基于录测井资料的沉积微相定量识别方法研究
——以渤中26-X构造为例

陈 靖

(中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300452)

随着渤海油田油气勘探程度不断深入，可供选择的勘探目标规模变小、隐蔽性增强、构造背景复杂[1]，为了搞清油气分布规律，对沉积环境的研究要求更加精细，精确划分沉积微相已成为现阶段研究重点。传统的沉积微相识别方法是以岩心分析为核心，通过对岩心观察获取反映地下地质情况的岩石颜色、沉积构造等特征，结合岩石样品分析结果，并与测井曲线对比，综合判断沉积微相类型。沉积微相识别目前仍然停留在以人工判别为主的定性阶段，无统一的识别标准，主要依靠个人经验，其结果受人为主观因素影响较大。每个人对岩心发育的沉积构造、测井曲线的形态认知都可能存在差异，导致出现不同的看法。即使具有相同的认识，对它们所形成的组合也会存在多种解释，从而使沉积微相划分结论产生偏差。因此有必要研究一种沉积微相定量识别方法，解决人工定性判别差异较大的难题。

本文提出利用测井曲线结合录井资料定量识别沉积微相的方法，选取渤海油田渤中26-X构造多口探井资料，通过明确新近系明化镇组下段沉积微相类型，采用录测井资料与数学方法相结合的方式定量识别沉积微相，其识别结果与地质划分结果吻合度高，表明该方法对后续沉积微相研究具有一定的借鉴意义。

1 研究区概况

1.1 地质背景

渤中26-X构造处于渤海海域南部，构造位于黄河口凹陷西北洼，属于渤南低凸起西段南侧大断层下降盘[2]，是一个复杂断块(图1)。早期受边界大断层影响，形成断裂背斜的构造背景；晚期受次级断层影响，浅层形成大量复杂断块构造，为渤中26-X构造油气聚集提供了有利条件。

图1 区域构造位置

钻井揭示渤中26-X构造浅部地层以第四系和新近系为主，主要包括平原组、明化镇组以及馆陶组，其中新近系明化镇组、馆陶组均钻遇油气显示。新近系明化镇组下段(以下简称明下段)是该构造的主要含油气层系，也是本次研究的目的层段。

1.2 明下段沉积微相类型

通过对研究区岩心观察，结合测井曲线特征、录井岩性数据以及前人研究成果，综合分析判定区内明下段普遍发育浅水三角洲前缘亚相，并可进一步细分为水下分流河道、水下天然堤、水下决口扇、水下分流间湾等沉积微相[3]。

1.2.1 水下分流河道

水下分流河道为陆上分支河道延伸进入水下的部分，沉积物颗粒分选较好，粒度均匀，岩性以粉砂岩、细砂岩为主，平行层理、交错层理较为发育，底部常发育冲刷面。砂体厚度一般为4～15 m，正韵律特征明显(图2a)。

自然电位和自然伽马曲线形态均以箱形和钟形为主，自然电位值为62.56～88.64 mV，自然伽马值为53.67～62.29 API。箱形曲线多反映物源充足，砂体分布稳定的特征；钟形曲线则反映物源由强到弱的过程，可能为河道侧缘砂体向河道主砂体过渡。由于泥质含量低，电阻率值较高，曲线呈现高幅度的钟形、箱形或二者叠加。

1.2.2 水下天然堤

水下天然堤是水下分流河道两侧的砂脊，退潮时可部分出露水面而成为砂坪[4]。岩性相对较细，主要为粉砂岩、泥质粉砂岩，常见流水形成的波状层理，局部发育流水与波浪共同作用形成的交错层理，可见冲刷、充填等构造。砂体厚度一般为1～3 m，大多数垂向韵律不明显，少量呈正韵律特征(图2b)。

自然电位和自然伽马曲线形态均为钟形，自然电位值为62.75～67.98 mV，自然伽马值为59.31～65.73 API。由于泥质含量较高，电阻率值低，曲线呈指状尖峰特征。

1.2.3 水下决口扇

水下决口扇是水下天然堤受高能水流冲击发生决口沉积形成的产物。岩性与水下天然堤类似，以粉砂岩、泥质粉砂岩为主，发育平行层理、波纹层理等。砂体厚度一般为2～6 m，垂向呈下细上粗的反韵律特征，平面上呈扇形展布，并与河道相交(图2c)。

