魏盡超，肖小玲，羅 利，熊 宇

(1. 長江大學(xué) 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室 ，湖北 武漢 430100； 2. 中油測井西南分公司，重慶 400021)

1 地層傾角測井原理

地層面、構(gòu)造面或斷裂面在空間某一點的位置由其走向、傾向和傾角所確定。地層面的走向是地層面與水平面交線的方向，用他與正北方向的夾角來表示。地層面的傾角是在傾斜方向上地層面與水平面是夾角。地層傾角測井儀使用3個(或更多個)完全相同的，互相間隔等角度的電極組，這些電極被分別安裝在3個(或多個)推靠臂極板上。用各電極分別記錄下一條微聚焦電導(dǎo)率曲線，一旦極板平面通過具有不同電特性的兩個地層分界面時，地層傾角使曲線在深度上產(chǎn)生偏移。如果是直井，就可以根據(jù)空間的相對位置和平面方程就可以計算出地層傾角和傾向；如果是斜井，得到的是視傾角和視傾向，還需要根據(jù)儀器在空間的姿態(tài)推算出真實的地層傾角和傾向[1-2]。

2 基本沉積模式

地層傾角測井主要求出對應(yīng)深度的地層傾角和傾向，然后用測井矢量圖直觀地表達出來，矢量圖上每個矢量箭頭尾部的橫坐標為地層傾角，縱坐標為鉆井深度,箭頭方向指出傾斜方位角。石油地質(zhì)的組合模式理論指出不同的構(gòu)造形態(tài)反映在矢量圖上的變化規(guī)律是不同的[3-5]。

2.1 紅模式

紅模式指隨深度的增加，相鄰兩個或多個蝌蚪的方向不變、角度增加[6]，具體模式如圖1所示。這種模式是由沉積在斜坡表面的沉積物所形成的，或者是由沉寂后作用使傾斜發(fā)生變化的沉積巖所形成的。

圖1 紅模式傾角

2.2 藍模式

藍模式是指隨深度增加，相鄰兩個或多個蝌蚪的方位不變[6]，角度減小，具體模式如圖2所示。這主要是由前積層上的地層所產(chǎn)生的。前積層產(chǎn)生的藍模式的方向指示沉積期間的水流方向。某些藍模式是由剝蝕面下的風(fēng)化帶產(chǎn)生的，這一過程產(chǎn)生一隨深度增加，傾斜逐步變平緩的特征。

2.3 綠模式

綠模式是指相鄰兩個或多個蝌蚪的傾角和方位都相同[6]，具體模式如圖3所示。他是由平行交互層理以及水平沉積并經(jīng)以后的構(gòu)造抬升而形成的地層所導(dǎo)致的。綠模式是目前唯一能指示構(gòu)造的一類，也是蝌蚪圖上散射最小的一類。

圖2 藍模式傾角

圖3 綠模式傾角

2.4 雜亂模式

雜亂模式是指相鄰蝌蚪的傾角和方位角是隨機變化的[6]，具體模式如圖4所示。他是高能環(huán)境中的沉積物所形成的，例如深度較淺的水域、生物擾動使地層改變、經(jīng)受沉積后運動的地層。

圖4 雜亂模式傾角

3 構(gòu)造模式

3.1 褶皺構(gòu)造

褶皺是指巖石受力發(fā)生的彎曲變形，他是由巖石中原來近似平直的面變成了曲面而表現(xiàn)出來的，形成褶皺的面絕大多數(shù)是層里面，而變質(zhì)巖的劈理、片理或片麻理以及巖漿巖的原生流面等也可成為褶皺面，即便是巖層和巖體中的節(jié)理面、斷層面或不整合面，受力后也可能變形而形成褶皺。

褶皺的形態(tài)是多種多樣的，而其基本形式有兩種：巖層向上彎曲，其核心部位的巖層時代較老，外側(cè)巖層較新，稱為背斜；巖層向下彎曲，核心部位的巖層較新，外側(cè)巖層較老，稱為向斜。如圖5～6所示。

