劉繼龍 宋延杰 孫 紅 權(quán)新榮

1. 東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院， 黑龍江 大慶 163318；2. “非常規(guī)油氣成藏與開(kāi)發(fā)”省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地， 黑龍江 大慶 163318；3. 中國(guó)石油吉林油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院， 吉林 松原 138000

0 前言

隨著火山巖油氣藏的不斷發(fā)現(xiàn)和投入開(kāi)發(fā),準(zhǔn)確進(jìn)行火山巖儲(chǔ)層巖性識(shí)別至關(guān)重要,它不僅直接關(guān)系到儲(chǔ)層孔隙度和飽和度的確定,也是儲(chǔ)層特征研究、儲(chǔ)量計(jì)算和地質(zhì)建模等開(kāi)發(fā)研究的基礎(chǔ)[1-3]。由于火山巖巖性復(fù)雜,成分以及結(jié)構(gòu)難以識(shí)別。目前,最常用的火山巖巖性識(shí)別方法為常規(guī)測(cè)井響應(yīng)交會(huì)圖法[4-6],交會(huì)圖法一般能夠識(shí)別成分相差較大的巖性,難于識(shí)別成分相近、結(jié)構(gòu)不同的巖性。隨著測(cè)井技術(shù)的發(fā)展,ECS測(cè)井和成像測(cè)井在火山巖巖性識(shí)別中得到應(yīng)用,但ECS測(cè)井只能識(shí)別成分相差較大的火山巖巖性[7],難以識(shí)別火山巖結(jié)構(gòu)特征,成像測(cè)井則能夠彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)[8-9]。通過(guò)對(duì)廣泛應(yīng)用于巖性識(shí)別的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、判別分析、主成分分析、模糊聚類(lèi)、支持向量機(jī)、決策樹(shù)等數(shù)學(xué)算法的研究,認(rèn)為決策樹(shù)模型算法穩(wěn)定、識(shí)別率高、能自動(dòng)分析各個(gè)參數(shù)的敏感性,且模型屬于“白盒”封存,用戶(hù)可以直接獲取屬性-數(shù)值的相關(guān)分析[10-19],應(yīng)用性更強(qiáng)。因此,本文利用圖版法劃分火山巖的中性和酸性特征,在此基礎(chǔ)上,應(yīng)用決策樹(shù)模型結(jié)合FMI成像測(cè)井信息,實(shí)現(xiàn)對(duì)火山巖結(jié)構(gòu)的有效劃分。

1 酸性和中性火山巖測(cè)井響應(yīng)特征

測(cè)井巖性識(shí)別主要通過(guò)薄片分析等手段對(duì)取心資料進(jìn)行巖石定名,然后將經(jīng)過(guò)深度歸位的巖性信息與測(cè)井曲線匹配,建立巖性與測(cè)井參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。本次研究確定了X斷陷火二段主要巖性為安山巖、安山質(zhì)火山角礫巖、安山質(zhì)沉火山角礫巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r、安山質(zhì)沉凝灰?guī)r、流紋巖、流紋質(zhì)沉火山角礫巖、流紋質(zhì)火山角礫巖、流紋質(zhì)凝灰?guī)r等巖性,優(yōu)選出對(duì)酸性火山巖以及中性火山巖敏感的GR、CNL、Th、Ti、Si等測(cè)井曲線,從中性到酸性,GR值增大,CNL降低;Si含量增加、Ti含量降低;Th含量增加。各條曲線的主要分布范圍見(jiàn)表1。

