一种无井覆盖区碎屑岩风化壳结构的识别方法

摘要

本发明提供一种无井覆盖区碎屑岩风化壳结构的识别方法，应用于石油勘探技术领域，该方法包括：选择碎屑岩露头和取心段；获得露头样品和岩心样品，计算露头样品的风化指数和岩心样品的风化指数；将露头样品的风化指数与岩心样品的风化指数进行对比，确定岩心样品的风化壳结构；根据取心段对应的测井曲线及岩心样品的风化壳结构，建立碎屑岩风化壳结构识别模板；将碎屑岩风化壳结构识别模板应用到其他井，确定碎屑岩风化壳不同结构层的平面分布情况；绘制地震属性平面图，将地震属性平面图与碎屑岩风化壳不同结构层的平面分布情况拟合，确定无井覆盖区风化壳结构的分布情况。本发明准确性高，误差小，极大的提高了碎屑岩风化壳的识别和预测精度。

说明书

技术领域

本发明涉及石油勘探技术领域，具体地，涉及一种无井覆盖区碎屑岩风化壳结构的识 别方法。

背景技术

地壳表层岩石风化后，除一部分溶解物质流失以外，其碎屑残余物质和新生成的化学 残余物质大都残留在原来岩石的表层，由风化残余物质组成的地表岩石的表层部分，或者 说已风化了的地表岩石的表层部分为风化壳。

风化壳包括地表风化壳和古风化壳，其中，古风化壳主要包括顶部的风化粘土岩和下 覆的风化淋滤带，本申请所涉及的风化壳结构专指古风化壳结构。风化粘土岩和风化淋滤 带对于油气的控藏作用不同，风化粘土岩作为有效的封盖层，可以封堵油气；风化淋滤带 是比较好的储层，可以输导、聚集油气。风化壳结构的识别对于油气勘探，尤其是地层油 气藏的勘探有重要意义。与其他岩类相比，碎屑岩中易淋滤的矿物较少，且在未风化的情 况下也可以作为较好的储层，因此在岩心和测井上往往难以识别其结构，更何况垂向分辨 率较低的地震上。

目前针对碎屑岩风化壳结构，较少有人通过露头开展工作。他人仅在碎屑岩风化壳结 构的单井识别上有少量研究，但单井上识别碎屑岩风化壳结构本身就有很大难度和多解 性，而且目前还没有专门针对无井覆盖区的碎屑岩风化壳结构的识别方法。

在风化过程中，不同元素的迁移能力相差悬殊，国内外很多学者通过野外露头的观测， 根据元素在露头上的变化建立了多种风化指数计算公式，并得到了岩石在完全风化、未风 化条件下的理论计算值，如表1所示的帕克风化指数（WIP）、威格特残余指数（V）、化 学蚀变指数（CIA）、化学风化指数（CIW）、斜长石蚀变指数（PIA）等，这些指数也广 泛的应用在碳酸盐岩、花岗岩等地表风化壳中。

表1

分析表1可知，现有的风化指数计算方法中，计算结果只有完全风化和未风化两类， 无法判断其与风化壳的风化粘土岩、风化淋滤带之间的对应关系。而且完全风化和未风化 的理论计算结果无法用来判断风化壳的结构。此外，前人建立的这些风化指数，大多是基 于地表的碳酸盐岩露头、火山岩露头等，并不能很好的用在碎屑岩露头上。

此外，还有一些学者利用上述的风化指数计算方法来判断岩心上的风化壳结构识别， 然后利用主成分分析取心段的测井曲线，提出了判识风化壳结构的标准图版。但是由于经 过风化的碎屑岩和未风化的碎屑岩在岩心上的鉴定特征并不明显，识别时多解性强，尤其 是风化壳结构的划分，单纯通过岩心来判断风化壳结构不是太准确；而且，如前述所说， 上述的风化指数计算方法本身也并不适用于碎屑岩露头。