圖5 對稱背斜傾角矢量

圖6 不對稱背斜傾角矢量

3.2 斷層構(gòu)造

正斷層，在井眼中某一層缺失，由于斷層面沒有變形，矢量圖顯示與單斜構(gòu)造一樣，為綠色模式，不能用傾角測井來識別斷層，具體矢量圖如圖7所示。

圖7 無破碎帶正斷層傾角矢量

逆斷層，在井眼中的某一層和部分層位重復(fù)，由于斷層面沒有變形，在矢量圖上斷層無顯示，具體矢量圖如圖8所示。

圖8 有破碎帶逆斷層傾角矢量

4 傾角矢量模式自動識別

4.1 傾角濾波

本文采用中值濾波對傾角數(shù)據(jù)進行去噪。中值濾波把數(shù)據(jù)中的一點用該點的一個鄰域中各點的中值代替，其具體算法步驟如下：①定義一個長度為奇數(shù)M的窗長，M=2N+1；②截取窗內(nèi)樣本值為X(i-N)、X(i-N+1)…X(i)…X(i+N-1)、X(i+N)；③對樣本X(i)進行排序，輸出中值mid(i)；④窗口向右移一個單位，返回步驟③；⑤結(jié)束。

4.2 傾角模式識別

對于傾角矢量模式的分層，由于用活度分層方法計算的亂模式，紅模式，藍模式的結(jié)果都較大，無法將他們區(qū)分開來，所以本文類比活度分層的原理，采用最小二乘擬合的方法，求窗長內(nèi)擬合的一次曲線均方誤差進行層段劃分。當(dāng)均方誤差出現(xiàn)峰值時，就是層段的拐點。計算公式如下：

(1)

(2)

(3)

首先用窗長內(nèi)每連續(xù)四點擬合一次函數(shù)(取窗長m=5)，并計算擬合的均方誤差，先用計算的均方誤差進行層段劃分，然后用擬合曲線的斜率來分別判斷紅綠藍模式(紅模式為正，藍模式為負，綠模式接近于0)。

5 實際數(shù)據(jù)處理結(jié)果

針對以上算法，用C++在VS2010上編程實現(xiàn)，并將程序掛接到ciflog軟件上，輸出模式及用數(shù)值表示，如表1所示。

表1 模式與數(shù)值對應(yīng)

5.1 沉積模式識別

圖9中，在3 280～3 310 m處先后出現(xiàn)綠模式、藍模式、紅模式，并且輸出結(jié)果與地層傾角蝌蚪圖較吻合，該地層先是由沉積在斜坡表面的沉積物所形成的，隨后由前積層上的地層所產(chǎn)生的，前積層產(chǎn)生的藍模式的方向指示沉積期間的水流方向；最后，由平行交互層理以及水平沉積并經(jīng)以后的構(gòu)造抬升而形成的地層所導(dǎo)致的。

圖9 基本沉積模式識別結(jié)果

5.2 構(gòu)造識別與解釋

圖10中，在3 060～3 071 m處的輸出模式為大段的綠模式，且與傾角蝌蚪圖對應(yīng)吻合，傾角大致為33(°)左右，傾向基本一致，可判定為背斜或向斜；

圖10 褶皺構(gòu)造處理結(jié)果

圖11中，在3 225～3 236 m處，輸出模式為1-0-1，說明該地層很硬，在構(gòu)造力作用下，巖層斷裂伴隨在斷裂面處產(chǎn)生破碎帶，由于破碎帶中地層傾角沒有一定方向，中間段顯示亂模式，因此該地層可解釋為斷層。

圖11 斷層構(gòu)造處理結(jié)果

6 結(jié) 論

1)通過對實際資料處理，使用最小二乘求窗長內(nèi)點的斜率和擬合方差的處理效果較好，關(guān)鍵在于窗長和門限值的選擇，需要進行耐心反復(fù)調(diào)試。當(dāng)窗長較小時，擬合方差較大，分層效果不理想；當(dāng)窗長較大時，對于短的紅綠藍模式識別效果不好，對于長的模式識別效果較好。因此，本文選取窗長Z=5。

2)對于沉積的識別，由于其模式較為單一，只需要進行自動識別，效果較好；對于構(gòu)造的識別，由于其類型多樣，模式的組合較為復(fù)雜，數(shù)據(jù)資料有限，只能用半自動輔以手工的方法對幾種簡單的構(gòu)造進行識別，需要加以改進。