O oplog do MongoDB possui registros com pontos em nomes de chaves, que não podem ser consultados

Você está correto, há alguma inconsistência na implementação do oplog do MongoDB que permite um formato de documento para cada op log que tecnicamente não permite que tal documento seja consultado de acordo.

Mesmo inserir a mesma entrada não é possível, pois possui um nome de campo $set:

db.tmp2.insert({ 
    "ts" : Timestamp(1450117240, 1), 
    "h" : NumberLong(2523649590228245285), 
    "v" : NumberInt(2), 
    "op" : "u", 
    "ns" : "test.tmp", 
    "o2" : {
        "_id" : ObjectId("566f069e63d6a355b2c446af")
    }, 
    "o" : {
        "$set" : {
            "b.d" : NumberInt(4)
        }
    }
})

2015-12-14T10:27:04.616-0800 E QUERY    Error: field names cannot start with $ [$set]
    at Error (<anonymous>)
    at DBCollection._validateForStorage (src/mongo/shell/collection.js:161:19)
    at DBCollection._validateForStorage (src/mongo/shell/collection.js:165:18)
    at insert (src/mongo/shell/bulk_api.js:646:20)
    at DBCollection.insert (src/mongo/shell/collection.js:243:18)
    at (shell):1:9 at src/mongo/shell/collection.js:161

e o b.d é inválido para uma chave

db.tmp.update({ a: 1 }, { $set: { 'b.d': 4 } }, { upsert: true })
WriteResult({ "nMatched" : 1, "nUpserted" : 0, "nModified" : 1 })

db.oplog.rs.find()


db.tmp2.insert({ 
    "ts" : Timestamp(1450117240, 1), 
    "h" : NumberLong(2523649590228245285), 
    "v" : NumberInt(2), 
    "op" : "u", 
    "ns" : "test.tmp", 
    "o2" : {
        "_id" : ObjectId("566f069e63d6a355b2c446af")
    }, 
    "o" : {
        "set" : {
            "b.d" : NumberInt(4)
        }
    }
})

2015-12-14T10:23:26.491-0800 E QUERY    Error: can't have . in field names [b.d]
    at Error (<anonymous>)
    at DBCollection._validateForStorage (src/mongo/shell/collection.js:157:19)
    at DBCollection._validateForStorage (src/mongo/shell/collection.js:165:18)
    at DBCollection._validateForStorage (src/mongo/shell/collection.js:165:18)
    at insert (src/mongo/shell/bulk_api.js:646:20)
    at DBCollection.insert (src/mongo/shell/collection.js:243:18)
    at (shell):1:9 at src/mongo/shell/collection.js:157

Talvez um problema do Jira deva ser registrado, recomendando que uma sintaxe com a pesquisa $set seja definida como um valor:

{ 
    "ts" : Timestamp(1450117240, 1), 
    "h" : NumberLong(2523649590228245285), 
    "v" : NumberInt(2), 
    "op" : "u", 
    "ns" : "test.tmp", 
    "o2" : {
        "_id" : ObjectId("566f069e63d6a355b2c446af")
    }, 
    "o" : {
        "$set" : {
            "key" : "b.d"
            "value" : NumberInt(4)
        }
    }
}

Atualização:criou um problema do Jira para isso:

https://jira.mongodb.org/browse/SERVER-21889