1. 引言
成像测井沉积学以成像测井基本研究方法为主，结合常规测井、录井、岩心、井壁取心等多种地质资料，研究地层的岩性、沉积构造、古水流和物源方向、砂体的空间展布特征等沉积学特征 [1] 。近年来国内油田对成像测井应用最广泛的是进行裂缝的识别和裂缝参数的研究，其次是在对地层应力的分析应用以及井旁构造(如判别断层和识别不整合面)的研究 [2] [3] 。对沉积(岩性、沉积构造和沉积微相等)和储层的研究相对较少。在钻井取心较少的地区，利用成像测井资料信息量大、数据连续和垂向分辨率高的优势，可以从中获取地层岩性、沉积构造、砂体成因、古水流方向与物源方向等较为全面的沉积相标志，为系统进行地层沉积微相研究提供重要依据。因此，研究和探索以成像测井资料为主的沉积学研究方法意义重大。
库车坳陷油气资源丰富，是塔里木盆地油气勘探的主力阵地之一，目前已发现了一系列油气田，特别是近几年发现的克拉、大北、博孜等特大气田，展示了库车坳陷天然气勘探的巨大潜力。该地区先后有20多口井开展了FMI成像图像以及丰富的常规测井、录井和井壁取心等各种地质资料，为研究提供了保证。库车坳陷沉积学的研究目前面临的最大问题是目的层埋深大，部分主力产层超过7000 m，取心成本高，取心少，仅依靠常规测录井以及地震资料，沉积相多解性较强。为提高电成像测井资料在库车碎屑岩沉积储层研究中的应用水平，进一步加大沉积相成像测井分析研究的力度，本文以高分辨率成像测井沉积学为手段，建立相关的成像测井岩相和沉积相图版，进行成像资料沉积相分析，最终形成了一套较系统的井壁成像测井快速识别评价岩性岩相的配套方法，实现成像资料在石油地质领域更广泛的应用。
2. 区域地质背景
Figure 1. Tectonic unit division of Kuqa Depression
图1. 库车坳陷构造区划图
Figure 2. Stratigraphic histogram of the Cretaceous & the Paleogene system in the Kuqa Depression
图2. 库车坳陷白垩系–古近系地层柱状图
库车坳陷位于塔里木盆地北部，毗邻天山褶皱系，北缘为南天山造山带，南面是塔北前缘隆起带。库车坳陷海西晚期(晚二叠世)开始发育，历经多期构造运动的影响，白垩纪燕山运动，使北部天山抬升，形成一系列北倾逆断层，古近纪的喜山运动，北部天山继续抬升，燕山期断裂继续活动，形成天山山前大型逆冲褶皱带及一系列逆冲断层，最终形成了库车坳陷四带三凹的构造格局，即北部单斜带、克拉苏－依奇克里克构造带、秋里塔格背斜带、南部斜坡带及拜城凹陷、阳霞凹陷、乌什凹陷 [4] [5] (图1)。
库车坳陷白垩系主要发育下白垩统，上白垩统基本被剥蚀 [6] 。下白垩统总体上呈平行不整合、局部角度不整合于侏罗系之上，自下而上可分为亚格列木组、舒善河组、巴西改组、巴什基奇克组，前三组统称为卡普沙良群(图2)。
卡普沙良群在岩性上具明显三分性：下部以紫红色砂砾岩为主；中部为灰绿、黄绿等杂色粉砂岩、泥岩为主；上部以棕红色粉砂岩和泥岩为主。从下至上分别为亚格列木组、舒善河组和巴西改组。前人研究认为，本群底部属冲积扇－扇三角洲沉积，中上部以滨浅湖相为主，夹有三角洲沉积。生物化石均为浅水湖沼环境类型 [7] 。
