测井曲线拐点在测井层序地层分析中的应用研究.doc

测井曲线拐点在测井层序地层分析中的应用研究第17卷6期2006年l2月天然气地球科学NATURAlGAS(EOSCIENCEVo1.17NO.6I)ec.2006天然气地质学测井曲线拐点在测井层序地层分析中的应用研究李新虎(西安科技大学地质与环境工程系,陕西西安710054)摘要:在层序地层学研究中,层序界面的划分是基础和重要的环节,而利用测井资料分析可以进行层序界面划分和进行较长期基准面旋回识别.测井曲线的值是深度的函数,测井曲线的一阶导数表示了曲线变化的趋势和变化的快慢,在某一范围内,当一阶导数呈现符号转换时,相对应的深度点的测井值即为该范围内极大(极小)值;测井曲线的二阶导数则表示曲线的凹凸性,在某一范围内,当二阶导数呈现符号转换时,相对应的深度点代表了测井曲线的拐点,即反映曲线凹凸性变化的转折点,亦即地层的分界面.基于以上特点,提出利用测井曲线拐点进行层序界面划分的原理和方法,并结合岩心和录井资料,对白音查于凹陷达28井腾格尔组不同级次沉积旋回,地层垒积,旋回特征随沉积厚度变化特点和不同级次基准面旋回进行研究,最后得到该地层单井测井层序地层分析结果.关键词:测井;层序地层;曲线形态;拐点;沉积旋回;基准面旋回中图分类号:TE132.4文献标识码:A文章编号:16721926(2006)060815050前言在以T.A.Cross倡导的高分辨率层序地层学研究中,不同级次层序界面的划分和基准面旋回的识别是层序地层分析的关键.露头,岩心资料通常是识别短期基准面旋回的基础,测井曲线分析是通过短期旋回的叠加样式分析识别较长期基准面旋凹的最好手段_lj.在应月J测井资料进行层序界面划分和基准面旋回分析的研究中,对不吲级次的旋回的准确认识,是测井层序划分和分析的关键.常规的测井旋回分析主要靠人对测井曲线的形态,形状,幅度等变化趋势观察,定性分析旋回级次及嵌套,对地层的旋回分析采用马尔可夫链型和地层垒积方法半定量进行【,在对较大级别基准面旋同分析中,Fischer图解作为一种有效的手段,在研究沉积旋回在空间上的叠置规律,层序级7欠的划分以及地层层序对比等提供了一种客观实用的方法j.随着层序地层学研究的进一步深入和油藏精细描述的需要,地震资料的分辨率已不能完全满足生产实际的需要,如何利用测井资料并结合录井,岩心资料,定性与定量相结合来进行地层层组范围内精细层序界面的划分已成为研究的重点和难点.本文以白音查干凹陷达28井腾格尔组测井,录井,岩心等资料为例,利用测井曲线拐点进行地层分界面的识别,在不同尺度拐点范围内进行测井曲线形态的拟合,结合地层垒积分析,Fischer图解以及类Fischer图解法的旋回特征随沉积厚度变化曲线,进行不同级次测井沉积旋回和基准面旋同的研究,完成白音查干凹陷达28井腾格尔组单井测井层序地层的分析.1拐点及地层界面的划分测井曲线反映了沉积的变化情况,测井曲线的值是深度的函数,测井曲线的一阶导数表示曲线的变化趋势和变化快慢.在没有断层或倒转的层系中,任何测井曲线的深度轴都是地质时代的某种单调函数,因此,多数测井曲线是地质变化的时间序列的自然表示【,即:X(.)一/(.)(1)收稿日期:20060408;修回日期:20060719.基金项目:陕西省J然科学研究计划项【J测升BI刚络对煤层气Jf:发地质因素的定量研究(编号:2004I)07)资助.作者简介:李新虎(1967一),男,陕西西安人,讲帅,在读博:,要从事地球物理勘探综合应用与解释方而的教学和科研工作.EmailxinhulXUS1..816天然气地球科学Vo1.17式中x(,)为深度d,处的测井响应,d,为第点的深度值.