准噶尔盆地车排子地区石炭系不整合结构测井特征及识别

管永国，李艳英，孙波，闵飞琼，吴春文，王静

（1．中石化胜利油田西部新区研究院，山东 东营257000；2．中石化胜利石油工程有限公司测井公司，山东 东营257000；3．胜利油田勘探开发工程监督管理中心，山东 东营257000）

0 引 言

区域构造运动造成了地壳的隆升与褶皱，地层出露地表而使沉积间断并造成岩层风化剥蚀（溶蚀），由此形成了不整合面［1］。地层不整合接触是研究地质发展历史及鉴定地壳运动特征和时期的一个重要依据，在岩石地层学上也是划分地层单位的依据之一［2］。不整合不仅可以为区域性油气运移提供输导通道，也可以形成与之相关的油气藏。

国内外许多学者对不整合及其结构已有了很多研究成果。吴孔友等［3］认为准噶尔盆地不整合纵向可分为3层结构，即不整合面之上的岩石、风化黏土层及半风化岩石。陈钢花等［4］应用数据归一化、主成分分析等数理统计方法提取识别不整合纵向结构的综合评价参数，使其能够有效综合原有测井曲线所反映的地层信息，通过交会图技术划分不整合纵向结构。刘鑫金等［5］利用模糊综合评判方法划分不整合结构类型。综合分析前人研究成果，认为不整合在空间上具有明显的3层结构特征，即不整合面之上的岩石、风化黏土层及半风化岩石。风化剥蚀程度的不均一性使不整合具有典型的层状结构，其在测井曲线上必有不同的响应特征。尽管前人对地层不整合及其结构划分识别进行了大量研究和探索，但多有其局限性和地区性。车排子地区石炭系地层不整合之下的风化黏土层和半风化岩石火成岩岩性复杂，取心资料有限且不连续，地震资料分辨率较低，决定了其不整合结构识别划分的难度与不同。利用测井资料进行不整合结构的识别与定量划分具有重要意义。本文依据取心井的岩石学、矿物学、元素地球化学、风化程度指标等方面，进行综合分析，建立了不整合结构测井岩电标定剖面进行不整合结构测井敏感曲线分析，构建不整合结构判别参数。依据判别参数建立的不整合结构判识标准图版进行不整合纵向结构层发育特征的量化判识，进而确定不整合结构的类型。运用该图版可对无取心资料的探井进行不整合结构的较准确识别与划分。

1 准噶尔盆地车排子地区概况

准噶尔盆地车排子凸起位于准噶尔盆地西北缘，在区域构造上属于准噶尔盆地西部隆起，其西面和北面邻近扎伊尔山，南面为四棵树凹陷，向东以红－车断裂带与昌吉凹陷以及中拐凸起相接。该区石炭纪大部分处于海相、海陆交互相的沉积环境，发育巨厚的火成岩并构成了该区的基底。

车排子凸起是一个在石炭系火成岩基底之上发育起来的继承性凸起，多次构造升降造成该区地层主要以削截和超覆为主。该区主要有石炭系、白垩系和新近系沙湾组3套储盖组合。石炭系是准噶尔盆地车排子凸起重要的勘探层系之一，具有巨大的勘探潜力。该区石炭系顶部区域上为不整合面，并且车排子地区位于构造高部位，长期处于隆起状态，是油气运移的有利指向区，成藏条件比较有利。目前胜利探区内有P60、P61、P66等井在石炭系见到油气显示。其中，P60井见到18m／7层荧光－油斑级别显示，热试累计产油0．46t；P61井见到荧光－油斑级别显示49．0m／8层，对井段855．73～949．58m常规试油，抽汲日产纯油4．28t；P66井见到荧光－油斑级别显示93．9m／17层，对井段955．0～1062．0m中途测试，折算日产油11．2t。

不整合结构与油气的运聚有着密切的关系，正确识别不整合结构对未知油气田的勘查有重要的指导意义。测井资料作为研究的重要基础资料之一，是研究地层不整合接触的重要手段，在不整合结构识别中具有非常重要的作用。

2 车排子地区石炭系不整合结构测井特征

车排子地区石炭系地层在不整合形成过程中暴露地表的岩石处于新的不稳定状态，受温度和水的变化、各种酸的溶蚀作用、生物作用以及各种地质应力的剥蚀作用，逐渐地遭受破坏，使得不整合面之下岩石具有明显的测井响应特征。

