王 剛

（西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安 710127）

巖層體積可分為孔隙體積和骨架體積，碎屑巖在埋藏過程中經(jīng)過機(jī)械壓實(shí)骨架體積保持不變，孔隙體積隨埋藏深度變大而減小。巖層孔隙結(jié)構(gòu)既受到內(nèi)部巖性等因素的影響又受到外部上覆負(fù)荷壓力、構(gòu)造應(yīng)力、沉積速率、地層結(jié)構(gòu)等因素的影響。碎屑巖去壓實(shí)校正在本質(zhì)上是重建不同埋藏深度下巖層的孔隙結(jié)構(gòu)，重建巖層孔隙結(jié)構(gòu)有助于了解巖層壓實(shí)歷史，為進(jìn)一步定量評(píng)價(jià)不同因素對(duì)巖層壓實(shí)的貢獻(xiàn)打下基礎(chǔ)。此外，由于現(xiàn)今庫車坳陷地質(zhì)研究工作越來越精細(xì)，要求數(shù)據(jù)愈加準(zhǔn)確，客觀上需要較準(zhǔn)確的巖層初始厚度。作者利用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，按照“分層去壓實(shí)校正法”分別求取庫車坳陷康村組砂巖、泥巖孔隙度-深度關(guān)系，根據(jù)地層骨架體積不變?cè)碇亟丝荡褰M巖層初始厚度。

1 碎屑巖去壓實(shí)校正方法

1.1 碎屑巖去壓實(shí)校正基本思路

碎屑巖去壓實(shí)校正的基本假設(shè)主要有：（1）巖石骨架體積不變，巖層體積分為孔隙體積和骨架體積，機(jī)械壓實(shí)導(dǎo)致巖層孔隙體積不斷減小，骨架體積不變；（2）只考慮垂向加載，地層厚度隨垂向負(fù)荷加大而減??；（3）深層巖層于埋藏過程中孔隙度的變化與現(xiàn)今淺層巖層孔隙度變化一致。去壓實(shí)校正過程（見圖1），其具體方法如下：

假設(shè)巖層孔隙度-深度關(guān)系式為φ（z）。頂面初始埋深為Z1，底面初始埋深為Z2，則骨架厚度H 可表示為：

由于壓實(shí)前后骨架厚度不變，則可得到等式方程：

如果已知巖層孔隙度-深度關(guān)系式φ（z），則可以用迭代法解等式方程計(jì)算出初始頂面埋深為Z1時(shí)地層的底面埋深Z2，即可求出不同埋深下地層厚度。

1.2 分層去壓實(shí)校正法

楊橋等[1]認(rèn)為，碎屑巖機(jī)械壓實(shí)過程中，同地區(qū)同類型巖層具有相近的初始孔隙度，但其壓實(shí)歷史一般不同，導(dǎo)致其最終的地層壓實(shí)系數(shù)會(huì)有明顯的差別，因此應(yīng)將巖層按層序和巖性等分為“地層壓實(shí)單元”，然后分別對(duì)壓實(shí)過程進(jìn)行研究和進(jìn)行去壓實(shí)校正。庫車坳陷康村組巖性主要由泥巖和砂巖組成，由于巖性不同對(duì)壓實(shí)的響應(yīng)不同，開放系統(tǒng)中同一上覆靜巖壓力下泥巖相比砂巖較容易被壓實(shí)，孔隙度愈小導(dǎo)致砂泥巖具有不同的孔隙度-深度關(guān)系，故將康村組分為泥巖壓實(shí)單元和砂巖壓實(shí)單元，進(jìn)行分層去壓實(shí)校正。其具體方法如下：庫車坳陷康村組地層利用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)確定砂巖占比為λ，泥巖占比為1-λ，砂巖孔隙度-深度關(guān)系為 φ（z），泥巖孔隙度-深度關(guān)系為 ψ（z）。其中泥巖去壓實(shí)校正可表示為：

砂巖去壓實(shí)校正可表示為：

將泥巖初始厚度和砂巖初始厚度求和，即可得到庫車坳陷康村組地層的初始厚度。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)去壓實(shí)校正方法示意圖（郭穎，2016）

