基于成因分析的湖相泥页岩岩相测井识别方法

摘要

本发明提供一种基于成因分析的湖相泥页岩岩相测井识别方法，该基于成因分析的湖相泥页岩岩相测井识别方法包括：步骤1，从研究对象的实际地质资料出发，进行泥页岩岩相类型分析；步骤2，从主要矿物成因和产状分析、典型井测井曲线形态出发，分析不同成因类型的矿物对测井曲线的影响；步骤3，参照岩相测井识别模式，建立适应研究对象的测井识别模式图版；步骤4，将需要识别岩相井的测井曲线资料与识别模式分段对比，进行岩相逐一识别。该基于成因分析的湖相泥页岩岩相测井识别方法操作简便、可在油田勘探研究中广泛应用，为陆相湖盆页岩油气的勘探提供了新的研究思路和技术手段。

说明书

技术领域

本发明涉及油气田地质勘探领域，特别是涉及到一种基于成因分析的湖相泥页岩岩相测井识别方法。

背景技术

北美海相页岩油气勘探的成功使得陆相湖盆泥页岩的研究得到重视，不同于海相泥页岩，湖相泥页岩中主要的脆性矿物为碳酸盐岩而非石英，且湖相泥页岩的岩相变化大，岩相识别是陆相页岩油气勘探研究的一项重要基础工作。

常规油藏的岩性或岩相测井识别较为简单，而泥页岩岩相往往是由不同岩性或矿物组成的密集薄互层的组合，用常规储层的测井解释方法识别薄互层，难以获得理想效果。为此我们发明了一种新的基于成因分析的湖相泥页岩岩相测井识别方法，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种在成因分析基础上，明确岩相中主要矿物的含量和产状对测井曲线的影响，并建立测井识别模式的方式实现的基于成因分析的湖相泥页岩岩相测井识别方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：基于成因分析的湖相泥页岩岩相测井识别方法，该基于成因分析的湖相泥页岩岩相测井识别方法包括：步骤1，从研究对象的实际地质资料出发，进行泥页岩岩相类型分析；步骤2，从主要矿物成因和产状分析、典型井测井曲线形态出发，分析不同成因类型的矿物对测井曲线的影响；步骤3，参照岩相测井识别模式，建立适应研究对象的测井识别模式图版；步骤4，将需要识别岩相井的测井曲线资料与识别模式分段对比，进行岩相逐一识别。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤1中，从研究对象的实际地质资料出发，搞清湖盆的类型及湖水盐度这些基本特征，通过岩芯观察及薄片分析资料，明确湖盆泥页岩主要的岩相类型。

在步骤1中，根据陆相湖盆岩芯观察和统计，湖相泥页岩按层理构造的发育程度、碳酸盐矿物及有机质的含量分为三类岩相，分别为块状、层状和纹层状，块状包括泥岩、灰质泥岩，层状包括泥岩、灰质泥岩，纹层状包括页岩、油页岩、灰质油页岩、钙片黑页岩。

在步骤2中，主要矿物成因及产状分述如下：

(1)陆源碎屑矿物

陆源碎屑矿物包括粘土、石英、长石，其中以粘土矿物为主，石英、长石矿物含量低，且多分散于粘土矿物之中；

(2)碳酸盐矿物

以方解石为主，次为白云石、菱铁矿，综合分析其成分有两种来源：生物及蒸发成因的碳酸盐、化学胶结成因的碳酸盐；

生物及蒸发成因的碳酸盐：来源于湖盆边缘自生碳酸盐岩类，经机械破坏、淘洗后漂浮到湖泊深水区沉积而成，颗粒以泥晶为主，在特殊条件下可发生重结晶作用，行成粗大颗粒，该种碳酸盐的成因受季节性影响，其产状主要呈层状或纹层状集中分布，如水平纹层中的亮色层；

化学胶结成因的碳酸盐：该类成分为化学沉淀或后期成岩作用形成，以胶结物形式存在，在泥质岩中呈均匀分散状分布，湖水介质的咸淡对该类碳酸盐矿物的含量有明显的控制作用，湖水咸化，化学胶结成因的碳酸盐含量更高；

