应用INPEFA技术在源内层系中划分层序和识别高能砂——以川西坳陷新场构造带须五段为例

唐欢欢 谢锐杰 刘 威

(1. 长江大学 地球物理与石油资源学院， 武汉 430100； 2. 油气资源与勘探技术教育部重点实验室， 武汉 430100)

层序地层的划分与对比主要应用到地质、测井、地震资料。在缺乏岩心资料和地震资料品质较差的情况下，测井资料就成了层序地层划分与对比研究中的重要依据之一。荷兰沉积学家S.D.Nio在2005年提出的INPEFA测井频谱分析技术，是一种以最大熵分析方法为基础的测井曲线频谱分析方法，通过由此获得的INPEFA曲线更容易识别层序界面、洪泛面和沉积旋回。在缺乏地震资料的情况下，INPEFA分析技术可以突出测井曲线所包含的地质信息，反映砂体在沉积过程中的韵律变化特征。我们应用INPEFA分析技术，对川西坳陷新场构造带须家河组五段的地层进行了层序划分与对比，并利用INPEFA曲线的拐点和粒度分析识别源内高能砂。

1 研究区地质概况

川西坳陷中的新场构造带，属于四川坳陷的一个次级构造单元，其南为彭州 — 德阳向斜，北为梓潼向斜，西为鸭子河构造，东为东泰、合兴场构造，位于孝泉 — 新场 — 丰谷隆起带上，为北东东向。

新场构造带发育近斜列展布的孝泉 — 新场构造亚带和高庙子 — 丰谷构造亚带，是从晚三叠世以来经历了多期构造运动的古今复合大型隆起带。须家河组五段主要发育近南北向和北东向断裂。在须五段沉积时期，龙门山逆冲活动进入相对平静期，基底沉降稳定，构造活动弱，地势相对平缓，发育了一套以泥页岩为主夹有少量砂岩的浅水湖泊-三角洲体系。

须五段主要发育泥岩、页岩和煤，砂岩含量相对较少，长期以来主要将其作为烃源岩段。有关研究对须五段的层序地层进行了多次划分，大多把须五段划分为1个四级层序，或者进一步细分为3个五级层序。本次研究，在较细的岩性中识别出能量相对较强的细砂级以上的砂体作为高能砂，即在烃源岩层系中识别出细砂以上的砂体。

2 INPEFA技术原理

不同的测井曲线对应于不同的地质特征。其中，自然伽马(GR)曲线最能反映泥岩含量的变化和沉积旋回变化。因此，选用GR曲线进行测井旋回分析。

频谱变化属性(PEFA)可以反映曲线频谱特征的变化规律，为地层划分提供重要的参考依据。运行PEFA之前，要对GR曲线进行中值滤波处理。最大熵谱分析(MESA)以最大熵为原则，通过已知的数据，预测下一个点的数值。PEFA曲线，用最大熵谱分析得到的预测值和实际值之间的差值来替换每个点。预测值越接近0线，表示预测误差越小，预测结果越准确。差值为正值，表明实际值比预测值大，地层的泥质含量增速加快，水体加深；差值为负值，表明实际值比预测值小，地层的泥质含量变化趋于平缓，水体变浅。数值出现较大偏差时，即PEFA曲线上出现明显的长峰，表明该段数据是不连续的，很可能存在地层间断，可以以此为依据进行地层划分。

在进行地层对比时需要遵循等时对比的原则。若只参考测井和录井资料进行砂岩或泥岩的连井对比，则很容易出现穿层现象。频谱趋势特征能够反映沉积环境的变化特点，突出常规测井曲线的趋势特征。对PEFA曲线进行积分，得到INPEFA曲线。INPEFA值向上增加的趋势为正趋势，INPEFA值向上减小的趋势为负趋势。从负趋势到正趋势的转变处，为正转折点；反之，为负转折点。正趋势代表一个时间间断，在该间断上，砂泥比减小，沉积物泥质含量增速加快，可能是海侵阶段或洪泛阶段，代表退积过程，为正旋回，一个水进的过程。负趋势代表一个时间间断，在该间断上砂泥比增大，沉积物泥质含量增速降低，可能是海退阶段或浅滩阶段，代表进积过程，为反旋回，一个水退的过程；而转折点(拐点)指示一个层序界面或最大洪泛面，拐点附近也是砂体较为发育的位置。

获得INPEFA曲线的过程如图1所示：首先由测井曲线(图1a)做最大熵时频分析[1-2]，得到MESA谱(图1b)；然后进行预测滤波误差分析，得到PEFA曲线(图1c)；最后进行合成预测滤波误差分析[3-6]，得到INPEFA曲线(图1d)。

