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测井资料层序地层分析技术

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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测井资料层序地层分析技术层序地层学的研究是从地震资料开始的。沉积层序在地震剖面上的响应称为地震层序,它是通过沉积地层在地震资料上形成的各种响应模式来研究地层的。当地震波投射到两个速度和密度不同的地层间的界面时,就会产生波阻抗差,从而发生反射。因此地震反射界面基本上是追随地层沉积表面的年代地层界面,而不是岩性地层界面。地震反射层具有反映地层表面或不整合的时间意义,地震层序分析有利于区域对比,有利于对层序边界的追踪、闭合,有助于掌握全盆地三维空间的层序发育状况,而根据地震资料分析层序地层具有极其重要的价值,但地震资料也有不足之处其分辨率小于钻井资料的分辨率。随着层序地层学的不断发展,层序的划分越来越细,仅用地震资料难以识别级次较低(4 级或 S 级)的层序。因此,要提高层序地层学的研究精度,人们自然想到利用测井资料进行层序地层学研究。沉积层序在测井资料上的响应称为测井层序,其识别主要通过地层在测井曲线上出现的各种响应模式、准层序纵向叠置样式等分析来进行。1、测井层序研究方法利用测井资料作层序地层分析时主要利用自然电位(、自然伽马(视电阻率(,在资料允许的情况下,应尽量应用一些别的资料,如声波测井(、井径测井(,同时还要参考录井资料、岩心资料等。在运用测井曲线研究层序地层时,应尽力做到生物地层学、测井地层学和地震地层学三者相结合的综合研究方法,便于彼此补充、相互检验,以获得最佳解释效果。具体方法步骤如下:(1)在熟悉区域地质资料的基础上,对诸岩心井进行系统而仔细的岩相或层序观察,并与测井曲线相对照、对比、修正,划出典型的骨架相曲线类型。(2)最大海泛面或密集段(时间线)的确定,由于密集段剖面极薄,通常几厘米至数十厘米厚,故在野外易于忽略,在地震剖面上难以识别,然而由于其典型的测井响应特征,在测井曲线上易于识别,故更确切的识判密集段的方法是测井方法,即通过钻井岩心化石丰富或分异度的分析和测井曲线特殊信息的解释,提出具年代意义的界面,并把相应的古水深及生物事件与测井曲线进行对比,并标定在测井曲线上,作为划分对比层序的重要的时间界面。(3)层序边界(时间线)的识别及确定,对于岩性组合相近似的层序,层序间的界面难以通过野外露头和地震剖面上识别,由于测井曲线或资料的灵敏度或高分辨率特点,故极容易从测井资料或曲线的不连续性或突变性进行识别。结合区域地质资料,确定层序边界类型,并标定在测井曲线上,作为大尺度年代地层框架。(4)按点一线一面逐步展开,进行测井曲线的层序或体系域对比,从而对不同层序、体系域在时间、空间上的演变规律有较清晰的认识。在进行层序对比时,应在上述时间框架之基础上,确保同一体系域或层序在时间、空间上相变的协调性,即岩相展布的有序性和沉积条件的一致性(钱奕中、陈洪德等,1995) 测井曲线是地层记录的一种测井响应型式,其解释往往存在多解性,因此,我们利用测井曲线进行层序地层研究时要结合实际的岩心观察,建立层序、层序边界、体系域等的测井曲线解释模式,以便准确地开展测井资料层序地层解释。2、层序边界测井响应特征及层序划分用于层序地层分析的测井资料主要包括自然伽马一电阻率曲线,自然电位一电阻率曲线。在地层资料复杂及某些特殊井段,还应该综合利用各种测井曲线。层序边界的测井响应,是以岩心观察中特征明显的层序边界为模式而建立的。这种标准建立之后,则用以广泛地识别非取心井段的层序边界。根据电测曲线的变化,同时结合实际的岩心观察,层序边界的测井响应特征主要有以下几种型式:(1)渐变型式这是代表一种基准面快速下降随即快速上升的速度突变的型式。在测井曲线上,层序边界之下的准层序组呈前积式,其上的准层序组呈退积式,层序边界往往位于砂岩内部,与传统的以砂岩顶、底为界的方法有根本的区别。在纯正砂、泥岩剖面上,层序边界之下的准层序向上变厚,各准层序沉积物粒径向上变大,其上的准层序向上变薄、粒径变小。