表1X斷陷不同巖性測(cè)井響應(yīng)特征表

巖性測(cè)井響應(yīng)GR/APICNL/(%)Th/(10-6·g·g-1)Ti含量/(%)Si含量/(%)安山巖分布范圍42～8313～294.82～7.320.002 0～0.009 40.238 7～0.315 3均值68216.160.006 80.279 1安山質(zhì)沉火山角礫巖分布范圍52～8618～264.05～5.190.004 1～0.009 70.256 2～0.288 3均值67214.620.006 90.272 3安山質(zhì)沉凝灰?guī)r分布范圍68～8812～233.55～9.110.003 8～0.012 10.265 4～0.319 3均值76187.150.007 70.291 2安山質(zhì)火山角礫巖分布范圍58～1234～304～14.070.000 5～0.009 30.238 7～0.37均值82.3168.120.005 60.296 3安山質(zhì)凝灰?guī)r分布范圍46～1125～253.1～9.370.002 6～0.0110.280 7～0.316 4均值77147.40.006 30.305 7流紋巖分布范圍81～1991～176.19～18.910.000 3～0.003 10.305～0.382 2均值136914.440.001 10.35流紋質(zhì)沉凝灰?guī)r分布范圍79～1683～259.1～22.580.001～0.003 30.322 3～0.367 4均值1291115.590.002 10.337 6流紋質(zhì)火山角礫巖分布范圍89～1601～226.05～23.080.000 4～0.005 70.285 3～0.382 2均值1211013.440.001 90.340 1流紋質(zhì)凝灰?guī)r分布范圍80～1786～2411.23～20.80.000 1～0.003 90.326 4～0.367 5均值1331716.710.001 50.344 3

2 酸性和中性火山巖巖性測(cè)井識(shí)別

2.1 交會(huì)圖法識(shí)別火山巖成分特征

利用常規(guī)測(cè)井、伽馬能譜測(cè)井以及ECS測(cè)井?dāng)?shù)據(jù),優(yōu)選對(duì)中性和酸性火山巖敏感測(cè)井響應(yīng),建立了識(shí)別中性和酸性火山巖的GR-CNL圖版、GR-HTHO圖版以及Si-Ti圖版,見(jiàn)圖1～3。從交會(huì)圖中可以看出,火山巖的巖性主要為安山質(zhì)火山巖和流紋質(zhì)火山巖。表2給出了三種圖版識(shí)別不同成分火山巖巖性的符合率,符合率均在90%以上,因此將三種圖版結(jié)合來(lái)識(shí)別不同成分的火山巖。但對(duì)于X斷陷成分相近而結(jié)構(gòu)不同的火山巖利用交會(huì)圖法難以識(shí)別火山巖結(jié)構(gòu)特征。

圖1 安山質(zhì)火山巖、流紋質(zhì)火山巖GR-CNL巖性識(shí)別圖版

圖2 安山質(zhì)火山巖、流紋質(zhì)火山巖GR-Th巖性識(shí)別圖版

圖3 安山質(zhì)火山巖、流紋質(zhì)火山巖Si含量-Ti含量巖性識(shí)別圖版

表2 交會(huì)圖法識(shí)別安山質(zhì)、流紋質(zhì)火山巖數(shù)據(jù)表

方法薄片分析巖性數(shù)目/層符合率/(%)常規(guī)測(cè)井圖版法13392.5ECS測(cè)井圖版法11397.3能譜測(cè)井圖版法11295.5

2.2 決策樹(shù)模型識(shí)別火山巖結(jié)構(gòu)特征

決策樹(shù)作為一種很實(shí)用的分類(lèi)算法,它采用“自上而下,分而治之”的遞歸方式把訓(xùn)練數(shù)據(jù)集分成互不相交的子集,從而形成預(yù)測(cè)模型,對(duì)未知數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)[20]。

決策樹(shù)主要由建樹(shù)階段和調(diào)整階段組成。本文采用的是決策樹(shù)C 4.5算法,決策樹(shù)的生成過(guò)程見(jiàn)圖4,由于研究區(qū)測(cè)井曲線主要以常規(guī)測(cè)井為主,因此,考慮建立常規(guī)測(cè)井的決策樹(shù)模型,以自然伽馬、聲波時(shí)差、中子、密度、深淺側(cè)向電阻率作為模型的輸入曲線,分別建立訓(xùn)練集和測(cè)試集,通過(guò)訓(xùn)練,確定出識(shí)別每種巖性的決策樹(shù)模型。并對(duì)15口井進(jìn)行了巖性處理，巖性解釋準(zhǔn)確率高于80%。表3給出了利用決策樹(shù)模型識(shí)別火山巖結(jié)構(gòu)的結(jié)果。

