本發(fā)明涉及古環(huán)境恢復(fù)領(lǐng)域，具體涉及一種定量恢復(fù)湖盆古水深的方法。

背景技術(shù)：

古水深恢復(fù)是古環(huán)境研究和盆地分析的重要內(nèi)容，也是確定古代海平面變化、古地貌恢復(fù)的關(guān)鍵內(nèi)容。古湖盆水深的恢復(fù)對于研究古沉積盆地的沉積歷史、確定沉積體系類型、評價(jià)油氣生、儲、蓋層的條件等都有重要的意義。目前，對于湖盆古水深的恢復(fù)方法主要有以下幾種：

(1)沉積學(xué)方法：根據(jù)沉積物的分布規(guī)律、沉積構(gòu)造、古生物類型、古生態(tài)及自生礦物等多方面的沉積學(xué)標(biāo)志來定性確定；

(2)地球化學(xué)標(biāo)志法：利用自然伽馬能譜曲線獲得的Th、U曲線，根據(jù)Th/U比值與氧化—還原條件的關(guān)系、氧化—還原條件與水深的關(guān)系，可間接獲得古水深范圍；

(3)古生物類型及古生態(tài)方法：在缺少遺體化石的湖泊沉積環(huán)境中，可以采用遺跡化石，如潛穴、足跡、爬痕以及其他生物擾動構(gòu)造來確定相對古水深；

(4)相對古水深曲線方法：利用巖心相分析、測井巖相分析結(jié)果，結(jié)合盆地古地形、古水介質(zhì)等古地理背景分析，建立盆地沉積相古水深一巖相一沉積相模式圖，這樣對于每一種巖相類型均可同一定的沉積環(huán)境對應(yīng)，而每一種沉積環(huán)境又具有特定的水深范圍，由此可以完成測井巖相一古水深刻度過程，進(jìn)而確定出各種巖相相對古水深范圍；

(5)定量的古水深恢復(fù)方法：包括利用鈷元素定量研究古水深方法和利用鈾元素定量研究古水深方法。

以上對沉積湖盆古水深恢復(fù)的方法是目前常用的方法，為古水深的恢復(fù)提供了有用的信息，已取得大量研究成果，但是都存在一定的不足和缺點(diǎn)。以下分別說明利用以前的各種方法恢復(fù)湖盆古水深的缺陷和不足。

(1)沉積學(xué)方法：對巖心的依賴度很高，以定性為主，在垂向上不連續(xù)。

(2)地球化學(xué)標(biāo)志法：Th/U比值曲線可以近似地看作是古水深相對變化曲線，能夠反映出古水深相對變化的旋回性，但是精度不高，僅可反應(yīng)粗略的范圍，同時(shí)需要進(jìn)行自然伽馬能譜測井。

(3)古生物類型及古生態(tài)方法：利用古生物資料根據(jù)古生物分異度與水深的定量恢復(fù)古水深時(shí)，需要大量的系統(tǒng)取樣并充分利用古生物資料，而有些研究區(qū)缺乏古生物資料，并且主要是定性分析古水深。

(4)定性的相對古水深曲線方法：精度很低，只能表示大概的范圍，存在較大誤差和主觀判斷因素。

(5)定量的古水深恢復(fù)方法：需要指定元素的測井結(jié)果，成本較高而且不具有普遍性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種定量恢復(fù)湖盆古水深的方法，只需要利用鉆井的自然伽馬測井曲線(GR曲線)和個別鉆井的自然伽馬能譜測井曲線(NGS曲線)，就可以對每個層段的相對古水深進(jìn)行恢復(fù)，并結(jié)合沉積規(guī)律和實(shí)例定量計(jì)算出實(shí)際水深，并可編制湖盆的古水深平面分布圖。

為達(dá)到上述目的，采用技術(shù)方案如下：

一種定量恢復(fù)湖盆古水深的方法，包括以下步驟：

1)選取合適井位鉆井測井?dāng)?shù)據(jù)：

在待恢復(fù)的湖盆中任選一口井進(jìn)行伽馬測井和自然伽馬能譜測井，對目的層段讀取純泥巖段的GR值和U值；

2)建立U和GR值的關(guān)系：

建立起GR值和U值的函數(shù)關(guān)系；

U＝f(GR)(Ⅰ)；

3)計(jì)算各口井的U值：

測量其余各鉆井目的層段純泥巖段的伽馬值，利用公式(Ⅰ)，計(jì)算出U值；

4)相對古水深的計(jì)算：

定義U含量等于零時(shí)，古水深為零；

相對古水深表達(dá)式為：

式中，L為相對古水深，N為目的層段連續(xù)泥巖段的數(shù)量，f(GR)為各個泥巖段利用自然伽馬值計(jì)算的U值；

5)最大古水深的確定：

將待恢復(fù)的湖盆中有機(jī)碳最大值Tmax，代入公式(Ⅲ)得到目的層段最大古水深Hmax；

T＝1.048^H-0.8(Ⅲ)