这种测井响应,其曲线形态特征是在层序边界之下呈漏斗状,在层序边界之上呈钟形。(2)突变型式层序边界之下的测井响应为属泥质沉积的平滑式加积型,其上为砂岩或砂砾岩的箱形加积式、钟形退积式,代表一种水体由相对较深突然变浅并持续了相当久的沉积型式。其地质记录在滨、浅湖地带为砂岩直接覆在杂色(绿、紫、棕、红及其过渡色调)泥岩之上,在半深湖、深湖区为砂岩与下伏暗色泥岩的突变接触。(3)加积/前积型层序边界之下的地层呈前积型,界面之上的地层呈加积型,代表基准面快速下降接着滞升的沉积形式。推测前期高水位体系域为三角洲类沉积,其后的低水位期为河道、冲积扇或盆底扇类沉积。(4)前积/前积型层序界面上、下地层的测井响应均为前积型,反映了三角洲体系的穿时现象。(5)其他类型除了上述几种类型外,还可以见到退积/退积型、前积 /加积型、加积/加积型、层序界面在泥岩内部而层序边界上、下地层的测井响应均为平滑、细齿线形态。以上层序边界的各种测井响应,以第一种最为常见,其余顺序号居次(钱奕中、陈洪德等,1995) 。3、对于沉积体系的测井响应特征分析如下:(1)冲积扇体系冲积扇属陆地上山口或断层附近的堆积体,它是山地洪流或间歇性洪流出山口进入冲积平原区,因坡度突然变缓,搬运能力降低,碎屑物质在山口处大量堆积而形成的扇状砂砾岩体。由于组成冲积扇的沉积物物源丰富,搬运距离短,所以分选极差,颗粒大小不等。在乌东冲积扇为大套杂色块状砾岩夹薄层泥岩,块状构造,表现为块状韵律或正韵律。电阻率曲线为箱形高阻,扇体的顶底岩性为突变接触,砾石分选、磨圆极差。在地震上呈乱岗状,连续性从近端到远端逐渐变好,顺扇体倾向方向为发散的楔状,顺走向方向呈丘状。一般存在于铜钵庙组时期。图 1 冲积扇体系的测井响应特征(2)扇三角洲体系扇三角洲是一种由冲积扇直接推进到湖盆中形成的沉积体系。它是生长断层背景普遍发育的一种粗粒沉积体系,往往形成于盆地边缘同沉积断裂附近,主要由扇三角洲平原、扇三角洲前缘和前扇三角洲组成,总体上为向上变粗的沉积序列。在乌东扇三角洲前缘亚相其岩性为块状砾岩、含砾砂岩与薄层灰绿、灰色泥岩组成。一般为下粗上细的正旋回,前缘发育大型、小型槽状交错层理、波状交错层理、变形层理等,底部冲刷明显。电阻率曲线为齿状高阻。分选、磨圆差-中等。在地震上表现为斜交或羽状前积,具有中高振幅、连续性较好的特征。一般以重力流沉积为特征,分布于靠近控陷断层附近的陡坡区。图 2 扇三角洲的测井响应特征a、 扇三角洲平原:扇三角洲平原以多个粗—中粒正向旋回为主,夹少量粉细砂—泥质沉积,砂岩中常见底冲刷和槽状交错层理。在测井曲线上表现为箱型、钟型,夹有参差不齐的锯齿状。准层序叠加形式主要为前积式。在地震剖面中具有高振幅﹑较连续﹑亚平行反射的特征。b、 扇三角洲前缘:扇三角洲前缘主要发育较小的分流水道、河口坝及席状砂沉积,其特点是以中型规模的反旋回沉积和中—小规模的中、细粒正旋回沉积为主。测井曲线呈现出典型的钟型、漏斗型及锯齿状(指状)波形组合,幅度中等。垂向上准层序以进积式叠置。在地震剖面上表现为斜交或羽状前积,具有中—高振幅、连续性较好的特征。c、 前扇三角洲:前扇三角洲主要是细粉砂和泥质沉积物,泥质较纯。测井曲线总体为较平缓的低幅,偶见小锯齿状波形,横向上与深水泥质沉积呈过渡关系。在地震剖面上为低振幅、中—低连续性反射。(3)三角洲体系在乌东三角洲沉积体系主要为建设型三角洲,分为三角洲平原、前缘和前三角洲,三角洲前缘是其主体,既出现在低水位体系域,又出现在高水位体系域,但以高水位体系域中更常见,主要是由河流携带碎屑物进入开阔的湖体中形成的。发育有槽状、板状、波状交错层理、水平层理。电阻率曲线为齿状漏斗形或指形,具反旋回特征 。顺水流方向的地震反射特征为斜交型、S 型、复合 S—斜交型前积结构,具有中高振幅、连续性较好的特征。三角洲体系可进一步分为三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲。图 3 三角洲的测井响应特征在三角洲形成过程中,三角洲朵叶体不断向深水盆地方向推进,在剖面上可看到粗相带盖在细相带之上,故测井曲线上为反旋回特征。在地震剖面上平行于倾向方向总体上呈楔状外形,内部为前积反射结构。