自然电位和自然伽马曲线形态呈漏斗形，中-低幅齿化，自然电位值为49.67～58.47 mV，自然伽马值为66.18～73.96 API。电阻率曲线齿化特征明显，与自然伽马曲线形态类似。

1.2.4 水下分流间湾

水下分流间湾处于地势相对低洼的湖湾地区，岩性以泥岩为主，夹杂薄层粉砂岩或泥质粉砂岩，水体较平静，属于低能稳定沉积环境，水平层理常见，局部发育透镜状层理，垂向上无明显韵律特征(图2d)。

图2 明下段沉积微相特征

由于岩性以泥质沉积为主，自然电位和自然伽马曲线形态均近平直并具锯齿状，当夹杂薄层砂岩时，呈低幅指状，自然电位值为42.85～48.79 mV，自然伽马值为72.69～80.27 API；电阻率值低，曲线整体较平直。

2 沉积微相定量识别方法

2.1 基本原理

录井岩屑资料可以客观反映地层纵向变化特征，具有较高的使用价值。此外岩屑资料的数量远远多于岩心样品，而且不同于岩心仅能反映砂体局部特征，岩屑资料的连续性好，具有大尺度对比的优势，可以解决沉积微相研究需要岩心样品较多的难题[5]。通过观察岩屑可以直接获取岩石颜色、岩性和含油性等宏观信息，与测井曲线反映的地层微观信息互补。因此将测井曲线与地质录井资料充分结合，提取曲线数值和形态，利用数学方法进行量化表征，并且采用主成分分析法将多个特征参数转化为一个识别参数，最后选取该识别参数和录井岩性数据对沉积微相定量识别，实现数理统计逻辑判别与地质意义的有机结合。

2.2 选取测井特征参数

从测井曲线中提取反映沉积微相的特征参数，是沉积微相定量识别的关键[6]。本次研究主要使用测井曲线中的形态类参数对沉积微相定量识别，选择合适的测井曲线是重点。所选测井曲线既要保证数量充足，可以覆盖整个研究区，又能反映地层岩性、物性、电性等特征。根据以上原则，选择自然电位、自然伽马以及深侧向电阻率、浅侧向电阻率四条测井曲线作为研究对象，统计各类沉积微相对应的测井曲线数值范围(表1)。

表1 明下段各类沉积微相测井曲线数值范围

在此基础之上，通过对其特征参数进行分析，明确特征参数与沉积微相之间的联系。经研究表明，测井曲线的幅度、形状、顶底接触关系、光滑程度四个特征参数与沉积微相相关性较好。

2.2.1 曲线幅度

主要指测井曲线形态相对于泥岩基线的变化，可分为低幅、中幅和高幅。幅度大小可以反映出沉积物的粒度、分选性、泥质含量等沉积特征的变化。根据测井曲线幅度的变化，可以了解沉积环境能量的变化情况[7-8]。储集物性较好的砂岩通常幅度值高，反映水体能量高。

2.2.2 曲线形状

主要指测井曲线形态的轮廓，常见形状包括箱形、钟形、漏斗形、平直状等。形状特征可以反映沉积物岩性、粒度的垂向变化情况，间接表明沉积过程中物源供应状况和水体能量变化特征[9]。

2.2.3 顶底接触关系

主要指测井曲线顶、底部形态的变化趋势，包括渐变和突变两种类型。顶底接触关系可以反映早期砂体沉积和晚期砂岩沉积时物源供应和水体能量的变化速度。顶部渐变表明物源供应逐渐减少并至中断，底部渐变表明物源供应持续增加；顶部突变表明物源供应突然中断，底部突变表明与下伏岩层可能存在不整合接触关系[10]。

2.2.4 曲线光滑程度

主要指测井曲线形态的波动性，可分为光滑、微齿和齿化三级。曲线光滑程度可以反映沉积环境的稳定性，一般测井曲线光滑说明物源供应充足且水体能量稳定，测井曲线齿化则说明水体能量不稳定，存在间歇性变化。

2.3 特征参数计算

通过对测井曲线进行计算可以得到反映沉积微相的特征参数，为了使各特征参数有利于横向对比，需要对测井曲线进行标准化处理，经过处理的测井曲线数值介于0～1之间。

(1)