(3)有机质

附着于粘土层之中，呈层状分布，有机质丰度越高泥页岩颜色越深。

在步骤2中，分析不同成因类型的矿物对电阻率、声波时差、中子孔隙度、密度这些测井曲线的影响，不同矿物成分及产状对测井曲线的影响为：

(1)碳酸盐

碳酸盐对电阻率、三孔隙度曲线即声波、中子孔隙度和密度的影响明显，除了矿物的含量外，碳酸盐产状不同产生的影响也不同；

层状碳酸盐影响电阻率的高值部分，含量越高电阻率绝对值也越高，层状碳酸盐较致密，在三孔隙度曲线上表现为低声波时差、低中子孔隙度和高密度的特征；

均匀分散状碳酸盐散布于粘土中，影响电阻率的基值部分，其含量越高电阻率曲线的基值也越高，咸水湖泊泥页岩中均匀分散状的碳酸盐含量高，电阻率基值也普遍高，均匀分散状碳酸盐在三孔隙度曲线上的响应是总体幅度的升降，其含量高，则岩相总体的声波时差、中等中子孔隙度值降低，密度升高；

(2)粘土和有机质

有机质附着于粘土之中，与粘土共同对测井曲线产生影响；

粘土颗粒微细，微孔中含有大量束缚水，粘土的导电性佳，电阻率曲线响应为低-极低值，有机质的导电性差，粘土在富含有机质的情况下，束缚水含量降低，总体的导电性差，表现为高—极高值；

粘土和有机质相对疏松，在三孔隙度曲线上表现为高声波时差、高中子孔隙度、低密度的特征。

在步骤3中，岩相特征与测井曲线识别模式为：

(1)块状类岩相

块状泥岩：形成于开阔湖淡水-微咸水环境，颜色灰绿-浅灰色，近陆源沉积速率高，缺乏层理构造，块状泥岩中粘土矿物含量高，有机质含量低，有机碳＜2％，导电性好，测井识别模式为：电阻率为低-极低值；声波时差和中子孔隙度高值、密度低值，曲线幅度变化不大；

块状灰质泥岩：形成于半闭塞咸水湖相环境，颜色浅灰-灰色。由来自湖盆浅水区域的淡水泥质质点与湖盆深层一定盐度灰质胶体混合，产生絮凝，在湖盆中沉降形成，沉积速率高，有机质不富集，有机碳＜2％，以胶结形式存在的均匀分散状灰质含量高，影响了岩石总体的导电性，测井识别模式为：电阻率为中-低值；声波时差和中子孔隙度为中值、密度中-高值；岩性均值，曲线上下幅度变化不大；

(2)层状类岩相

层状泥岩：形成于半闭塞淡水-微咸水湖环境，颜色为灰-深灰色，有机质含量中等-低，有机碳为1.5-3％,粘土、石英等陆源碎屑矿物含量中-高，层理系季节性或陆源碎屑间歇性注入影响形成，沉积速率中等，呈层状，测井识别模式为：电阻率为中-低值；声波时差和中子孔隙度为中值、密度为中值，曲线呈幅度变化不大的齿状；

层状灰质泥岩：形成于半闭塞咸水湖环境，颜色为灰-深灰色，有机质含量中等-低，有机碳为2-4％，粘土、石英等陆源碎屑矿物含量中等，由粘土等陆源碎屑层和富含碳酸盐层周期性叠加沉积形成，沉积速率中-低，呈层状或不明显纹层状，测井识别模式为：电阻率为中值，基值较高，代表胶结类碳酸盐含量高；声波时差和中子孔隙度为中低值、密度为中高值，曲线呈幅度变化不大的齿状；

(3)纹层类岩相

纹层类岩相种类多，形成于闭塞湖强还原环境，湖水有温度或盐度分层现象，粘土、石英等陆源碎屑矿物含量低，沉积速率缓慢-极慢，有机质丰富，随着有机质的富集程度增加颜色呈现为深灰、褐色、褐黑色，季节性差异沉积作用形成的层理发育，由微细、平整、连续的富含有机质粘土纹层与隐晶质碳酸钙纹层或显晶质钙质层组成层偶；

纹层状页岩：有机质中等，有机碳为2-4％，胶结类均匀分散状碳酸盐含量低。测井识别模式为：电阻率中低值；声波时差和中子孔隙度曲线呈中等幅度高低起伏的尖峰状，代表粘土等陆源碎屑纹层和碳酸盐纹层的频繁互层；

纹层状油页岩：有机质丰富，有机碳为4-6％，胶结类均匀分散状碳酸盐含量低。测井识别模式为：电阻率高值，基质低；声波时差和中子孔隙度曲线呈中高幅度尖峰状起伏，代表富有机质粘土纹层和碳酸盐纹层的季节性层理发育；