图1为P60井侏罗系（J1b）／石炭系（C）不整合结构测井岩电标定剖面。由图1可见不整合结构测井特征为风化黏土层表现为低密度、高伽马值、高声波、高中子（两高三低）；半风化岩石表现为较低密度、较低伽马、较高声波，较高中子；半风化岩按岩石风化、蚀变程度及孔隙充填程度可分成水解层和淋滤层，水解层岩石蚀变程度高，中子孔隙度相对于密度孔隙度变大，次生孔隙和裂缝非常发育，但孔隙充填程度高，有效孔隙不发育，不能成为有效储层；淋滤层岩石蚀变程度低，次生孔隙和裂缝发育，孔隙充填程度低，有效孔隙发育，是风化壳里最好的储层；原岩高密度、低伽马、低声波、低中子。

不整合面发育时间以及上覆和下伏地层的物质组成、地层压实和成岩作用的差异等因素形成的地质突变现象，沉积作用造成的地层缺失、风化黏土层和半风化岩石等均可在测井资料中得到反映，使不整合面上下测井曲线具有异常响应特征。图2所示为P70井沙湾组（N1s）／石炭系（C）不整合结构，顶板岩层为沙湾组（N1s）砂砾岩，半风化岩层为石炭系（C）凝灰岩，不整合面上下地层的电阻率、三孔隙度、自然伽马曲线在不整合面处形成一个明显的台阶。因此，可以利用测井曲线在垂向上的异常变化进行不整合面的识别和结构的准确确定。

图1 P60井J1b／C不整合结构测井岩电标定剖面

图2 P70井N1s／C不整合面上下测井响应特征

根据不整合面之下的风化壳发育特征，即是否发育风化黏土层，将不整合结构分为Ⅰ型和Ⅱ型。Ⅰ型不整合结构为顶板岩层—风化黏土层—半风化岩层3层结构，Ⅱ型不整合结构为顶板岩层—半风化岩层二层结构。通过对取心井岩心观察与测井响应分析，总结得出了各类不整合结构的测井响应特征值（见表1）。

3 多敏感测井拟合曲线划分不整合结构

3．1 测井数据归一化

依据陈钢花等［4］的研究，设每个样品有m个参数，将n个样品参数的观测值按相邻顺序排列，得到数据矩阵

式中，元素xij为第i个样品第j个参数的观测值。

对式（1）进行变换

式中，zij为对元素进行归一化处理后得到的新元素，取值为0～1。

表1 不整合结构测井曲线特征值

3．2 不整合结构测井敏感曲线分析

首先对不整合结构有取心资料的探井进行地质综合分析，精确识别出不整合面，划分出不整合结构。在此基础上，按照测井资料敏感曲线分析的基本方法步骤，求取不整合面以下各不整合结构层的测井资料主成分值。

由于不同测井资料反映的地层信息有所侧重，并不是所有的测井资料都适合不整合结构的主成分分析。这需要根据不整合结构的基本特征，选取能较好反映其岩性、骨架结构、孔隙度、渗透率、泥质含量等性质的测井资料。

对P60井侏罗系（J1b）／石炭系（C）进行了不整合结构测井岩电标定剖面分析。该井在不整合结构段进行了不同层段的取心，并从岩石学、矿物学、元素地球化学、风化程度指标等方面进行综合分析，确定出不整合面以下依次发育风化黏土层、半风化岩石及未风化原岩。在此基础上对P60井测井资料进行归一化处理，并进行测井敏感曲线分析。如图1所示，三孔隙度曲线归一化处理后的测井参数值对不整合结构反映明显，自然伽马测井参数值整体受火成岩岩性的影响，但对强风化的风化黏土层响应明显。综合对比分析后把声波、密度、中子和自然伽马等4条测井曲线作为不整合结构的敏感曲线。从敏感曲线与风化壳结构对应关系来看，由风化黏土层到半风化岩石再到未风化基岩，原岩风化程度依次减弱，总体上表现为原岩的黏土化程度降低、原岩结构状态保存变好。

