程群瑾，胡瑩瑩，陳　竹

(1. 長(zhǎng)江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢　430100； 2. 天津工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津　300450)

江陵凹陷在江漢盆地西部，是在揚(yáng)子陸塊上發(fā)育起來(lái)的中新生代陸相盆地的一個(gè)重要次級(jí)構(gòu)造單元，也是繼潛江凹陷之后的又一富烴凹陷。前人對(duì)江陵凹陷新溝咀組壓實(shí)恢復(fù)所做工作不多，主要利用含砂率圖來(lái)計(jì)算不同區(qū)域的地表孔隙度和壓實(shí)系數(shù)，在進(jìn)行厚度恢復(fù)采用了沉積物的顆粒不變的原理，其古地貌特征為其洼陷展布為北北東向或北東向[1]。本文充分利用了測(cè)井、鉆井和巖性數(shù)據(jù)，運(yùn)用孔隙度反演得出的壓實(shí)方程更為精確?？紤]到差異壓實(shí)作用和地層構(gòu)造影響，分別測(cè)算出每種巖性或每個(gè)層序的壓實(shí)曲線(xiàn)使結(jié)果精確化。運(yùn)用算法編程求得壓實(shí)恢復(fù)厚度，為古地貌的恢復(fù)和油氣勘探有利區(qū)帶的預(yù)測(cè)奠定基礎(chǔ)。

1　地質(zhì)背景

江陵凹陷北邊相接于河溶凹陷和荊門(mén)凹陷，直到紀(jì)山寺為止；西邊鄰近宜都鶴峰復(fù)背斜和枝江凹陷，直到問(wèn)安寺為止；南邊相接于華容隆起直到白堊系剝蝕線(xiàn)為止[2]；西南相接于洞庭湖盆地澧縣凹陷，在江陵凹陷中桑植—石門(mén)復(fù)向斜橫貫于北東方向，在大路口附近形成凸起；東邊界線(xiàn)依次相鄰于丫角—新溝低凸起和陳沱口凹陷，直到清水口斷層和龍灣斷層為止[3]。

研究工區(qū)背景是在紀(jì)山寺斷層、問(wèn)安寺斷層、丫角—新溝嘴斷層和公安—松滋斷層控制下形成的斷陷盆地，以萬(wàn)城斷層為邊界，其構(gòu)造格局特點(diǎn)南西分帶、南東分塊，發(fā)育眾多斷陷、洼地；整體構(gòu)造格局體現(xiàn)多隆起多坳陷。其中新溝咀組頂界埋深在1 000～3 500 m之間，靠近萬(wàn)城斷層埋深較大，大于3 000 m，而靠近荊州背斜帶埋深較??；其中新溝咀組主要的沉積環(huán)境是淺水的湖盆，地形坡度相對(duì)平緩。

2　壓實(shí)恢復(fù)方法及應(yīng)用

現(xiàn)今古地貌恢復(fù)的方法有壓實(shí)恢復(fù)法、殘余厚度法、印模法和層拉平法等[4]，本次的研究主要進(jìn)行地層去壓實(shí)校正恢復(fù)。由于現(xiàn)今的殘余地層是沉積物經(jīng)過(guò)了一系列的物理作用和化學(xué)作用，已然反映不出原始地質(zhì)歷史沉積時(shí)期的地層厚度。在盆地分析中，沉積史研究和構(gòu)造史研究有正演和反演兩種[5]，正演是指從古至今重建沉降史，比如沉降速率法，反演是指由現(xiàn)今追溯原古時(shí)期來(lái)恢復(fù)沉降史，比如地層回剝法。壓實(shí)作用的產(chǎn)生是上覆地層重力作用在本地層頂部的結(jié)果，導(dǎo)致孔隙度降低，因此壓實(shí)模型實(shí)際上是地層孔隙度與埋深之間的關(guān)系。因此本文利用已有的基礎(chǔ)資料，通過(guò)鉆井?dāng)?shù)據(jù)和錄井?dāng)?shù)據(jù)，編制出地層殘余厚度圖，利用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)和巖性數(shù)據(jù)建立壓實(shí)方程，推算出各井位原始地層厚度，得到了壓實(shí)厚度恢復(fù)等值線(xiàn)圖。

2.1　孔隙度反演

在特定的歷史地質(zhì)環(huán)境中，由于地層經(jīng)歷了一系列的物理和化學(xué)作用，改變了其原始地層孔隙度，孔隙度的改變體現(xiàn)了地層的壓實(shí)程度。就理論上來(lái)說(shuō)孔隙度應(yīng)該是由鉆井取得的巖心樣品測(cè)量出來(lái)的，但是在實(shí)際工作中是通過(guò)利用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)求得的，主要原因有以下幾點(diǎn)：1)根據(jù)之前的巖心樣品測(cè)量求得的孔隙度是該地層的有效孔隙度，并不是該地層的總孔隙度；2)通過(guò)鉆井取得的巖心樣品個(gè)數(shù)有限，不能夠全面的反應(yīng)壓實(shí)曲線(xiàn)規(guī)律；3)通過(guò)測(cè)井曲線(xiàn)求的孔隙度與地層孔隙度存在良好的函數(shù)關(guān)系，應(yīng)此通過(guò)孔隙度反演求得的地層原始孔隙度更為可靠[6]。在壓實(shí)固結(jié)的地層中，若粒間孔隙十分小且均勻填充，則聲波時(shí)差和孔隙度之間存在函數(shù)關(guān)系，將其稱(chēng)為威利公式或平均時(shí)間公式，如下：