纹层状灰质油页岩：有机质丰富，有机碳为4-6％，页理明显，胶结类均匀分散状碳酸盐含量高。测井识别模式为：电阻率高值，基值较高；声波时差和中子孔隙度曲线呈中等幅度齿状，粘土纹层中胶结类碳酸盐含量高减小了曲线幅度差。

纹层状钙片黑页岩：有机质极为丰富，有机碳为4-17％，黑页岩层纹理极细微，肉眼不易分辨，又称油泥岩，中间夹片状碳酸钙层，为隐晶质碳酸盐岩重结晶作用形成。测井识别模式较特别，为：电阻率高-极高值，基值可高可低，代表胶结类碳酸盐含量从低到高都有，声波时差和中子孔隙度曲线以出现极高值为特征，并呈现大幅度尖峰状起伏，高值代表富含有机质的粘土纹层即黑页岩，低值代表钙质层即钙片。

在步骤4中，将需要识别岩相井的测井曲线资料与识别模式分段对比，进行岩相逐一识别：低电阻率值的为块状，中等电阻率值的为层状，高电阻率值的为纹层状，偶有高电阻率、低声波时差的灰岩层夹于泥页岩中，但容易区分；电阻率基值高，则反映胶结类碳酸盐含量高，可识别为含灰质；三孔隙度曲线的尖峰状剧烈变化，为纹层的反映。

本发明中的基于成因分析的湖相泥页岩岩相测井识别方法，涉及陆相沉积盆地相关理论认识、技术应用及油气田地质勘探领域，可以为陆相含油气盆地页岩油气的勘探评价提供一套简单有效的岩相识别方法。泥页岩岩相包含有储集物性、可压性、含油气性等重要评价指标，不同类型泥页岩岩相的评价指标差异大，应用该方法可以对页岩油气钻探井进行岩相识别和评价，研究有利岩相的发育分布规律，为页岩油气的勘探部署提供依据。本发明中的基于成因分析的湖相泥页岩岩相测井识别方法，改变了以往对泥页岩以单一岩性为单元的测井识别方法，采用测井曲线形态组合加以识别，该方法重视测井曲线的相对变化，测井曲线的绝对值只做岩相识别的参考。并且，成因识别法强调了矿物的产状对测井曲线形态的影响，泥页岩中碳酸盐矿物有两种成因，形成层状和均匀分散(胶结物形式)两种产状，测井曲线对两种产状的酸盐矿物的响应也截然不同。该发明通过建立测井曲线识别模式，对钻探井进行岩相识别，方法操作简便，适用于陆相湖盆页岩油气的勘探研究和生产部署工作。该方法主要是在济阳坳陷油页岩的勘探认识中形成，对其它地区陆相湖盆中泥页岩的岩相识别也具有一定的借鉴和适应性。应用该方法对陆相湖盆泥页岩的岩相进行识别，可以达到对泥页岩的岩相进行分类评价，找出有利岩相发育区进行勘探部署的目的。

附图说明

图1为本发明的基于成因分析的湖相泥页岩岩相测井识别方法的一具体实施例的流程图；

图2为本发明的一具体实施例中湖相泥页岩中碳酸盐矿物来源及产状示意图；

图3为本发明的一具体实施例中块状泥岩测井识别模式图；

图4为本发明的一具体实施例中块状灰质泥岩测井识别模式图；

图5为本发明的一具体实施例中层状泥岩测井识别模式图；

图6为本发明的一具体实施例中层状灰质泥岩测井识别模式图；

图7为本发明的一具体实施例中纹层状页岩测井识别模式图；

图8为本发明的一具体实施例中纹层状油页岩测井识别模式图；

图9为本发明的一具体实施例中纹层状灰质油页岩测井识别模式图；

图10为本发明的一具体实施例中纹层状钙片黑页岩测井识别模式图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。

如图1所示，图1为本发明的基于成因分析的湖相泥页岩岩相测井识别方法的流程图。

步骤101，从研究对象的实际地质资料出发，搞清湖盆的类型及湖水盐度等基本特征，通过岩芯观察及薄片分析资料，明确湖盆泥页岩主要的岩相类型。

根据陆相湖盆岩芯观察和统计，湖相泥页岩按层理构造的发育程度、碳酸盐矿物及有机质的含量等可分为三类岩相，分别为块状(包括泥岩、灰质泥岩)、层状(包括泥岩、灰质泥岩)、纹层状(包括页岩、油页岩、灰质油页岩、钙片黑页岩等)。不同岩相类型的主要矿物含量及产状、有机质丰度都有较大差别，主要岩相类型、名称见表1。

