準(zhǔn)噶爾盆地車排子地區(qū)石炭系不整合結(jié)構(gòu)測(cè)井特征及識(shí)別

管永國(guó)，李艷英，孫波，閔飛瓊，吳春文，王靜

（1．中石化勝利油田西部新區(qū)研究院，山東 東營(yíng)257000；2．中石化勝利石油工程有限公司測(cè)井公司，山東 東營(yíng)257000；3．勝利油田勘探開發(fā)工程監(jiān)督管理中心，山東 東營(yíng)257000）

0 引 言

區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成了地殼的隆升與褶皺，地層出露地表而使沉積間斷并造成巖層風(fēng)化剝蝕（溶蝕），由此形成了不整合面［1］。地層不整合接觸是研究地質(zhì)發(fā)展歷史及鑒定地殼運(yùn)動(dòng)特征和時(shí)期的一個(gè)重要依據(jù)，在巖石地層學(xué)上也是劃分地層單位的依據(jù)之一［2］。不整合不僅可以為區(qū)域性油氣運(yùn)移提供輸導(dǎo)通道，也可以形成與之相關(guān)的油氣藏。

國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)不整合及其結(jié)構(gòu)已有了很多研究成果。吳孔友等［3］認(rèn)為準(zhǔn)噶爾盆地不整合縱向可分為3層結(jié)構(gòu)，即不整合面之上的巖石、風(fēng)化黏土層及半風(fēng)化巖石。陳鋼花等［4］應(yīng)用數(shù)據(jù)歸一化、主成分分析等數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法提取識(shí)別不整合縱向結(jié)構(gòu)的綜合評(píng)價(jià)參數(shù)，使其能夠有效綜合原有測(cè)井曲線所反映的地層信息，通過(guò)交會(huì)圖技術(shù)劃分不整合縱向結(jié)構(gòu)。劉鑫金等［5］利用模糊綜合評(píng)判方法劃分不整合結(jié)構(gòu)類型。綜合分析前人研究成果，認(rèn)為不整合在空間上具有明顯的3層結(jié)構(gòu)特征，即不整合面之上的巖石、風(fēng)化黏土層及半風(fēng)化巖石。風(fēng)化剝蝕程度的不均一性使不整合具有典型的層狀結(jié)構(gòu)，其在測(cè)井曲線上必有不同的響應(yīng)特征。盡管前人對(duì)地層不整合及其結(jié)構(gòu)劃分識(shí)別進(jìn)行了大量研究和探索，但多有其局限性和地區(qū)性。車排子地區(qū)石炭系地層不整合之下的風(fēng)化黏土層和半風(fēng)化巖石火成巖巖性復(fù)雜，取心資料有限且不連續(xù)，地震資料分辨率較低，決定了其不整合結(jié)構(gòu)識(shí)別劃分的難度與不同。利用測(cè)井資料進(jìn)行不整合結(jié)構(gòu)的識(shí)別與定量劃分具有重要意義。本文依據(jù)取心井的巖石學(xué)、礦物學(xué)、元素地球化學(xué)、風(fēng)化程度指標(biāo)等方面，進(jìn)行綜合分析，建立了不整合結(jié)構(gòu)測(cè)井巖電標(biāo)定剖面進(jìn)行不整合結(jié)構(gòu)測(cè)井敏感曲線分析，構(gòu)建不整合結(jié)構(gòu)判別參數(shù)。依據(jù)判別參數(shù)建立的不整合結(jié)構(gòu)判識(shí)標(biāo)準(zhǔn)圖版進(jìn)行不整合縱向結(jié)構(gòu)層發(fā)育特征的量化判識(shí)，進(jìn)而確定不整合結(jié)構(gòu)的類型。運(yùn)用該圖版可對(duì)無(wú)取心資料的探井進(jìn)行不整合結(jié)構(gòu)的較準(zhǔn)確識(shí)別與劃分。