φ=(△t-△tma)/(△tf-△tma)

(1)

式中：φ為孔隙度，%；△t為聲波時(shí)差測(cè)井值，μs/m；△tma為巖石骨架聲波時(shí)差值，μs/m；△tf為孔隙中流體的聲波時(shí)差，μs/m。

2.2　建立壓實(shí)方程

在地層壓實(shí)過(guò)程中，隨著埋深的增大，地層的上覆壓力也隨之增大，從而導(dǎo)致了地層體積和孔隙度的減小。因此假設(shè)地層在縱向發(fā)生變化而在橫向的沉降過(guò)程中是不變的，隨著地層埋深增大地層的厚度是逐漸減小的。由于巖性不同其求得的孔隙度也有所不同，根據(jù)前人實(shí)驗(yàn)可以得到泥巖的壓實(shí)系數(shù)最大，之后是碳酸鹽巖，最后是砂巖?？紫抖群蜕疃葷M(mǎn)足以下關(guān)系：

φ(h)=φ0e-Ch

(2)

式中：φ(h)是深度為h處的地層孔隙度；φ0為深度h=0時(shí)的孔隙度即表孔隙度；C為壓實(shí)常數(shù)。

楊橋等認(rèn)為，在同一個(gè)工區(qū)內(nèi)相似類(lèi)型的巖層的表孔隙度可能相差不大，但是有差異壓實(shí)作用和地層埋深變化的影響，這些因素會(huì)顯著的改變地層的壓實(shí)系數(shù)。因此單一的孔隙度—深度關(guān)系曲線(xiàn)不能反映各個(gè)巖層的壓實(shí)情況。如果將巖層按巖性或?qū)有騾^(qū)分出來(lái)，并通過(guò)孔隙度反演確定其表孔隙度和壓實(shí)系數(shù)，再分別測(cè)算出每種巖性或每個(gè)層序的壓實(shí)曲線(xiàn)，可以有效地解決隨差異壓實(shí)作用和地層壓實(shí)系數(shù)隨地層埋深變化的影響而出現(xiàn)的問(wèn)題。以范1井為例，將聲波時(shí)差轉(zhuǎn)化為孔隙度建立孔隙度—深度曲線(xiàn)，如圖1。

圖1　范1井孔隙度—深度曲線(xiàn)

從圖1中分別得到砂巖，泥巖的φ-H關(guān)系式：

總砂巖：φ(h)=39.25e-0.000 45 h

分層砂巖：φ(h)=40.45e-0.000 46 h

(3)

分層泥巖：φ(h)=55.70e-0.000 64 h

根據(jù)上述方程，求得了砂巖、泥巖2種巖性的初始孔隙度和壓實(shí)系數(shù)，可以看出分層求取得壓實(shí)曲線(xiàn)跟總體曲線(xiàn)的相差不大。

2.3　壓實(shí)厚度恢復(fù)

在建立了各井位的壓實(shí)曲線(xiàn)后，可以根據(jù)地層骨架體積不變壓實(shí)模型對(duì)地層進(jìn)行壓實(shí)恢復(fù)，主要采用的是回剝法技術(shù)。依據(jù)地層骨架厚度不變的假設(shè)：

(4)

表1　新溝咀組壓實(shí)數(shù)據(jù)

注:壓實(shí)率=(壓實(shí)恢復(fù)厚度-殘留厚度)/壓實(shí)恢復(fù)厚度*100

3　結(jié)　論

1)新溝咀組總體的壓實(shí)量在100～700 m之間，壓實(shí)率在25%～40%之間，從東北方向像西南方向壓實(shí)量逐漸增大，原因是西南方向靠近資福寺，梅桂橋凹陷，壓實(shí)量更大一些。

2)壓實(shí)率的大小最主要的影響因素是埋深對(duì)他的影響，壓實(shí)率在30%上的埋深都超過(guò)1 800 m，而且遠(yuǎn)離物源方向壓實(shí)率一般偏大，但有的井位埋深淺卻壓實(shí)率比埋深深的要大，因此還要考慮砂泥比，存在差異壓實(shí)現(xiàn)象，泥巖的壓實(shí)率都比砂巖大，例如ES24井比虎2井的新溝咀組頂深要大，但壓實(shí)率比虎2井要小，虎2井的泥巖百分比要大一些。因此同一地層在殘余厚度相差不大的情況下，泥巖多的其壓實(shí)率要大，從東北像西南泥巖百分含量是逐漸增大的，符合物源方向。