中国蘇北盆地高郵斜槽大南組第一段における鉱井ログによる成岩相の同定と予測

岩石変化が私たちのエネルギーの将来に重要な理由

中国東部の地下深くには、古代の河川デルタが堆積させた厚い砂や泥の層が広がり、現在この地域の石油の多くを貯えている。しかしこれらの岩石は数千万年にわたり圧密され、セメント化や部分的な溶解を受け、かつてゆるかった砂が流体を通しにくい緻密な岩石へと変化している。本研究は、こうした地下で進行した変化（成岩作用）がどのようにして油の流動性を支配するかを明らかにし、各井戸で連続した物理コアを得なくとも、現代の井内計測で生産に適した帯を特定できることを示している。

湖成デルタの砂層から緻密岩へ

研究は、蘇北盆地の高郵斜槽にある大南組の主要な油層を対象とする。この地域は本邦でも主要な石油生産地域の一つである。始新世に河川が砂を湖に供給し、扇状三角州を形成して盆地底に広がった。これらの砂層はやがて2.5〜3.5kmの深さまで埋没し砂岩へと変化した。研究者たちは斜槽内の25本の井戸から45検体を採取し、さらに画像解析や各種実験データを併せて、今日の岩相と流体を蓄える様相を詳細に描き出した。

微視的に見た細孔の姿

顕微鏡下で観察すると、貯留層の多くは石英、長石、岩片の混合からなり、かつて点接触していた粒子は現在は押し合わされている。細孔は複数の形態をとる：埋没に耐え残った粒間の元来の隙間、化学的に活性な流体によって長石や不安定な岩片に刻まれた二次細孔、微小な微裂隙、そして非常に小さな微細孔だ。核磁気共鳴や水銀注入試験は、これらの岩石が典型的にマイクロメートルスケールの細孔を持ち、さらに細い「のど部」でつながれていることを示し、多くの層が低い間隙率と透水性を示す理由を説明する。溶解が粒子内部や細孔間の接続部を拡張している場所では、比較的良好な貯留特性を示すことがある一方で、圧密とセメント化が卓越した場所では流動は著しく制限される。

四つの岩相クラス

鉱物組成、細孔画像、流動測定を組み合わせることで、研究チームは砂岩を成岩上の“相（facies）”として四つに分類した。最も好ましいタイプは圧密が弱く粘土の増殖も控えめだが、長石の強い溶解が進行しており、比較的大きく良好につながった細孔を持ち、最良の間隙率と透水性を示す。第二のタイプは強く圧密されたが後の溶解により部分的に回復し、きつく詰まった骨格中に二次細孔を作り出して中程度の流動性を示す。第三のタイプはカルサイトなどの炭酸塩鉱物で充填されており、第四のタイプはイリサイトなどの粘土鉱物で目詰まりしている。これら両者は極めて低い接続性を持ち、事実上非生産的である。

井戸ログから読み取る岩石の履歴

直接的なコア試料は希少で高価であるため、研究者たちは各井に記録される単純な電気・音速の測定値が実験室解析の代替になり得るかを検証した。各成岩相はガンマ線（粘土量の代理）、音速走時（細孔空間と剛性に敏感）、およびニュートロン応答（粘土中に結合された水に影響を受ける）の特有の組合せを示すことが分かった。たとえば、最良相はガンマ線値が低めで音速・ニュートロンの値が高めになりやすく、粘土優勢で流動性の低い岩石は三つの曲線すべてで一様に高い値を示す。これらのパターンを用いて、チームはクロスプロットやテンプレートを構築し、地質学者がボアホールに沿って成岩相を連続的に割り当て、さらにそれらの結果を3次元地震データに結びつけて鉱相をフィールド全体にマッピングできるようにした。

岩相をより良い予測に変える

各間層が成岩相でラベル付けされた後、著者らは各相ごとに音速ログと間隙率の間の個別の数学的関係を構築した。これらのファカルシア別モデルは、特に溶解で追加の貯蔵空間が生まれたゾーンにおいて、単一の汎用式よりもコア測定とよく一致する。高郵斜槽全体に適用した結果、溶解に富む有望な相は主に東部および南部の扇状三角州前面に集中し、中央および西部はセメント化され低品質の岩石が支配的であることが示された。平たく言えば、本研究は日常的な井戸ログと地震調査を「スイートスポット」の詳細な地図に変換する手順を提供し、タイト貯留層の限られた部分で依然として連続した細孔空間を持ち、効率的に石油を生産し得る箇所をオペレーターが狙えるようにする。

引用: Li, Y., Liang, B., Xia, L. et al. Logging identification and prediction of diagenetic facies in the first member of Dainan formation, Southern Gaoyou Sag, Subei Basin, China. Sci Rep 16, 4898 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35613-3

キーワード: タイト砂岩貯留層, 成岩相, 井戸ログ解釈, 細孔構造, 高郵斜槽