唐歡歡 謝銳杰 劉 威

(1. 長江大學(xué) 地球物理與石油資源學(xué)院， 武漢 430100； 2. 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室， 武漢 430100)

層序地層的劃分與對比主要應(yīng)用到地質(zhì)、測井、地震資料。在缺乏巖心資料和地震資料品質(zhì)較差的情況下，測井資料就成了層序地層劃分與對比研究中的重要依據(jù)之一。荷蘭沉積學(xué)家S.D.Nio在2005年提出的INPEFA測井頻譜分析技術(shù)，是一種以最大熵分析方法為基礎(chǔ)的測井曲線頻譜分析方法，通過由此獲得的INPEFA曲線更容易識別層序界面、洪泛面和沉積旋回。在缺乏地震資料的情況下，INPEFA分析技術(shù)可以突出測井曲線所包含的地質(zhì)信息，反映砂體在沉積過程中的韻律變化特征。我們應(yīng)用INPEFA分析技術(shù)，對川西坳陷新場構(gòu)造帶須家河組五段的地層進(jìn)行了層序劃分與對比，并利用INPEFA曲線的拐點和粒度分析識別源內(nèi)高能砂。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

川西坳陷中的新場構(gòu)造帶，屬于四川坳陷的一個次級構(gòu)造單元，其南為彭州 — 德陽向斜，北為梓潼向斜，西為鴨子河構(gòu)造，東為東泰、合興場構(gòu)造，位于孝泉 — 新場 — 豐谷隆起帶上，為北東東向。

新場構(gòu)造帶發(fā)育近斜列展布的孝泉 — 新場構(gòu)造亞帶和高廟子 — 豐谷構(gòu)造亞帶，是從晚三疊世以來經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動的古今復(fù)合大型隆起帶。須家河組五段主要發(fā)育近南北向和北東向斷裂。在須五段沉積時期，龍門山逆沖活動進(jìn)入相對平靜期，基底沉降穩(wěn)定，構(gòu)造活動弱，地勢相對平緩，發(fā)育了一套以泥頁巖為主夾有少量砂巖的淺水湖泊-三角洲體系。

須五段主要發(fā)育泥巖、頁巖和煤，砂巖含量相對較少，長期以來主要將其作為烴源巖段。有關(guān)研究對須五段的層序地層進(jìn)行了多次劃分，大多把須五段劃分為1個四級層序，或者進(jìn)一步細(xì)分為3個五級層序。本次研究，在較細(xì)的巖性中識別出能量相對較強(qiáng)的細(xì)砂級以上的砂體作為高能砂，即在烴源巖層系中識別出細(xì)砂以上的砂體。

2 INPEFA技術(shù)原理

不同的測井曲線對應(yīng)于不同的地質(zhì)特征。其中，自然伽馬(GR)曲線最能反映泥巖含量的變化和沉積旋回變化。因此，選用GR曲線進(jìn)行測井旋回分析。

頻譜變化屬性(PEFA)可以反映曲線頻譜特征的變化規(guī)律，為地層劃分提供重要的參考依據(jù)。運(yùn)行PEFA之前，要對GR曲線進(jìn)行中值濾波處理。最大熵譜分析(MESA)以最大熵為原則，通過已知的數(shù)據(jù)，預(yù)測下一個點的數(shù)值。PEFA曲線，用最大熵譜分析得到的預(yù)測值和實際值之間的差值來替換每個點。預(yù)測值越接近0線，表示預(yù)測誤差越小，預(yù)測結(jié)果越準(zhǔn)確。差值為正值，表明實際值比預(yù)測值大，地層的泥質(zhì)含量增速加快，水體加深；差值為負(fù)值，表明實際值比預(yù)測值小，地層的泥質(zhì)含量變化趨于平緩，水體變淺。數(shù)值出現(xiàn)較大偏差時，即PEFA曲線上出現(xiàn)明顯的長峰，表明該段數(shù)據(jù)是不連續(xù)的，很可能存在地層間斷，可以以此為依據(jù)進(jìn)行地層劃分。