发明内容

本发明实施例的主要目的在于提供一种无井覆盖区碎屑岩风化壳结构的识别方法，以 提供一种实现无井覆盖区碎屑岩风化壳结构准确识别的技术。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种无井覆盖区碎屑岩风化壳结构的识别方 法，包括：

选择碎屑岩露头和取心段，并根据所述碎屑岩露头的地层接触关系，确定所述碎屑岩 露头的风化壳结构；其中，所述碎屑岩露头包含待研究的不整合面和风化壳；所述取心段 位于待研究不整合面之下，且与所述待研究不整合面之间不存在更高级别或同级别的不整 合面；

对所述碎屑岩露头位于所述待研究不整合面以下的部分取样，获得露头样品；对所述 取心段位于所述待研究不整合面以下的部分取样，获得岩心样品；对所述露头样品和所述 岩心样品进行常量元素测定，并计算所述露头样品的风化指数和所述岩心样品的风化指 数；

将所述露头样品的风化指数与所述岩心样品的风化指数进行对比；根据对比结果并结 合所述碎屑岩露头的风化壳结构，确定所述岩心样品的风化壳结构；

利用数据统计方法分析所述取心段对应的测井曲线，结合所述岩心样品的风化壳结 构，建立碎屑岩风化壳结构识别模板，所述模板包括风化壳结构层、岩性，以及不同风化 壳结构层对应的测井曲线形态、不同测井序列的值域；

将所述碎屑岩风化壳结构识别模板应用到待研究的其他井，通过绘制碎屑岩风化壳不 同结构层在平面上的厚度等值线，确定碎屑岩风化壳不同结构层的平面分布情况，所述待 研究的其他井具有所述碎屑岩风化壳结构识别模板中包括的测井序列；

沿所述待研究不整合面向下开时窗提取地震属性并绘制地震属性平面图；将所述地震 属性平面图与所述碎屑岩风化壳不同结构层的平面分布情况拟合，确定无井覆盖区风化壳 结构的分布情况。

借助于上述技术方案，本发明针对露头、井下岩心分析，准确性高；分析中借用成熟 的数据分析方法与地震属性分析技术，误差小，并且通过地球化学手段，结合了垂向分辨 率高的单井和横向分辨率高的地震，将露头、井下、地震融为一体，极大的提高了碎屑岩 风化壳的识别和预测精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附 图获得其他的附图。

图1是本发明提供的无井覆盖区碎屑岩风化壳结构的识别方法的流程示意图；

图2是本发明实施例一提供的准噶尔盆地碎屑岩露头剖面照片；

图3是本发明实施例一提供的准噶尔盆地石南302井K-J风化壳结构和风化指数；

图4是本发明实施例一提供的碎屑岩风化壳结构识别模板；

图5是本发明实施例一提供的对无井覆盖区碎屑岩风化壳结构的识别预测结果。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地 描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种无井覆盖区碎屑岩风化壳结构的识别方法，如图1所示，该方法包括：

步骤S11，选择碎屑岩露头和取心段，并根据所述碎屑岩露头的地层接触关系，确定 所述碎屑岩露头的风化壳结构；其中，所述碎屑岩露头包含待研究的不整合面和风化壳； 所述取心段位于所述待研究不整合面之下，且与所述待研究不整合面之间不存在更高级别 或同级别的不整合面。

具体的，该步骤所选择的碎屑岩露头必须包含待研究的不整合面和风化壳，以便从露 头上可以清楚的识别、划分风化壳结构。

在一种较佳的实施例中，取心段选自待研究不整合面之下30m范围内，取心段有伽玛 （GR）、自然电位（SP）、密度（RHOB）、声波时差（AC）、电阻率（RT）等常用的 测井序列，并且取心段有地震数据覆盖，可以通过井震结合，利用本发明方法预测无井区 碎屑岩风化壳结构。