式中：Y为标准化处理后的数据；X为原始测井数据；Xmin为曲线最小值；Xmax为曲线最大值。

2.3.1 测井平均值

主要反映曲线幅度大小。

(2)

式中：V为测井平均值；Y(i)为测井曲线第i个深度点的标准化值；N为沉积微相井段内的深度点数。

2.3.2 相对重心

主要反映曲线形态的轮廓，由于各个井段的长度不同，利用绝对重心对比较为困难，可以使用相对重心，即绝对重心除以井段内深度点数[11]。相对重心偏下方(W>0.5)曲线形态为钟形，相对重心偏上方(W<0.5)曲线形态为漏斗形，相对重心居中(W=0.5)则曲线形态为箱形或平直。

(3)

式中：W为相对重心。

2.3.3 平均斜率

主要反映曲线形态变化的速率，其计算结果可以表明顶底接触关系。由平均斜率可以获取曲线与水平线的夹角，对于砂岩增幅测井曲线，夹角小于80°时呈钟形，夹角为80°～100°时呈箱形或平直状，夹角大于100°时呈漏斗形。

(4)

(5)

2.3.4 突变幅度

主要反映曲线形态变化的趋势，其计算结果可以表明顶底接触关系。一般数值越大表明曲线形态为突变，反之则为渐变。

Z=Zmax-Zmin

(6)

式中：Z为突变幅度；Zmax为突变处最大幅度，Zmin为突变处最小幅度。

2.3.5 变差方差根

主要反映曲线整体波动性程度和平滑性，GS值大表明曲线波动频繁，平滑性较差；GS值小表明曲线相对稳定，平滑性较好。

(7)

(8)

(9)

式中：GS为变差方差根；G1为变异函数，反映微相段内测井数据的局部波动性；S2为方差，反映微相段内测井数据的整体波动性；M(h)为间隔为h小时的数据对[Y(i)，Y(i+h)]的数目。

根据上述选取的测井特征参数，针对研究区已钻探井的自然电位、自然伽马以及深浅侧向电阻率测井数据进行计算，可以获得区内明下段主要的四种沉积微相测井特征参数值。由于四条测井曲线分析方法相同，本文仅以自然电位曲线特征参数举例说明(表2)。

表2 明下段各类沉积微相自然电位特征参数平均值

2.4 主成分分析

通过上述方法可以得到五个特征参数，但是利用这些特征参数对沉积微相进行量化识别的时候仍然存在着数据量巨大，区分度小的问题，因此考虑用较少的变量去替代原始资料中的大部分变量[12]。引入主成分分析降维算法，通过线性变化把高维空间的数据沿着区分度最小的方向映射到低维度空间，提取数据的主要特征分量，降低数据维度，从而实现简化计算、提升效率的目的。

根据主成分分析的数学原理，假设数据之间存在线性关系，可以使用线性投影的方法获得一个低维数据，且该数据应保持原始数据协方差结构。这个过程可以用最大总体方差表示，用来衡量信息量的情况，一般信息量越大，方差越高；信息量越少，方差越小。主成分分析实质上就是一个坐标变换的过程，向方差最大的方向线性投影形成新的坐标系，在这个过程中实现多参数转换为单一参数，降低数据特征的维度并保留原始数据的大部分信息[13]，具体算法步骤如下所示：

通过计算机编辑降维函数，计算出矩阵T后，实现对原始矩阵A的降维。将测井平均值V、相对重心W、平均斜率K、突变幅度Z、变差方差根GS五个特征参数，降维为一个参数，其形式为：

B=a1V+a2W+a3K+a4Z+a5GS

(10)

式中：B为沉积微相综合识别参数；a1、a2、a3、a4、a5为主成分的系数向量。

2.5 建立定量识别模型

根据上述原理，选取研究区已钻探井的自然电位测井数据，对明下段四种沉积微相进行计算，并建立了研究区沉积微相识别模型，具体结果如下所示。

水下分流河道：B1=5.62V+4.25W+1.23K+0.42Z+0.92GS

水下天然堤：B2=4.98V+3.87W+1.15K+0.36Z+0.84GS

水下决口扇：B3=4.56V+3.12W+1.24K+0.28Z+0.58GS

水下分流间湾：B4=3.85V+2.47W+1.57K+0.16Z+0.45GS

新的测井曲线可以利用上述方法提取特征参数数值，由于不同的沉积微相具有不同的识别模型，对于新的待识别样本，按照使识别模型判别函数达到最大值即归为第b*类沉积微相的原则，首先利用可信度Qb*函数初步判别其属于哪类沉积微相，之后将特征参数数值代入该类沉积微相主成分计算公式，获取综合识别参数B的数值，依据研究区已建立的识别标准(表3)，确定其沉积微相类型。

