(砂岩)或亮色斑点(砾岩)组成的直线状，倾角近为0°，倾向一致(见图5(b))；块状层理在微电阻率成像图像上无规律，泥岩、砂岩在微电阻率成像图像上颜色无变化，砾岩的亮色斑点大小混杂(见图5(c))；交错层理砂岩在微电阻率成像图像上为黄色正弦曲线状，砾岩为亮色斑点组成的正弦曲线状，倾角大小相近或不同，倾向一致或不同(见图5(d))；在微电阻率成像图像上，冲刷面表现为上覆亮色斑点与下伏暗色或黄色块状之间凸凹不平的界面(见图5(e))[24]。

图3 研究区各类岩石粒度微电阻率成像测井特征Fig.3 Microresistivity imaging logs characteristic of different grain size in the study area

4 岩石相分类

4.1 类型

根据玛湖凹陷百口泉组岩心的岩性及沉积构造的精细描述，对比20口井微电阻率成像特征，将岩性及沉积构造结合，提出扇三角洲微电阻率成像测井双属性岩石相的命名方案：Abc，“Ab”表示10种岩性，其中巨砾岩为G1，粗砾岩为G2，大中砾岩为G3，小中砾岩为G4，细砾岩为G5，粗砂岩为S1，中砂岩为S2，细砂岩为S3，粉砂岩为S4，泥岩为M1；“c”表示沉积构造，其中水平层理为h，平行层理为p，交错层理为x，块状层理为m，冲刷充填构造为s。划分28种微电阻率成像测井岩石相，其中砾岩岩石相为12种，砂岩岩石相为14种，泥岩岩石相为2种(见表2)。

表2 微电阻率成像测井双属性岩石相类型及符号

图4 百口泉组不同沉积构造的岩心Fig.4 Cores in different sedimentary structure of Baikouquan formation

4.2 特征

不同的微电阻率成像测井岩石相反映不同的沉积环境，并且具有不同的电性及物性特征(见图6)。

(1)巨砾岩岩石相与粗砾岩岩石相。受井眼尺寸限制，由岩心及微电阻率成像图像上观察为块状层理，主要发育于扇三角洲平原辫状河道和泥石流沉积。巨砾岩平均电阻率为47.19 Ω·m；粗砾岩平均电阻率为43.14 Ω·m。

图5 研究区各类沉积构造微电阻率成像测井特征Fig.5 Microresistivity imaging logs characteristic of different sedimentary structure in the study area

图6 研究区不同岩性的电阻率与物性特征Fig.6 Resistivity and physical property characteristic of different grain size in the study area

(2)大中砾岩岩石相。主要发育块状层理、交错层理和冲刷充填构造，其中块状层理大中砾岩发育于扇三角洲平原泥石流，交错层理和冲刷充填构造大中砾岩发育于扇三角洲平原辫状河道。平均电阻率为44.71 Ω·m，孔隙度为6.70%，渗透率为3.08×10-3μm2。

(3)小中砾岩岩石相。层理类型与大中砾岩的类似，块状层理小中砾岩发育于扇三角洲平原泥石流和扇三角洲前缘碎屑流，交错层理和冲刷充填构造小中砾岩发育于扇三角洲平原辫状河道和扇三角洲前缘水下分流河道。平均电阻率为41.65 Ω·m，孔隙度为8.62%，渗透率为6.30×10-3μm2。

(4)细砾岩岩石相。主要发育块状层理、平行层理、交错层理和冲刷充填构造，其中块状层理细砾岩发育于扇三角洲前缘碎屑流，平行层理、交错层理和冲刷充填构造细砾岩发育于扇三角洲前缘水下分流河道。平均电阻率为39.98 Ω·m，孔隙度为8.06%，渗透率为3.35×10-3μm2。

(5)粗砂岩岩石相、中砂岩岩石相和细砂岩岩石相。主要发育块状层理、平行层理、交错层理和冲刷充填构造，发育于扇三角洲前缘水下分流河道、河口沙坝和席状砂微相。粗砂岩平均电阻率为28.22 Ω·m，孔隙度为9.30%，渗透率为2.06×10-3μm2；中砂岩平均电阻率为25.72 Ω·m，孔隙度为8.03%，渗透率为0.87×10-3μm2；细砂岩平均电阻率为23.76 Ω·m，孔隙度为7.80%，渗透率为0.49×10-3μm2。

(6)粉砂岩岩石相与泥岩岩石相。发育水平层理和块状层理，其中粉砂岩主要发育于扇三角洲平原河道间和扇三角洲前缘分流间湾，平均电阻率为21.82 Ω·m，孔隙度为4.31%，渗透率为0.24×10-3μm2；泥岩主要发育于扇三角洲平原河道间、扇三角洲前缘分流间湾和前扇三角洲泥微相，平均电阻率为10.04 Ω·m。

