地球物理学进展  2016, Vol. 31 Issue (1): 225-231   PDF    
引用本文
李浩, 刘双莲, 柴公权, 等.2016.基于岩心刻度的测井地质分析方法.地球物理学进展, 31(1):0225-0231,doi: 10.6038/pg20160126  
LI Hao,LIU Shuang-lian, CHAI Gong-quan, et al. 2016. Logging geologic analysis method based on core calibration. Progress in Geophysics (in Chinese), 31(1):0225-0231, doi: 10.6038/pg20160126   
基于岩心刻度的测井地质分析方法
李浩1, 刘双莲2, 柴公权3, 魏修平1, 张守成4    
1. 中石化石油勘探开发研究院, 北京 100083;
2. 中石化石油工程技术研究院, 北京 100101;
3. 中石油大港油田勘探处, 天津 300280;
4. 密苏里科技大学, 罗拉 65401, 美国
收稿日期: 2015-10-10 修回日期: 2015-11-22 .
基金项目：石油化工联合基金(40739904)和国家重大专项课题(2008zx05005-002)联合资助.
作者简介：李浩,男,1969年出生,高级工程师,湖南省祁阳县人,石油地质专业,主要从事测井资料的地质研究工作.(E-mail:lihao.syky@sinopec.com)
摘要：怎样挖掘测井曲线隐含的巨量有用信息,一直为地质家关注,在岩心中提取地质信息,并建立它与测井曲线的刻度关系,可能是一条有效途径.但这一思路在测井技术中缺少尝试,究其原因在于,测井技术手段是以地球物理为基础.该思维方法赋予"岩心刻度"测井技术的思路是,应用数理统计的方法建立测井资料与岩心分析数据之间的关系,为孔隙度、渗透率及饱和度等参数建模提供依据.该方法有助于测井解释模型的建立,但对于复杂致密储层研究,仍存在明显不足:一是缺乏地质背景解读的测井评价技术本身就不完美;二是现代油气勘探开发目标的复杂化和隐蔽性,迫使地质家急需分析和判断的证据.本文针对上述问题,提出基于岩心刻度的测井地质分析方法,该方法以地质事件为基本单元,以连续岩心中可实证的地质事件识别为依据,以地质原理和成因关系分析为认识基础,刻度测井曲线响应,达到利用测井曲线辨认地质事件的目的.文中以风暴岩、冲刷面、不同河道识别以及水进事件等地质事件的岩心刻度测井分析为案例,介绍了本方法的具体应用.
关键词： 测井曲线     测井地质分析     岩心刻度     辨认地质事件    
Logging geologic analysis method based on core calibration
LI Hao1, LIU Shuang-lian2, CHAI Gong-quan3, WEI Xiu-ping1, ZHANG Shou-cheng4     
1. Exploration and Production Research Institute, SINOPEC, Beijing 100083, China;
2. Sinopec Research institute of petroleum Engineering, Beijing 100101, China;
3. Exploration Department of Da Gang Oilfield, Tianjin 300280, China;
4. Missouri University of Science and Technology Rolla, Mo, USA 65401
Abstract: Geologists pay attention to how to dig massive information which hidden in well logs. Extracting geological information from the drill core and building the calibration relationship with well logs maybe became an effective way. However, this idea in logging technology lack of trying. Well logging technology based on geophysics. When it study the relationship with drill core, the train of think is using the method of mathematical statistics. This approach helps the establishment of the logging interpretation model and provides basis for the parameters such as porosity, permeability and saturation modeling. However, there is insufficient when it comes to complex compact reservoir. There are two reasons. First, the well logging evaluation technology which lacks of geological background reading is imperfect. Second, the target now is more complex and private. Geologists are in badly need of evidence to analyze and judge. Based on these questions, the paper propose a logging-geology method based on core calibration. The method takes the geological events as the basic unit, puts the geological events which can be confirmed by serial cores as the gist, calibrates the response of well logging and finally achieves the purpose of using well logs to identify the geological events. The paper enumerated some cases such as tempestite, scour surface, the identifying of different river way and water-transgression events to introduce the application of the method.
Key words: well logs     logging geologic analysis     core calibration     identify geological events    
0 引 言

地质演化的本质，就是不同事件按某种序列组成的地质历史，其中，地质事件是构成地质演化的基本单元.研究测井曲线的地质含义，从狭义上看，其目的是为寻找油气提供分析佐证和预测依据，从广义上看，就是要尝试复原地质历史的部分片段(马正，1994；李浩等，2010，2014，2015).本文以地质刻度等实证研究为基础的认知方法，通过解读岩心的地质事件记录，找到测井曲线的刻度依据，达到利用测井曲线破译地质密码、识别地质含义的目的.

1 地质刻度约束的测井地质属性研究思路

辨别测井曲线内涵的地质密码，是开展测井地质研究的基础.其重要手段之一是，探索利用连续岩心可实证的地质事件(或野外露头)刻度测井曲线响应，达到利用测井曲线辨认地质事件的目的.另外，地质、测井以及地震数据等多个尺度、多套认知体系的相互检验及辩证分析(郝天珧等，2003；卢宝坤等，2005；李浩等，2012)，也是佐证或实现该分析方法的重要手段之一.