测井数据记录问隔为(取0.125m),则第点一阶导数计算公式为式(2),二阶导数的计算公式为式(3),三阶导数的计算公式为式(4):x()一Ix(件)一X()/A(2)x()二=Ix(件】)一X()/A(3)x()二=Ix(汁】)一X()/(4)其中x(),X()和x()分别为测井曲线在深度d处的一阶,二阶和三阶导数.测井曲线在某深度点的一阶导数为0而二阶导数不等于0的点(或一阶导数正负值的转换点)指示该深度点读取的测井值为曲线的极大(波峰)或极小(波谷)值点,一阶导数由正变负表示极大值(波峰)的出现,一阶导数由负变正表示极小值(波谷)的出现.二阶导数为0而j阶导数不等于0的点(或二阶导数正负的转换点)即曲线的拐点,拐点是反映曲线凹凸性变化的转折点,拐点位置即为测井曲线的地层分界面,二阶导数由负变正表示某层下界面位置,二阶导数由正变负表示同一层上界面位置.据此,利用一阶,二阶和三阶导数可得到测井曲线的拐点,波峰,波谷,分层及l卜下界面.2测井旋回性研究2.1测井曲线形态的识别在不同的沉积环境下,由于物源情况,水动力及水深条件的不同,必然造成沉积物组合形式和层序特征(正旋回,反旋回和块状)的不同,反映在测井曲线上就是不同的测井曲线形态,即钟形,漏斗形和箱形等.利用前述处理方法得到的拐点,在一定程度上代表了测井分辨率范围岩层的分界面,在进行下一步研究之前,还要对拐点进行一下相应的处理,以便进行测井曲线形态的识别.(1)去掉高频点,即测井曲线厚度和幅度变化较小的层段所对应的拐点,这样做的目的之一是去掉对层序分析影响较大的噪声点,同时加强较长期的层序地层旋回特点的反映.参数可选择在3O5O之间,据此参数即可去掉大约3O5O%的高频拐点.(2)最小厚度的取值:依据研究的详细程度,可给定最小厚度值,对于达28井,最小厚度取1O个采样点的距离,即1.25m.(3)利用拐点限定的测井曲线,对其进行曲线拟合.(4)对拟合曲线的数学表达式,求取其一阶导数,得到其最高阶自变量的系数.(5)利用此系数进行分析,如果其值为负,表示曲线幅值(GR,SP)呈现增大的趋势,曲线判断为钟形;如果为正,曲线判断为漏斗形;在0附近变化时,曲线判断为箱形.2.2地层沉积旋回(1)地层垒积分析.把不同岩性地层编号且考虑地层厚度,以垒积的地层层数为变量计算各岩性百分比,重心及重心两侧分布范围【2】.达28井腾格尔组地层垒积分析结果见图1.从图1可以看出,在腾格尔组整个地层层段内,岩性以泥岩和粉砂岩组合为主,底部出现砂砾岩,砂岩和页岩,岩性呈现下粗上细的特点.砂岩重心偏下,腾格尔组上部无砂砾岩和砂岩分布,整体呈现水进的情况.口I2鹧深度范围l起始到结束深度范围i中值图1达28井腾格尔组地层垒积分析(2)岩性转移概率分析.转移概率即研究从某种岩性转移到另一种岩性的概率,所有研究层段岩性的转移概率形成转移概率矩阵.达28井分析结果见表1所示,表中数据代表从一种岩性转换为另一种岩性的概率百分数.从表1可以看出,达28井腾格尔组的主要旋回类型包括4种:第1种为砂砾岩,粉砂岩到泥岩的正旋回结构;第2种为砂砾岩,泥岩,粉砂岩到泥岩的正旋回结构;第3种为泥岩,粉表1达28井腾格尔组岩性转移概率矩阵白云岩泥岩砂砾岩砂岩粉砂岩页岩9蜡赌泥砂删页No.6李新虎:测井曲线拐点在测井层序地层分析中的应用研究817砂岩,泥岩到粉砂岩的块状结构;第4种为泥岩,粉砂岩,砂岩到砂砾岩的反旋回结构.2.3测井旋回性研究地层的旋回性是地层岩石组合规律的变化特点的反映,岩石组合规律的变化特点必然在测井曲线上有所反映,利用测井曲线进行旋回性研究主要是对测井曲线形态组合规律进行研究,测井对旋回性的研究多利用测井曲线的包络特点进行分析,该方法能较好地进行测井旋回性的研究.应用拐点分析的结果,依据包络分析的优点,对拐点范围内的测井曲线进行曲线拟合,则更能反映在拐点范围内测井曲线的变化特点.