應(yīng)用巖性統(tǒng)計法定量分析沉積相——以陜北地區(qū)延長組長8段為例

周新平，張文選，劉廣林，宋 鵬，楚美娟，陳 璐

(1.中國石油長慶油田分公司 勘探開發(fā)研究院，陜西 西安 710018； 2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，陜西 西安 710018； 3.中油測井 油氣評價中心，陜西 西安 710061)

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應(yīng)用巖性統(tǒng)計法定量分析沉積相
——以陜北地區(qū)延長組長8段為例

周新平1，2，張文選1，2，劉廣林1，2，宋 鵬1，2，楚美娟1，2，陳 璐3

(1.中國石油長慶油田分公司 勘探開發(fā)研究院，陜西 西安 710018； 2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，陜西 西安 710018； 3.中油測井 油氣評價中心，陜西 西安 710061)

為了提高沉積相判識的準確性和客觀性，應(yīng)用巖性統(tǒng)計法定量分析了陜北地區(qū)延長組長8段沉積相。以傳統(tǒng)的沉積相分析為基礎(chǔ)，統(tǒng)計了各類沉積微相的巖性、厚度、厚度比、層比等數(shù)據(jù)，分析優(yōu)選了沉積相敏感參數(shù)，建立了砂質(zhì)巖、泥質(zhì)巖厚度比-層比定量判識圖版。通過傳統(tǒng)沉積相分析驗證，其準確率在70%以上，表明利用巖性統(tǒng)計法定量分析沉積相是可行的。

沉積相定量分析；巖性統(tǒng)計法；厚度比；層比；延長組；陜北地區(qū)

周新平，張文選，劉廣林，等.應(yīng)用巖性統(tǒng)計法定量分析沉積相:以陜北地區(qū)延長組長8段為例[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2016，31(6)：9-14,22.

ZHOU Xinping,ZHANG Wenxuan,LIU Guanglin,et al.Quantitative analysis of sedimentary facies using lithology statistics:taking Chang 8 member in northern Shaanxi area as an example[J].Journal of Xi'an Shiyou University (Natural Science Edition),2016,31(6):9-14,22.

引 言

沉積相分析是油氣地質(zhì)勘探的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的沉積相研究以露頭剖面、鉆井取心資料為基礎(chǔ)，通過巖性組合、沉積構(gòu)造、古生物等相標志識別沉積相，再利用巖心刻度測井建立鉆孔的測井相模式，以點及面進行油區(qū)沉積相分析，在勘探程度低、鉆井數(shù)量少的地區(qū)還需結(jié)合地震資料輔以研究[1-3]。然而，露頭剖面、巖心分析存在一定的主觀性和多解釋，測井相分析還處在以形態(tài)判識為主的定性階段，地震相解釋則受限于資料品質(zhì)等。隨著沉積學(xué)的發(fā)展，定量分析是沉積相研究的必然趨勢，前人在沉積相定量分析方面取得了一些成果，特別是在測井定量判識方面成果顯著，通過對測井特征參數(shù)Bayes判別分析[4-7]、主成分分析[8]、聚類分析[9]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析[10]等識別沉積相。近年來，部分學(xué)者對現(xiàn)代河流、三角洲開展了巖性、規(guī)模、頻率、時間間隔等方面的測量統(tǒng)計[11-13]，定量分析了沉積相類型及演化規(guī)律，效果良好?？紤]到不同沉積相在巖性、厚度、層數(shù)等自身屬性上的差異，為了提高沉積相識別的準確性和客觀性，本次研究在傳統(tǒng)沉積相分析的基礎(chǔ)上，運用巖性統(tǒng)計法定量分析陜北地區(qū)延長組長8段沉積相，建立了沉積相定量判別圖版，以期為沉積相定量化研究提供一種可借鑒的新方法。

1 沉積相類型

受盆地構(gòu)造、湖盆底形、物源供給等控制，鄂爾多斯盆地中生界不同沉積地區(qū)沉積體系存在較大差異。陜北地區(qū)處于湖盆緩坡帶，受北部陰山古陸遠物源的影響，沉積物搬運距離遠，發(fā)育曲流河-曲流河三角洲沉積體系[14]。研究區(qū)延長組長8段繼承了早期淺水沉積特征，以三角洲前緣沉積為主[15-16]。根據(jù)大量的巖心觀察及測井響應(yīng)分析，結(jié)合前人研究成果，認為研究區(qū)長8油層組主要發(fā)育水下分流河道、河口壩、遠砂壩、河道間4類沉積微相(圖1)，水下分流河道、河道壩為主要的儲集砂體類型。