圖4 決策樹(shù)生成過(guò)程示意圖

表3 決策樹(shù)模型劃分火山巖細(xì)分巖性數(shù)據(jù)表

巖性類(lèi)別1巖性類(lèi)別2巖性劃分標(biāo)準(zhǔn)識(shí)別率/(%)安山巖安山質(zhì)火山角礫巖安山質(zhì)沉火山角礫巖安山質(zhì)凝灰?guī)r安山質(zhì)沉凝灰?guī)rGR<61.4 API且RLLD>83 Ω·m時(shí),為巖性類(lèi)別1;否則為巖性類(lèi)別291.2安山質(zhì)火山角礫巖安山質(zhì)凝灰?guī)r安山質(zhì)沉火山角礫巖安山質(zhì)沉凝灰?guī)rAC<225.2 μs/m且CNL<18.6%時(shí),為巖性類(lèi)別1;否則為巖性類(lèi)別285.7安山質(zhì)火山角礫巖安山質(zhì)凝灰?guī)rCNL<12%且GR<69.2 API時(shí),為巖性類(lèi)別2;否則為巖性類(lèi)別175.7安山質(zhì)沉火山角礫巖安山質(zhì)沉凝灰?guī)rDEN>2.58 g/cm3,為巖性類(lèi)別2;否則為巖性類(lèi)別1100流紋巖流紋質(zhì)火山角礫巖流紋質(zhì)沉凝灰?guī)r流紋質(zhì)凝灰?guī)rCNL<13.2%且AC<231.1 μs/m,為巖性類(lèi)別1;否則為巖性類(lèi)別267流紋質(zhì)火山角礫巖流紋質(zhì)沉凝灰?guī)r流紋質(zhì)凝灰?guī)rCNL<14.9%,為巖性類(lèi)別1;否則為巖性類(lèi)別267.4流紋質(zhì)沉凝灰?guī)r流紋質(zhì)凝灰?guī)rRLLS<72.3 Ω·m且AC<231.3 μs/m,為巖性類(lèi)別1;否則為巖性類(lèi)別271.4

2.3 FMI識(shí)別火山巖結(jié)構(gòu)特征

FMI成像測(cè)井能夠清晰地顯示火山巖的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征,因此,利用成像測(cè)井可以彌補(bǔ)常規(guī)測(cè)井對(duì)火山巖結(jié)構(gòu)變化不敏感的缺陷,以達(dá)到準(zhǔn)確識(shí)別火山巖結(jié)構(gòu)的目的。通過(guò)對(duì)研究區(qū)火山巖成像測(cè)井特征進(jìn)行分析,得到相應(yīng)的成像模式，見(jiàn)圖5～6。在成像測(cè)井圖上,角礫會(huì)出現(xiàn)棱角狀的亮色特征,凝灰?guī)r大多呈現(xiàn)細(xì)條帶狀亮色特征,利用決策樹(shù)識(shí)別的不同結(jié)構(gòu)的火山巖巖性,結(jié)合FMI測(cè)井資料,就可以識(shí)別火山巖的結(jié)構(gòu)特征。

