自然伽馬能譜測井資料在沉積地層分析中的應用

王俊濤，汪雅菲，耿曉光，周存亭

(安徽省地質調查院，安徽 合肥 230001)

LCO1井為參數井，該井位于臨安區塊西北角島石鎮西南約1 100 m，構造位置位于下揚子板塊寧國墩復背斜寧國墩斷裂以南。臨安地區大地構造屬下揚子板塊浙西褶皺帶。區塊位于寧國墩斷裂帶(虎月斷裂)、昌化—普陀大斷裂、學川—湖州大斷裂與孝豐—三門灣大斷裂(勘探區外)所夾菱形范圍內，中部為燕山期火山巖盆地。島石地區的構造格架受寧國墩斷裂控制，地層為寧國墩復向斜南東翼，展布以北東向為主。該區主要鉆遇層位厚度在160～270 m，寒武紀地層發育齊全。其中皮園村組上段、荷塘組以及楊柳崗組下段為主要含頁巖氣層位。LCO1井鉆探主要目的為獲取目的層頁巖氣參數，目的層為楊柳崗組下段、荷塘組和皮園村上段。

LCO1井設計井深為2 520.0 m(垂深)，完鉆井深為2 328.18 m。全井段進行鉆井取心，總進尺為2 319.45 m，心長2 293.8 m，收獲率98.89%。地質分層數據見表1。

表1 LCO1井地質分層數據Tab.1 Geological stratification data of LCO1 well

1 常規測井資料數據處理與解釋

LC01井完井組合測井1次，測量井段為7.00～2 328.18 m。所測層位自上而下為華嚴寺組、楊柳崗組、大陳嶺組、荷塘組、皮園村組。

1.1 測井資料預處理

1.1.1 測井曲線深度校正

測井原始數據用測井解釋軟件進行數據格式轉換、深度移動等預處理。每次測井組合系列中均附帶有自然伽馬曲線，深度校正時選用一條自然伽馬曲線作基準校深曲線，將其他曲線深度根據自然伽馬曲線統一校到基準曲線深度上，以保證所有測井曲線的深度一致性。將校好后的曲線深度與鉆井工程深度(如套管下深、測時井深等)相匹配，同時結合錄井資料對曲線深度進行檢查，確保曲線深度準確無誤。

1.1.2 測井資料環境校正

當實際測井條件與儀器刻度的標準條件不同時，就需要對測井資料進行環境校正，以減小測井環境對測井資料的影響程度，使測井信息更加接近于地層實際。根據本井的具體特點，采用以井眼校正為主、其余校正為輔的思路，分別對密度、中子、電阻率、自然伽馬等曲線進行了環境校正。校正后的自然伽馬、密度、中子和電阻率曲線與校正前的相比，井眼較規則處校正量很小甚至為0，僅在井眼嚴重擴徑處自然伽馬曲線有一定的校正量。環境校正只能部分消除井眼環境影響，對于嚴重擴徑處，采用受井眼影響小的曲線進行資料處理。由于聲波測井受井眼影響很小，故聲波未做環境影響校正。

1.2 常規測井解釋模型及參數選取

全井段采用綜合分析程序CRA及Shale-Gas程序進行測井資料處理和解釋。根據體積模型原理，建立經泥質校正的礦物地層數字處理體積模型。

測井曲線特征及巖屑錄井資料顯示，地層巖性主要為泥灰巖、硅質泥巖和花崗巖，故在進行測井資料數據處理時，建立的體積模型為：泥灰巖(硅質泥巖或花崗巖)+ 泥巖+孔隙體積=1，即由泥灰巖(硅質泥巖或花崗巖)點、泥巖點和水點構成巖性三角形，用泥巖點的數據對資料進行泥質校正[1]。在處理過程中，用中子—密度交會法計算礦物的相對體積和地層孔隙度，用自然伽馬曲線或無鈾伽馬曲線計算泥質含量，用深側向電阻率曲線計算儲層的含油氣飽和度。LC01井巖石骨架參數見表2。

表2 LCO1井地層巖石骨架參數Tab.2 Formation rock frame parameters of LCO1 well

本井巖電參數采用理論值，全井段計算Rwa，Rw≈Rwa=Rtφm/a，取Rwa平均值作為地層水電阻率參考值[2]。處理參數見表3。

表3 LCO1井飽和度參數Tab.3 Saturation parameters of LCO1 well

2 自然伽馬能譜測井資料分析

自然伽馬測井僅能測量地層中放射性元素的總含量[3]。通過自然伽馬能譜測量，能反映不同放射性元素放射出不同能量的伽馬射線，從而確定地層中含有何種放射性元素。自然伽馬能譜測井主要測量地層中鈾(U)、釷(Th)、鉀(K)的含量，曲線包括地層總自然伽馬、無鈾伽馬及地層中鈾、釷、鉀的含量，總自然伽馬是鈾、釷和鉀的總和，無鈾伽馬是釷和鉀的和。利用其測量值可以研究地層特性，包括計算泥質含量、識別高放射性儲層、研究沉積環境、評價烴源巖等[4-6]。