巴什基奇克组主要分布于库车坳陷中西部露头及井下，自上而下可分为巴什基奇克组第一段(简称为巴一段)、巴什基奇克组第二段(简称为巴二段)和巴什基奇克组第三段(简称为巴三段) [8] 。底部巴三段岩性较粗，为中砂夹砂砾岩，岩石物性相对较差，泥岩夹层变厚；中部巴二段以褐色中细砂岩夹薄层泥岩为主，有相对较纯的泥岩薄层出现；上部巴一段以褐色中细砂岩为主，泥岩夹层薄而少。三段特征明显，厚度向东西两侧减薄。与下伏巴西改组假整合接触，与上覆古近系呈角度不整合接触。前人研究认为，库车坳陷巴什基奇克组沉积早期，随着南天山造山带强烈构造抬升，发源于北部的季节性河流携带大量碎屑物出山，在库车坳陷沉积了一套扇三角洲粗粒碎屑岩；巴什基奇克组中晚期，构造相对趋于稳定，沉积沉降中心南移，区内主要发育辫状三角洲沉积 [9] [10] 。
3. 微电阻率扫描成像测井沉积学解释评价研究方法
本文基于人机特征识别、参数调整对比、特征模式组合等手段对成像测井资料进行精细处理的基础上，依据循序渐进、由浅入深、由具体分析到综合研究的思路，采用分层次解释评价研究方法。
本研究首先进行了图像资料的直接解释。利用FMI提供的高精度2D电导率图像，直接解释出裂缝、断层、褶皱、构造不整合面及主要构造层等构造信息，以及纹层、纹层组及层界面等基本层理构造类型和沉积间断面或侵蚀冲刷面等地层沉积旋回信息 [11] [12] 。随后进行常规测井约束的图像资料解释，尽管常规测井信息分辨率较低，但在岩性识别和油、气、水层判断方面具有独特优势。利用常规测井资料可以精细划分地层单元，甚至达到厚度仅1 cm的纹层精度 [13] [14] 。此外，对于一些难以直接解释的地质现象，常规测井资料也能提供明确的解释或缩小解释范围。接着进行岩心(或岩屑)约束的图像资料解释，岩心(或岩屑)在成像测井资料解释中起到标定作用 [15] ，通过标定可以建立各种地质现象与成像测井资料响应关系模式，对一些难以定性的问题给出明确解释。最后，本文在前三个层次解释的基础上，结合区域地质背景和相关概念模式，对目的层段的地层、沉积进行综合描述与评价。
4. 高分辨率成像测井综合识别图版
在以上研究方法的基础上，通过对取心段典型沉积构造重点观察，结合其在成像测井图像上的响应，总结并建立典型沉积构造的地质模式–电成像模式–特征描述三者于一体的成像解释图版，特征描述概括了每个层理的最典型特征，电成像测井模式是沉积层理在成像图上的响应，地质模式则总结了各沉积层理所处的沉积环境(图3)。图版直观地反映了扇三角洲、辫状三角洲和滨浅湖三种沉积环境下常见沉积层理的典型成像响应特征，直观地指导了地质解释人员对成像测井图像上沉积构造的识别。
(a) 扇三角洲平原分流河道冲刷面识别图版
(b) 扇三角洲平原分流河道板状交错层理、槽状交错层理识别图版
(c) 扇三角洲平原辫状河道间砂纹层理识别图版
(d) 扇三角洲前缘水下分流河道楔状交错层理识别图版
(e) 扇三角洲前缘河口坝平行层理、斜层理识别图版
(f) 扇三角洲前缘席状砂波状层理识别图版
(g) 辫状河三角洲前缘水下分流河道冲刷面识别图版
(h) 辫状河三角洲前缘水下分流河道低角度斜层理识别图版
(i) 滨浅湖滩坝爬升交错层理识别图版
(j) 滨浅湖波状层理、脉状层理识别图版
Figure 3. The sedimentary structure identification and interpretation map
图3. 沉积构造成像识别解释图版
