測井沉積學

常規的測井評價技術主要是分析孔隙性地層中的流體成分和確定地層的巖性及界面。自從60年代以來隨着沉積學的迅速發展以及測井技術的進步，地下沉積學研究也取得突破性進展，就油氣田勘探和開發而言，測井資料已是地下沉積學研究、特別是解釋古環境不可缺少的一種地質信息。 ^[1] 

自從60年代以來隨着沉積學的迅速發展以及測井技術的進步,地下沉積學研究也取得突破性進展,就油氣田勘探和開發而言,測井資料已是地下沉積學研究、特別是解釋古環境不可缺少的一種地質信息。

測井沉積學概念的提出可追溯到陸鳳根1988年發表於《測井技術》上的兩篇文章，即《測井沉積學基礎》和《測井沉積學方法和應用概述》。1999年尹壽鵬、王貴文系統總結了測井沉積學的概念、研究方法及內容以及計算機技術和數學方法在測井沉積學解釋中的應用等問題。認為測井沉積學是近些年來發展起來的一門新的邊緣學科，它是以測井資料為主，在油區沉積學研究覆蓋下，與其它學科和技術緊密結合的一種專門的多井測井評價技術。 ^[1] 

早期研究側重於常規測井資料,自80年代以來傾角測井及成像測井(主要是裸井眼微電阻率成像測井FMI和井下電視CBIL)資料在沉積學研究領域得到廣泛使用,提高了地質目標的分析精度和分辨能力。

目前,成像測井在所有的地球物理測井中具有最高的分辨率,對沉積學分析而言,可以更加準確地進行沉積特徵的識別和沉積環境的解釋,使研究更為直觀。成像測井技術的不斷改進可提供更多的地層信息,如確定構造傾角、沉積層理、古河道方向、巖相滲透屏障及孔隙類型等。 ^[2] 

就測井資料而言， 它是研究地質情況的間接資料， 而沉積學是把這些資料轉變為各種地質模型、模式， 然後利用這些模式、模型去解釋地下地質情況，即包括正演和反演兩個方面。正演問題: 要把自然界各種需要研究的地質現象建立相應的地質模型、模式， 這種模型、模式可分為兩大類， 即數理模型和幾何模型， 數理模型定量描述地下地質現象， 而幾何模型是定性描述地質現象。反演問題: 用有關的各種測井參數和曲線形態與各種不同的地質模型、模式建立關係， 以便正確反映地下地質現象。

反演問題包括兩個因素：

一是客觀因素， 即測井資料的準確性，同時要引進與測井沉積學有關的新測井技術； 另為主觀因素， 即在推論和提出假設的過程中加進人的思想， 這也是反演問題的關鍵， 應綜合利用人的智能分析和專家知識。

早期的測井沉積學研究側重於常規測井資料，自80 年代以來傾角測井及成像測井(主要是裸井眼微電阻率成像測井FMI 和井下電視CBIL ) 資料在沉積學研究領域得到廣泛使用， 提高了地質目標的分析精度和分辨能力。

目前， 成像測井在所有的地球物理測井中具有最高的分辨率， 對沉積學分析而言， 可以更加準確地進行沉積特徵的識別和沉積環境的解釋， 使研究更為直觀。成像測井技術的不斷改進可提供更多的地層信息， 如確定構造傾角、沉積層理、古河道方向、巖相滲透屏障及孔隙類型等。

地層傾角測井數據所提供的矢量圖、頻率方位圖和桿狀圖等都是對井剖面所鑽地層產狀的直觀描述， 至於其中潛在反映地層的構造、斷層以及沉積現象， 則需利用實際總結的反映地質現象的典型傾角模式結合地區性地質知識和積累的豐富經驗， 進行更高層次的解釋與判斷。

地層傾角是研究沉積特徵的重要方法， 它能反映巖性的均質、非均質、岩石粒度及分選性等岩石結構信息； 用短對比法處理傾角資料得到的矢量圖用於識別各種層理構造； 用矢量方位頻率圖可估計古水流方向。國內外很多學者都對地層傾角測井資料進行了大量深入的研究。主要包括沉積環境及沉積體系、地層傾角及傾向、斷層及不整合界面、砂體性質及幾何形狀、古水流方向和交錯層理、進積和退積層序以及沉積能量等的分析。

