湖相碳酸盐岩储层在我国东西部含油气盆地普遍发育，近年来相继获得诸多重大发现，展示出极大的油气资源潜力和勘探前景^[1-14]。然而，勘探实践表明，该类碳酸盐岩储层多具组构复杂、非均质性强、陆源碎屑含量高及分布时空变化快等特点，岩相识别困难，制约了勘探规模拓展和高效开发，储层成储机制和分布规律需要深化研究。

目前，采用测井资料识别碳酸盐岩岩性或岩相的方法主要包括曲线特征定性分析、交会图法、视岩石结构数法及相关数学分析方法。曲线特征定性分析主要是根据不同岩石的测井响应特征、曲线形态、测量值大小和图像特征来识别岩相^[15-16]，这类方法只能对岩性进行描述，无法精细刻画; 交会图法主要通过自然伽马、声波时差、密度、中子和光电吸收截面指数等参数之间两两交会来定性区分岩相^[17]，这种方法操作简单，但不能定量识别岩相; 视岩石结构数法是基于岩心和测井曲线，根据测井特征划分不同地层模型并构建计算公式的一种方法^[18]，该方法在海相碳酸盐岩地层应用效果较好，在陆源碎屑含量较高的湖相碳酸盐岩地层应用效果较差; 识别岩相的数学方法主要包括神经网络^[19]、聚类分析^[20]、主成分分析^[21]、灰色关联^[22]、支持向量机法^[23]和朴素贝叶斯法^[24]等，通过结合测井资料对岩石类型进行区分。

本文运用大量岩心、薄片及测井数据，系统研究了柴达木盆地英西地区碳酸盐岩储层岩相和测井响应特征，提出了以岩石结构因子技术为核心的测井岩相识别方法，在有利储集体分布预测方面，对井位部署和油藏评价具有重要意义。

英西地区位于柴达木盆地英雄岭构造带西端(图 1)，新生界沉积地层发育齐全，自下而上依次为古近系路乐河组(E₁₊₂)、下干柴沟组(E₃)，新近系上干柴沟组(N₁)、下油砂山组(N₂¹)、上油砂山组(N₂²)、狮子沟组(N₂³)，以及第四系七个泉组(Q₁₊₂)(图 2)。下干柴沟组上段(E₃²)沉积时期，在干旱的古气候背景下，由早至晚整体上经历了半咸化、咸化和盐湖3个完整的咸化湖盆沉积演化阶段^[25-26]。下干柴沟组上段沉积早期(Ⅵ油组沉积期)为半咸化阶段，物源补给较强，盐度较低，为深湖—半深湖沉积环境，以暗色(含灰/灰质)泥岩沉积为主，为区内主力烃源岩发育期; 中期(Ⅴ—Ⅳ油组沉积期)为咸化阶段，在物源间歇性补给和强蒸发作用下，盐度总体较高，水深在半深湖—滨浅湖范围内高频振荡演化，是混积碳酸盐岩储层集中发育期; 晚期为(Ⅲ—Ⅰ油组沉积期)盐湖阶段，物源补给最弱，蒸发作用强烈，发育多个湖水蒸发浓缩至干盐湖的沉积旋回，以蒸发岩类沉积为主，储层次之，为区域优质盖层发育期(图 3)。英西地区下干柴沟组上段已提交三级储量1.2×10⁸t，勘探潜力较大。

图 1

图 1 英西地区构造位置图 Fig. 1 Tectonic location of Yingxi area in Qaidam Basin

图 2

图 2 英西地区新生界沉积地层概况 Fig. 2 Overview of the Cenozoic stratigraphy in Yingxi area

图 3

图 3 英西地区下干柴沟组上段沉积地层概况 Fig. 3 Stratigraphic column of Lower Ganchaigou Formation in Yingxi area

英西地区湖相碳酸盐岩包含陆源碎屑、碳酸盐和蒸发盐三大类岩矿组分，混积特征显著，岩性总体以细粒混积的泥质灰云岩为主，次为颗粒灰云岩。通过对区内大量岩心、薄片观察发现，该套湖相碳酸盐岩呈现出不同的岩石结构特征、矿物组成和形成环境，据此对英西地区储层进行岩相学划分，识别出5种岩相类型，分别为颗粒灰云岩、泥晶灰云岩、纹层状灰云岩、泥质膏岩和灰云质泥岩。其中颗粒灰云岩和泥晶灰云岩是主要的储层，纹层状灰云岩是优质烃源岩。

发育于水动力较强的水下低隆的顶部和斜坡带上部，为浅水高能滩沉积，岩心上可见交错层理; 镜下表现为亮晶混积颗粒结构，颗粒主要为细—粉砂级碳酸盐碎屑，不含膏时低角度交错层理发育，含膏时层理被破坏，呈斑状结构，也可见碎屑形成表皮鲕(图 4a、b)。