3．3 多敏感测井拟合曲线划分不整合结构

岩石长期风化后，风化壳中的黏土矿物含量由半风化岩石到风化黏土层会明显增多。风化淋滤作用使不整合面下岩石的物性发生明显改善，形成一定的溶蚀孔、洞、裂缝储集空间，使得不整合面之下岩石由半风化岩石到风化黏土层会具有明显的孔隙结构变化特征。风化壳中另一非常重要的矿物学特征是长石、云母等矿物的风化蚀变，抗风化能力弱的原生矿物多已发生蚀变，由半风化岩石到风化黏土层蚀变矿物逐渐增多，蚀变程度逐渐加深。

根据岩石测井响应与风化程度密切相关的特点，利用测井敏感曲线构建不整合结构判别参数：反映不整合结构岩石黏土化程度变化指数的黏土化因子（F1）和不整合结构岩石孔隙结构变化程度的孔、缝因子（F2）。

黏土化因子（F1）包含2个部分：①反映岩石风化蚀变程度的变量（CNL－DEN）／CAL，岩石蚀变程度越高，中子孔隙度相对于总孔隙度（密度孔隙度）差值越大；②反映岩石黏土化程度的变量（CNL／CAL）×GR，火山岩自然伽马值由基性—中性—酸性越来越高，而中子孔隙度值越来越小，利用它们的乘积反映火山岩的黏土相对变化量。对这2个变量进行相关性分析可以看出它们呈正相关关系（见图3）；孔缝因子（F2）的2个变量也呈正相关关系（见图4）。

依据火山岩的岩性特征和风化后的岩石的成分变化及孔隙结构特点，构建2个因子变化参数

式中，AC、CNL、DEN、GR、CAL为声波、密度、中子和自然伽马测井曲线归一化后的参数值。

利用构建的不整合结构判别参数公式，对车排子地区40多口井的不整合结构进行了判别参数计算。如图1所示，不整合结构判别参数黏土化因子与孔缝因子数值与标定的不整合结构岩电剖面有很好的对应关系，测井划分的不整合纵向结构与地质确定的不整合纵向结构基本一致，证明利用这2个参数进行不整合结构的判别可行。

图3 测井敏感曲线相关性分析

图4 测井敏感曲线相关性分析

基于对43口钻遇石炭系火山岩不整合结构取心井样品及测井资料的研究，利用测井资料建立划分火山岩不整合结构的风化指数模型（见图5）及研究区火山岩不整合结构测井评价标准（见表2）。

图5 车排子地区石炭系不整合结构主因子划分图版

表2 火山岩不整合结构主因子量化特征值

对研究区内具有地质分析化验资料的井进行综合分析，岩心观察和分析化验资料确定的不整合结构与测井分析划分的不整合结构深度段基本对应，证明了该方法的准确性和可行性，弥补了地震资料分辨率较低和岩心资料不足的缺憾。利用常规测井曲线准确、直观地确定不整合纵向结构，是不整合结构评价的有效手段。

4 石炭系顶面不整合结构平面展布

通过对研究区内井的实际资料处理，对准西车排子地区石炭系顶面不整合结构进行了测井识别，为不整合结构平面展布图的绘制和平面展布特征的研究提供了新的证据。

综合考虑风化条件以及保存条件对不整合结构的影响，认为车排子地区石炭系顶面I型不整合均位于坡度较缓的斜坡带，而凸起区、陡坡带由于后期保存条件较差，不整合结构为Ⅱ型不整合（见图6）。

图6 车排子地区石炭系顶面不整合结构剖面连井剖面图

5 结 论

（1）车排子地区石炭系顶面不整合结构类型受原岩岩性、沉积间断时间、古地形、顶板沉积环境等地质因素的控制，不整合结构可分为2种：Ⅰ型不整合结构为顶板岩层—风化黏土层—半风化岩层3层结构，Ⅱ型不整合结构为顶板岩层—半风化岩层2层结构。

（2）依据取心井的岩石学、矿物学、元素地球化学、风化程度指标等方面进行综合分析基础上建立不整合结构测井岩电标定剖面，进行不整合结构测井敏感曲线分析，在此基础上利用测井敏感曲线构建不整合结构判别参数：黏土化因子和孔缝因子。依据构建的不整合结构判别参数建立的不整合结构判识标准图版进行不整合纵向结构层发育特征的量化判识，进而确定不整合结构类型。

（3）运用该图版可对无取心资料的探井进行风化壳结构的较准确识别与划分，可利用常规测井曲线准确、直观地确定不整合纵向结构，是不整合结构评价的有效手段。

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