(1)水下分流河道：巖性以灰色、灰白色細砂巖、粉砂巖為主，發(fā)育大型槽狀交錯層理、板狀交錯層理、塊狀層理、平行層理等強水流成因沉積構(gòu)造，沖刷充填構(gòu)造常見，與上覆泥巖形成典型的二元結(jié)構(gòu)。水下分流河道砂體單層厚度薄，一般0.6～1.4 m，河道砂體呈多期疊置分布，總厚度可達28 m。砂巖概率累計曲線以兩段式的跳躍、懸浮總體為主，分選差—中等。測井響應(yīng)特征明顯，SP曲線呈中幅箱型、鐘型。

(2)河口壩：砂體結(jié)構(gòu)呈反韻律特征，常與水下分流河道伴生，巖石類型與水下分流河道類似，部分夾薄層泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，以塊狀層理、平行層理、板狀交錯層理為主。少數(shù)河口壩砂體中部見泥礫，直徑0.3～2.0 cm，呈漂浮狀，磨圓較好。河口壩砂體單層厚度薄，疊置砂體總厚度達20 m。砂巖概率累計曲線以三段式為主，發(fā)育兩段跳躍次總體，分選較好。SP曲線主要為齒化中幅漏斗型。

(3)遠砂壩：巖性以粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，夾薄層泥巖，沙紋層理、波狀層理、變形層理等。研究區(qū)遠砂壩發(fā)育相對較少，厚度薄，一般小于1 m，孤立分布。測井形態(tài)主要為齒化低幅指狀。

(4)河道間：主要為灰色、深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，局部發(fā)育沙紋層理細砂巖，常見炭屑、植物碎片等。SP曲線表現(xiàn)為平滑或微齒化的泥巖基線特征，少量有略微的幅度異常，可能與砂巖夾層、泥巖中鈣質(zhì)含量等有關(guān)。

2 巖性統(tǒng)計參數(shù)及其意義

不同的沉積環(huán)境形成了不同的巖石類型和結(jié)構(gòu)特征，巖性、厚度、層數(shù)以及相關(guān)比值等參數(shù)反映沉積相的自身屬性。本次研究運用巖性統(tǒng)計法定量分析了陜北地區(qū)延長組長8段沉積相。首先，選取長8鉆井取心段長、沉積特征明顯的井進行詳細觀察，基于傳統(tǒng)沉積相分析，統(tǒng)計取心段已知沉積微相的巖性、厚度、層數(shù)等參數(shù)；其次，分析各類沉積微相不同巖性的厚度、厚度比、層比等數(shù)據(jù)，優(yōu)選沉積相敏感參數(shù)；最后，綜合各敏感參數(shù)，建立沉積相定量判識圖版。

通過對研究區(qū)20余口井長8取心井段的巖性統(tǒng)計，將其劃分為砂質(zhì)巖、泥質(zhì)巖2類，再根據(jù)粒度、泥質(zhì)含量等進行細分，將砂質(zhì)巖細分為細砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖。將泥質(zhì)巖細分為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖。統(tǒng)計分析了各類沉積微相不同巖性的厚度、厚度比、層比等參數(shù)，各參數(shù)定義及地質(zhì)意義如表1。

圖1 陜北地區(qū)Q22井延長組長8段沉積微相剖面Fig.1 Sedimentary microfacies profile of Chang 8 member of well Q22 in the Northern Shaanxi area

參數(shù)類型定義各參數(shù)地質(zhì)意義厚度總厚度厚度總和沉積速率、沉積物供給量、水動力強弱單層厚度最大單層厚度最小單層厚度平均單層厚度水動力強弱、水動力條件的穩(wěn)定性厚度比厚度/總厚度水動力強弱層比層數(shù)/總層數(shù)水動力變化頻率

(1)厚度：反映沉積速率、沉積物供給量以及水動力強弱等諸多沉積參數(shù)，包含總厚度和單層厚度?？偤穸燃囱芯繉佣蝺?nèi)該巖性的厚度總和，單層厚度包括各巖性在研究層段內(nèi)的最大單層厚度、最小單層厚度、平均單層厚度。單層厚度除了反映水動力強弱外，更體現(xiàn)水動力條件的穩(wěn)定性，有效釋放了被總厚度屏蔽的各單層信息。