式中T為沉積巖層的有機(jī)碳含量，％；H為湖盆古水深，m；

6)古水深定量的恢復(fù)：

把相對古水深L代入公式Ⅳ得到實(shí)際水深H；

H＝Hmax×L/Lmax (Ⅳ)

其中H為湖盆古水深，m；Hmax為步驟5最大古水深，m；L為步驟4相對古水深；Lmax為步驟4最大的相對古水深值；

7)湖盆古水深重建：

對每口井進(jìn)行上述計(jì)算，統(tǒng)計(jì)出目的層段每口井的實(shí)際水深平均值，編制出目的層段的湖盆古水深分布圖，重建湖盆古水深。

按上述方案，同一目的層段Hmax全區(qū)都用一個值，每口井同一目的層段Lmax為一個固定值。

自然伽馬測井(GR)是一種重要的常規(guī)地球物理測井，在油氣勘探中應(yīng)用廣泛，尤其在古環(huán)境、古氣候的恢復(fù)及反演方面受到人們的日益關(guān)注，而在自然伽馬測井的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的自然伽馬能譜測井(NGS)不僅可以反映總的伽馬放射性強(qiáng)度，還可以定量測試放射性元素鈾(U)、釷(Th)、鉀(K)的含量，但是自然伽馬能譜測井屬于特色類型測井，測井費(fèi)用昂貴。

鈾屬于錒系元素，鈾在周期表中的位置及其原子結(jié)構(gòu)決定了它的化學(xué)性質(zhì)。鈾的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，在自然界中主要以正四價(jià)及正六價(jià)存在，鈾的正四價(jià)主要存在于強(qiáng)酸性介質(zhì)中，當(dāng)酸性減弱時(shí)，它將水解生成U(OH)3+和UO2+。影響正四價(jià)鈾與正六價(jià)鈾之間相互轉(zhuǎn)化的主要因素是氧化還原電位。在氧化狀態(tài)下，巖石中正四價(jià)鈾被氧化為正六價(jià)鈾而轉(zhuǎn)入地下水中，造成巖石中鈾含量降低，地下水中鈾含量升高；在還原條件下，正六價(jià)鈾被還原為正四價(jià)鈾沉淀，造成地下水中鈾含量降低，巖石中鈾含量升高。

根據(jù)前人研究鈾元素含量與有機(jī)碳豐度相關(guān)性高，鈾的富集機(jī)理主要是有機(jī)質(zhì)在成巖過程中對鈾的還原和吸附作用，這是因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)是沉積巖中最普遍的還原劑和吸附劑，它是調(diào)節(jié)沉積巖中正四價(jià)鈾與正六價(jià)鈾之間轉(zhuǎn)化的主要因素，也是制約沉積巖中鈾遷移與富集的主要因素。湖相暗色烴源巖中有機(jī)碳的豐度變化成為湖平面升降變換的響應(yīng)，因此鈾也可以作為古環(huán)境的指示參數(shù)。鈾曲線記錄了在測井儀周圍地層中垂向上連續(xù)沉積的鈾的相對含量，可以反映在地史演化過程中由于構(gòu)造沉降、氣候變遷和沉積物注入等因素而引起的水深及湖平面的變化。

沉積水體的還原程度與水深之間具有密切的關(guān)系，所以利用本方法進(jìn)行古水深恢復(fù)的基本前提是：首先，在平面上研究工區(qū)應(yīng)處于同一個沉積水體范圍；其次，在垂向上研究目的層段應(yīng)均為沉積巖層，且發(fā)育于同一沉積水體中；最后，由于U在碎屑巖與化學(xué)沉積巖之間含量不同，為了剔除巖性的影響，需選擇碎屑巖的巖層進(jìn)行研究。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明在地層劃分的基礎(chǔ)上，只需要利用鉆井的自然伽馬測井曲線(GR曲線)和個別鉆井的自然伽馬能譜測井曲線(NGS曲線)，就可以對每個層段的相對古水深進(jìn)行恢復(fù)，并結(jié)合沉積規(guī)律和實(shí)例定量計(jì)算出實(shí)際水深，并可編制湖盆的古水深平面分布圖。

本方法解決了利用沉積學(xué)方法和古生物類型及古生態(tài)方法恢復(fù)古水深的不連續(xù)和依賴實(shí)物樣品問題，解決了利用定性的相對古水深曲線方法和地球化學(xué)標(biāo)志法恢復(fù)古水深的精度低問題，解決了利用定量的古水深恢復(fù)方法恢復(fù)古水深的經(jīng)濟(jì)性問題。

附圖說明

圖1：本發(fā)明定量恢復(fù)湖盆古水深的流程圖；

圖2：自然伽馬(GR)和鈾(U)相關(guān)關(guān)系圖；

圖3：湖盆水深與沉積物有機(jī)碳含量關(guān)系圖；

圖4：萬12井古水深恢復(fù)圖；

圖5：江陵凹陷新溝嘴組Ⅱ油組沉積時(shí)期古水深等值線圖。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例進(jìn)一步闡釋本發(fā)明的技術(shù)方案，但不作為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。

