高 陽

(中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司地質(zhì)科學研究院 山東東營 257015)

0 引言

有機碳含量(TOC)是烴源巖評價和油氣資源評價的重要指標，但由于測試樣品數(shù)量有限，實驗所得有機碳在地質(zhì)剖面上往往是不連續(xù)的［1］。而且受沉積相帶、古生產(chǎn)力、古環(huán)境等因素影響，烴源巖性質(zhì)具有明顯非均質(zhì)性，烴源巖中有機質(zhì)含量變化很大［2］，只通過烴源巖厚度和平均有機碳含量的傳統(tǒng)方法評價烴源巖往往忽視了高峰度烴源巖層的貢獻，特別是在缺少取芯資料的地區(qū)，傳統(tǒng)地球化學方法受到嚴重制約?；趯崪y有機碳和巖石熱解數(shù)據(jù)，可以建立烴源巖性質(zhì)與測井信息之間的關系，進而利用測井資料評價烴源巖有機碳含量，就可獲得縱向上連續(xù)分布的有機碳數(shù)據(jù)，為烴源巖評價提供可靠資料［3］。

近年來，國內(nèi)外學者都在探索利用測井資料評價烴源巖的方法。1981年，Schmoker就指出Appalachian二疊系頁巖有機碳含量與自然伽馬存在相關關系［4］，Meyer和Nederlof1984年進一步提出可以采用電阻率、密度和聲波時差綜合評價烴源巖優(yōu)劣［5］，Muller1987年又增加了伽馬能譜評價烴源巖［6］。1988年，由EXXON/ESSO石油公司總結前人成果，提出了ΔlogR模型［7］，即將算數(shù)坐標下的聲波時差和對數(shù)坐標下的電阻率曲線疊合，通過確定基線位置，求取ΔlogR分布(式1)，進而建立有機碳含量定量關系式(式2)。

式中，ΔlogR為兩條曲線間距離;R為實測電阻率，Ω·m;R基線為基線對應電阻率，Ω·m;Δt為實測聲波時差，μs/ft;K 為疊合系數(shù)，取值0.02;Δt基線為基線對應聲波時差。

式中，TOC為有機碳含量，%;LOM為有機質(zhì)成熟度，ΔTOC為有機碳地區(qū)校正值。

目前國內(nèi)外學者采用的烴源巖測井評價方法大都基于 ΔlogR 模型，如張志偉［8］、許曉宏［9］、湯麗娜［10］、石強［11］、朱光有［12］等，其中胡慧婷等 2011年通過逐步回歸法改進ΔlogR模型，對海拉爾和松遼盆地烴源巖的有機碳含量進行評價［13］。另外，用自然伽馬能譜也能計算有機碳及巖石熱解生烴潛量［14］。

由于不同巖性烴源巖的測井響應特征有很大差異，如炭質(zhì)泥巖和油頁巖測井響應特征相差很大，且地下巖石情況復雜，每種測井響應特征都是多種地質(zhì)因素疊加的結果，這就給利用測井信息評價烴源巖帶來困難。尤其在鹽湖相烴源巖評價時，由于鹽湖相烴源巖中富含的膏、鹽質(zhì)成分，使其測井響應特征發(fā)生極大的改變，給利用測井信息評價鹽湖相烴源巖帶來很大困難。

本文提出在大量實驗分析數(shù)據(jù)的基礎上，首先評價鹽湖相烴源巖中膏質(zhì)和鹽質(zhì)含量，再根據(jù)烴源巖中膏、鹽質(zhì)成分多少，分類研究烴源巖有機碳與測井信息的相關關系，再建立不同巖性烴源巖的有機質(zhì)含量測井評價模型，并利用該方法對東營凹陷沙四下亞段鹽湖相烴源巖進行評價。

表1 豐深2井不同巖性富有機質(zhì)(TOC＞2%)烴源巖測井響應特征Table 1 Log characteristics of different types of organic rich source rocks in Well FS2