(2)厚度比：主要反映沉積環(huán)境的水動力強弱。厚度比即各種巖性在某研究層段內(nèi)所占的比例，類似于砂地比、泥地比等。

(3)層比：反映沉積環(huán)境的水動力變化頻率，突出研究層段內(nèi)的層數(shù)特征。層比即各類巖性出現(xiàn)的層數(shù)與研究層段內(nèi)巖層總層數(shù)的比值。當某巖性的層比較大時，表明該巖性在研究的巖性段內(nèi)層數(shù)多，其對應(yīng)的水動力條件在沉積過程中出現(xiàn)頻繁。

3 沉積相定量判別

3.1 各沉積微相巖性參數(shù)統(tǒng)計

不同沉積微相的巖性統(tǒng)計參數(shù)存在差異。巖性統(tǒng)計結(jié)果(表2)表明，研究區(qū)長8取心井段水下分流河道微相砂質(zhì)巖的總厚度較大，主要分布在10.6～23.5 m，中值14.6 m，平均18.3 m，反映沉積物供給量足、水動力強；單層厚度變化大則反映水動力變化頻繁；厚度比、層比接近1，表明水下分流河道巖性主要為砂質(zhì)巖，以強水動力條件為主。其他沉積微相各巖性參數(shù)統(tǒng)計方法相同，這里不再贅述。

3.2 巖性參數(shù)交會圖

交會圖反映各參數(shù)的分布特征及相互關(guān)系。根據(jù)各沉積微相不同巖性參數(shù)的統(tǒng)計，優(yōu)選了敏感參數(shù)。砂質(zhì)巖、泥質(zhì)巖巖性參數(shù)具有較好的敏感性，下面以砂質(zhì)巖巖性參數(shù)為例進行詳述。水下分流河道、河口壩、遠砂壩的巖性以砂質(zhì)巖為主，河道間則主要為泥質(zhì)巖沉積，通過砂質(zhì)巖的最大單層厚度(圖2(a))、平均單層厚度(圖2(b))、層數(shù)(圖2(c))等參數(shù)僅能將河道間微相與水下分流河道、河口壩、遠砂壩微相區(qū)分開，其他3種沉積微相則難以區(qū)分。

研究區(qū)延長組長8為湖泊坳陷期，構(gòu)造活動相對平穩(wěn)，地理位置位于湖盆緩坡帶，以三角洲前緣沉積為主，巖性變化不大。厚度比是沉積相研究的常用參數(shù)，反映不同微相不同巖性的沉積速率、沉積物供給量等差異。本次研究引入層比參數(shù)，層比蘊含有沉積水體的水動力強弱、變化頻率等信息，通過沉積物垂向分布特征反映水介質(zhì)的變化規(guī)律。由圖2(d)、圖2(e)可知，厚度比、層比能較好地區(qū)分4類沉積微相。砂質(zhì)巖的厚度比、層比相關(guān)性較強，同一沉積微相的厚度比、層比具有相同的分布區(qū)間，河道間小于0.3，遠砂壩介于0.3與0.7之間，河口壩介于0.7與0.9之間，水下分流河道大于0.9。因此，根據(jù)砂地比、層比建立了沉積相定量判識圖版(圖2(f))。

3.3 厚度箱線圖

箱線圖利用最小值、第一四分位數(shù)、中位數(shù)、第三四分位數(shù)與最大值表征數(shù)據(jù)分布，能清晰反映數(shù)據(jù)是否對稱以及離散程度等信息。根據(jù)各沉積微相巖性參數(shù)統(tǒng)計，分別繪制了各沉積微相砂質(zhì)巖的總厚度箱線圖(圖3(a))、單層厚度箱線圖(圖3(b))。不同沉積微相砂質(zhì)巖單層厚度箱線圖差異不大，總厚度箱線圖則能較好地區(qū)分各類微相。水下分流河道砂質(zhì)巖總厚度5.4～28.2 m，主要分布在10.6～23.5 m，中值厚度14.6 m；河口壩砂質(zhì)巖總厚度4.5～19.6 m，主要分布在5.5～13.4 m，中值厚度9.8 m；遠砂壩砂質(zhì)巖總厚度2.4～5.0 m，主要分布在3.1～4.5 m，中值厚度3.8 m；河道間砂質(zhì)巖總厚度0.2～7.6 m，主要分布在0.9～4.4 m，中值厚度3.2 m。