1 準(zhǔn)噶爾盆地車排子地區(qū)概況

準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣，在區(qū)域構(gòu)造上屬于準(zhǔn)噶爾盆地西部隆起，其西面和北面鄰近扎伊爾山，南面為四棵樹凹陷，向東以紅－車斷裂帶與昌吉凹陷以及中拐凸起相接。該區(qū)石炭紀(jì)大部分處于海相、海陸交互相的沉積環(huán)境，發(fā)育巨厚的火成巖并構(gòu)成了該區(qū)的基底。

車排子凸起是一個(gè)在石炭系火成巖基底之上發(fā)育起來(lái)的繼承性凸起，多次構(gòu)造升降造成該區(qū)地層主要以削截和超覆為主。該區(qū)主要有石炭系、白堊系和新近系沙灣組3套儲(chǔ)蓋組合。石炭系是準(zhǔn)噶爾盆地車排子凸起重要的勘探層系之一，具有巨大的勘探潛力。該區(qū)石炭系頂部區(qū)域上為不整合面，并且車排子地區(qū)位于構(gòu)造高部位，長(zhǎng)期處于隆起狀態(tài)，是油氣運(yùn)移的有利指向區(qū)，成藏條件比較有利。目前勝利探區(qū)內(nèi)有P60、P61、P66等井在石炭系見到油氣顯示。其中，P60井見到18m／7層熒光－油斑級(jí)別顯示，熱試?yán)塾?jì)產(chǎn)油0．46t；P61井見到熒光－油斑級(jí)別顯示49．0m／8層，對(duì)井段855．73～949．58m常規(guī)試油，抽汲日產(chǎn)純油4．28t；P66井見到熒光－油斑級(jí)別顯示93．9m／17層，對(duì)井段955．0～1062．0m中途測(cè)試，折算日產(chǎn)油11．2t。

不整合結(jié)構(gòu)與油氣的運(yùn)聚有著密切的關(guān)系，正確識(shí)別不整合結(jié)構(gòu)對(duì)未知油氣田的勘查有重要的指導(dǎo)意義。測(cè)井資料作為研究的重要基礎(chǔ)資料之一，是研究地層不整合接觸的重要手段，在不整合結(jié)構(gòu)識(shí)別中具有非常重要的作用。

2 車排子地區(qū)石炭系不整合結(jié)構(gòu)測(cè)井特征

車排子地區(qū)石炭系地層在不整合形成過(guò)程中暴露地表的巖石處于新的不穩(wěn)定狀態(tài)，受溫度和水的變化、各種酸的溶蝕作用、生物作用以及各種地質(zhì)應(yīng)力的剝蝕作用，逐漸地遭受破壞，使得不整合面之下巖石具有明顯的測(cè)井響應(yīng)特征。

圖1為P60井侏羅系（J1b）／石炭系（C）不整合結(jié)構(gòu)測(cè)井巖電標(biāo)定剖面。由圖1可見不整合結(jié)構(gòu)測(cè)井特征為風(fēng)化黏土層表現(xiàn)為低密度、高伽馬值、高聲波、高中子（兩高三低）；半風(fēng)化巖石表現(xiàn)為較低密度、較低伽馬、較高聲波，較高中子；半風(fēng)化巖按巖石風(fēng)化、蝕變程度及孔隙充填程度可分成水解層和淋濾層，水解層巖石蝕變程度高，中子孔隙度相對(duì)于密度孔隙度變大，次生孔隙和裂縫非常發(fā)育，但孔隙充填程度高，有效孔隙不發(fā)育，不能成為有效儲(chǔ)層；淋濾層巖石蝕變程度低，次生孔隙和裂縫發(fā)育，孔隙充填程度低，有效孔隙發(fā)育，是風(fēng)化殼里最好的儲(chǔ)層；原巖高密度、低伽馬、低聲波、低中子。