圖5 凝灰?guī)rFMI動(dòng)靜態(tài)圖

圖6 火山角礫巖FMI動(dòng)靜態(tài)圖

3 應(yīng)用效果分析

根據(jù)上述巖性識(shí)別方法,編制了基于決策樹(shù)模型的火山巖巖性識(shí)別的程序,對(duì)XX等井進(jìn)行巖性識(shí)別。在圖版識(shí)別火山巖成分的基礎(chǔ)上,利用決策樹(shù)模型對(duì)火山巖結(jié)構(gòu)進(jìn)行識(shí)別,結(jié)合成像測(cè)井,實(shí)現(xiàn)火山巖不同結(jié)構(gòu)的劃分。利用決策樹(shù)模型對(duì)15口井進(jìn)行巖性解釋?zhuān)⒔Y(jié)果與取心分析巖性進(jìn)行對(duì)比，圖7為XX 1井巖性解釋成果圖，XX 86-XX 88 m，圖版解釋巖性為流紋質(zhì)火山巖，決策樹(shù)判別巖性為流紋質(zhì)凝灰?guī)r，F(xiàn)MI顯示為層理特征，綜合解釋巖性為流紋質(zhì)凝灰?guī)r；與取心巖性一致。XX 88-XX 92.5 m，圖版解釋巖性為安山質(zhì)火山巖，決策樹(shù)判別巖性為安山質(zhì)火山角礫巖，F(xiàn)MI顯示為層理特征，綜合解釋巖性為安山質(zhì)凝灰?guī)r；XX 92.5-XX 96 m，圖版解釋巖性為流紋質(zhì)火山巖，決策樹(shù)判別巖性為流紋質(zhì)沉凝灰?guī)r，F(xiàn)MI顯示為層理特征，綜合解釋巖性為流紋質(zhì)沉凝灰?guī)r；XX 96-XX 97 m，圖版解釋巖性為流紋質(zhì)火山巖，決策樹(shù)判別巖性為流紋質(zhì)凝灰?guī)r，F(xiàn)MI顯示為層理特征，綜合解釋巖性為流紋質(zhì)凝灰?guī)r；XX 97-XX 04 m，圖版解釋巖性為流紋質(zhì)火山巖，決策樹(shù)判別巖性為流紋質(zhì)沉凝灰?guī)r，F(xiàn)MI顯示為層理特征，綜合解釋巖性為流紋質(zhì)沉凝灰?guī)r；XX 04-XX 08 m，圖版解釋巖性為流紋質(zhì)火山巖，決策樹(shù)判別巖性為流動(dòng)構(gòu)造，F(xiàn)MI顯示為流動(dòng)構(gòu)造，綜合解釋巖性為流紋巖；XX 08-XX 09 m，圖版解釋巖性為流紋質(zhì)火山巖，決策樹(shù)判別巖性為流紋質(zhì)凝灰?guī)r，F(xiàn)MI顯示為流動(dòng)構(gòu)造，綜合解釋巖性為流紋巖；XX 09-XX 10 m，圖版解釋巖性為流紋質(zhì)火山巖，決策樹(shù)判別巖性為流紋巖，F(xiàn)MI顯示為流動(dòng)構(gòu)造，綜合解釋巖性為流紋巖，與取心巖性一致。

圖7 XX1井巖性自動(dòng)識(shí)別效果圖

4 結(jié)論

1)X斷陷火二段儲(chǔ)層巖性復(fù)雜,火山巖種類(lèi)繁多,主要發(fā)育的中性火山巖有安山巖、安山質(zhì)火山角礫、安山質(zhì)沉火山角礫、安山質(zhì)沉凝灰?guī)r、安山質(zhì)凝灰?guī)r,主要發(fā)育的酸性火山巖有流紋巖、流紋質(zhì)火山角礫巖、流紋質(zhì)沉火山角礫巖、流紋質(zhì)沉凝灰?guī)r。其中火山巖由中性變酸性,伽馬值增大,中子降低,Ti含量降低、Si含量增加,Th含量降低。

2)基于敏感測(cè)井響應(yīng)特征,建立CNL-GR,GR-Th、Si-Ti的巖性識(shí)別圖版,綜合利用三種巖性識(shí)別圖版,按成分差異將火山巖劃分為酸性和中性火山巖;在火山巖成分特征識(shí)別的基礎(chǔ)上,應(yīng)用決策樹(shù)模型進(jìn)行火山巖結(jié)構(gòu)的自動(dòng)識(shí)別,結(jié)合FMI測(cè)井,實(shí)現(xiàn)對(duì)火山巖結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確劃分。

3)將識(shí)別的不同結(jié)構(gòu)的火山巖與取心巖性進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明，巖性識(shí)別準(zhǔn)確性達(dá)到80%,滿(mǎn)足了研究區(qū)巖性識(shí)別要求。