3.4 沉積相定量判別的應(yīng)用

根據(jù)各沉積微相砂質(zhì)巖、泥質(zhì)巖判別圖版(圖2)，選取8口井的數(shù)據(jù)進行驗證。從圖2(f)、圖2(g)可以看出，水下分流河道、河道間微相的判別準確率較高，應(yīng)用效果較好，河口壩、遠砂壩的準確率相對較低，數(shù)據(jù)投影出現(xiàn)重疊，反映沉積環(huán)境復(fù)雜。砂質(zhì)巖厚度比-層比、泥質(zhì)巖厚度比-層比圖版投影(圖2(h)、圖2(i))準確率均在70%以上，基本達到要求。

圖2 三角洲前緣各沉積微相砂質(zhì)巖、泥質(zhì)巖巖性統(tǒng)計參數(shù)交會圖及判識圖版Fig.2 Lithologic statistical parameter cross-plots and identification charts of sandy rocks and mud rocks in different delta front microfacies

圖3 研究區(qū)長8段各沉積微相砂質(zhì)巖厚度分布箱線圖Fig.3 Thickness boxplots of sandy rocks in different sedimentary microfacies of Chang 8 member in the study area

4 結(jié) 論

(1)研究區(qū)長8油層組繼承了早期淺水沉積特征，主要為三角洲前緣沉積，發(fā)育水下分流河道、 河口壩、遠砂壩、河道間4類沉積微相，水下分流河道、河口壩為主要的儲集體類型。

(2)巖性、厚度、厚度比、層比反映沉積微相的巖石類型、結(jié)構(gòu)特征等屬性。砂質(zhì)巖、泥質(zhì)巖厚度比、層比能較好地區(qū)分4類沉積微相，同一沉積微相兩參數(shù)分布區(qū)間相同，河道間小于0.3，遠砂壩介于0.3與0.7之間，河口壩介于0.7與0.9之間，水下分流河道大于0.9，應(yīng)用效果良好，準確率在70%以上。

(3)本文應(yīng)用巖性統(tǒng)計法定量分析沉積相效果良好，但針對其他沉積體系(河流相、湖泊相等)，特別是事件沉積(濁流、砂質(zhì)碎屑流等)，其效果還不得而知。另外，取心段巖性統(tǒng)計工作繁瑣，層段劃分及沉積相識別也存在人為因素，如何將測井信息與巖性參數(shù)有效結(jié)合，能否借助諸如Bayes判別分析、聚類分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析等量化手段還需進一步研究。

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責任編輯：王 輝

Quantitative Analysis of Sedimentary Facies Using Lithology Statistics:Taking Chang 8 Member in Northern Shaanxi Area as an Example

ZHOU Xinping1,2,ZHANG Wenxuan1,2,LIU Guanglin1,2,SONG Peng1,2,CHU Meijuan1,2,CHEN Lu3

(1.Research Institute of Exploration and Development,Changqing Oilfield Company of CNPC,Xi'an 710018,Shaanxi,China;2.National Engineering Laboratory for Low Permeability Oil & Gas-field Exploration and Development,Xi'an 710018,Shaanxi,China;3.Oil and Gas Assessment Center,CNLC,Xi'an 710061,Shaanxi,China)

In order to improve the accuracy and objectivity of sedimentary facies recognition,the quantitative analysis of sedimentary facies of Chang 8 member in northern Shaanxi area was carried out by lithological statistics.Based on traditional sedimentary facies analysis,the statistics of the lithology,thickness,thickness ratio and layer ratio of different sedimentary microfacies was finished,the sensitive parameters of sedimentary facies were selected,and the quantitative identification chart of sandstone and mudstone (the sand to shale thickness ratio-he sand to shale layer ratio) was established.According to the traditional sedimentary facies analysis,the accuracy of this identification chart is more than 70%,which shows that it is feasible to quantitatively analyze sedimentary facies by means of lithology statistics method.

quantitative analysis of sedimentary facies;lithology statistics;thickness ratio;layer ratio;Yanchang Formation;northern Shaanxi area

2016-06-22

國家科技重大專項大型油氣田及煤層氣開發(fā)(編號:2011ZX05044；2011ZX05001)

周新平(1984-)，男，博士，主要從事沉積學(xué)及石油地質(zhì)學(xué)研究。E-mail:zhxp13_cq@petrochina.com.cn

10.3969/j.issn.1673-064X.2016.06.002

TE122

1673-064X(2016)06-0009-06

A