不整合面發(fā)育時(shí)間以及上覆和下伏地層的物質(zhì)組成、地層壓實(shí)和成巖作用的差異等因素形成的地質(zhì)突變現(xiàn)象，沉積作用造成的地層缺失、風(fēng)化黏土層和半風(fēng)化巖石等均可在測(cè)井資料中得到反映，使不整合面上下測(cè)井曲線具有異常響應(yīng)特征。圖2所示為P70井沙灣組（N1s）／石炭系（C）不整合結(jié)構(gòu)，頂板巖層為沙灣組（N1s）砂礫巖，半風(fēng)化巖層為石炭系（C）凝灰?guī)r，不整合面上下地層的電阻率、三孔隙度、自然伽馬曲線在不整合面處形成一個(gè)明顯的臺(tái)階。因此，可以利用測(cè)井曲線在垂向上的異常變化進(jìn)行不整合面的識(shí)別和結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確確定。

圖1 P60井J1b／C不整合結(jié)構(gòu)測(cè)井巖電標(biāo)定剖面

圖2 P70井N1s／C不整合面上下測(cè)井響應(yīng)特征

根據(jù)不整合面之下的風(fēng)化殼發(fā)育特征，即是否發(fā)育風(fēng)化黏土層，將不整合結(jié)構(gòu)分為Ⅰ型和Ⅱ型。Ⅰ型不整合結(jié)構(gòu)為頂板巖層—風(fēng)化黏土層—半風(fēng)化巖層3層結(jié)構(gòu)，Ⅱ型不整合結(jié)構(gòu)為頂板巖層—半風(fēng)化巖層二層結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)取心井巖心觀察與測(cè)井響應(yīng)分析，總結(jié)得出了各類不整合結(jié)構(gòu)的測(cè)井響應(yīng)特征值（見表1）。

3 多敏感測(cè)井?dāng)M合曲線劃分不整合結(jié)構(gòu)

3．1 測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)歸一化

依據(jù)陳鋼花等［4］的研究，設(shè)每個(gè)樣品有m個(gè)參數(shù)，將n個(gè)樣品參數(shù)的觀測(cè)值按相鄰順序排列，得到數(shù)據(jù)矩陣

式中，元素xij為第i個(gè)樣品第j個(gè)參數(shù)的觀測(cè)值。

對(duì)式（1）進(jìn)行變換

式中，zij為對(duì)元素進(jìn)行歸一化處理后得到的新元素，取值為0～1。

表1 不整合結(jié)構(gòu)測(cè)井曲線特征值

3．2 不整合結(jié)構(gòu)測(cè)井敏感曲線分析

首先對(duì)不整合結(jié)構(gòu)有取心資料的探井進(jìn)行地質(zhì)綜合分析，精確識(shí)別出不整合面，劃分出不整合結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，按照測(cè)井資料敏感曲線分析的基本方法步驟，求取不整合面以下各不整合結(jié)構(gòu)層的測(cè)井資料主成分值。

由于不同測(cè)井資料反映的地層信息有所側(cè)重，并不是所有的測(cè)井資料都適合不整合結(jié)構(gòu)的主成分分析。這需要根據(jù)不整合結(jié)構(gòu)的基本特征，選取能較好反映其巖性、骨架結(jié)構(gòu)、孔隙度、滲透率、泥質(zhì)含量等性質(zhì)的測(cè)井資料。

對(duì)P60井侏羅系（J1b）／石炭系（C）進(jìn)行了不整合結(jié)構(gòu)測(cè)井巖電標(biāo)定剖面分析。該井在不整合結(jié)構(gòu)段進(jìn)行了不同層段的取心，并從巖石學(xué)、礦物學(xué)、元素地球化學(xué)、風(fēng)化程度指標(biāo)等方面進(jìn)行綜合分析，確定出不整合面以下依次發(fā)育風(fēng)化黏土層、半風(fēng)化巖石及未風(fēng)化原巖。在此基礎(chǔ)上對(duì)P60井測(cè)井資料進(jìn)行歸一化處理，并進(jìn)行測(cè)井敏感曲線分析。如圖1所示，三孔隙度曲線歸一化處理后的測(cè)井參數(shù)值對(duì)不整合結(jié)構(gòu)反映明顯，自然伽馬測(cè)井參數(shù)值整體受火成巖巖性的影響，但對(duì)強(qiáng)風(fēng)化的風(fēng)化黏土層響應(yīng)明顯。綜合對(duì)比分析后把聲波、密度、中子和自然伽馬等4條測(cè)井曲線作為不整合結(jié)構(gòu)的敏感曲線。從敏感曲線與風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)看，由風(fēng)化黏土層到半風(fēng)化巖石再到未風(fēng)化基巖，原巖風(fēng)化程度依次減弱，總體上表現(xiàn)為原巖的黏土化程度降低、原巖結(jié)構(gòu)狀態(tài)保存變好。

