砂砾岩扩展时间平均方程及应用-以东营凹陷北部陡坡带为例
第22卷第6期油气地质与采收率Vol.22,No.6
2015年11月
Petroleum Geology and Recovery Efficiency
Nov.2015
—————————————
收稿日期：2015-09-11。作者简介：董立生（1972—），男，湖北蕲春人，高级工程师，在读博士研究生，从事油气藏描述工作。联系电话：139********，E-mail ：dong?lisheng278.slyt@https://www.wendangku.net/doc/469766253.html, 。基金项目：国家科技重大专项“深层油气、非常规天然气成藏规律与有利勘探区评价技术”（2011ZX05008-004）。
砂砾岩扩展时间平均方程及应用
——以东营凹陷北部陡坡带为例
董立生1，2，罗红梅2，3
，王长江2，周伟2
（1.中国地质大学（武汉）地球物理与空间信息学院，湖北武汉430074；2.中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院，
山东东营257015；3.中国石化胜利油田分公司博士后工作站，山东东营257015）
摘要：在陆相断陷盆地陡坡带砂砾岩中，广泛沉积的粒径不等的砾石是影响其速度变化特征的关键因素，基于均匀介质建立的岩石物理模型具有明显的不适用性。为准确计算砂砾岩的纵横波速度并分析其影响因素，通过对东营凹陷北部陡坡带10口取心井100余块超声波岩心样品的选取、测定及实验数据分析，构建包含多岩石组分参数的砂砾岩扩展时间平均方程。利用岩心砾石图像扫描技术确定砾石含量，通过岩石薄片鉴定得到砂级碎屑颗粒、杂基、胶结物以及孔隙流体等岩石组分含量，借助岩心样品的实验室超声波测试得到不同岩石组分的纵横波速度，并代入已构建的扩展时间平均方程得到砂砾岩的纵横波速度。模型检验与实际应用结果表明，利用扩展时间平均方程计算的砂砾岩纵横波速度比Wyllie 时间平均方程计算结果的精度提高10%以上，也表明在砂砾岩发育的地层，利用扩展时间平均方程计算的纵横波速度比基于均匀介质建立的岩石物理模型更加准确合理。关键词：砂砾岩岩石组分砾石含量扩展时间平均方程岩石物理测试中图分类号：P631.445
文献标识码：A
文章编号：1009-9603（2015）06-0055-06
An extended time-average equation for matrix-supported sandy
conglomerates and its application ：A case study of the northern steep slope zone of Dongying sag
Dong Lisheng 1，2，Luo Hongmei 2，3
，Wang Changjiang 2，Zhou Wei 2
（1.Institute of Geophysics &Geomatics ，China University of Geosciences （Wuhan ），Wuhan City ，Hubei Province ，430074，China ；2.Research Institute of Exploration and Development ，Shengli Oilfield Company ，SINOPEC ，Dongying City ，Shandong Province ，
257015，China ；3.Postdoctoral Workstation of Shengli Oilfield Company ，SINOPEC ，Dongying City ，
Shandong Province ，257015，China ）
Abstract ：Gravels ，with different granularities and compositions ，are widely developed in continental faulted basin ，which is the key factor that influences the velocity change of sandy conglomerate.It is not suitable to use rock physical model based on homogeneous medium.In order to accurately calculate compressional and shear wave velocities and analyze its in?fluence factors ，an extended time-average equation was established considering variable parameters through selecting 100core samples from 10wells in the northern steep slope of Dongying sag for ultrasonic measurement and data analysis.The
contents of gravel ，sand-sized clastic particle ，matrix ，cement and pore fluid were obtained through rock slice identifica?tion ，and then compressional and shear wave velocities ，obtained through ultrasonic test of core samples in the laboratory ，
were put into the extended time-average equation to obtain the compressional and shear wave velocities of sandy conglomer?ate.Model test and actual applications indicate that the calculation accuracy of compressional and shear wave velocities of sandy conglomerate derived from the extended time-average equation is 10%higher than that from Wyllie time-average
equation ，and the compressional and shear wave velocities derived from the extended time-average equation are more accu?
·56·油气地质与采收率2015年11月rate than those derived from petrophysical model based on homogeneous medium.