① 扇三角洲平原分流河道微相：岩性较粗，为块状中砾岩、细砾岩、含砾粗砂岩等，夹有细中砂岩。砂砾岩底部为侵蚀冲刷面，成像图像上表现为明暗截切状，形成于辫状河道底部(图3(a))；砾石呈叠瓦状排列，发育正粒序层理、块状层理、平行层理、板状交错层理、交错层理、块状层理，成像图像上部显示的不同角度的正弦曲线表现为槽状交错层理、下部规则连续线状则表现为板状交错层理，均形成于分流河道沉积微相(图3(b))；整体呈现由粗至细的正韵律。
② 扇三角洲平原分流河道间微相：块状泥质粉砂岩、粉砂质泥岩，发育平行层理、块状层理、砂纹层理等，扇三角洲平原辫状河道间发育砂纹层理，FMI成像图像上呈不规则组合断续线状，1:100常规测井图呈齿形(图3(c))。
③ 扇三角洲前缘水下分流河道微相：岩性以褐色砂砾岩、粗砂岩为主，其次为粉细砂岩、粉砂岩和泥质粉砂岩，沉积构造类型丰富，常见流水成因和波浪成因的粒序层理和块状层理、槽状交错层理、砂纹层理、波状层理、斜层理、平行层理、正粒序层理等，生物扰动构造和潜穴发育，扇三角洲前缘水下分流河道发育楔状交错层理，成像图像上呈彼此不平行的层系界面，各层系内部纹层彼此平行。常见垂向加积式的和向上变细的两种沉积序列，对应的GR曲线多呈箱形和钟形(图3(d))。
④ 扇三角洲前缘河口坝微相：岩性较均一，多细砂岩，粉砂岩，形成向上变粗的反粒序，发育多种交错层理，平行层理，电测曲线以漏斗形为主，河口坝平行层理在成像图像上表现为一组连续平行的正弦曲线(图3(e))。
⑤ 扇三角洲前缘席状砂微相：岩性较细，以细砂岩、粉砂岩为主，见波浪和流水成因的各种交错层理、砂纹层理、波状层理、变形层理、平行层理、水平层理。扇三角洲前缘席状砂发育波状层理，在成像图像上呈不连续上下起伏的亮纹层状，常规测井曲线呈齿形(图3(f))。
⑥ 辫状河三角洲前缘水下分流河道微相：岩性为中－细砂岩、粉砂岩和含泥砾砂岩，夹泥岩，由若干个向上变细层序组成，旋回顶、底呈突变接触，旋回底部为冲刷面(图3(g))，冲刷面亦分布滞留砾石沉积，层内发育规模很大的槽状交错层理、平行层理等(图3(h))。
⑦ 辫状河三角洲前缘水下分流河道间微相：岩性为棕色泥岩、粉砂质泥岩；泥岩中生物扰动构造较强，多以透镜状的形式出现；常规测井曲线具高幅、齿状的特点。
⑧ 辫状河三角洲前缘河口坝微相：岩性为中－细粒砂岩，局部为含砾砂岩；从下向上多显示由细变粗的层序；发育平行层理，板状及槽状交错层理等。
⑨ 辫状河三角洲前缘席状砂微相：岩性较细，粉细粒结构，往往同前三角洲泥呈薄互层状频繁韵律交替；发育平行层理或低角度斜层理，小型波状交错层理等。下部由砂、泥互层组成，生物扰动构造和潜穴十分发育。垂向上具有向上变粗的反粒序结构。
⑩ 滨浅湖滩坝微相：滨浅湖滩坝由滨湖沙滩、砂坝和浅湖砂坝构成。岩性多为细砂岩、中砂岩及粉砂岩，有时可能有砂质砾岩出现；既可出现由粗变细的正韵律，又可见到由细变粗的逆韵律；底部具冲刷面和泥砾；发育平行层理及各种交错层理，见浪成波痕和流水波浪，局部泥裂及重荷模发育，还可见到直立生物潜穴(图3(i))。
⑪ 滨浅湖泥微相：岩性为泥岩、粉砂质泥岩组成，局部为粉砂与泥岩互层；发育浪成沙纹层理、小型爬升砂纹层理、浪成波痕、流水波浪及泥裂，局部见垂直生物潜穴和水平生物潜穴，发育揉皱变形构造(图3(j))。
4. 单井成像测井沉积相综合分析