2 基于岩心的测井地质属性刻度研究

岩心刻度测井技术早已有之.通常意义的“岩心刻度”测井技术是指，应用数理统计的方法建立测井资料与岩心分析资料之间的关系，然后应用这些关系进行定量解释和计算处理，为孔隙度、渗透率及饱和度等参数建模提供依据(吴继余，1990；欧阳健等，1999；陶宏根等，2011；李浩等，2012；牟丹等，2015).目前这类方法已用于油田储量计算、测井定量解释沉积相研究方面(肖义越等，1993；卢颖忠等，2006；邹才能等，2008；李淑玲，2009).查阅已有测井专业文献，该技术的应用多为此类.

利用岩心观察刻度并论证测井曲线的地质含义，在岩心刻度测井应用中罕有报道，这很可能是测井地质研究长久缺失的关键环节.近年来，有学者利用岩心刻度成像测井，试图解读其地质含义，但该研究方法仍具两方面问题：一是研究上重现象、轻本质.其推理多为岩心现象与成像的相似比对，缺少地质本因与成像图片之间的论证分析，对测井信息中隐含的、需推理的内容更是容易忽视；二是成像测井因研究尺度比较小，研究中也极易漏失对地质事件的辨识.这些因素表明，前人缺乏对岩心地质内含与测井曲线地质内含之间的洞察，因此，测井曲线地质含义的识别，一直是困扰测井地质学研究的瓶颈(李浩等，2009，2010，2015).

基于地质学原理，根据岩心的地质事件识别刻度测井曲线，有助于解开多种地质事件在测井曲线上的密码特征.下面试举几例，加以论证.

2.1 利用“岩心刻度”技术识别地质事件

地质事件产生的最大特点就是突变性，它具有多种研究意义：有些有等时意义.如与气候事件有关的风暴岩，它的辨识有重要的地层对比价值，可能有助于解开复杂地区的地层对比难题；有些有指相意义.如与河流作用有关的冲刷面，它的辨识具有重要指相作用；有些有地层识别意义.如相似沉积条件下，沉积水动力条件差异的测井识别，它们的辨识具有区分不同地层的作用等等.

2.1.1 风暴岩的岩心刻度识别研究

风暴事件属于瞬时地质事件.瞬时地质事件的突变具有多种表现形式，但其核心内容是物质的突变.抓住这一点，是其岩心刻度测井曲线的核心内容.

风暴岩作为突发气候现象，往往快速形成薄厚不一的特殊沉积地层，早期风暴作用对下伏沉积有侵蚀作用，形成侵蚀基底面，有冲蚀和侵蚀坑，形成充填构造.同时还可挖掘出浅埋藏物质，尤其生物体，使底部物质混合，并形成混杂的生物组合.底部大的和重的个体生物在风暴作用中还可聚集成滞留层.组成的岩层厚几毫米到几厘米，或达十多米，常呈透镜状、口袋状，多位于侵蚀硬底上(刘希圣等，1996).岩心观察表现为薄层，常难以识别，因此，在测井曲线中常被忽视.但泥岩中的风暴岩因风暴卷起的泥砾具有与一般泥岩完全不同的特征，该物质的突变，在测井曲线上可见泥岩中夹薄层电阻率尖峰，成为辨识风暴岩的重要依据.

图 1为大牛地气田大17井下石盒子组观察到的风暴岩照片，图中可见大小不一的泥砾混杂堆积.与其深度相对应的自然伽马值为89.6API(图 2)，属于较典型的泥岩特征，但电阻率值却大于70 Ω·m，与一般泥岩特征不符，显然为风暴岩中泥砾测井响应特征.

图 1 大牛地气田大17井风暴岩岩心识别Fig. 1 The tempestite identification of D17 well in Daniudi gas field

图 2 大牛地气田某井风暴岩的测井辨识Fig. 2 The well logging identification of tempestite of some well in Daniudi gas field

相似特征在其他油气田的岩心观察中也多次见到.如川西地区须家河组至蓬莱镇组地层均为湖泊-三角洲环境，与大牛地气田下石盒子组气候背景较为干旱不同，后者为温暖潮湿的气候，岩心观察也多次见到风暴岩沉积(图 3)，根据岩心刻度分析，泥岩自然伽马呈现高值，对应薄层电阻率尖峰(图 4)，显然也与风暴岩有关.

图 3 什邡气田某井风暴岩岩心识别(1150.8 m，风暴卷起的大块泥砾)Fig. 3 The tempestite identification of some well in Shifang gas field (1150 meters, massive boulder clay involuted by storm)

图 4 什邡气田某井风暴岩测井识别图(1150.8 m)Fig. 4 The well logging identification of tempestite of some well in Shifang gas field
2.1.2 冲刷面的岩心刻度识别研究

冲刷面作为突发沉积作用，往往表现为物质突变面，测井曲线上为一清晰的沉积界面.图 5为大牛地气田大17井观察到的沉积冲刷面的岩心与测井地质刻度，冲刷面下部为泥岩沉积，向上见大量岩屑和一些泥砾，自然伽马测井曲线准确记录了冲刷面的物质突变及河道迁移的物质渐变过程，该冲刷面的识别，对于河流沉积具有清晰的指认作用(刘双莲等，2006；李浩等，2007).

