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。巖層孔隙結構既受到內部巖性等因素的影響又受到外部上覆負荷壓力、構造應力、沉積速率、地層結構等因素的影響。碎屑巖去壓實校正在本質上是重建不同埋藏深度下巖層的孔隙結構，重建巖層孔隙結構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，由于現今庫車坳陷地質研究工作越來越精細，要求數據愈加準確，客觀上需要較準確的巖層初始厚度。作者利用測井數據，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據確定砂巖占比為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環境中，物理和化學作用下的產物，直觀體現碎屑巖的壓實程度。理論上，地層孔隙度應根據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，往往通過測井數據轉換得到。地層孔隙度與測井相關數據具有較好的函數關系具體如下：Wyllie 等[3]依據大量實驗室的實驗結果推斷，在具有均勻分布的小孔隙的固結地層中，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據齊全，密度測井數據較少，故利用聲波測井數據求取孔隙度，其具體公式如下：

1.4 孔隙度-深度數學模型

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指數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φ0和c 或者k；將測井數據孔隙度與相對應的深度值作統計分析，分別用公式（6）和（7）擬合，得到不同的參數值（見表1）。松散沉積物初始孔隙度值（見表2）與統計分析得到的參數值作對比，發現公式（7）更適合地區的孔隙度-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（構造擠壓弱）沉積速率與地層壓實規律的關系，從而了解庫車坳陷北部（構造擠壓強）地層壓實規律，為預測地層壓力提供支持。

3 結論

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律的孔隙度-深度函數。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-深度函數需要將巖性考慮其中。孔隙度-深度函數既有線性衰減模型又存在指數衰減模型，建立孔隙度-深度函數需要根據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-深度函數是客觀恢復巖層初始厚度的關鍵。