利用成像测井资料进行沉积相分析，能够对地层进行长井段连续的观察和描述，获得丰富的层理及剖面旋回等重要的岩石结构和构造方面的指相标志。成像测井沉积相研究优势在于可以满足不同尺度的研究需要 [16] [17] [18] ，宏观通过结合区域地质背景、岩心观察分析和岩屑录井结果，采用小比例尺静态图像展示成像测井解释结果，测井曲线响应特征分析，基本可以较清楚地识别出目的层段的沉积相和亚相，微观通过(1:20)动态增强图像放大展示典型层段的沉积构造特征，并采用岩心描述的方法对图像进行详细的描述，综合岩性识别的成果以及典型沉积构造现象的识别成果，并在相序的指导下进行单井沉积微相划分。
图4是DB102井目的层段沉积微相识别划分结果，结合其区域构造背景，研究认为DB102井发育扇三角洲前缘和辫状三角洲前缘两种亚相。
巴三段岩性组合以灰褐色含砾中砂岩、细砂岩与灰褐色、褐色粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩互层，泥质夹层较多，总体剖面上表现为23~24个小正韵律及2~3个反韵律特征。伽玛曲线呈连续多个典型的钟形或箱形特征，部分呈漏斗形，微齿状，成像图像呈三段，顶部亮块状分流河道沉积，发育明暗截切状冲刷面；向下为暗色块状泥岩，自然伽马曲线为高值齿状；下部为不规则斑状及明暗条带状水下分流河道粉砂岩。综合分析认为，巴三段主要发育扇三角洲前缘水下分流河道、河口坝夹分流间湾沉积，储层段沉积微相主要为水下分流河道及河口坝的细砂岩、含砾细砂岩、粉砂岩等。
巴二段岩性主要为灰褐色含砾细砂岩、细砂岩夹薄层褐色泥岩，剖面上表现为14~15个小正韵律及2~3个反韵律特征，自然伽玛曲线多为钟形、箱形与漏斗形间互出现，成像图像整体呈明暗相间条带状，动态图像以亮条带水下分流河道为主，夹少量暗条带河道间，发育平行层理、波状层理、低角度斜层理等，河道底部可见明暗截切状冲刷面。结合岩心分析多为细砂岩沉积，成像图像上多表现为亮色条带。综合分析认为，巴什基奇克组第二段为辫状三角洲前缘水下分流河道为主体沉积微相、次为河口砂坝及分流间湾沉积，储层段沉积微相主要是水下分流河道及河口坝的细砂岩、粉砂岩。
Figure 4. The sedimentary facies comprehensive analysis diagram of DB102 single well imaging logging
图4. DB102单井成像测井沉积相综合分析图
5. 成像测井古水流识别
成像测井的图像具有方向性，从成像测井图上可以计算出地层的倾向、倾角，以及交错层理的倾向和倾角。而且任何规模大小的交错层理都有识别古水流的价值。因此可以根据泥岩层段及砂体内部交错层理正弦曲线特征确定地层及交错层的产状，交错层前积层倾斜的方位就代表了古水流的方向 [19] [20] [21] 。
在岩心资料精确归位成像图像的基础上，结合常规测井资料，详细解释单井各层段的沉积构造，对砂体内部交错层理面进行识别，勾画交错层理面的正弦曲线，绘制代表交错层理面方向的蝌蚪图，其前积层的倾向即为该处的初始古水流方向，同时加权平均计算出不同层段的构造倾角值；与成像测井段厚层泥岩段的地层倾角相对比，得出不同层段的构造倾角值；将以计算出的前积层的倾角及倾向值加(减)构造倾角值，使地层恢复至沉积期面貌，从而可得到精确的沉积期古水流方向(图5)。
构造倾角 原古水流方向 校正后古水流方向
Figure 5. The paleocurrent direction of DB102
图5. DB102井古水流方向构造消除成果图