图 5 大牛地气田某井河道冲刷面的测井辨识Fig. 5 The well logging identification of river way’s erosion surface in Daniudi gas field
2.2 利用“岩心刻度”测井分析和区分相似地质事件

相似地质事件外形与结构相类而难以区分，即使测井信息具高精度功能，但准确辨识相似地质事件的差别，对于储层研究以及预测意义重大.“岩心刻度”测井技术是区分相似地质事件的重要手段，水上与水下河道沉积可作典型案例.

水上与水下河道沉积辨识的关键在于，湖水或海水是否对河道砂施加影响.图 6中1425~1432 m顶底均见冲刷面，不同之处在于，底部冲刷面为砂岩覆盖于泥岩之上，与河道底部沉积相类；顶部冲刷面为泥岩覆盖于砂岩之上，可能为湖水改造所致.底部冲刷面之上为一套正旋回水进沉积，向上至1427 m岩心观察，砂岩具反旋回特征，推测该段发育小型沿岸砂坝，但湖水改造的结果，在该砂体顶部的1425 m，见到清晰的泥岩覆盖于砂岩之上的冲刷面，推测认为，这是湖水对反旋回砂坝改造所致.

图 6 砂岩顶部冲刷面的岩心-测井刻度分析Fig. 6 Core-well logging calibration analysis of erosion surface on the top of sandstone

认识到湖水或海水与河道砂之间具有作用关系，可以进一步利用岩心刻度测井分析技术，推断水上河道与水下河道在测井曲线上的响应差别.

图 7中，左侧为渤海湾盆地某区馆陶组河道的测井特征，该井1610~1630 m为典型的水上河道测井响应；右图为川西某区蓬莱镇组河道的测井特征，该井1496~1507 m为水下河道测井响应. 比较分析可见二者区别： 一是水上河道二元结构清晰(河道与河漫滩发育完整，自下而上河道向河漫滩迁移)，河道迁移的正旋回特征明显；而水下河道的迁移特征短而不太明显.二是水上河道底部冲刷面清晰，且沉积较粗的底砾岩；而水下河道冲刷面常弱于水上河道，河道底部岩性也常较前者细.

图 7 水上、水下河道的岩心-测井刻度分析Fig. 7 Core-well logging calibration analysis of upper-river channel and underwater channel

根据二者成因条件推断认为，沉积条件的差异是造成测井响应差别的关键.一是河道摆动条件不同，水上河道摆动条件充分，所以迁移特征清晰；水下河道摆动条件弱于前者，故迁移特征短而不太明显.二是河道经受的外因冲刷、改造条件不同.水上河道很少遭受外因条件对河道砂的冲刷与改造；但水下河道因遭受湖水改造、冲刷，常造成顶底界面的变形，因此有时河道特征不易识别.

2.3 利用“岩心刻度”测井技术识别重要地质事件

重要地质事件的识别不仅具有层序地层学研究的意义，而且也是区域地质研究的关键，“岩心刻度”测井分析技术是识别重要地质事件的有效手段.

图 8为川西某区蓬莱镇组地层测井图，其中紫色线段所夹区间的两个小正旋回，在测井曲线上可识别为两次水进过程，两次水进的组合关系为小型正旋回与其上部高伽马泥岩构成组合，推测可能与湖水逐渐变深有关.

图 8 川西某区蓬莱镇组两次水进事件的测井识别Fig. 8 The well logging identification of twice water into events of Penglaizhen formation in western Sichan

岩心观察证实上述推断，图 9的两张照片分别为两次水进后的泥岩颜色和结构.第一次水进后，可见红色泥岩夹少量暗色泥岩，表明水体加深(注：研究表明，川西陆相地层浅湖相泥岩一般为棕红色，随水体加深，泥岩颜色依次变成灰绿色和黑色).第二次水进以层状黑色页岩为主，表明水体再次加深.两次水进也构成区域重要地质事件，成为蓬二段地层内部的地质分层界面.

图 9 两次水进后的泥岩颜色和结构对比图Fig. 9 The comparative map of mudstone color and structure after twice water into events
3 结 论

理论对于实践的指导，常因理论基础不同，所产生的思维方式就不同.传统测井技术难以产生基于岩心刻度的测井地质分析方法，究其原因在于，它以地球物理作为理论基础，因此，只能产生地球物理的思维方式，并试图通过建立地球物理模型，达到解决地质问题的目的.这也是测井评价技术诞生多年，人们采用岩心刻度研究只能长期被限制于求取孔、渗等物性参数的原因；实践证明，以地质思维为指导岩心刻度分析方法，有助于拓宽人们对测井曲线的认识，大大提高人们解读测井曲线地质含义的能力和水平.

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