LC01井自然伽馬能譜測井1次，測量井段為7.00～2 328.18 m。

2.1 測井評價沉積地層步驟

測井評價沉積地層步驟如圖1所示。

圖1 測井評價沉積地層步驟Fig.1 Process of well logging evaluation of sedimentary strata

2.2 泥質含量計算

在自然伽馬能譜測井資料中，以鉀含量、釷含量及其無鈾伽馬與泥質含量的關系最好，鈾含量與泥質含量關系最差。高鈾會指示滲透性良好的儲集層。因此，可以同時利用鉀、釷及無鈾伽馬曲線或根據地質情況選擇其中1條曲線，計算地層泥質含量。當用多種方法同時計算時，應選擇各種方法中的最小值為結果。

本井主要選擇自然伽馬曲線計算泥質含量。

2.3 尋找高放射性儲集層

純砂巖和碳酸鹽巖的放射性元素含量都較低，但對于某些滲透性砂巖和碳酸鹽巖地層，由于水中含有易溶的鈾元素，并隨水運移，在某些適宜條件下沉淀，形成具有高放射性滲透層，即高伽馬儲層，此時可用自然伽馬能譜測井進行劃分。通過分析，本井不存在高放射性儲集層。

2.4 巖性識別

通常純砂巖或碳酸鹽巖的放射性含量較低，純泥巖的放射性較高，某些巖石由于含有特定放射性物質，其放射性更高，如鋁土礦，利用此特性可以定性識別巖性。本井灰巖、泥灰巖的U、Th、K為低值，與砂泥巖地層有區別。

2.5 黏土類型判別

一般來講，在絕大多數黏土礦物中，鉀和釷的含量高，而鈾的含量相對較低，因此，根據Th/K值，可大致確定黏土類型[7]。

Th/K比值在25.0以上為重釷礦，在12.0～25.0為高嶺石，在3.5～12.0且鉀值小于2.0的為蒙脫石，在3.5～12.0且鉀值大于2.0的為伊蒙混層，在2.0～3.5為伊利石，在1.5～2.0為云母，在0.8～1.5為海綠石，在0.5～0.8為長石，小于0.5為鉀蒸發巖。

在LCO1井組合測量井段，分層位做了Th-K交會圖(圖2—圖6)。從圖中可以看出，華嚴寺組黏土礦物類型為蒙脫石和伊蒙混層；楊柳崗組黏土礦物類型為蒙脫石、伊利石和伊蒙混層；大陳嶺組少量數據點指示黏土礦物類型為蒙脫石和伊利石，含少量伊蒙混層和云母；荷塘組黏土礦物類型為蒙脫石、伊蒙混層、伊利石和海綠石，含云母；皮園村組井段短，數據點少，有限資料指示該組黏土礦物類型為蒙脫石；白堊系礦物類型為伊蒙混層，含伊利石。

圖2 LCO1井釷—鉀交會圖(華嚴寺組)Fig.2 Thorium-Potam crossing map of LCO1 well(Huayanshi Group)

2.6 沉積環境分析

一般情況下，高能環境下的釷含量比低能環境下高，低能環境下鈾和鉀含量較高。另外，鈾含量與氧化還原環境有關，還原環境有機質含量高、鈾含量高，氧化環境下釷含量比較高。釷、鉀含量還與黏土關系密切[8-9]。

圖3 LCO1井釷—鉀交會圖(楊柳崗組)Fig.3 Thorium-Potassium intersection diagram of LCO1 well(Yangliugang Group)

圖4 LCO1井釷—鉀交會圖(大陳嶺組)Fig.4 Thorium-Potassium intersection diagram of LCO1 well(Dachenling Group)

圖5 LCO1井 釷—鉀交會圖(荷塘組)Fig.5 Thorium-Potassium crossing map of LCO1 well(Hetang Group)

圖6 LCO1井釷—鉀交會圖(皮園村組)Fig.6 Thorium-Potam crossing map of LCO1 well(Piyuancun Group)

Th/K比值主要反映沉積能量大小，比值在10以上為高能環境，10～6為亞高能環境，6～3為低能環境[10-12]。

Th/U主要反映化學相，氧化環境下Th/U比值高，還原環境下Th/U比值低。據經驗統計：Th/K比值大于7時，主要為陸相泥巖和鋁土礦，屬風化完全、有氧化和淋濾作用的陸相沉積；Th/K比值為2～7，一般為氧化—還原過渡帶的沉積環境；Th/K比值小于2，為強還原環境的海相沉積，巖性為黑色海相泥巖、石灰巖及磷酸鹽巖[13-16]。