Key words：sandy conglomerates；rock components；gravel content；extended time-average equation；petrophysical test
东营凹陷北部陡坡带快速堆积的砂砾岩与其他砂岩相比，具有岩石结构致密、岩石成分复杂、纵向单层厚度大、横向相变快的特点，其强烈的非均质性导致砂砾岩的速度变化较大［1-5］。现有的岩石物理模型，以及前人通过系统的实验室研究并结合实钻分析构建的、能有效应用于济阳坳陷大部分地区古近系及新近系砂岩的岩石物理模型是基于均匀介质条件，不能准确地描述非均质性极强的致密砂砾岩的速度特征［6-9］。
受不同岩石组分的影响，深层砂砾岩的岩石物理性质存在较大差异，尤其是砾石的成分和含量直接影响所构成岩石的密度、速度等弹性参数特征［10-12］。岩石含砾后，各种岩石物理参数之间的关系会变得较为复杂。因此，须尝试根据不同的岩石组分及含量建立有针对性的速度模型，以达到准确识别沉积相带的目的。为此，笔者在分析岩石组构特征的基础上，考虑砂砾岩中包含的不同母岩成分的砾石及含量、砂级颗粒碎屑、胶结物、杂基以及孔隙流体等影响因素，对Wyllie时间平均方程［13］进行扩展，建立适用于东营凹陷北部陡坡带砂砾岩的时间平均方程，根据该方程可以确定不同沉积相带的地层速度，较好地解决了砂砾岩速度预测不准确及影响因素不明晰的问题。
1砂砾岩组构特征
砾岩中粒度较大的砾石是造成砂砾岩与常规砂岩在岩石物理特征上存在较大差异的主要原因，因此构建适合于砂砾岩的岩石物理模型须从明确砂砾岩的组构特征入手。利用岩心观察、岩心扫描、铸体薄片等方法对东营凹陷北部陡坡带10口重点井进行砂砾岩组构特征分析，明确研究区沙四段上亚段砾石的成分、结构及分布等特征。结果表明，研究区砂砾岩中的砂级碎屑颗粒成分包括石英、长石和岩屑等，以岩屑为主，岩屑组分又包含不同比例的岩浆岩（主要为花岗岩）、变质岩（主要为花岗片麻岩）及沉积岩（主要为碳酸盐岩）等。
1.1砾石成分特征
对东营凹陷北部陡坡带砾石的岩心及薄片观察结果表明，其组成主要包括片麻岩、中酸性岩浆岩、沉积岩，少量灰岩、泥岩砾等。平面上，研究区砂砾岩的砾石成分存在较大差异，西部牛227和牛224等井的花岗岩等中酸性侵入岩砾石含量高、砾石粒径大，一般为30～50mm，部分超过100mm，分选极差；东部永929和永933等井钻遇的砾石以花岗片麻岩、中酸性侵入岩为主，砾石粒径稍小，一般为20～35mm；中部永922和永930等井的岩心含有较多的灰岩砾石，如永922井沙四段上亚段砂砾岩中砾石占15%～70%，主要为石英、结晶岩、长石和鲕粒灰岩等，砾石粒径较小，一般为10～15mm，磨圆度相对较好，砾石排列具有定向性。
1.2砂砾岩颗粒结构特征
1.2.1颗粒结构识别方法
对于砂砾岩中的砂级组分，可采用常规激光粒度或岩石薄片分析方法来研究其颗粒结构特征，得到砂级组分的含量。通过岩石薄片镜下观察可以识别不同粒径的砂级组分颗粒，统计其颗粒的长短轴半径，计算不同粒径砂级颗粒的体积百分比，进而得到粒度分析曲线。
但对于砂砾岩中砾石粒径大于2mm的颗粒，应用常规粒度分析方法具有局限性，难以准确地表征砾石组分的粒径范围及其在岩心中所占的比例。针对砾石组分的特殊性，采用岩心图像砾石分析方法，首先将岩心剖切为长度为10～50cm，抛光后扫描获得高分辨率岩心扫描图像；然后通过边缘检测技术和零水平集分割算法对图像目标进行识别，利用灰度识别和目标修正吻合等方法对砾石进行提取；进而统计砾石的个数、面积百分比、最大砾石粒径、最小砾石粒径、平均砾石粒径、分选系数、扁度及磨圆度等参数，根据这些参数可以对砾石进行定量的描述和分析，更直观地认识砂砾岩的颗粒结构特征［14］。
以东营凹陷北部陡坡带中段胜坨地区坨166井沙四段埋深为3261m的岩心为例，其砾石提取及颗粒结构分析结果（图1）表明，岩性为砾质砂岩，砾石含量为63.91%；最大砾石粒径为34.53mm，平均砾石粒径为6.01mm；分选中等，分选系数为0.0457，均匀度为4.26；大扁度砾石较多，占44.16%，以细砾级砾石扁度较大。砾石磨圆度整体较差，磨圆度为36%，为角砾岩，以细砾级砾石磨圆度最差。砾石不规则度为41.67%，砾石排列无定向性。
1.2.2颗粒结构特征
综合砾石图像扫描及薄片鉴定分析方法可以