從上述分析可以看出， 測井資料沉積學分析並不能包括沉積學研究的所有內容(如顏色、古生物等) ， 其研究內容主要包括沉積環境、巖相解釋、沉積構造和古水流分析等。這些研究的顯著特點是把測井資料的地質應用與油區沉積學研究緊密結合起來， 從三維角度對油藏進行解剖。因此， 測井沉積學研究中相和沉積環境的分析是主要的研究內容， 尤其是相分析更為重要。在地質學中一直使用相的概念， 隨着油氣勘探和開發新技術的發展， 相的概念也被賦予了新的內涵， 當測量的數據是測井數據和地震數據時， 相就被定義為測井相和地震相。 ^[1] 

根據沉積學原理， 沉積相是沉積物形成條件的物質表現。從物質表現這點來看， 這種相的概念可包括測井相和地震相。沉積相的表現形式包括相序圖、相組圖、方塊結構圖以及方程式等。油區沉積相研究主要包括3 個階段， 即單井相分析、剖面對比相分析和平面相分析， 形成點—線—面的有機結合最終總結出沉積相模式。單井相分析主要是描述和分析垂直剖面， 確定成層層序， 對沉積過程作出推斷， 進而總結不同相的相序模式； 井剖面對比相分析主要解釋地質相的橫向展布及變化規律(涉及定時、穿時及相變等問題) ； 平面相分析是巖相古地理分析， 可認識有利油氣生成和儲集帶的地區分佈。

相標誌最能反映沉積相的一些地質特徵， 是沉積相分析的基礎和關鍵。相標誌包括: 相體的幾何形態、巖性、沉積構造、古水流、古生物和地球化學特徵等， 描述和分析這些相標誌是相分析及解釋過程的基礎， 測井沉積學研究的主要途徑就是分析和研究能描述各相標誌的測井響應特徵。

1、相體幾何形態

沉積岩體的幾何形態是指總體形狀和大小， 不涉及內部層理構造， 是沉積前地形、沉積環境和沉積後地質史的函數， 只有在沉積過程中形成並被保存下來的巖體其幾何形狀才有作為相標誌的價值。

幾何形狀研究有兩種途徑：

一是由整體到局部的研究過程， 即從地震相確定區域或油田範圍內各相體的大致形態和分佈， 然後由巖相和測井相分析結果對各相體進行詳細研究， 使地震相獲得更加精確和綜合的描述；

另一種是在鑽井覆蓋程度和密度較高的地區進行多井剖面對比分析， 由此得到相體幾何形狀和沉積過程的解釋。在相體幾何形態研究中測井資料起到了單井標定以及從點到面之間的橋樑作用， 測井對地震的標定可以分析相體的空間展布。

2、巖性及巖相分析

巖性分析主要是成分和結構分析。巖性是進行沉積相分析的基礎， 從測井資料看幾乎所有的測井方法都對巖性或沉積岩礦物成分有反映。由於沉積岩巖性比較複雜， 往往由不同比例的礦物組成， 加上孔隙系統及流體的影響以及層厚、井眼條件的干擾，一般要使用兩三種以上的巖性—孔隙度測井方法才能實現， 一般用交會技術和模型方法。

在巖性的解釋過程中， 除曲線選擇和方法使用外， 還應注意諸如井徑、縫洞、泥漿條件、電相重複和薄層等因素的影響， 應對解釋結果根據影響程度進行必要的校正。

用測井資料研究沉積結構主要是顆粒大小、形狀、排列、分選程度、含泥質情況及它們的縱向分佈，其依據是測井物性和巖性之間有密切的響應關係。

由於測井深度是時間刻度， 因此， 孔隙度、滲透率和含泥量曲線能反映沉積能量和作用時間變化的規律， 從而可描述沉積結構。由於碎屑岩巖性比較複雜， 進行結構分析時要選用不同的測井方法和分析方法才能獲得岩石結構的某些資料。如弱膠結的碎屑岩中， 影響測井響應的主要是組成岩石的顆粒， 因此， 測井資料就可研究顆粒的大小、形狀、排列與分選等。對於膠結好的碎屑岩， 僅在膠結物含量相同時才可以根據孔隙度的降低判別分選情況。具體講， 對於弱膠結碎屑岩， 可用自然伽瑪及自然電位測井曲線的形狀定性地估計岩石顆粒大小， 用自然伽瑪測井值確定岩石顆粒的直徑。根據岩石中富含長石、雲母等情況可確定該岩石的顆粒形狀是有稜有角的。如砂岩很純， 則自然放射性十分低， 孔隙度高且磨圓程度高。富含雲母的砂岩， 其介電常數高於正常值，這是因為電磁場垂直作用於片狀組成時， 這種岩石組分對於電場有很強烈的影響所致。