本發(fā)明定量恢復(fù)湖盆古水深的過程如下，參照附圖1所示：

(1)選取合適井位鉆井測井?dāng)?shù)據(jù)。

在待恢復(fù)的湖盆中挑選1口井進(jìn)行伽馬測井，同時(shí)進(jìn)行自然伽馬能譜測井，對待恢復(fù)的水深層段(目的層段)讀取純泥巖段的GR值和U值。

(2)建立U和GR值的關(guān)系。

根據(jù)步驟(1)中的數(shù)據(jù)，建立起GR值和U值的關(guān)系，其它待恢復(fù)的鉆井不需要開展自然伽馬能譜測井，有伽馬測井就可以開展本研究。

建立的公式可以記為：U＝f(GR)(Ⅰ)

(3)計(jì)算各口井的U值。

對于沒有開展伽馬能譜測井的鉆井，通過讀取目的層純泥巖段的伽馬值，利用公式(Ⅰ)，計(jì)算出U值。

(4)相對古水深的計(jì)算。

定義U含量等于零時(shí)，古水深為零，各數(shù)據(jù)點(diǎn)偏離該值的大小就反映了沉積的泥巖段相對古水深的大小，簡稱為相對水深L。相對水深越大，其相應(yīng)的實(shí)際水深也越大。其表達(dá)式為：

式中，L為相對古水深，N為目的層段連續(xù)泥巖段的數(shù)量，f(GR)為各個泥巖段利用自然伽馬值計(jì)算的U值。

(5)最大古水深的確定。

由于湖盆古水深和沉積巖層有機(jī)碳之間存在以下關(guān)系。

T＝1.048^H-0.8 (Ⅲ)

式中T為沉積巖層的有機(jī)碳含量，％；H為湖盆古水深，m。

因此某一時(shí)期中，古湖盆最深的地方就是有機(jī)碳含量最大的地方。根據(jù)待恢復(fù)的湖盆中有機(jī)碳最大值Tmax，帶入公式(Ⅲ)可以得到目的層段最大古水深Hmax。

(6)古水深定量的恢復(fù)。

為把相對水深轉(zhuǎn)化為實(shí)際水深，假定水體氧化還原環(huán)境與實(shí)際水深成正相關(guān)的線性關(guān)系。得到以下計(jì)算公式

H＝Hmax×L/Lmax (Ⅳ)

其中，H為實(shí)際的湖盆古水深，m；Hmax為步驟(5)中的湖盆最大古水深，m；L為步驟(4)中計(jì)算的相對古水深；Lmax為L中最大的相對古水深值。

(7)湖盆古水深重建。

對每口井均進(jìn)行上述計(jì)算，其中Hmax同一層段全區(qū)都用一個值，Lmax每口井同一層段為一個固定值。再細(xì)分小層后就可以統(tǒng)計(jì)出目的層段每口井的實(shí)際水深平均值，根據(jù)這些鉆井?dāng)?shù)據(jù)就可以編制出目的層段的湖盆古水深分布圖，從而重建湖盆古水深。

實(shí)施例1

應(yīng)用以上方法，在江漢盆地江陵凹陷新溝嘴組中，共選取了35口井計(jì)算該時(shí)期的古水深值，最終繪制了單井的古水深變化柱狀圖和全井的古水深等值線圖，成功的恢復(fù)了研究區(qū)研究層段的古水深分布情況(見附圖5)。

以萬12井和研究區(qū)的Ⅱ油組為例進(jìn)行說明。根據(jù)路13井泥巖段鈾和伽馬值，建立了U值和GR值的關(guān)系(見附圖2)。根據(jù)萬12井泥巖段讀取的伽馬值，可以計(jì)算鈾值。通過鈾值可以計(jì)算相對古水深(見附圖3)。江陵凹陷Ⅱ油組沉積時(shí)期的有機(jī)碳的最大值為2.93，位于新溝嘴組下段Ⅱ油組的鄂深25井，帶入前述的有機(jī)碳與古水深的計(jì)算公式得，研究區(qū)的Hmax＝28m，最后可以計(jì)算Ⅱ油組連續(xù)的古水深。用同樣的方法也可以計(jì)算出Ⅰ油組和泥隔層的古水深(見附圖3)。通過計(jì)算后發(fā)現(xiàn)萬12井Ⅰ油組古水深在5-10m，Ⅱ油組在15-20m，泥隔層在5-7m，與區(qū)域認(rèn)識和巖性顏色比較符合。在完成35口井的計(jì)算后，通過計(jì)算平均古水深值，重建新溝嘴組Ⅱ油組湖盆古水深(見附圖4)。江陵凹陷Ⅱ油組古水深大部分地區(qū)在10-18m，在幾個深洼古水深可達(dá)25-30m，屬于典型淺水性湖盆。重建的江陵凹陷新溝嘴組古水深符合區(qū)域地質(zhì)認(rèn)識，指導(dǎo)了江漢盆地江陵凹陷成油氣地質(zhì)條件研究和油氣勘探。