5 岩石相应用

岩石相是沉积微相和沉积环境研究的基础，传统的岩石相研究从岩心和野外露头开始，无法研究未取心井段，难以全面表征地层岩石相特征。微电阻率成像可以弥补未取心井段的地质信息，在岩性及沉积构造识别的基础上，划分微电阻率成像测井岩石相。根据玛湖凹陷百口泉组扇三角洲28种微电阻率成像测井岩石相，划分研究区20口井的岩石相。

FN401井百口泉组微电阻率成像测井岩石相划分结果见图7，显示岩屑录井、微电阻率成像测井图像及其岩石相类型。相对于百一段和百二段岩石相，百三段各类砾岩岩石相较少、泥岩和粉砂岩岩石相较多，因此百口组从下至上粗粒沉积物逐渐减少，细粒沉积物逐渐增多，反映整体上为湖侵的扇三角洲退积沉积。

如该井2 618.00～2 626.00 m未取心井段，由微电阻率成像测井图像可以明显识别地层岩性及沉积构造，划分岩石相类型，进一步判断沉积微相和亚相。2 625.55 m深度发育下伏泥岩和上覆小中砾岩的冲刷面，2 624.21 m深度发育下伏中砂岩和上覆大中砾岩冲刷面，2 624.21～2 625.55 m深度岩石相类型为块状层理粗砾岩和交错层理大中砾岩、小中砾岩、细砾岩，底部为冲刷充填构造大中砾岩，为扇三角洲平原辫状河道沉积微相。2 624.00 m深度微电阻率成像测井图像有一暗色团块，与亮色斑点凸凹接触，为冲刷残留的泥砾。2 624.00～2 624.21 m深度为块状层理、冲刷充填构造大中砾岩，为扇三角洲平原辫状河道沉积微相。由2 618.00～2 624.00 m深度微电阻率成像测井图像可知，砾岩岩石相主要为交错层理、冲刷充填构造细砾岩和小中砾岩，为扇三角洲前缘水下分流河道沉积微相；暗色块状层理泥岩和水平层理粉砂岩为分流间湾沉积。

统计FN401井百口泉组各层段微电阻率成像测井岩石相厚度比例(见图8，不包括冲刷充填构造)。由图8可知，百口泉组各层段块状层理泥岩最发育，块状层理小中砾岩、交错层理小中砾岩、交错层理细砾岩和块状层理粉砂岩较发育，其他岩石相类型不发育。

尽管微电阻率成像测井的分辨率低于钻井取心的，无法提供颜色等其他地质信息，但是在全井段地层的岩性及沉积构造识别方面具有独特的应用优势。岩心与微电阻率成像测井结合使用，可以弥补各自的不足，为全井段沉积环境研究提供更加准确的地质依据。此外，还可以统计各类微电阻率成像测井岩石相的最小厚度、最大厚度和平均厚度等，为地质建模提供更加可靠的参数。

图7 FN401井百口泉组微电阻率成像岩石相划分结果Fig.7 Result of lithofacies based on microresistivity imaging logging of Baikouquan formation, FN401 well

图8 FN401井百口泉组不同层段微电阻率成像测井岩石相厚度比例

6 结论

(1)利用微电阻率成像测井，识别玛湖凹陷百口泉组扇三角洲10种岩性及5种沉积构造。在微电阻率成像图像中，砾质岩表现为黄色—亮色斑点状，泥砾岩为暗色团块状；砂质岩为颜色单一的块状区域；泥岩为暗色块状；水平层理表现为黄色—暗色区域中互相平行的暗色直线状；平行层理与交错层理分别表现为互相平行的黄色—亮黄色(砂质岩)或亮色斑点(砾质岩)组成的直线和正弦曲线状；块状层理无明显规律；冲刷面为上覆亮色斑点与下伏暗色或黄色块状之间凸凹不平的界面。

(2)提出不同岩性和沉积构造的微电阻率成像测井双属性岩石相划分方案，包括12种砾岩岩石相、14种砂岩岩石相和2种泥岩岩石相。识别百口泉组岩石相，其中块状层理小中砾岩、交错层理小中砾岩、交错层理细砾岩是储集层最主要的岩石相类型；块状层理泥岩较发育；百三段各类砾岩岩石相较少、泥岩和粉砂岩岩石相较多。

(3)基于微电阻率成像测井的双属性岩石相划分方法，为玛湖凹陷百口泉组扇三角洲沉积微相和沉积体系的精细研究提供参考。

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