6. 沉积微相平面展布特征
结合前期库车坳陷白垩系巴什基奇克组岩相古地理研究成果，通过单井成像测井古水流方向的识别，综合分析白垩系巴什基奇克组沉积微相平面展布特征。
库车坳陷白垩系巴什基奇克组主要物源在北部天山，另外温宿凸起也提供了部分物源，在其周缘发育一些小型的扇三角洲沉积，盆地南部也可能提供部分物源，但这部分物源主要沉积在塔北隆起上。巴三段在北部山前均显示为冲积扇－扇三角洲平原沉积特征，在大北、克拉苏和东秋里塔格构造带的井下剖面中显示为扇三角洲前缘沉积特征，结合成像测井的古水流分析来看，巴三段在克拉井区及大北井区大体呈由北天山向南的古水流方向，至扇三角洲前缘由于水下分流河道的摆动及前缘横向水流等的影响，古水流方向会出现克拉201、克拉203、克拉2-14井的北东—南西向，大北102、大北103井的北西—南东向。在研究区内未见前扇三角洲和滨浅湖相区，显示出来源于北部山前带的扇三角洲向南推进的结果(图6)。
Figure 6. Lithofacies paleogeography map of the third member of Cretaceous bashijiqike formation in Kuqa Depression
图6. 白垩系巴什基奇克组第三段岩相古地理图
Figure 7. Lithofacies paleogeography map of the second member of Cretaceous bashijiqike formation in Kuqa Depression
图7. 白垩系巴什基奇克组第二段岩相古地理图
巴二段继承了巴三段的沉积格局，北部造山带向后退缩，在克拉苏构造带上主要发育辫状河沉积体系。巴二段在北部山前均显示为冲积扇－辫状三角洲平原沉积特征，而在坳陷及前缘隆起带的井下显示为辫状三角洲－滨浅湖滩坝沉积特征。结合成像测井的古水流分析，巴二段在大北、迪那和克拉井区整体呈由北天山向南的古水流方向，而却勒101井受温宿凸起的影响，古水流方向由西南向东北。3个区块现钻井多位于辫状河三角洲前缘环境，受横向水流影响较大，古水流方向多向南东或南西偏移。巴二段冲积扇相区较巴三段有所缩小，只有北部山前带发育冲积扇－辫状三角洲平原沉积相区，除此以外的其它地区均发育辫状三角洲前缘－滨浅湖滩坝沉积，前辫状三角洲和滨浅湖泥相区在研究区钻井中均未见(图7)。
7. 结论
1) 本研究表明成像测井图像和岩心展现出良好的一致性，通过对取心段典型沉积构造观察，并结合其在刻度后的测井成像图像上的对应，成功建立起典型沉积构造的地质模式–倾角模式–电成像模式–成像特征描述四者于一体的成像解释图版。
2) 电成像测井资料具备地层倾角测井的功能，并具有定向性，通过适当的处理可以直接获取砂岩交错层理的方向，进而确定古水流和古物源的方向。结合各沉积微相砂体展布模式，可以判断砂体的空间展布形态，进而确定砂体加厚方向，为油藏的进一步评价开发提供直接的指导意见。
3) 结合当前国内油田倡导的价值勘探理念，联系油田勘探实践中取心越来越少而测井资料积累越来越多的大背景，本研究采用“成像测井 + 井壁取心 + 岩屑录井”的技术组合，从不同的角度揭示了碎屑岩储层的地质特征。在降低勘探开发成本、提高沉积储层研究、评价与预测精度等方面具有重要意义。建议将这一方法作为碎屑岩沉积储层解释与评价的一种推广应用，并在实际应用中不断加以完善和补充。
NOTES
*通讯作者。