傳統的巖性及巖相分析方法是利用孔隙度測井進行礦物成分的研究， 用交會圖的形式來實現。隨後， 又陸續使用光電吸收指數、多元迴歸分析及非線性理論等方法研究礦物成分。

巖相的分析歷經了手工分析、模式識別、多元分析( 主成分和聚類分析等) 以及智能分析等階段。主要研究包括: 利用分數維進行巖性和沉積相的劃分及盆地演化的動力學特徵分析； 用主成分分析、判別分析和馬爾柯夫鏈方法分析沉積相； 通過對泥質含量的計算及電性曲線特徵分析進行相和測井相研究； 利用已有測井資料進行直方圖分析， 然後比較已建模式和被分析對象之間的誤差函數的分析技術來計算相的類型； 在巖相分析中還包括模糊集合理論和多維標度分析技術等。值得一提的是， 由於沉積微相的劃分存在着模糊性， 即具有多解性， 用普通的集合論就很難模擬人的思維， 而應用模糊集合論能較好地表示各種沉積微相的差異， 即通過把測井相數值模式和未知新模式用隸屬度表示， 然後計算未知模式與各標準模式間的貼近度， 比較其大小從而完成相的識別及劃分。 ^[3] 

3、沉積構造

沉積構造是測井沉積學研究的重要內容， 對於測井資料而言， 沉積過程中形成的宏觀結構(層理)只有在縱向分辨率高和採樣率高的成像測井和地層傾角測井上有響應。沉積構造所造成的層理包括層理產狀、形狀、界面特性和界面內物質結構等內容。

4、古水流和搬運方向

根據水流層理的特徵(類型、角度、形式、分佈)和方向(定向程度、發散程度、與古斜坡和砂體幾何形狀的走向關係) 與對應的測井信息來確定古水流的方向及發育情況。圖像資料和高精度地層傾角資料在岩心觀測結果和區域地質背景的刻度下， 成為古水流分析的主要依據。

5、地球化學分析

自然伽瑪能譜、巖性密度測井、激發伽瑪能譜測井等測井技術可使岩石中的10 餘種元素成分直接測量到， 使識別岩石成分和分析沉積環境的能力得到提高， 通過實驗室分析和理論研究使測井巖性組成成分解釋更趨合理。

測井相分析源於50 年代， 是由美國SHELL—PECTEN 公司的工程師在研究密西西比三角洲時提出的， 主要利用自然電位曲線進行相分析。從此，自然電位測井曲線在沉積環境和相分析中得到逐步推廣， 並由自然電位測井擴展到其它測井。O.Serra (1970) 首先正式提出電相(Elect rofacies) 的概念， 定義為: 確定某一部分沉積岩並區別於周圍巖體的一組測井的原始或分析數據。目前這一概念已被廣泛接受， 它起到了測井測量和沉積相分析之間的橋樑作用。測井資料是一種間接的地下地質資料， 測井數據及其分析結果離地質解釋之間的距離較大， 有些地質信息測井反映不出來(如顏色、化石等) ， 測井相分析需用巖相成果進行刻度才能擴大測井分析結果， 還原出更多的地質信息。測井相常通過形狀圖(曲線形狀、參數譜相圖、交會圖) 以及由測井資料演繹出的測井相圖來表示。關於測井相分析， 雍世和曾進行過系統總結，提出了測井相分析的內容及步驟， 即: 測井曲線的深度校正和環境校正、測井曲線的自動分層、地層傾角測井資料處理、測井曲線歸一化、多元分析(主成分分析和聚類分析) 及把測井相轉化為巖相。在測井相分析過程中， 主要的研究內容是相標誌的識別及相關測井信息的提取、分類(手工和計算機)。測井相研究是測井沉積學研究的核心， 是在岩心刻度下經過沉積相與測井資料綜合分析後建立的正演模型對連續的測井資料進行沉積學解釋的關鍵， 主要任務和研究內容是建立測井相沉積學解釋模板。目前， 測井相研究隨着測井方法和手段的發展(如高分辨率成像測井和地層傾角測井) ，已逐步向高精度、自動化和智能化方向發展， 在岩石學(顆粒、基質和膠結物)、沉積構造(層理、層面)、局部特徵分析(團塊、結核、蟲孔、黃鐵礦等)、分層處理、薄層分析等領域的資料提取和分析方面展示了廣闊的應用前景。 ^[4] 