表1湖相泥页岩主要岩相类型表

表1中所列碳酸盐总量为济阳坳陷的统计数据，其它地区可根据本地特色作调整，济阳坳陷泥页岩各岩相类型的碳酸盐总量常常大于50％，通常泥页岩碳酸盐含量大于50％即过渡为灰岩类，但实际上，探井录井中灰质页岩、灰质油页岩等泥质岩的灰质含量实测值大多在50％-70％。究其原因是碳酸盐矿物有两种成因，其中层状的、以机械搬运方式来源的碳酸盐岩微粒可归属为泥质成分参与命名，如同陆源碎屑颗粒小于4μm则定名为泥质岩，而不定名为砂岩的道理一样。

步骤102，从主要矿物成因和产状分析、典型井测井曲线形态出发，分析不同成因类型的矿物对电阻率、声波时差、中子孔隙度、密度等测井曲线的影响。

在一实施例中，进行泥页岩主要矿物成因及产状分析。泥页岩是机械沉积分异的最细产物，粒度＜4μm，其成分包括陆源碎屑矿物、碳酸盐矿物及有机质等。主要矿物成因及产状分述如下。

(1)陆源碎屑矿物

陆源碎屑矿物包括粘土、石英、长石等，其中以粘土矿物为主，石英、长石矿物含量低，且多分散于粘土矿物之中。

(2)碳酸盐矿物

以方解石为主，次为白云石、菱铁矿。综合分析其成分主要有两种来源：生物及蒸发成因的碳酸盐、化学胶结成因的碳酸盐(图2)。

生物及蒸发成因的碳酸盐：来源于湖盆边缘自生碳酸盐岩类，经机械破坏、淘洗后漂浮到湖泊深水区沉积而成。颗粒以泥晶为主，在特殊条件下可发生重结晶作用，行成粗大颗粒。该种碳酸盐的成因受季节性影响，其产状主要呈层状或纹层状集中分布，如水平纹层中的亮色层(图2所示)。

化学胶结成因的碳酸盐：该类成分为化学沉淀或后期成岩作用形成，以胶结物形式存在，在泥质岩中呈均匀分散状分布。湖水介质的咸淡对该类碳酸盐矿物的含量有明显的控制作用，湖水咸化，化学胶结成因的碳酸盐含量更高。

(3)有机质

主要附着于粘土层之中，呈层状分布。有机质丰度越高泥页岩颜色越深，如深灰、灰褐、黑褐色。

不同矿物成分及产状对测井曲线的影响为：

(1)碳酸盐

碳酸盐对电阻率、三孔隙度曲线(声波、中子孔隙度和密度)的影响明显，除了矿物的含量外，碳酸盐产状不同产生的影响也不同。

层状碳酸盐影响电阻率的高值部分，含量越高电阻率绝对值也越高；层状碳酸盐较致密，在三孔隙度曲线上表现为低声波时差、低中子孔隙度和高密度的特征。

均匀分散状碳酸盐散布于粘土等其它矿物中，影响电阻率的基值部分，其含量越高电阻率曲线的基值也越高。一般，咸水湖泊泥页岩中均匀分散状的碳酸盐含量高，电阻率基值也普遍高；均匀分散状碳酸盐在三孔隙度曲线上的响应是总体幅度的升降，其含量高，则岩相总体的声波时差、中等中子孔隙度值降低，密度升高。

(2)粘土和有机质

有机质一般附着于粘土之中，与粘土共同对测井曲线产生影响。

粘土颗粒微细，微孔中含有大量束缚水，一般情况下粘土的导电性佳，电阻率曲线响应为低-极低值；有机质的导电性差，粘土在富含有机质的情况下，束缚水含量降低，总体的导电性差，表现为高—极高值。

粘土和有机质相对疏松，在三孔隙度曲线上表现为高声波时差、高中子孔隙度、低密度的特征。

步骤103，参照岩相测井识别模式，建立适应研究对象的测井识别模式图版。

岩相特征与测井曲线识别模式为：

(1)块状类岩相

块状泥岩：一般形成于开阔湖淡水-微咸水环境，颜色灰绿-浅灰色，近陆源沉积速率高，缺乏层理构造。块状泥岩中粘土矿物含量高，有机质含量低(有机碳一般＜2％)，因此导电性好。测井识别模式如图3所示：电阻率为低-极低值；声波时差和中子孔隙度高值、密度低值，曲线幅度变化不大。