3．3 多敏感測(cè)井?dāng)M合曲線劃分不整合結(jié)構(gòu)

巖石長(zhǎng)期風(fēng)化后，風(fēng)化殼中的黏土礦物含量由半風(fēng)化巖石到風(fēng)化黏土層會(huì)明顯增多。風(fēng)化淋濾作用使不整合面下巖石的物性發(fā)生明顯改善，形成一定的溶蝕孔、洞、裂縫儲(chǔ)集空間，使得不整合面之下巖石由半風(fēng)化巖石到風(fēng)化黏土層會(huì)具有明顯的孔隙結(jié)構(gòu)變化特征。風(fēng)化殼中另一非常重要的礦物學(xué)特征是長(zhǎng)石、云母等礦物的風(fēng)化蝕變，抗風(fēng)化能力弱的原生礦物多已發(fā)生蝕變，由半風(fēng)化巖石到風(fēng)化黏土層蝕變礦物逐漸增多，蝕變程度逐漸加深。

根據(jù)巖石測(cè)井響應(yīng)與風(fēng)化程度密切相關(guān)的特點(diǎn)，利用測(cè)井敏感曲線構(gòu)建不整合結(jié)構(gòu)判別參數(shù)：反映不整合結(jié)構(gòu)巖石黏土化程度變化指數(shù)的黏土化因子（F1）和不整合結(jié)構(gòu)巖石孔隙結(jié)構(gòu)變化程度的孔、縫因子（F2）。

黏土化因子（F1）包含2個(gè)部分：①反映巖石風(fēng)化蝕變程度的變量（CNL－DEN）／CAL，巖石蝕變程度越高，中子孔隙度相對(duì)于總孔隙度（密度孔隙度）差值越大；②反映巖石黏土化程度的變量（CNL／CAL）×GR，火山巖自然伽馬值由基性—中性—酸性越來(lái)越高，而中子孔隙度值越來(lái)越小，利用它們的乘積反映火山巖的黏土相對(duì)變化量。對(duì)這2個(gè)變量進(jìn)行相關(guān)性分析可以看出它們呈正相關(guān)關(guān)系（見圖3）；孔縫因子（F2）的2個(gè)變量也呈正相關(guān)關(guān)系（見圖4）。

依據(jù)火山巖的巖性特征和風(fēng)化后的巖石的成分變化及孔隙結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，構(gòu)建2個(gè)因子變化參數(shù)

式中，AC、CNL、DEN、GR、CAL為聲波、密度、中子和自然伽馬測(cè)井曲線歸一化后的參數(shù)值。

利用構(gòu)建的不整合結(jié)構(gòu)判別參數(shù)公式，對(duì)車排子地區(qū)40多口井的不整合結(jié)構(gòu)進(jìn)行了判別參數(shù)計(jì)算。如圖1所示，不整合結(jié)構(gòu)判別參數(shù)黏土化因子與孔縫因子數(shù)值與標(biāo)定的不整合結(jié)構(gòu)巖電剖面有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，測(cè)井劃分的不整合縱向結(jié)構(gòu)與地質(zhì)確定的不整合縱向結(jié)構(gòu)基本一致，證明利用這2個(gè)參數(shù)進(jìn)行不整合結(jié)構(gòu)的判別可行。