图1 测井曲线频谱分析过程

3 对INPEFA技术的应用

3.1 层序界面精细划分

运用INPEFA曲线对须五段的新884、新882和新201井进行层序界面的识别与划分，结果如图2所示。

图2 须五段3口井的层序划分

INPEFA曲线能够反映沉积旋回特征。曲线的正趋势代表着水体上升，洪泛事件使得水体逐渐加深，沉积速度降低，在此过程中砂体粒度由粗变细，为正旋回沉积。曲线的负趋势代表着水体下降，大量沉积物随之沉积，在此过程中砂体粒度由细变粗，为反旋回沉积。根据INPEFA曲线的变化趋势和正负拐点，可将须五段三级层序分为3个四级层序，对应于上、中、下3个亚段。再利用局部INPEFA曲线分析，经过地层等时对比，可将3个亚段细分为9个五级层序，对应于TX5-1 — TX5-9的9个砂层组。

3.2 砂体连通性对比

通过INPEFA曲线的趋势和拐点，对砂体连通性进行对比分析。INPEFA曲线的相似性反映了旋回韵律的相似性，说明在同一时期发生沉积，能够指示砂体是否连通[7-10]。对新884、新882、新201井进行连井对比，如图3所示。在已划分的9个五级层序单元中，只有3层砂体连通性较好，砂体的厚度较大，分布范围较广。

图3 须五段3口井的砂体连通性

3.3 高能砂识别

须五段沉积了一大套泥页岩，同时在生烃源内夹有能量相对较强的砂体(高能砂)。源内成藏体系的高能砂，主要是指三角洲入湖后的水下分流河道、河口坝、席状砂等粒径小于4(中值粒径φ值)的细砂岩以上的砂体。这套砂岩沉积时期的能量相对较高，被搬运的距离相对较远，与湖相烃源岩共生，有利于聚集成藏。对高能砂的识别，主要根据INPEFA曲线(在层序中识别砂体)和高能砂识别模型(粒度中值计算方法)来实现[11-12]。

自然伽马测井曲线可以反映碎屑岩地层中砂岩和泥质含量的相对变化。岩石的粒度中值Md能够指示碎屑岩地层中砂岩粒度的大小。从地质意义上分析，岩石泥质含量偏高则粒度偏小，两者具有很好的对应关系，即自然伽马相对值ΔGR偏小，Md偏小，指示砂岩粒度大、沉积能量强。ΔGR与Md有很好的相关性，可以利用ΔGR值纵向连续的特点来预测粒度中值。

本次实验，选取了须五段典型钻井中具有代表性的砂岩样品26块，取样深度为2 700～4 000 m。统计分析了这26块样品的粒度中值与ΔGR值，结果表明，Md和ΔGR基本呈正比例线性关系变化(见图4)。计算公式如式(1)和式(2)。

图4 砂岩样品的粒度中值与ΔGR的关系模型

ΔGR=(GR-GRmin)/(GRmax-GRmin)

(1)

式中：GR为岩层的自然伽马值；GRmin为纯砂岩的自然伽马值；GRmax为纯泥岩的自然伽马值，API。

Md=5.121ΔGR+1.438

(2)

据统计，须五段高能砂的粒度中值φ值主要分布为-1～4，对应的岩性为粗砂、中砂、细砂，粒度分布范围为2.0～0.062 5 mm。这些高能砂体深入湖盆中心与烃源岩共生，发育于烃源岩内部，因此具有典型的相对粒度较大、相对能量较强、与优质烃源岩互层发育的特点。

岩石的粒度中值φ值范围在-1～4，为细砂到粗砂范围，属于3种不同粒度类型的高能砂。当高能砂较厚时，所对应的INPEFA曲线的变化趋势和正拐点也比较明显，而且厚度大的高能砂主要发育在层序的顶、底界面附近，即高位体系域的水退期和水进体系域的初始水进期。

图5为川丰125井高能砂的粒度等级划分与INPEFA曲线综合分析图。从图中可以看出，高能砂细分为细砂、中砂和粗砂3类，并能识别5套粒度为中砂的高能砂。这5套高能砂，分别对应于INPEFA曲线的正拐点处，且分布在不同层序界面的顶、底附近，也就是须五段的TX5-5层序的顶、TX5-6层序的底、TX5-7层序的顶和底及TX5-9层序的顶中。这说明，可以用INPEFA的正拐点和粒度中值等方法来识别高能砂。

图5 川丰125井高能砂识别图

4 结 语

利用测井曲线频谱分析技术分析了川西凹陷须家河组五段层序地层，得到以下结论：

(1) 根据INPEFA测井旋回曲线的趋势和拐点，分析沉积旋回的变化和层序界面与洪泛面，可将须五段三级层序划分为上、中、下3个四级层序；利用局部INPEFA曲线分析，可将须五段划分为9个五级层序，对应于9个砂层组。

(2) 对高能砂的识别可以根据INPEFA曲线(在层序中识别砂体)和通过建立高能砂识别模型(粒度中值计算方法)来实现。在研究区一共识别了5套相对较粗的高能砂，INPEFA曲线的正拐点对应较粗的中砂岩，它们分布在须五段的TX5-5层序的顶、TX5-6层序的底、TX5-7层序的顶和底及TX5-9层序的顶中。