1 鹽湖相烴源巖測井評價

1.1 烴源巖測井響應特征

鹽湖沉積物中，與石膏和鹽巖互層的純泥巖、含膏(鹽)泥巖、膏(鹽)質(zhì)泥巖都能孕育有效烴源巖，這些巖石測井響應特征隨膏、鹽巖含量變化有很大差別。

已成熟的純泥巖自然伽馬為高值，聲波時差一般超過 70 μs/ft，體積密度介于 2.4 ～ 2.6 g/cm3，中子孔隙度高值，電阻率低且平直，通常而言，富含有機質(zhì)的泥巖與貧有機質(zhì)泥巖相比具有“四高一低”的特征，即高自然伽馬、高電阻率、高聲波時差、低密度值［15］。石膏的自然伽馬極低，聲波時差約52 μs/ft，密度約為2.3 g/cm3，中子孔隙度約50%，電阻率高值。巖鹽自然伽馬極低，聲波時差67 μs/ft，體積密度僅2.1 g/cm3，中子孔隙度接近于0，電阻率高值(圖1)。當泥巖中含有石膏、巖鹽等成分時，自然伽馬和體積密度降低，聲波時差增大，電阻率增大，使得同樣富含有機質(zhì)的膏(鹽)質(zhì)泥巖、含膏(鹽)泥巖與純泥巖之間測井響應特征相差極大(表1)。因此利用測井信息評價鹽湖相烴源巖必須先查清不同膏、鹽巖含量泥巖中有機碳含量與測井信息的關系。

利用東營凹陷沙四下亞段、渤南洼陷沙四上亞段和東濮洼陷沙三段鹽湖烴源巖實測數(shù)據(jù)和測井信息，首先以標準層法將測井曲線標準化，然后提取了含膏(鹽)泥巖、膏(鹽)質(zhì)泥巖和純泥巖的測井響應值。利用R型聚類分析，查明體積密度(DEN)、聲波時差(AC)、泥質(zhì)含量(ΔGR)和電阻率對數(shù)(LogRt)可以表征有機碳(TOC)變化，最后建立了含膏(鹽)泥巖、膏(鹽)質(zhì)泥巖和純泥巖有機碳含量(TOC)與測井信息之間的響應模式(圖2)。

從圖2中可以看出，ΔGR可以有效區(qū)分巖性，純泥巖ΔGR大于0.9，含膏(鹽)泥巖ΔGR介于0.7～0.9，膏(鹽)質(zhì)泥巖ΔGR小于0.7。泥巖和含膏(鹽)泥巖的TOC與ΔGR之間沒有明顯的相關性，但膏(鹽)質(zhì)泥巖TOC與ΔGR正相關。這是由于膏巖和鹽巖具有極低的自然伽馬值，隨著巖石中膏、鹽質(zhì)成分的增加，巖石的自然伽馬值降低。對于膏(鹽)質(zhì)泥巖，隨著石膏或鹽巖含量增加(ΔGR減小)，泥巖中有機質(zhì)含量降低(TOC減小)。

聲波時差(AC)能有效地表征各類巖石有機碳變化。純泥巖和含膏(鹽)泥巖TOC與AC成正比。這兩類巖石中泥質(zhì)含量遠高于膏、鹽成分，由于有機質(zhì)組分的聲波時差高，富有機質(zhì)泥巖和含膏(鹽)泥巖聲波時差較高。隨著膏、鹽成分增加，由于膏、鹽組分聲波時差遠低于正常泥巖，使膏(鹽)質(zhì)泥巖的聲波時差值較低，且AC隨有機碳含量變化無明顯相關性。

由于有機質(zhì)密度低，純泥巖和含膏(鹽)泥巖有機質(zhì)含量增加使巖石體積密度降低，但膏(鹽)質(zhì)泥巖TOC與密度呈反比，這是由于膏、鹽巖密度極低，密度主要表征了泥質(zhì)含量變化，而這類巖石TOC隨泥質(zhì)含量增加而增加，即密度增加、泥質(zhì)含量增加，膏(鹽)質(zhì)泥巖的有機碳含量增加。

純泥巖和含膏(鹽)泥巖TOC與LogRt呈正比，膏(鹽)質(zhì)泥巖LogRt遠遠高于純泥巖和含膏(鹽)泥巖，且TOC與LogRt呈反比，隨著膏、鹽等貧有機質(zhì)組分增加，巖石電阻率增大，巖石有機碳含量減少。

綜上可知，鹽湖相烴源巖測井響應特征復雜，受烴源巖中膏、鹽質(zhì)成分含量和有機質(zhì)含量共同控制。當巖石中的膏、鹽成分含量低時(ΔGR＞0.7)，烴源巖測井響應特征受有機質(zhì)含量控制，TOC與聲波時差、電阻率成正比，與密度呈反比;當巖石中的膏、鹽成分含量較高時(ΔGR≤0.7)，烴源巖測井響應特征主要受膏、鹽成分含量控制，TOC與密度呈正比，與電阻率呈反比。