具体方法仍然采用形态判别的方法,利用曲线拟合得到的最高阶自变量的一阶导数系数,并结合地层旋回性研究的成果进行测井旋回性研究.依据此方法编程处理了达28井腾格尔组GR曲线.综合分析得出,达28井腾格尔组共有74个旋回,其中正旋回28个.反旋回3O个,块旋回l6个.正旋回表现为进积状态,反旋回表现为退积状态,块旋回表现为加积状态.3单井测井层序地层分析3.1Fischer图解法Fischer图解方法是在对测井曲线高频沉积旋回划分的基础上,研究沉积旋回在空问上的叠置规律,沉积基准面变化态势,进而研究建立沉积基准面变化曲线的一种客观实用的方法l.图2为达28井腾格尔组74个沉积旋回Fischer图解曲线及其趋势的3次拟合线.从图中可以看出,第26和第53旋回处明显成为曲线的趋势转折点,此处深度分别为1106.25m和958m,即从1200m到11O6.25m表现为可容空问的增大,l106.25m到958rfl表现为可容空问的减少,从958m到8941TI为可容空问的增大.,图2达28井腾格尔组沉积旋回Fischer图解3.2A/S变化规律和基准面旋回的研究在层序地层的分析中,可容空问(A)和沉积物供给量(5)比值的变化影响了基准面旋回的特点,同时也影响了体系域内沉积物体积分配以及相分异程度,所以对于A/S变化规律的研究对基准面旋回的划分至关重要.A/S的变化代表了基准面旋回的变化.A/S大于1(即一5大于0),则基准面下降;A/S小于l(即一5小于O),则基准面二升;A/s值为l(即一5等于O)时,基准面不变,说明沉降和供给相当.依据不同的尺度,基准面旋回表现为短旋回,中期旋回和长期旋回.在测井层序地层分析中,短期旋回的划分主要依据测井曲线拐点的变化趋势和地层旋回性的变化进行分析,中长期旋回是在Fischer图解法分析的基础上根据短旋回的叠加样式进行.在对达28井测井层序分析中,采用了类似Fischer图解的方法做出测井旋回类型随沉积深度变化的曲线,最后进行中,长期基准面旋回的合成.具体做法是:假设腾格尔组开始沉积时的基准面为零基准面;假定研究单元为正立方体,平面上面积相同,因此可以用沉积厚度L代表体积的概念;L值为J4与5的差值;当沉积呈现正旋回时,说明可容空问的变化量大于沉积物供给量,与5差值为正,将L值归为正值,当沉积呈现反旋回时,与5差值为负,将L值归为负值,当沉积呈现块?状结构时,与5差值约等于0,将L值归为0;做出随深度变化的L值累积变化趋势图,此趋势图即反映了4和5的相对变化趋势;依据L随深度变化的趋势图分析,结合其它资料合成中长期旋回.依据以上方法进行达28井中长期基准面的合成结果见图3.达28井腾格尔组由74个上升或下降的短旋回,7个中期旋回和2个长期旋回组成,基准面旋回以不对称的下降半旋回为主.3.3测井层序地层分析在测井曲线形态识别的基础上,结合取心井岩性进行沉积微相的识别,按照T.A.Cross高分辨率层序地层学的概念和方法,分析基准面旋回的变化,A/S变化,沉积微相变化和体积分异等,进行单井测井层序地层分析.(1)测井微相的识别.测井相和测井沉积环境的识别和研究有很多种方法,许多作者对此有所论述_5,这些研究对于直接利用测井资料分析沉积环境提供了较好的途径.对于达28井,由于岩屑录井资料的完备,采用测井校正过的岩屑录井资料进行沉积微相的分析研究.达28井沉积环境为辫状河三角洲一浅湖相沉积.根据取心井的岩性分析,取心818天然气地球科学Vo1.17图3达28井测井基准面旋回判断段主要沉积微相为前缘席状砂和天然堤,前缘席状砂主要岩性为粉砂岩,偶尔出现砂岩和砾状砂岩,SP曲线以箱形为主,天然堤主要为厚层泥岩夹薄层粉砂岩组成,偶尔出现泥质白云岩,SP曲线以钟形或漏斗形加箱形组成.(2)综合分析.