图 4

图 4 英西地区下干柴沟组5种岩相薄片图版 Fig. 4 Thin section plates of five types of lithofacies of Lower Ganchaigou Formation in Yingxi area (a)颗粒灰云岩，S41-6-1井，3868.57m，岩石薄片，正交光; (b) 颗粒灰云岩，S43井，3922.77m，岩石薄片，正交光; (c) 泥晶灰云岩，S41-6-1井，3854.87m，铸体薄片，单偏光; (d) 纹层状灰云岩，S41-6-1井，3865.80m，岩石薄片，正交光; (e) 泥质膏岩，S41-2井，4154.13m，岩石薄片，单偏光; (f) 灰云质泥岩，S41-2井，4148.90m，岩石薄片，单偏光

发育于水动力较弱的斜坡带中部，为较浅水低能稳定碳酸盐化学沉积，岩心上为相对均质的块状混积结构，成分主要为泥晶碳酸盐，次为泥质，不含膏时水平层理可见，含膏时层理被破坏，呈斑状结构; 薄片下碳酸盐与陆源碎屑和黏土混合形成泥晶结构(图 4c)。

沉积环境为较深水韵律补给的安静水体，为较深水韵律补给安静水体沉积，岩心上具有似页岩结构特征，薄片下呈典型的纹层状，主要由暗色含灰泥—粉砂质陆源碎屑纹层和纯碳酸盐纹层叠加形成，纯碳酸盐纹层由他形方解石晶粒构成，粒度一般为0.03~0.06mm(图 4d)。

为浅水低能蒸发岩沉积，成分以硬石膏为主，次为泥质和碳酸盐，硬石膏在岩心上呈雪花状—层状，镜下呈雪花状或斑状(图 4e)。

发育于水动力最弱的深水洼槽内，为较深水陆源快速补给沉积，成分主要为泥质，次为泥晶碳酸盐，水平层理不明显，部分含斑状硬石膏，呈块状结构(图 4f)。

不同类型的岩相由于矿物成分和岩石结构的不同，测井响应存在一定差别。自然伽马曲线能够较好地反映泥质含量的变化，体积密度与骨架密度可分别反映孔隙发育情况和岩石骨架特征。从测井响应特征来看(图 5)，自然伽马、体积密度和骨架密度曲线对岩相的变化比较敏感，可用于识别岩相。

图 5

图 5 英西地区5种岩相常规测井响应特征 Fig. 5 Conventional logging response characteristics of five types of lithofacies in Yingxi area

由于不同岩相的矿物组成和含量不同，元素测井所计算的矿物成分可较好地反映这种差异(图 6)。颗粒灰云岩的碳酸盐矿物含量最高，以白云石为主; 泥晶灰云岩碳酸盐含量次之，部分含少量硬石膏; 纹层状灰云岩陆源碎屑与碳酸盐含量基本相当; 灰云质泥岩黏土矿物含量最高; 泥质膏岩则含有大量硬石膏。

图 6

图 6 英西地区5种岩相元素测井矿物成分特点 Fig. 6 Mineral composition characteristics of five types of lithofacies from element logs in Yingxi area

综合自然伽马、体积密度、骨架密度等敏感参数信息，可以获得英西地区5种岩相的测井响应特征图版(图 7)，并基于这些敏感参数对岩相进行定量化的精细识别。

图 7

图 7 英西地区5种岩相测井响应特征图版 Fig. 7 Log response characteristics chart of five types of lithofacies in Yingxi area

针对英西地区湖相碳酸盐岩的岩石混积特征和复杂的测井响应特征，将岩相评价的重点由矿物组分及其含量计算转变为岩石结构识别，并建立了岩石结构因子(Rock Fabric Factor, RFF)技术进行岩相测井识别。

对岩心实验和测井资料分析后发现，研究区湖相碳酸盐岩存在以下3个特征。

(1) 岩石黏土矿物含量越高，颗粒越细，放射性越强。

研究区发育的5类岩相中，灰云质泥岩的黏土矿物含量最高，颗粒也最细，自然伽马值最高; 纹层状灰云岩、泥晶灰云岩和颗粒灰云岩黏土矿物含量均低于灰云质泥岩，且3类岩相黏土矿物含量逐渐降低，颗粒粒度逐渐变粗，自然伽马值也逐渐降低; 泥质膏岩由于硬石膏的存在，黏土矿物含量和自然伽马值较低，但略高于颗粒灰云岩。自然伽马和黏土矿物含量随着岩相变化具有较好的正相关性(图 8)。

图 8

图 8 英西地区5种岩相自然伽马—黏土矿物含量交会图 Fig. 8 Crossplot of GR-clay mineral content of five types of lithofacies in Yingxi area