最早系統整理測井資料地質應用的是Pirson的“測井資料地質分析”，其核心是把測井資料用於油區沉積學研究，進而描述油氣儲集層。用測井曲線的模式來解釋沉積環境奠定了用測井曲線進行沉積學分析的基礎。

沉積學研究中沉積相分析方法為測井沉積學提供了十分豐富的理論和方法基礎。在沉積相分析中，已發展了相的概念，成為包括沉積相、地震相和測井相的廣義相，三種相的結合大大提高了現代沉積學的功能，因此，測井沉積學可以沿用沉積學的研究成果。沉積學研究表明，現代沉積環境是有限的，古沉積岩的沉積相也是有限的、並且是可以與現代沉積過程建立聯繫的（均變論思想），在此基礎上建立的相模式成為沉積學研究的指南和基礎，測井相分析同樣可以應用這些成果。

測井資料的地質解釋和應用是測井技術系統的輸出，測井數據處理成果並不是最終的地質解釋，而是對經過信息還原的數據處理成果以及來源於測井與非測井兩大體系信息成果進行的綜合決策和分析，這樣才能為解決地下地質問題提供儘可能正確的答案。因此，在測井沉積學研究中，與其它地質資料相比，測井資料具有信息量大、縱向連續、橫向對比性好以及資料獲取時間短和成本低等特點，測井沉積學研究的關鍵是測井資料中所包含的沉積學信息的提取。 ^[3] 

目前， 沉積學研究已發展成為與其它學科(地球物理、地球化學、礦物、古生物、大地構造等) 緊密結合的綜合性學科。現代沉積學以研究沉積過程為特徵， 提供了人們認識地質體的大量知識， 按照本體論的思想， 沉積學研究的目的是縮小現代沉積過程和古代沉積岩特性認識和解釋之間的距離， 重建古代岩石的形成環境及變化規律。對油氣田勘探和開發而言， 在鑽井數較少以及取心不連續等條件下， 測井資料顯示了較強的優勢。

除上述經常使用的常規測井、傾角測井和主要的成像測井技術以外， 對於測井沉積學研究而言， 一些新的測井技術正在得到逐步的推廣和應用。如陣列感應測井儀(A IT ) 可探測不同深度感應曲線， 反映了地層層理和侵入特性等信息； 自然伽瑪和能譜伽瑪測井可用於泥質含量和粒徑分析， 從而分析古代沉積環境； 能譜測井(70 年代出現) 主要用於粘土礦物和氧化還原環境分析； 地球化學測井技術已成功地用於大洋鑽探計劃(ODP) 中， 分析火成岩和變質岩的演化及分佈規律。此外， 核測井的使用使測井地質應用進一步得到發展， 核測井可測量大量礦物和地球化學信息， 根據元素分析結果可計算礦物類型及進行成岩作用研究。儘管目前核測井應用範圍還較小， 但通過實驗室分析等手段進行標定後， 核測井的應用前途是光明的。

因此， 測井沉積學研究是和測井技術的發展密切相關的， 隨着科學技術的進步， 現代的測井解釋需綜合不同來源、不同性質及不同尺度的定量和定性的信息， 特別是成像技術的出現在油藏描述領域產生了質的突破。測井信息是地層岩石物理性質的反映， 岩石物理性質控制流體性質， 而流體性質又依賴於沉積物沉積後的成巖和沉積相特徵， 這就使測井和沉積學之間建立了聯繫。第五代成像測井技術的出現提供了這種特徵分析的基礎， 通過穿過地層的井壁成像資料的形狀、平整度、粗糙度、延伸性、角度關係、電阻率差異等因素的分析， 就可對地層的非均質性作出精細的解釋並通過不同的測井技術實現對其認識和標定。

用測井資料進行沉積學研究是測井資料地質應用的一個新領域， 它綜合利用了豐富的測井信息， 在沉積學領域又開創了一個新的方向， 豐富了沉積學的研究手段。從測井沉積學研究的背景看， 單純利用測井資料進行沉積學分析是不夠的， 必須建立在紮實的沉積知識的基礎之上， 充分了解沉積特徵與測井參數之間的關係(測井響應) ， 同時參考野外露頭測量、岩心測井和地震分析的結果， 選取適應地質特點的數學方法， 利用先進的計算機技術， 測井沉積學才能在油氣勘探和開發過程中發揮作用。用測井資料研究沉積學， 關鍵是方法的使用和模型的建立， 同時必須根據研究地區和研究目的的不同， 使這些方法和模型不斷改進和完善。 ^[4]