在進(jìn)行地層對比時需要遵循等時對比的原則。若只參考測井和錄井資料進(jìn)行砂巖或泥巖的連井對比，則很容易出現(xiàn)穿層現(xiàn)象。頻譜趨勢特征能夠反映沉積環(huán)境的變化特點，突出常規(guī)測井曲線的趨勢特征。對PEFA曲線進(jìn)行積分，得到INPEFA曲線。INPEFA值向上增加的趨勢為正趨勢，INPEFA值向上減小的趨勢為負(fù)趨勢。從負(fù)趨勢到正趨勢的轉(zhuǎn)變處，為正轉(zhuǎn)折點；反之，為負(fù)轉(zhuǎn)折點。正趨勢代表一個時間間斷，在該間斷上，砂泥比減小，沉積物泥質(zhì)含量增速加快，可能是海侵階段或洪泛階段，代表退積過程，為正旋回，一個水進(jìn)的過程。負(fù)趨勢代表一個時間間斷，在該間斷上砂泥比增大，沉積物泥質(zhì)含量增速降低，可能是海退階段或淺灘階段，代表進(jìn)積過程，為反旋回，一個水退的過程；而轉(zhuǎn)折點(拐點)指示一個層序界面或最大洪泛面，拐點附近也是砂體較為發(fā)育的位置。

獲得INPEFA曲線的過程如圖1所示：首先由測井曲線(圖1a)做最大熵時頻分析[1-2]，得到MESA譜(圖1b)；然后進(jìn)行預(yù)測濾波誤差分析，得到PEFA曲線(圖1c)；最后進(jìn)行合成預(yù)測濾波誤差分析[3-6]，得到INPEFA曲線(圖1d)。

圖1 測井曲線頻譜分析過程

3 對INPEFA技術(shù)的應(yīng)用

3.1 層序界面精細(xì)劃分

運(yùn)用INPEFA曲線對須五段的新884、新882和新201井進(jìn)行層序界面的識別與劃分，結(jié)果如圖2所示。

圖2 須五段3口井的層序劃分

INPEFA曲線能夠反映沉積旋回特征。曲線的正趨勢代表著水體上升，洪泛事件使得水體逐漸加深，沉積速度降低，在此過程中砂體粒度由粗變細(xì)，為正旋回沉積。曲線的負(fù)趨勢代表著水體下降，大量沉積物隨之沉積，在此過程中砂體粒度由細(xì)變粗，為反旋回沉積。根據(jù)INPEFA曲線的變化趨勢和正負(fù)拐點，可將須五段三級層序分為3個四級層序，對應(yīng)于上、中、下3個亞段。再利用局部INPEFA曲線分析，經(jīng)過地層等時對比，可將3個亞段細(xì)分為9個五級層序，對應(yīng)于TX5-1 — TX5-9的9個砂層組。

3.2 砂體連通性對比

通過INPEFA曲線的趨勢和拐點，對砂體連通性進(jìn)行對比分析。INPEFA曲線的相似性反映了旋回韻律的相似性，說明在同一時期發(fā)生沉積，能夠指示砂體是否連通[7-10]。對新884、新882、新201井進(jìn)行連井對比，如圖3所示。在已劃分的9個五級層序單元中，只有3層砂體連通性較好，砂體的厚度較大，分布范圍較廣。

圖3 須五段3口井的砂體連通性

3.3 高能砂識別

須五段沉積了一大套泥頁巖，同時在生烴源內(nèi)夾有能量相對較強(qiáng)的砂體(高能砂)。源內(nèi)成藏體系的高能砂，主要是指三角洲入湖后的水下分流河道、河口壩、席狀砂等粒徑小于4(中值粒徑φ值)的細(xì)砂巖以上的砂體。這套砂巖沉積時期的能量相對較高，被搬運(yùn)的距離相對較遠(yuǎn)，與湖相烴源巖共生，有利于聚集成藏。對高能砂的識別，主要根據(jù)INPEFA曲線(在層序中識別砂體)和高能砂識別模型(粒度中值計算方法)來實現(xiàn)[11-12]。

