利用測井資料對庫車坳陷碎屑巖進行去壓實校正

王 剛

（西北大學地質(zhì)學系，陜西西安 710127）

巖層體積可分為孔隙體積和骨架體積，碎屑巖在埋藏過程中經(jīng)過機械壓實骨架體積保持不變，孔隙體積隨埋藏深度變大而減小。巖層孔隙結(jié)構(gòu)既受到內(nèi)部巖性等因素的影響又受到外部上覆負荷壓力、構(gòu)造應力、沉積速率、地層結(jié)構(gòu)等因素的影響。碎屑巖去壓實校正在本質(zhì)上是重建不同埋藏深度下巖層的孔隙結(jié)構(gòu)，重建巖層孔隙結(jié)構(gòu)有助于了解巖層壓實歷史，為進一步定量評價不同因素對巖層壓實的貢獻打下基礎。此外，由于現(xiàn)今庫車坳陷地質(zhì)研究工作越來越精細，要求數(shù)據(jù)愈加準確，客觀上需要較準確的巖層初始厚度。作者利用測井數(shù)據(jù)，按照“分層去壓實校正法”分別求取庫車坳陷康村組砂巖、泥巖孔隙度-深度關系，根據(jù)地層骨架體積不變原理重建了康村組巖層初始厚度。

1 碎屑巖去壓實校正方法

1.1 碎屑巖去壓實校正基本思路

碎屑巖去壓實校正的基本假設主要有：（1）巖石骨架體積不變，巖層體積分為孔隙體積和骨架體積，機械壓實導致巖層孔隙體積不斷減小，骨架體積不變；（2）只考慮垂向加載，地層厚度隨垂向負荷加大而減小；（3）深層巖層于埋藏過程中孔隙度的變化與現(xiàn)今淺層巖層孔隙度變化一致。去壓實校正過程（見圖1），其具體方法如下：

假設巖層孔隙度-深度關系式為φ（z）。頂面初始埋深為Z1，底面初始埋深為Z2，則骨架厚度H 可表示為：

由于壓實前后骨架厚度不變，則可得到等式方程：

如果已知巖層孔隙度-深度關系式φ（z），則可以用迭代法解等式方程計算出初始頂面埋深為Z1時地層的底面埋深Z2，即可求出不同埋深下地層厚度。

1.2 分層去壓實校正法

楊橋等[1]認為，碎屑巖機械壓實過程中，同地區(qū)同類型巖層具有相近的初始孔隙度，但其壓實歷史一般不同，導致其最終的地層壓實系數(shù)會有明顯的差別，因此應將巖層按層序和巖性等分為“地層壓實單元”，然后分別對壓實過程進行研究和進行去壓實校正。庫車坳陷康村組巖性主要由泥巖和砂巖組成，由于巖性不同對壓實的響應不同，開放系統(tǒng)中同一上覆靜巖壓力下泥巖相比砂巖較容易被壓實，孔隙度愈小導致砂泥巖具有不同的孔隙度-深度關系，故將康村組分為泥巖壓實單元和砂巖壓實單元，進行分層去壓實校正。其具體方法如下：庫車坳陷康村組地層利用測井數(shù)據(jù)確定砂巖占比為λ，泥巖占比為1-λ，砂巖孔隙度-深度關系為 φ（z），泥巖孔隙度-深度關系為 ψ（z）。其中泥巖去壓實校正可表示為：

砂巖去壓實校正可表示為：

將泥巖初始厚度和砂巖初始厚度求和，即可得到庫車坳陷康村組地層的初始厚度。

圖1 標準去壓實校正方法示意圖（郭穎，2016）

1.3 孔隙度的求取

地層孔隙度是沉積物在特定的地質(zhì)環(huán)境中，物理和化學作用下的產(chǎn)物，直觀體現(xiàn)碎屑巖的壓實程度。理論上，地層孔隙度應根據(jù)鉆井巖心樣品實測得到，然而實際上由于巖心取樣代價昂貴且不易獲得，往往通過測井數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換得到。地層孔隙度與測井相關數(shù)據(jù)具有較好的函數(shù)關系具體如下：Wyllie 等[3]依據(jù)大量實驗室的實驗結(jié)果推斷，在具有均勻分布的小孔隙的固結(jié)地層中，孔隙度與傳播時間之間存在線性關系：

式中：φ-孔隙度；Δt-聲波時差值；Δtma-骨架聲波時差；Δtf-流體聲波時差。

此外，Asquith 等[4]提出孔隙度-密度公式：

式中：ρma-骨架密度；ρb-體積密度；ρf-孔隙流體密度。

庫車坳陷康村組聲波測井數(shù)據(jù)齊全，密度測井數(shù)據(jù)較少，故利用聲波測井數(shù)據(jù)求取孔隙度，其具體公式如下：

1.4 孔隙度-深度數(shù)學模型

一般認為碎屑巖在機械壓實過程中，孔隙度隨埋深的增加而呈現(xiàn)指數(shù)性的減小或者線性的減小，即孔隙度與深度的關系可表示為：

或者孔隙度與深度關系表示為：

要得到公式（6）或（7）需要確定兩個關鍵的參數(shù)φ0和c 或者k；將測井數(shù)據(jù)孔隙度與相對應的深度值作統(tǒng)計分析，分別用公式（6）和（7）擬合，得到不同的參數(shù)值（見表1）。松散沉積物初始孔隙度值（見表2）與統(tǒng)計分析得到的參數(shù)值作對比，發(fā)現(xiàn)公式（7）更適合地區(qū)的孔隙度-深度關系（見圖2）。

表2 部分松散砂樣品的實測初始孔隙度值（楊橋，漆家福，2003）

1.5 原始厚度

利用線性衰減孔隙度-深度模型對庫車坳陷康村組地層進行去壓實校正，求取初始厚度（見圖3）。

2 意義

圖2 孔隙度-深度統(tǒng)計分析

圖3 庫車坳陷南部原始厚度

沉積速率影響地層壓實規(guī)律，精準的沉積速率有助于了解壓實歷史，推測地層壓力分布及演化。對庫車坳陷南部康村組地層進行去壓實校正恢復初始厚度，可以較準確的求取沉積速率；通過分析庫車坳陷南部（構(gòu)造擠壓弱）沉積速率與地層壓實規(guī)律的關系，從而了解庫車坳陷北部（構(gòu)造擠壓強）地層壓實規(guī)律，為預測地層壓力提供支持。

3 結(jié)論

碎屑巖層去壓實校正的關鍵問題是建立準確反映巖層壓實規(guī)律的孔隙度-深度函數(shù)。不同巖性對壓實的響應不同，孔隙度隨深度的變化也不同，故建立孔隙度-深度函數(shù)需要將巖性考慮其中。孔隙度-深度函數(shù)既有線性衰減模型又存在指數(shù)衰減模型，建立孔隙度-深度函數(shù)需要根據(jù)實際地層孔隙度變化選擇更加符合實際的孔隙度衰減模型。建立接近實際模型的孔隙度-深度函數(shù)是客觀恢復巖層初始厚度的關鍵。