表3 明下段各类沉积微相识别标准

(11)

(12)

式中：Qb*为待识别样本属于第b*类沉积微相的概率；F(b)为待识别微相样本的特征参数代入各个沉积微相识别模型公式后的函数值；F(b*)为待识别微相样本在所有沉积微相判别函数值中的最大值；b为沉积微相类型数目；b*为识别模型判别函数值最大的沉积微相类别。

通过对研究区录井岩性资料进行分析，发现明下段沉积微相与岩性有较好的对应关系。在各沉积微相中，水下分流河道主体岩性以细砂岩为主，水下天然堤岩性基本上为粉砂岩、泥质粉砂岩，水下决口扇岩性以泥质粉砂岩为主，水下分流间湾岩性以泥岩为主，夹杂薄层粉砂岩或泥质粉砂岩。自水下分流河道至水下分流间湾沉积微相，岩性由粗变细，推测很可能是沉积微相特征参数出现相对较为明显差异性的原因。

为了进一步提高沉积微相定量识别的精度，在此基础上，将录井岩性资料与自然电位曲线特征参数中反映曲线幅度大小的“测井平均值V”相结合，当两者反映岩性一致时，表明沉积微相判别结果较为准确，如有差异，则说明特征参数计算值存在误差，需重新分析(图3)。将测井曲线数据与录井岩性数据相匹配，利用录井岩性资料进行校正，可避免单纯依靠数理统计逻辑判别的缺点，突出了该方法的地质意义。此外，通过对录井岩性资料进行分析，可以明确岩石颜色、类型等，从而间接判断基于测井降维数据计算的沉积微相识别结果是否准确，实现了两者相互对比验证，解决了测井曲线受环境影响失真以及受样本代表性和数量局限性的影响，可将解释的准确率进一步提升。

图3 沉积微相定量识别流程

3 应用效果

应用该方法对区内新钻探井BZ26-X-10d井明下段沉积微相进行定量识别，共划分出42个沉积微相，并将其识别结果与综合地质划分结果(实际结果)进行对比，有34个结果相符，部分对比结果见图4，两者吻合率为80.95%，说明该方法具备较好的实用性。

图4 BZ26-X-10d井沉积微相定量识别结果对比

在准确识别单井沉积微相的基础上，通过分析研究区已钻探井测井曲线特征，参考砂岩厚度及各油组的分布趋势，并结合区内地震相及地质相的划分结果，对明下段Ⅲ油组、Ⅳ油组沉积微相的平面展布特征进行预测，可为有利目标区的确定提供依据。其中，Ⅲ油组、Ⅳ油组整体发育以水下分流河道为沉积主体的浅水三角洲沉积，呈近北东向条带状分布，出现一定程度弯曲，局部发育水下天然堤、水下决口扇沉积；受河控作用影响，近岸水下分流河道稍宽，沿湖盆方向水下分流河道宽度逐渐变窄(图5)。

图5 明下段Ⅲ、Ⅳ油组沉积微相平面展布

4 结论与建议

(1)本次研究将测井曲线数据与录井岩性数据相结合，依据典型沉积微相特征，利用数学方法定量获取测井曲线形态特征参数，采用主成分分析法将多个特征参数转化为一个识别参数，选取该识别参数和录井岩性数据对沉积微相定量识别结果综合判断。该方法避免了人为主观因素所引起的多解性，具有更明确的地质意义，经验证识别结果准确率较高，其研究思路可为后续沉积微相定量识别工作提供参考。

(2)特征参数的选取对于沉积微相识别具有重要意义，在实际应用中应根据研究区的实际地质情况，合理选择反映沉积微相变化的特征参数，使定量识别结果更加准确。

(3)后续研究应在特征参数计算时进一步扩大样本数量，增加各类典型沉积微相的代表性数据，使定量识别模型的适用范围更加广泛。