對本井各層組的沉積環境分析如下。

(1)華嚴寺組，井段為7.00～180.00 m，巖性以灰色泥灰巖為主，夾深灰色灰質泥巖、灰色角礫巖和深灰色硅質泥巖。釷鉀比為3.5～11.0，表明沉積能量為亞高能—低能；釷鈾比大多數在0.8～5.0，表明本層組為弱還原—弱氧化環境。

(2)楊柳崗組，井段為180.00～1 110.00 m，巖性為灰色泥灰巖、深灰色灰質泥巖、深灰色硅質泥巖、灰色泥巖和灰色角礫巖。釷鉀比的主要范圍為2.0～12.0，表明水動力條件變化較大，既有高能環境，也有亞高能和低能；釷鈾比大多數分布在0.3～7.0，表明本層組以還原環境為主，兼有弱氧化環境。

(3)大陳嶺組，井段為1 132.00～1 162.00 m，本組巖性主要為深灰色硅質泥巖。釷鉀比為2.0～7.5，表明水動力條件較弱，為低能沉積；釷鈾比為小于2的區間，表明本層組為還原環境。

(4)荷塘組，井段為1141.00～1276.00m、1 309.00～1 507.00 m，本組巖性以深灰色硅質泥巖為主，夾灰色泥灰巖和灰巖。釷鉀比為0.5～13.0，表明水動力條件變化較大，既有高能環境，也有亞高能和低能；釷鈾比值大多數分布在0.2～7.0，表明本層組兼有還原環境和弱氧化環境。

(5)皮園村組，井段為1 276.00～1 309.00 m，本組巖性主要為深灰色硅質泥巖。釷鉀比為3.5～12.0，表明水動力條件變化較大；釷鈾比大多數分布小于2的區間，表明本層組主要為還原環境。綜合特征表明本井地層沉積環境為還原環境沉積。

2.7 烴源巖生烴能力評價

自然伽馬能譜測井中鈾曲線代表地層中鈾的含量。有關研究資料表明，在還原環境和有機質富集的條件下，泥質沉積時會吸附大量的鈾離子，有機碳含量與鈾含量密切相關，有機碳含量越高，鈾含量也越高，有機碳含量與鈾含量是一種正相關關系。因此，可以用鈾值來評價烴源巖的生烴能力[17-20]。

利用能譜測井曲線對各層組作了烴源巖生烴能力評價，華嚴寺組鈾值峰值在1.0×10-6～4.0×10-6；楊柳崗組鈾值多在1.0×10-6～3.0×10-6；大陳嶺組鈾值多在2×10-6～43.0×10-6；荷塘組1 141.0～1 276.0 m井段鈾值多在2.0×10-6～8.0×10-6，1 309.0～1 507.0 m井段鈾值多在0.0～6.0×10-6，局部異常高值，超過100×10-6；皮園村組鈾值多在6.0×10-6～12.0×10-6。

總體來看，荷塘組地層鈾值分布較廣，多在小于30×10-6和大于50×10-6，為本井地層烴源巖生烴能力最好的井段；大陳嶺組地層鈾值多在2×10-6～43.0×10-6，為本井地層烴源巖生烴能力較好的井段；華嚴寺組鈾值最小，在1.0×10-6～9.0×10-6，指示地層有機質豐度低，不具有明顯的生油能力；楊柳崗組和皮園村組地層鈾值多在1.0×10-6～20.0×10-6，生烴能力較華嚴寺組強。

3 結論

通過測井資料中的自然伽馬能譜分析，研究了區內鉆井中富有機質泥頁巖的地層特征，探討了區內富有機質泥頁巖的生烴能力。

(1)通過黏土類型判別，鉆井中主要富有機質泥頁巖華嚴寺組黏土礦物類型為蒙脫石和伊蒙混層；楊柳崗組黏土礦物類型為蒙脫石、伊利石和伊蒙混層；大陳嶺組少量數據點指示黏土礦物類型為蒙脫石和伊利石，含少量伊蒙混層和云母；荷塘組黏土礦物類型為蒙脫石、伊蒙混層、伊利石和海綠石，含云母；皮園村組井段短，數據點少，有限資料指示該組黏土礦物類型為蒙脫石。

(2)通過沉積環境判別，華嚴寺組為弱還原—弱氧化環境。楊柳崗組以還原環境為主，兼有弱氧化環境。荷塘組兼有還原環境和弱氧化環境。皮園村組主要為還原環境。

(3)通過烴源巖生烴能力評價，華嚴寺組鈾值最小，指示地層有機質豐度低，不具有明顯的生油能力；楊柳崗組和皮園村組地層鈾值多在1.0×10-6～20.0×10-6，生烴能力較華嚴寺組強；荷塘組地層鈾值分布較廣，為本井地層烴源巖生烴能力最好的井段。