自然伽馬測井曲線可以反映碎屑巖地層中砂巖和泥質(zhì)含量的相對變化。巖石的粒度中值Md能夠指示碎屑巖地層中砂巖粒度的大小。從地質(zhì)意義上分析，巖石泥質(zhì)含量偏高則粒度偏小，兩者具有很好的對應(yīng)關(guān)系，即自然伽馬相對值ΔGR偏小，Md偏小，指示砂巖粒度大、沉積能量強(qiáng)。ΔGR與Md有很好的相關(guān)性，可以利用ΔGR值縱向連續(xù)的特點來預(yù)測粒度中值。

本次實驗，選取了須五段典型鉆井中具有代表性的砂巖樣品26塊，取樣深度為2 700～4 000 m。統(tǒng)計分析了這26塊樣品的粒度中值與ΔGR值，結(jié)果表明，Md和ΔGR基本呈正比例線性關(guān)系變化(見圖4)。計算公式如式(1)和式(2)。

圖4 砂巖樣品的粒度中值與ΔGR的關(guān)系模型

ΔGR=(GR-GRmin)/(GRmax-GRmin)

(1)

式中：GR為巖層的自然伽馬值；GRmin為純砂巖的自然伽馬值；GRmax為純泥巖的自然伽馬值，API。

Md=5.121ΔGR+1.438

(2)

據(jù)統(tǒng)計，須五段高能砂的粒度中值φ值主要分布為-1～4，對應(yīng)的巖性為粗砂、中砂、細(xì)砂，粒度分布范圍為2.0～0.062 5 mm。這些高能砂體深入湖盆中心與烴源巖共生，發(fā)育于烴源巖內(nèi)部，因此具有典型的相對粒度較大、相對能量較強(qiáng)、與優(yōu)質(zhì)烴源巖互層發(fā)育的特點。

巖石的粒度中值φ值范圍在-1～4，為細(xì)砂到粗砂范圍，屬于3種不同粒度類型的高能砂。當(dāng)高能砂較厚時，所對應(yīng)的INPEFA曲線的變化趨勢和正拐點也比較明顯，而且厚度大的高能砂主要發(fā)育在層序的頂、底界面附近，即高位體系域的水退期和水進(jìn)體系域的初始水進(jìn)期。

圖5為川豐125井高能砂的粒度等級劃分與INPEFA曲線綜合分析圖。從圖中可以看出，高能砂細(xì)分為細(xì)砂、中砂和粗砂3類，并能識別5套粒度為中砂的高能砂。這5套高能砂，分別對應(yīng)于INPEFA曲線的正拐點處，且分布在不同層序界面的頂、底附近，也就是須五段的TX5-5層序的頂、TX5-6層序的底、TX5-7層序的頂和底及TX5-9層序的頂中。這說明，可以用INPEFA的正拐點和粒度中值等方法來識別高能砂。

圖5 川豐125井高能砂識別圖

4 結(jié) 語

利用測井曲線頻譜分析技術(shù)分析了川西凹陷須家河組五段層序地層，得到以下結(jié)論：

(1) 根據(jù)INPEFA測井旋回曲線的趨勢和拐點，分析沉積旋回的變化和層序界面與洪泛面，可將須五段三級層序劃分為上、中、下3個四級層序；利用局部INPEFA曲線分析，可將須五段劃分為9個五級層序，對應(yīng)于9個砂層組。

(2) 對高能砂的識別可以根據(jù)INPEFA曲線(在層序中識別砂體)和通過建立高能砂識別模型(粒度中值計算方法)來實現(xiàn)。在研究區(qū)一共識別了5套相對較粗的高能砂，INPEFA曲線的正拐點對應(yīng)較粗的中砂巖，它們分布在須五段的TX5-5層序的頂、TX5-6層序的底、TX5-7層序的頂和底及TX5-9層序的頂中。