江陵凹陷新沟咀组压实恢复

程群瑾，胡莹莹，陈　竹

(1. 长江大学 地球科学学院，湖北 武汉　430100； 2. 天津工程职业技术学院，天津　300450)

江陵凹陷在江汉盆地西部，是在扬子陆块上发育起来的中新生代陆相盆地的一个重要次级构造单元，也是继潜江凹陷之后的又一富烃凹陷。前人对江陵凹陷新沟咀组压实恢复所做工作不多，主要利用含砂率图来计算不同区域的地表孔隙度和压实系数，在进行厚度恢复采用了沉积物的颗粒不变的原理，其古地貌特征为其洼陷展布为北北东向或北东向[1]。本文充分利用了测井、钻井和岩性数据，运用孔隙度反演得出的压实方程更为精确。考虑到差异压实作用和地层构造影响，分别测算出每种岩性或每个层序的压实曲线使结果精确化。运用算法编程求得压实恢复厚度，为古地貌的恢复和油气勘探有利区带的预测奠定基础。

1　地质背景

江陵凹陷北边相接于河溶凹陷和荆门凹陷，直到纪山寺为止；西边邻近宜都鹤峰复背斜和枝江凹陷，直到问安寺为止；南边相接于华容隆起直到白垩系剥蚀线为止[2]；西南相接于洞庭湖盆地澧县凹陷，在江陵凹陷中桑植—石门复向斜横贯于北东方向，在大路口附近形成凸起；东边界线依次相邻于丫角—新沟低凸起和陈沱口凹陷，直到清水口断层和龙湾断层为止[3]。

研究工区背景是在纪山寺断层、问安寺断层、丫角—新沟嘴断层和公安—松滋断层控制下形成的断陷盆地，以万城断层为边界，其构造格局特点南西分带、南东分块，发育众多断陷、洼地；整体构造格局体现多隆起多坳陷。其中新沟咀组顶界埋深在1 000～3 500 m之间，靠近万城断层埋深较大，大于3 000 m，而靠近荆州背斜带埋深较小；其中新沟咀组主要的沉积环境是浅水的湖盆，地形坡度相对平缓。

2　压实恢复方法及应用

现今古地貌恢复的方法有压实恢复法、残余厚度法、印模法和层拉平法等[4]，本次的研究主要进行地层去压实校正恢复。由于现今的残余地层是沉积物经过了一系列的物理作用和化学作用，已然反映不出原始地质历史沉积时期的地层厚度。在盆地分析中，沉积史研究和构造史研究有正演和反演两种[5]，正演是指从古至今重建沉降史，比如沉降速率法，反演是指由现今追溯原古时期来恢复沉降史，比如地层回剥法。压实作用的产生是上覆地层重力作用在本地层顶部的结果，导致孔隙度降低，因此压实模型实际上是地层孔隙度与埋深之间的关系。因此本文利用已有的基础资料，通过钻井数据和录井数据，编制出地层残余厚度图，利用测井数据和岩性数据建立压实方程，推算出各井位原始地层厚度，得到了压实厚度恢复等值线图。

2.1　孔隙度反演

在特定的历史地质环境中，由于地层经历了一系列的物理和化学作用，改变了其原始地层孔隙度，孔隙度的改变体现了地层的压实程度。就理论上来说孔隙度应该是由钻井取得的岩心样品测量出来的，但是在实际工作中是通过利用测井数据求得的，主要原因有以下几点：1)根据之前的岩心样品测量求得的孔隙度是该地层的有效孔隙度，并不是该地层的总孔隙度；2)通过钻井取得的岩心样品个数有限，不能够全面的反应压实曲线规律；3)通过测井曲线求的孔隙度与地层孔隙度存在良好的函数关系，应此通过孔隙度反演求得的地层原始孔隙度更为可靠[6]。在压实固结的地层中，若粒间孔隙十分小且均匀填充，则声波时差和孔隙度之间存在函数关系，将其称为威利公式或平均时间公式，如下：

φ=(△t-△tma)/(△tf-△tma)

(1)

式中：φ为孔隙度，%；△t为声波时差测井值，μs/m；△tma为岩石骨架声波时差值，μs/m；△tf为孔隙中流体的声波时差，μs/m。

2.2　建立压实方程

在地层压实过程中，随着埋深的增大，地层的上覆压力也随之增大，从而导致了地层体积和孔隙度的减小。因此假设地层在纵向发生变化而在横向的沉降过程中是不变的，随着地层埋深增大地层的厚度是逐渐减小的。由于岩性不同其求得的孔隙度也有所不同，根据前人实验可以得到泥岩的压实系数最大，之后是碳酸盐岩，最后是砂岩。孔隙度和深度满足以下关系：

φ(h)=φ0e-Ch

(2)

式中：φ(h)是深度为h处的地层孔隙度；φ0为深度h=0时的孔隙度即表孔隙度；C为压实常数。

杨桥等认为，在同一个工区内相似类型的岩层的表孔隙度可能相差不大，但是有差异压实作用和地层埋深变化的影响，这些因素会显著的改变地层的压实系数。因此单一的孔隙度—深度关系曲线不能反映各个岩层的压实情况。如果将岩层按岩性或层序区分出来，并通过孔隙度反演确定其表孔隙度和压实系数，再分别测算出每种岩性或每个层序的压实曲线，可以有效地解决随差异压实作用和地层压实系数随地层埋深变化的影响而出现的问题。以范1井为例，将声波时差转化为孔隙度建立孔隙度—深度曲线，如图1。

图1　范1井孔隙度—深度曲线

从图1中分别得到砂岩，泥岩的φ-H关系式：

总砂岩：φ(h)=39.25e-0.000 45 h

分层砂岩：φ(h)=40.45e-0.000 46 h

(3)

分层泥岩：φ(h)=55.70e-0.000 64 h

根据上述方程，求得了砂岩、泥岩2种岩性的初始孔隙度和压实系数，可以看出分层求取得压实曲线跟总体曲线的相差不大。

2.3　压实厚度恢复

在建立了各井位的压实曲线后，可以根据地层骨架体积不变压实模型对地层进行压实恢复，主要采用的是回剥法技术。依据地层骨架厚度不变的假设：

(4)

表1　新沟咀组压实数据

注:压实率=(压实恢复厚度-残留厚度)/压实恢复厚度*100

3　结　论

1)新沟咀组总体的压实量在100～700 m之间，压实率在25%～40%之间，从东北方向像西南方向压实量逐渐增大，原因是西南方向靠近资福寺，梅桂桥凹陷，压实量更大一些。

2)压实率的大小最主要的影响因素是埋深对他的影响，压实率在30%上的埋深都超过1 800 m，而且远离物源方向压实率一般偏大，但有的井位埋深浅却压实率比埋深深的要大，因此还要考虑砂泥比，存在差异压实现象，泥岩的压实率都比砂岩大，例如ES24井比虎2井的新沟咀组顶深要大，但压实率比虎2井要小，虎2井的泥岩百分比要大一些。因此同一地层在残余厚度相差不大的情况下，泥岩多的其压实率要大，从东北像西南泥岩百分含量是逐渐增大的，符合物源方向。