在取心段基准面旋回分析的基础【二,即可进行全井段的单井测井层序分析以及多井的层序地层格架的建立.根据该区地质综合研究,No.6李新虎:测井曲线拐点在测井层序地层分析中的应用研究819腾格尔组主要为浅水环境,构造运动以下降为主,随着盆地不断下降,基准面也表现为下降的趋势,表明本时期沉积供给不足,这也是造成本地层岩性主要表现为粉砂和泥质交互,且砂地比较小的特点的重要因素,与沉积旋回,基准面旋回分析结果相一致.4结论(1)利用测井曲线的拐点进行地层界面的划分方法简单,易于实现.(2)利用拐点所对应的测井曲线读值的变化趋势可进行测井曲线形态识别及层序界面的识别.(3)测井曲线形态识别以及层序界面的划分,可为测井层序地层的定性和定量分析打下良好的基础.致谢:特别感谢中国石化中原油田分公司博士后工作站和勘探与开发研究院提供研究资料,经费,工作环境以及地质,测井,地震等处理和解释软件等方面的支持.参考文献:1l邓宏文.高分辨率层序地层学原理及应用M.北京:地质出版社,2002.E2王贵文,郭荣坤.测井地质学EM.北京:石油工业出版社,2000112一l35.E3苏德辰.Fischer图解及其在旋回层序研究中的应用一以北京西I张夏组为例J.现代地质,l995,9(3):279283.E4樊太亮,李庆谋.沉积基准面变化分析技术及其应用EJ.石油与天然气地质,l997,18(2):lo8一l13.E53焦翠华.冲经网络和分形几何方法在识别测井沉积微相中的应用_J.沉积,l997,(3):6266.6李凤杰,王多云,苑克增,等.人I:神经网络技术在油出储层物性预测中的应用一以两峰油田为例EJ.天然气地球科学,2004,l5(3):2432467许少华.基于遗传BP算法和图像处理的沉积微相识别J.石油,2002,(3):4851.8王金荣,刘洪涛.测井沉积微相识别方法及应用EJ.大庆石油学院,2004,(4):l8-20.9马世忠,黄孝特,张太斌.定量自动识别测井微相的数学方法EJ.石油地球物理勘探,2000,(5):582589.1O王安辉,宁淑颖,张英魁,等.神经网络在低渗透油田试井解释中的应用_J.石油与天然气地质,2004,25(3):338343.SEQUENCESTRATIGRAPHICANALYSISWITHCURVEINFLEXIONFROMGEOPHYSICALLOGGINGDATA(Department(J;GeologLvandEnvironmentEngineering,xianUniversit.yofScienceandTechnology,xian710054,China)Abstract:ThejudgmentofsequencesurfaceisanessentialandimportantpartsinresearchofsequenceStratigraphy.Geophysicalloggingcurvereflectthesedimetalchange,andthevalueofgeophysicalloggingcurveisafunctionofdepth.Thefirstrankderivativeisareflectionofcurvechangeanditsrate,atcertainrange,ifthesignofthefirstrankderivativehaschanged,theloggingvalueofthecorrespondencedepthpointmeansmaximum(minimum)inthisrange;thesecondrankderivativeistheknaggypropertyreflectionofcurve,atcertainrange,i