超剥带残留地层测井划分方法研究

2015-12-13陈钢花尚翠红刘书会贾光华陈涛

测井技术 2015年3期

陈钢花，尚翠红，刘书会，贾光华，陈涛

（1．中国石油大学（华东），山东青岛266580；2．中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司地质科学研究院，山东东营257015）

0 引言

在地质历史的演化过程中，构造运动、风化剥蚀等作用造成了地质沉积间断，形成不同类型的不整合。不整合面的存在为油气成藏形成了有利的条件，它的平面展布结构可以对油气藏的形成起到盖层封闭、运移沟通、自身成藏等多种作用，因此，正确识别不整合面对不整合油气藏评价有重要的作用［1－2］。受到地质作用的影响，不整合结构在纵向上存在明显的差异，不整合面上下的测井信息在垂向上有异常响应特征［3－4］。曹颖辉［5］、操应长等［3］在识别层序地层界面中的不整合时主要是利用地层倾角资料［5］，但是该方法对地层倾角测井资料的依赖性太高，而中国很多地区缺乏相关的资料；李浩等［1］采用多方面分析的方法，根据上覆和下伏地层在界面发生突变的地质现象，通过测井相分析沉积事件，运用地层压实对岩性造成的差异影响识别不整合面，该方法对沉积间断不明显的不整合界面则较难识别；邹东波［6］则运用地震剖面寻求地震超覆线的方法识别不整合界面，地震等资料的纵向分辨率较低，无法较精确确定不整合面的位置。为此，采用了有序数列分割的方法，对常规测井资料进行处理，自动、准确地识别出不整合面的位置［7］。

1 基本原理与算法实现

东营凹陷的西南斜坡带上盆地隆起形成陡坡带，发育有多次沉积间断，形成了超覆不整合地层，地层自下而上逐层向古斜坡超覆，形成一系列的地层超覆油藏。地层不整合面是是形成地层超覆圈闭和不整合遮挡圈闭的前提条件。寻找地层超覆油藏的首要条件是准确确定地层不整合面的位置。

1．1 基本原理

在一定的沉积时间段内，沉积环境、物性来源、水动力条件等性质具有相似性，与其他沉积时间段的标志具有差异性，这种差异可在测井资料中得到响应，即不整合面上下的测井曲线发生突变，存在异常响应特征。在地震资料的宏观指导下，运用纵向上测井信息的变化，采用有序数列分割法准确确定不整合面。

不整合界面上、下地层沉积条件存在差异，视为不同的沉积体系，相同的测井参数值在同一沉积体系内部基本相同，在不同沉积体系中差异则较大，因此可采用二分法，反复将目的层段一分为二，划分不整合面，计算其层内方差，再运用加和方式计算目的层的离差平方和，选取离差平方和最小的点作为不整合面深度点，保证不整合面上下层内差异最小，而层间差异最大。

1．2 有序数列分割算法

有序数列分割法是指在保持原有样品顺序的情况下，把有序样品划分组别，将n个样品分成m组，可以有Cm－1n－1种方法。其中，把n个样品保持原始顺序分成m组后，各组内的样品数据离差平方和最小，样本分割组间的差异最大，则称为最优有序数列分割法，相应的分割结果称为最优m分割［8－9］。