圖3 測(cè)井敏感曲線相關(guān)性分析

圖4 測(cè)井敏感曲線相關(guān)性分析

基于對(duì)43口鉆遇石炭系火山巖不整合結(jié)構(gòu)取心井樣品及測(cè)井資料的研究，利用測(cè)井資料建立劃分火山巖不整合結(jié)構(gòu)的風(fēng)化指數(shù)模型（見圖5）及研究區(qū)火山巖不整合結(jié)構(gòu)測(cè)井評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（見表2）。

圖5 車排子地區(qū)石炭系不整合結(jié)構(gòu)主因子劃分圖版

表2 火山巖不整合結(jié)構(gòu)主因子量化特征值

對(duì)研究區(qū)內(nèi)具有地質(zhì)分析化驗(yàn)資料的井進(jìn)行綜合分析，巖心觀察和分析化驗(yàn)資料確定的不整合結(jié)構(gòu)與測(cè)井分析劃分的不整合結(jié)構(gòu)深度段基本對(duì)應(yīng)，證明了該方法的準(zhǔn)確性和可行性，彌補(bǔ)了地震資料分辨率較低和巖心資料不足的缺憾。利用常規(guī)測(cè)井曲線準(zhǔn)確、直觀地確定不整合縱向結(jié)構(gòu)，是不整合結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)的有效手段。

4 石炭系頂面不整合結(jié)構(gòu)平面展布

通過(guò)對(duì)研究區(qū)內(nèi)井的實(shí)際資料處理，對(duì)準(zhǔn)西車排子地區(qū)石炭系頂面不整合結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測(cè)井識(shí)別，為不整合結(jié)構(gòu)平面展布圖的繪制和平面展布特征的研究提供了新的證據(jù)。

綜合考慮風(fēng)化條件以及保存條件對(duì)不整合結(jié)構(gòu)的影響，認(rèn)為車排子地區(qū)石炭系頂面I型不整合均位于坡度較緩的斜坡帶，而凸起區(qū)、陡坡帶由于后期保存條件較差，不整合結(jié)構(gòu)為Ⅱ型不整合（見圖6）。

圖6 車排子地區(qū)石炭系頂面不整合結(jié)構(gòu)剖面連井剖面圖

5 結(jié) 論

（1）車排子地區(qū)石炭系頂面不整合結(jié)構(gòu)類型受原巖巖性、沉積間斷時(shí)間、古地形、頂板沉積環(huán)境等地質(zhì)因素的控制，不整合結(jié)構(gòu)可分為2種：Ⅰ型不整合結(jié)構(gòu)為頂板巖層—風(fēng)化黏土層—半風(fēng)化巖層3層結(jié)構(gòu)，Ⅱ型不整合結(jié)構(gòu)為頂板巖層—半風(fēng)化巖層2層結(jié)構(gòu)。

（2）依據(jù)取心井的巖石學(xué)、礦物學(xué)、元素地球化學(xué)、風(fēng)化程度指標(biāo)等方面進(jìn)行綜合分析基礎(chǔ)上建立不整合結(jié)構(gòu)測(cè)井巖電標(biāo)定剖面，進(jìn)行不整合結(jié)構(gòu)測(cè)井敏感曲線分析，在此基礎(chǔ)上利用測(cè)井敏感曲線構(gòu)建不整合結(jié)構(gòu)判別參數(shù)：黏土化因子和孔縫因子。依據(jù)構(gòu)建的不整合結(jié)構(gòu)判別參數(shù)建立的不整合結(jié)構(gòu)判識(shí)標(biāo)準(zhǔn)圖版進(jìn)行不整合縱向結(jié)構(gòu)層發(fā)育特征的量化判識(shí)，進(jìn)而確定不整合結(jié)構(gòu)類型。

（3）運(yùn)用該圖版可對(duì)無(wú)取心資料的探井進(jìn)行風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)的較準(zhǔn)確識(shí)別與劃分，可利用常規(guī)測(cè)井曲線準(zhǔn)確、直觀地確定不整合縱向結(jié)構(gòu)，是不整合結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)的有效手段。

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