在走向上总体为丘形,单个朵叶体内部可能呈双向下超反射结构。a 三角洲平原:三角洲平原是三角洲沉积体的顶积层,为高振幅、连续性较好、平行或亚平行反射。由砂岩、粉砂岩与泥岩互层组成,具有大型交错层理;垂向上显示为向上变细的正向或反向旋回。发育分流河道、河道间漫流沉积。b 三角洲前缘:三角洲前缘顺水流方向的地震反射特征为斜交前积型,具有中—高振幅、连续性较好的反射结构,由砂岩、泥岩互层组成。三角洲前缘是三角洲的主体。c 前三角洲:前三角洲是三角洲的底积层,在地震剖面中为低振幅、中—低连续性反射。主要由泥岩组成,夹薄层粉砂岩。(4)浊积扇体系图 4 浊积扇体系的测井响应特征浊积扇是在陡坡和同沉积断裂附近,主要由重力流而形成的扇形沉积体。它全部沉没于水下,与扇三角洲可能所处位置邻近;或位于扇三角洲前方,由滑塌作用形成。在乌东浊积扇体系岩性为夹于半深湖相暗色泥页岩中的粗碎屑沉积,具下粗上细的正韵律和鲍玛序列,发育递变层理、水平层理、包卷层理、波状交错层理等,电阻率曲线为齿状高阻,底部突变,顶部渐变。在地震剖面中,顺倾向方向呈发散型反射结构,收敛点指向近端物源处;从近端到远端连续性增强。(5)滨岸体系滨岸体系指无三角洲沉积的滨岸带沉积,其沉积类型主要为滨湖砂滩及浅湖砂坝。岩性为细—粉砂岩,可见小型交错层理与波状层理,主要发育于海进体系域和高水位体系域。在乌东分为滨浅湖、半深湖亚相,半深湖岩性为大段深灰、黑灰色泥岩夹薄层钙质粉砂岩和白云质泥岩,水平层理和页理发育。滨浅湖岩性为灰绿、灰、深灰色泥岩夹薄层砂岩。波状层理和水平层理较发育。测井曲线呈中幅指形或锯齿状波形。较连续低-中振幅地震相及亚平行变振幅反射结构 。砂坝地震相常为顶凸底平的丘形。一般砂滩、砂坝顶部地震反射常见削蚀和顶超现象,特别是在近岸部位。4、体系域的测井响应特征根据层序界面类型、准层序的分布特征及其在层序中的位置等不同情况,层序可分成各种体系域。体系域是指一套同期的沉积体系,依据几何形态和沉积相组合可划分为四种类型,即低水位体系域、陆架边缘体系域、海进体系域和高水位体系域。不同体系域,其沉积特征不同,相应的测井响应也存在差异。根据层序上、下边界之间的地层排列成体系域的情况和作为界面的不整合类型,沉积记录中可识别出第一类层序((I 型层序)和第二类层序((层序) 。其中 I 型层序由低水位体系域、海进体系域和高水位体系域构成,层序包括陆架边缘体系域、海进体系域和高水位体系域。(1)低水位体系域的测井曲线特征低水位体系域以加积型准层序组为主,其测井曲线呈钟形、正向齿形,自下而上幅度由中高幅一低幅,即具加积式测井模式。低水位体系域常由海底扇、陆坡扇和低水位楔构成。海底扇常以砂为主,并与 E. 985)定义的 I 型和 扇相似,对应的测井曲线分为两种情况:一是漏斗形中—高幅的前积式模式;二是钟形中一低幅的后积式模式。陆坡扇由以浊积岩砂堤的水道沉积物和漫滩沉积物组成,常覆盖于盆底扇之上,并被上覆的低水位楔状体下超,陆坡扇似乎与 985)定义的 扇相似。低水位楔状体由一个或几个进积准层序组构成,仅局限于陆架坡折朝海方向并上超在先期斜坡层序上,相应的测井曲线表现为旋回性进积模式特征。低水位楔状体的近源部分由深切谷充填物及陆架或陆坡上部与其有关的低水位滨线沉积物组成,低水位楔状体远源部分由向陆坡扇下超的厚层页岩地层单位构成。(2)海进体系域的测井曲线特征海进体系域以退积型准层序组为主,其测井曲线表现为钟形、正向齿形或齿化状,幅度由高幅变化为低幅,包络线具退积式特征。海进体系域底部以初始海进面为界,顶部以初始下超面或最大海泛面为界。其中准层序在进积层序组中是后退的,当准层序时代越朝陆地方向,该体系域往上水体加深。海进体系域顶部为最大海泛面或密集段,具有高自然伽马、高自然电位、低电阻、高电导和低声波测井特征,从此界面向上变为高水位体系域。(3)高水位体系域的测井曲线特征高水位体系域早期以加积型准层序组为主,晚期以退积型准层序组为主。高水位体系域底部为下超界面,顶部以下一个层序边界为界,早期高水位体系域通常由一个加积准层序组构成,相应的测井曲线呈现中幅箱形,表明为水动力稳定条件下的垂向加积型式;晚期高水位体系域由一个或几个进积准层序组构成,相应的测井曲线表现为一次或多次漏斗形或反齿形,具有旋回性低幅一中幅变化特征。