(2) 黏土矿物含量越高，物性越差。

黏土矿物通常以填隙物的形式充填在颗粒间的孔隙中，使得岩石的孔隙度降低，因此黏土矿物含量越高，岩石孔隙度越小，物性越差。从岩心全岩和物性分析资料发现，研究区湖相碳酸盐岩黏土矿物含量和孔隙度随岩相变化具有较好的负相关性(图 9)。

图 9

图 9 英西地区湖相碳酸盐岩黏土矿物含量—孔隙度交会图 Fig. 9 Crossplot of clay mineral content-porosity of lacustrine carbonate rocks in Yingxi area

(3) 岩石颗粒越粗，物性越好。

颗粒灰云岩、泥晶灰云岩和灰云质泥岩颗粒逐渐变细，总孔隙度逐渐降低。从岩心核磁共振资料中可以看出，随着岩石颗粒变粗，T₂谱能量强、谱峰逐渐右移，指示孔隙半径逐渐变大，孔隙结构变好，孔隙度增加(图 10)。

图 10

图 10 英西地区湖相碳酸盐岩岩心核磁共振T2分布图 Fig. 10 NMR T2 distribution of lacustrine carbonate core samples in Yingxi area

基于以上3点特征，认为黏土矿物含量、孔隙度和粒度3个参数能够反映研究区岩相的变化，且这3个参数可据测井资料求取。自然伽马可以反映泥质含量和粒度的变化，体积密度和骨架密度可以反映孔隙度的变化。因此通过自然伽马、体积密度和骨架密度建立了岩石结构因子(RFF)公式[公式(1)]，来定量识别岩相。地层中通常包含矿物骨架和流体，矿物骨架的平均密度即为骨架密度。元素测井可以获得地层岩石主要矿物的含量，由于每种矿物对应固定的骨架密度，于是根据地层中的矿物类型和含量就可以计算出地层的骨架密度[公式(2)]。

式中RFF——岩石结构因子;

GR_max——目的段自然伽马最大值，API;

GR——自然伽马测井值，API;

ρ_ma——骨架密度，g/cm³;

ρ_b——体积密度测井值，g/cm³;

m——地层中矿物种类;

M_i——地层中第i种矿物的质量分数;

ρ_i——第i种矿物对应的骨架密度。

结合元素测井资料，分别建立RFF—自然伽马和碳酸盐矿物—陆源碎屑交会图(图 11)。虽然不同岩相对应的数据点在交会图中仍有一定的重叠，例如在RFF—自然伽马交会图中，纹层状灰云岩和泥质膏岩有一定重叠，在碳酸盐矿物—陆源碎屑交会图中灰云质泥岩和纹层状灰云岩有一定重叠，但将两个图版配合使用即可将5类岩相区分开。在RFF—自然伽马交会图中，纹层状灰云岩与泥质膏岩所处区间高度重叠，但二者在碳酸盐矿物—陆源碎屑交会图中则区分度较好，故可将纹层状灰云岩与泥质膏岩区分出来。

图 11

图 11 英西地区岩相交会图及识别图版 Fig. 11 Lithofacies crossplot and identification chart in Yingxi area (a) RFF—自然伽马交会图; (b) 碳酸盐矿物—陆源碎屑交会图; (c) RFF—自然伽马岩相识别图版; (d) 碳酸盐矿物—陆源碎屑岩相识别图版

图 12为S43井岩相识别成果图。S43井取心段长19.8m，发育有颗粒灰云岩、泥晶灰云岩、泥质膏岩和灰云质泥岩。受限于测井资料的纵向分辨率，基于岩石结构的测井岩相识别方法除对厚度小于0.2m的薄层分辨能力较差外，对非薄层岩相识别效果较好，S43井解释符合率为87%。将岩石结构因子技术应用于研究区48口井，在12口取心井中岩相解释平均符合率达到80.2%，应用效果较好。

图 12

图 12 S43井岩相识别成果图 Fig. 12 Lithofacies identification plot of Well S43

英西地区E₃²湖相碳酸盐岩储层广泛发育，是目前勘探开发的一个重点区块，本文通过研究得出如下结论与认识：

(1) 英西地区受沉积环境影响，根据岩心和实验分析资料，可将研究区岩相划分为5种类型，分类结果显示岩石结构和矿物组分是影响该区测井响应的关键因素。

(2) 基于测井响应特征分析，通过自然伽马、体积密度和骨架密度等3种测井参数构建RFF，并结合元素测井资料可有效识别5类岩相。

(3) 本文采用的岩相分类方案和识别方法具有明确的地质意义，有效建立起地质特征与测井参数之间的“桥梁”，克服了常规岩相分类方案和测井岩相识别方法间测井参数关联度低的不足，可推广应用于其他复杂湖相碳酸盐岩岩相识别。