常规测井系列中每个深度点对应多个测井参数，可将其看成是n个深度点对应m个测井参数，则测井数据对应的数据矩阵为

式中，xij为第i个深度点的第j个测井参数。

测井参数不同观测值之间存在数量级的差异，为了消除数量级差异给测井参数融合带来的影响，需对测井参数进行归一化处理。

同一层段内地质信息的大小可以用参数所对应的有序数列段内数据的变差表示，比如第i个到第j个样品所对应的有序数列段为

其变差可以表示为

式中，（i，j）为第i个到第j个样品有序数列段第β列的平均值；dij为该有序数列段的变差。则矩阵X所对应的变差矩阵为

确定不整合面深度时，首先将目的层分为2层，分别将样本2，3，…，n－1作为分割点，计算其变差矩阵，再利用式（6）计算其离差平方和。

若

式中，分割点j＊对应离差平方和最小值所在的深度，即为不整合面的深度。

2 超剥带地层划分

地质历史的演化过程中，构造运动、水动力变化、物性变换等地质事件的变更都会引起测井信息发生改变。测井信息在包含地球物理信息的同时，也反映了地质历史的演化信息，地球物理演化史上的重大事件必定会有一些特征信息记录在测井信息中。不整合界面则是众多地质事件演化史中的一种产物，是地层界面发生突变，反映到测井信息上则会有测井相、沉积韵律等发生变换。研究地层沉积现象以及地层界面位置时，测井数据是一项重要的研究依据。表1所示为常规测井参数所反映的地质信息［10］。

表1 常规测井数据具备的地质意义

综合考虑各测井参数的地质意义以及研究区所给的资料，选取AC、COND、GR等曲线，运用所开发的软件，对不整合界面进行划分，得到的分层曲线极小点的位置即是地层界面位置［11］。

东营南部的超剥带残留地层沉积间断时间长短不一，在划分不整合面时考虑将该区沉积间断时间较长的剥蚀带定义为Ⅰ级不整合，将沉积间断时间短的定义为Ⅱ级不整合，针对不同的不整合采用不同的测井信息确定不整合面的位置。

2．1 Ⅰ级不整合

东营南部的超剥带地层存在馆陶组与沙河街组的Ⅰ级不整合面，该不整合形成的沉积间断时间较长，不整合结构比较明显，反映到测井数据上的信息也比较明显［12］。

图1为过×井的地震南北向剖面图。图1中红线为地震剖面确定的馆陶组（Ng）与沙一段（Es1）之间存在的剥蚀面的位置，深度为730m。在地震资料的宏观调控下，利用测井资料纵向分辨率高的特点，采用本文所述的有序数列分割法，运用不整合沉积间断反映到测井数据上的信息，对×井测井资料进行处理，确定了馆陶组与沙一段不整合面深度为735．750m，如图2中紫线标注位置。

图1 过×井地震南北向剖面图

2．2 Ⅱ级不整合

在沙河街组内部，地层沉积间断时间较短，地质现象不明显，反映到测井数据上的信息比较少，有可能被岩性、流体变化的信息所掩盖，将这一类的地质构造归结为Ⅱ级不整合。

图2 Ⅰ级不整合面划分结果图

2．2．1 敏感性参数选取

由于多期的升降作用、地壳频繁作用，发育了多个不整合面，不整合面的识别受到岩性、物性、流体等多方面因素综合作用的影响。若地层中岩性突变严重，远高于不整合面的变化，则会造成综合分层曲线最小值反映岩性突变位置，而不是反映不整合面位置，因此需要减弱岩性的影响。识别Ⅱ级不整合的过程中，对原始测井曲线进行如式（8）的处理，采用曲线比值的方法对曲线进行重构，减弱岩性的影响。

运用原始测井曲线与重构曲线进行不整合面划分的结果对比见图3。根据AC、COND曲线划分出的极小点位置在737．625m处，而根据重构曲线AC／COND划分出的极小点位置在746m处，对比声波时差、电导率以及岩性剖面等信息，可以看出，根据AC、COND曲线划分出的分层曲线由于受到上层高电阻率灰岩的影响，曲线最小值位置向上偏移。因此根据重构曲线ACCO曲线采用的曲线比值，有效减弱了岩性的影响，突出了不整合面处的物性、孔隙度渗透率、流体的变化。

图3 分层结果对比图

图4 Ⅱ级不整合面划分结果图

2．2．2 实例分析

选用相应的敏感性参数，对研究区内的某口井进行自动分层处理，结果见图4。根据有序数列分割法得到的最优分割点位置在746m处，对比测井曲线响应特征以及岩性剖面可以看出，上部层段内含有灰岩夹层，AC曲线值较低，电阻率较高，而在下部层段内是砂岩含有灰质成分，声波时差增大，电阻率值较低，与地震以及地质资料经过对比以后确定该处存在Es1／Es3Ⅱ级不整合界面。