步骤S12，对所述碎屑岩露头位于所述待研究不整合面以下的部分取样，获得露头样 品；对所述取心段位于所述待研究不整合面以下的部分取样，获得岩心样品；对所述露头 样品和所述岩心样品进行常量元素测定，并计算所述露头样品的风化指数和所述岩心样品 的风化指数。

具体的，该步骤对步骤S11所选择的碎屑岩露头中位于所述待研究不整合面以下的部 分进行取样，并对所选择的取心段中位于相同不整合面之下的部分进行取样。为了获得好 的取样效果，取样最好覆盖各种岩石类型。在一种较佳的实施例中，该步骤应保证在每种 岩性变化段获取1～2个样品。

该步骤测定常量元素时，应去除露头样品和岩心样品中的碳酸盐岩矿物影响，其原因 是碳酸盐岩矿物多为后期胶结物，并不能代表风化作用的影响。

在一种较佳的实施例中，该步骤采用以下公式求取露头样品的风化指数：

K=100×(Al₂O₃+Fe₂O₃)/(Na₂O+K₂O+CaO+MgO+SiO₂+Al₂O₃+Fe₂O₃)

以上公式中，K为风化指数，Al₂O₃表示露头样品中Al₂O₃的含量，Fe₂O₃表示露头样品 中Fe₂O₃的含量，Na₂O表示露头样品中Na₂O的含量，K₂O表示露头样品中K₂O的含量，CaO 表示露头样品中硅酸盐矿物中的CaO含量，MgO表示露头样品中MgO的含量，SiO₂表示露 头样品中SiO₂的含量，上述各种含量均以摩尔百分数表示；

同理，将上式中的各个参数换成岩芯样品对应的参数，就可以采用上述公式求取岩心 样品的风化指数。

步骤S13，将所述露头样品的风化指数与所述岩心样品的风化指数进行对比；根据对 比结果并结合所述碎屑岩露头的风化壳结构，确定所述岩心样品的风化壳结构。

由于露头风化时间和程度比岩心更强，因此在该步骤中，必须在同等风化指数级别上 对露头样品的风化指数与岩心样品的风化指数进行对比。这就需要根据岩心样品与待研究 不整合面之间的关系，通过岩性和风化程度将岩心样品的风化指数与露头样品的风化指数 进行对比，即相同岩性、类似风化程度的岩心样品和露头样品，其风化指数应近似相等。

步骤S14，利用数据统计方法分析所述取心段对应的测井曲线，根据测井曲线分析的 结果并结合岩心样品的风化壳结构，建立碎屑岩风化壳结构识别模板，所述模板包括风化 壳结构层、岩性，以及不同风化壳结构层对应的测井曲线形态、不同测井序列的值域。

在一种较佳的实施例中，该步骤可采用主成分分析法/聚类分析法/灰色关联理论分析 取心段对应的测井曲线。

步骤S15，将所述碎屑岩风化壳结构识别模板应用到待研究的其他井（这些井必须含 有步骤S14建立的碎屑岩风化壳结构识别模板中的测井序列），通过绘制碎屑岩风化壳不 同结构层在平面上的厚度等值线，确定碎屑岩风化壳不同结构层的平面分布情况。

步骤S16，沿所述待研究不整合面向下开时窗提取地震属性并绘制地震属性平面图； 将所述地震属性平面图与所述碎屑岩风化壳不同结构层的平面分布情况拟合，确定无井覆 盖区风化壳结构的分布情况。

具体的，通过井震标定，沿着待研究的不整合面向下开时窗提取地震属性，与步骤S15 中测井刻画的碎屑岩风化壳平面分布拟合，最终实现无井覆盖区碎屑岩风化壳结构的识 别。