在许多硅质碎屑岩层序中,高海水位体系域上覆层序边界常被截断,即使保存下来,也很薄,并以页岩为主。(4)陆架边缘体系域的测井曲线特征构成第二类层序最下部。该体系域可在陆架边缘的任何地方形成,由一个或几个弱进积型到加积型的准层序组组成,而这些准层序组由浅海准层序(具有沿斜倾向上分布的海岸平原沉积物)组成,其顶为陆架上第一个明显的洪泛面,其底是第二类层序边界。相应的测井曲线具有弱的反齿形、漏斗形和箱形特征,即略显进积式和加积式混合包络特征。(5)由自然电位(或自然伽马)和视电阻率组成的测井曲线上,密集段的典型特征表现为低自然电位、低电阻的“泥脖子” ,由于密集段为富含铀、磷、海绿石的页岩或纯泥岩,常反映出高自然伽马值。在井与井之间,密集段的测井曲线特征可进行区域性对比,反映了密集段区域分布的特点。测井曲线和综合录井资料上,不同的体系域有着不同的准层序叠加方式和砂泥岩比率、泥岩颜色等特征。海进体系域内准层序组以退积型为主,向上泥岩含量增高、泥岩颜色变深;高水位体系域晚期准层序组以前积型为主,向上砂岩含量增高、泥岩颜色变浅。密集段正好是在海进体系域晚期至高水位体系域早期沉积的地层,为准层序由退积型向加积型(或进积型)转换的过渡层段。密集段的测井曲线特征准层序叠加型式的变化,在测井资料中识别密集段是比较易识别的。于密集段多为一些深海相泥岩、泥页岩等,在岩心资料及露头剖面观察中不难识别。露头和岩心资料对于辨别密集段是直观而有效的,除了从沉积环境、岩性和岩相特征直观识别外,还有很多地球化学、古生物等标志帮助识别。密集段的地球化学、古生物标志有机碳含量密集段为富含有机质的暗色细粒沉积物,在密集段的位置上有机碳含量可达到峰值。微量元素含量在密集段的缓慢沉积过程中,水中的各种微量元素得以沉淀富集,因而在密集段中各种微量元素含量显著增高。古生物丰度在密集段形成过程中,沉积表面轻微石化,逐渐变成硬地,使得底栖生物富集,生物挠动、钻孔、潜穴发育,生物门类与生物丰度明显提高(樊太亮等,1998) 。用露头和岩心资料识别密集段不仅直观,而且比较可信。岩心资料及露头剖面的层序地层研究也有不足,主要表现在岩心资料及露头剖面资料只能观察到层序的一部分,很难顾及全貌。因此我们在做层序地层学的研究时,不仅要使用地震资料,充分了解地层全貌,而且要充分利用测井资料来提高分辨率,更要使用岩心资料及露头剖面资料,以减少多解性。只有多种资料的综合解释,它们才能起得好的应用效果。5、层序地层学发展趋势层序地层学是一门相对年轻的地学分支学科,在理论体系和技术方法等许多方面有待于进一步完善。根据目前国内外的研究现状,预计层序地层学仍是今后 10~20 年快速发展的学科,陆相层序理论方法是国内外共同的主攻方向。海相盆地层序地层学,特别是被动大陆边缘盆地,已建立比较完善的层序模式和研究方法。陆相盆地类型的多样性和层序发育特点的复杂性,目前还没有建立系统完善的陆相层序地层学理论方法,是国内外共同的主要研究方向。我国油气资源主要赋存在中新生代陆相盆地,陆相层序地层学始终是研究的重点。地质分析和地震定量解释技术的进一步融合,将从技术手段上促进层序地层学的发展。层序地层学是地质学、地球物理学和计算机技术相结合,而产生的一门新的地学分支学科,因而这门学科历来重视地质分析与地球物理技术的结合,这是这门学科基本特色(徐怀大,1993,1997) 。20 世纪 70 年代末至 80 年代,侧重于地震反射结构特征的地质含义研究,而产生了地震地层学。90 年代之后,各种地震信息的定量分析技术开始应用到层序地层学研究中(998a,1998b; 2001; V. 2001; . 2002) 。但迄今为止,地质分析与地震解释技术的结合还是初步的,地震定量分析技术的应用还是零散的、局部的。地震成像技术、地震岩性反演预测技术、地质与地球物理信息交互等技术的应用,将大大提高层序地层学的工业制图水平和预测功能。参考文献[1] a 993),01[2] 郭少斌,998,18(1)[3] 003[4] 王贵文,000[5] 二(上册), 大庆、993[6] 002
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