块状灰质泥岩：一般形成于半闭塞咸水湖相环境，颜色浅灰-灰色。由来自湖盆浅水区域的淡水泥质质点与湖盆深层一定盐度灰质胶体混合，产生絮凝，在湖盆中沉降形成。沉积速率高，有机质不富集(有机碳一般＜2％)，以胶结形式存在的均匀分散状灰质含量高，影响了岩石总体的导电性。测井识别模式如图4所示：电阻率为中-低值；声波时差和中子孔隙度为中值、密度中-高值；岩性均值，曲线上下幅度变化不大。

(2)层状类岩相

层状泥岩：形成于半闭塞淡水-微咸水湖环境，颜色为灰-深灰色，有机质含量中等-低(有机碳为1.5-3％),粘土、石英等陆源碎屑矿物含量中-高，层理系季节性或陆源碎屑间歇性注入影响形成，沉积速率中等，呈层状。测井识别模式如图5所示：电阻率为中-低值；声波时差和中子孔隙度为中值、密度为中值，曲线呈幅度变化不大的齿状。

层状灰质泥岩：形成于半闭塞咸水湖环境，颜色为灰-深灰色，有机质含量中等-低(有机碳为2-4％)，粘土、石英等陆源碎屑矿物含量中等。由粘土等陆源碎屑层和富含碳酸盐层周期性叠加沉积形成，沉积速率中-低，呈层状或不明显纹层状。测井识别模式如图6所示：电阻率为中值，基值较高，代表胶结类碳酸盐含量高；声波时差和中子孔隙度为中低值、密度为中高值，曲线呈幅度变化不大的齿状。

(3)纹层类岩相

纹层类岩相种类多，主要形成于闭塞湖强还原环境，湖水有温度或盐度分层现象，粘土、石英等陆源碎屑矿物含量低，沉积速率缓慢-极慢，有机质丰富，随着有机质的富集程度增加颜色呈现为深灰、褐色、褐黑色。季节性差异沉积作用形成的层理发育，由微细、平整、连续的富含有机质粘土纹层与隐晶质碳酸钙纹层(或显晶质钙质层)组成层偶。

纹层状页岩：有机质中等(有机碳为2-4％)，胶结类均匀分散状碳酸盐含量低。测井识别模式如图7所示：电阻率中低值；声波时差和中子孔隙度曲线呈中等幅度高低起伏的尖峰状，代表粘土等陆源碎屑纹层和碳酸盐纹层的频繁互层。

纹层状油页岩：有机质丰富(4-6％)，胶结类均匀分散状碳酸盐含量低。测井识别模式如图8所示：电阻率高值，基质低；声波时差和中子孔隙度曲线呈中高幅度尖峰状起伏，代表富有机质粘土纹层和碳酸盐纹层的季节性层理发育。

纹层状灰质油页岩：有机质丰富(4-6％)，页理明显，胶结类均匀分散状碳酸盐含量高。测井识别模式如图9所示：电阻率高值，基值较高；声波时差和中子孔隙度曲线呈中等幅度齿状，粘土纹层中胶结类碳酸盐含量高减小了曲线幅度差。

纹层状钙片黑页岩：有机质极为丰富(4-17％)，黑页岩层纹理极细微，肉眼不易分辨，又称油泥岩，中间夹片状碳酸钙层，为隐晶质碳酸盐岩重结晶作用形成。测井识别模式较特别，如图10所示：电阻率高-极高值，基值可高可低，代表胶结类碳酸盐含量从低到高都有；声波时差和中子孔隙度曲线以出现极高值为特征，并呈现大幅度尖峰状起伏，高值代表富含有机质的粘土纹层(即黑页岩)，低值代表钙质层(即钙片)。

步骤104，将需要识别岩相井的测井曲线资料与识别模式分段对比，进行岩相逐一识别：一般低电阻率值的为块状，中等电阻率值的为层状，高电阻率值的为纹层状，偶有高电阻率、低声波时差的灰岩层夹于泥页岩中，但容易区分；电阻率基值高，则反映胶结类碳酸盐含量高，可识别为含灰质；三孔隙度曲线的尖峰状剧烈变化，一般为纹层的反映。

本发明中的基于成因分析的湖相泥页岩岩相测井识别方法，首次按成因将泥页岩中碳酸盐矿物区分为两种产状，分别为层状分布和均匀分散状分布，指出两种产状的碳酸盐矿物在测井曲线上有明显不同的两种响应，因而不能用测井曲线的绝对值来区分岩相，提出了一种操作简便、可在油田勘探研究中广泛应用的测井曲线模式的岩相识别方法，为陆相湖盆页岩油气的勘探提供了新的研究思路和技术手段。