1.3 孔隙度的求取

地層孔隙度是沉積物在特定的地質(zhì)環(huán)境中，物理和化學(xué)作用下的產(chǎn)物，直觀體現(xiàn)碎屑巖的壓實(shí)程度。理論上，地層孔隙度應(yīng)根據(jù)鉆井巖心樣品實(shí)測(cè)得到，然而實(shí)際上由于巖心取樣代價(jià)昂貴且不易獲得，往往通過測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換得到。地層孔隙度與測(cè)井相關(guān)數(shù)據(jù)具有較好的函數(shù)關(guān)系具體如下：Wyllie 等[3]依據(jù)大量實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)結(jié)果推斷，在具有均勻分布的小孔隙的固結(jié)地層中，孔隙度與傳播時(shí)間之間存在線性關(guān)系：

式中：φ-孔隙度；Δt-聲波時(shí)差值；Δtma-骨架聲波時(shí)差；Δtf-流體聲波時(shí)差。

此外，Asquith 等[4]提出孔隙度-密度公式：

式中：ρma-骨架密度；ρb-體積密度；ρf-孔隙流體密度。

庫車坳陷康村組聲波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)齊全，密度測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)較少，故利用聲波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)求取孔隙度，其具體公式如下：

1.4 孔隙度-深度數(shù)學(xué)模型

一般認(rèn)為碎屑巖在機(jī)械壓實(shí)過程中，孔隙度隨埋深的增加而呈現(xiàn)指數(shù)性的減小或者線性的減小，即孔隙度與深度的關(guān)系可表示為：

或者孔隙度與深度關(guān)系表示為：

要得到公式（6）或（7）需要確定兩個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)φ0和c 或者k；將測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)孔隙度與相對(duì)應(yīng)的深度值作統(tǒng)計(jì)分析，分別用公式（6）和（7）擬合，得到不同的參數(shù)值（見表1）。松散沉積物初始孔隙度值（見表2）與統(tǒng)計(jì)分析得到的參數(shù)值作對(duì)比，發(fā)現(xiàn)公式（7）更適合地區(qū)的孔隙度-深度關(guān)系（見圖2）。

表2 部分松散砂樣品的實(shí)測(cè)初始孔隙度值（楊橋，漆家福，2003）

1.5 原始厚度

利用線性衰減孔隙度-深度模型對(duì)庫車坳陷康村組地層進(jìn)行去壓實(shí)校正，求取初始厚度（見圖3）。

2 意義

圖2 孔隙度-深度統(tǒng)計(jì)分析

圖3 庫車坳陷南部原始厚度

沉積速率影響地層壓實(shí)規(guī)律，精準(zhǔn)的沉積速率有助于了解壓實(shí)歷史，推測(cè)地層壓力分布及演化。對(duì)庫車坳陷南部康村組地層進(jìn)行去壓實(shí)校正恢復(fù)初始厚度，可以較準(zhǔn)確的求取沉積速率；通過分析庫車坳陷南部（構(gòu)造擠壓弱）沉積速率與地層壓實(shí)規(guī)律的關(guān)系，從而了解庫車坳陷北部（構(gòu)造擠壓強(qiáng)）地層壓實(shí)規(guī)律，為預(yù)測(cè)地層壓力提供支持。

3 結(jié)論

碎屑巖層去壓實(shí)校正的關(guān)鍵問題是建立準(zhǔn)確反映巖層壓實(shí)規(guī)律的孔隙度-深度函數(shù)。不同巖性對(duì)壓實(shí)的響應(yīng)不同，孔隙度隨深度的變化也不同，故建立孔隙度-深度函數(shù)需要將巖性考慮其中?？紫抖?深度函數(shù)既有線性衰減模型又存在指數(shù)衰減模型，建立孔隙度-深度函數(shù)需要根據(jù)實(shí)際地層孔隙度變化選擇更加符合實(shí)際的孔隙度衰減模型。建立接近實(shí)際模型的孔隙度-深度函數(shù)是客觀恢復(fù)巖層初始厚度的關(guān)鍵。