该步骤中，要沿着待研究不整合面向下开时窗提取地震属性，视窗的大小与碎屑岩露 头的风化壳结构厚度、不整合面的埋深等因素有关。

地震属性应采用能够反应岩性的属性。在一种较佳的实施例中，该步骤提取的地震属 性为均方根RMS振幅属性。

实施例一

本实施例为利用本发明提供的上述方法，对准噶尔盆地腹部地区白垩系（K）-侏罗系 （J）之间的风化壳结构进行了识别。

选择准噶尔盆地西北缘碎屑岩露头，如图2所示，露头中包含了白垩系（K）—侏罗系 （J）不整合、齐古组（J₃q）—西山窑组（J₂x）不整合，风化壳出露完整，可以直观的识 别风化壳结构，风化粘土岩1～2m，风化淋滤带在20m以上。取心井选取准噶尔盆地腹部石 南油气田石南21井区、石南31井区的井，石南21、石南31井区主力产层是K-J不整合面紧邻 的储层，取心段比较完整。

对露头、岩心风化壳上、下的地层采用0.5m为间隔密集取样，做常量元素分析，计算 所有样品的风化指数。通过计算，确定出碎屑岩露头风化壳的风化指数范围，风化粘土岩 的风化指数K>30，下覆的风化淋滤带风化指数K<30，其中泥质含量较多的风化淋滤带， 25<K<30，砂质含量较多的风化淋滤带，20<K<25。将计算出的露头风化指数与岩心的对 比，确定岩心的风化壳结构，如图3所示。

利用主成分分析方法处理取心段对应的测井曲线序列，得出2条主成分分析曲线PC1和 PC2，如图4所示，PC1和PC2在2650m左右曲线发生交叉反相，代表了岩心上K-J之间的不 整合面。风化壳测井曲线的识别模板可以简单的归纳为：原岩的PC2一般小于-1，主要分 布于第二、三象限；风化粘土岩主要分布于第一象限，风化淋滤带的数据分布于第四象限。

将这一识别模板应用到石南21、石南31井区其他井，确定风化壳结构的平面分布，与 地震沿层属性拟合，确定无井覆盖区风化壳结构的分布。如图5所示，勾画出测井上识别 出的风化粘土岩厚度等值线，沿层向K-J不整合面之下5ms开时窗提取RMS振幅属性，结果 表明，根据测井勾绘出不整合的高值区，在RMS振幅平面图上同样表现出高值；因此，在 该属性图上，其他高值区就可能是风化粘土岩发育的区域。

本实施例厘清了腹部地区侏罗系-白垩系之间不整合面的层位划分，确定了风化粘土 岩、风化淋滤带的分布范围和发育厚度。根据这一认识，重新认识了石南21、石南31油田 的类型，提出了“单斜型”和“残丘型”地层油气藏成藏模式，并指导前哨1、前探1共2 口风险井上钻，其中前哨1获工业油气流，前探1正钻。

本发明选择待研究碎屑岩不整合的野外露头和取心井，对露头和井下岩心不整合面 上、下碎屑岩岩石样品进行系统的常量元素测定；根据常量元素的测定结果，计算所有岩 石样品的风化指数；利用计算出的风化指数，结合露头上地层的接触关系，确定露头的风 化壳结构和对应的风化指数范围，并与岩心样品计算的风化指数对比，确定岩心样品的风 化壳结构；采用主成分分析、聚类分析等数学方法分析岩心样品对应的测井曲线序列，建 立测井曲线序列与碎屑岩风化壳结构的识别模板；将碎屑岩风化壳最结构测井识别模板应 用到其他井，确定碎屑岩风化壳不同结构层在平面的分布；沿着待研究的不整合面向下开 时窗提取地震属性，拟合地震属性与井上确定的碎屑岩风化壳结构的关系，最终实现覆盖 区碎屑岩风化壳结构的识别。本发明借用成熟的数据分析方法与地震属性分析技术，误差 小，并且通过地球化学手段，结合了垂向分辨率高的单井和横向分辨率高的地震，将露头、 井下、地震融为一体，极大的提高了碎屑岩风化壳的识别和预测精度。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说 明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护 范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 本发明的保护范围之内。