圖1 豐深1井鹽湖相不同巖性測井響應特征Fig.1 Log characteristics of different types of rocks in salt lake of Well FS1

圖2 不同巖性TOC與 ΔGR、AC、DEN、LogRt相關關系Fig.2 Relationships between TOC and ΔGR，AC，DEN，LogRt in different rocks

1.2 建立烴源巖性質(zhì)測井評價模型

根據(jù)鹽湖相不同巖性烴源巖的測井響應特征，首先以ΔGR區(qū)分巖性，再利用AC、LogRt和DEN來表征純泥巖和含膏(鹽)泥巖的TOC，利用DEN、LogRt和ΔGR表征膏(鹽)泥巖的TOC。根據(jù)待研究區(qū)域?qū)崪yTOC數(shù)據(jù)和測井信息，分不同巖性建立TOC的測井評價模型(式 3、4、5)，并可求得式 3、4、5 中的a1、b1等系數(shù)。

式中，TOC為有機碳含量，%;Rt為原狀地層電阻率，Ω·m;AC為實測聲波時差，μs/ft;DEN為體積密度，g/cm3;ΔGR為自然伽馬相對值(GR-GRmin)/(GRmax-GRmin)，小數(shù)。

求取TOC之后，利用巖石熱解和有機碳測試數(shù)據(jù)，建立S1+S2與TOC的相關關系，就能求得巖石的生烴潛力S1+S2。應用該方法可以為烴源巖評價和油氣資源量評估提供大量的評價數(shù)據(jù)。

2 模型應用

東營凹陷沙四下亞段是典型的鹽湖相沉積［16］，自盆地邊緣至中心依次發(fā)育有碎屑巖-碳酸鹽巖-硫酸巖組合［17］。沙四下亞段沉積后期，東營凹陷北部形成“高山深湖”的沉積格局，湖水在重力作用下形成下部鹵水和上部咸水、微咸水的分層現(xiàn)象［2，18］，當鹵水達到鹽類結晶濃度時便有鹽類沉積，當氣候變化、發(fā)生風暴、濁流或季節(jié)性洪水涌入等使湖水大規(guī)模震蕩，分層鹵水結構就會遭到破壞，形成碎屑巖沉積［19］，灰白色膏、鹽巖與深灰色泥巖頻繁韻律互層，膏、鹽巖層單層厚度不超過25 m。由于鹽湖湖盆底層具有缺氧、強還原、高鹽度條件，使得有機質(zhì)得以最大程度的保存，與膏、鹽巖互層的暗色泥巖和油頁巖具有較高的有機質(zhì)豐度，是有效烴源巖［20］。

由于東營凹陷北部沙四下亞段埋深大多超過4 000 m，鉆遇的井較少，且烴源巖取芯數(shù)量有限，不能在剖面和平面上控制烴源巖地球化學性質(zhì)變化規(guī)律，難以反映烴源巖平面和剖面非均質(zhì)性全貌。本文利用前文所述方法，首先以測井深度為準，對巖心深度進行校正，而后提取巖心的測井相應特征，然后建立了測井信息與烴源巖實測TOC之間的關系(式6～8)將利用測井信息評價的TOC與實測TOC進行比對，發(fā)現(xiàn)二者吻合程度較高(表2，圖3)。

圖3 實測TOC和測井預測TOC對比Fig.3 Different between actual measurement and forecast TOC

圖4 S1+S2與TOC相關關系Fig.4 Relationships between S1+S2and TOC

利用巖石熱解數(shù)據(jù)與有機碳測試數(shù)據(jù)(表2)建立了相關關系(圖4)，見式9。

式中:S1+S2為巖石生烴潛力，mg/g;TOC為巖石有機碳含量，小數(shù)。

為檢驗模型準確性和適用性，選取研究區(qū)烴源巖發(fā)育的豐深2井進行實測值和計算值對比，發(fā)現(xiàn)二者吻合較好，說明筆者所建立的鹽湖相烴源巖測井評價方法是可信的(圖5)。

表2 東營凹陷沙四下亞段烴源巖實測、預測TOC與S1+S2Table 2 Actual measurement TOC，S1，S2and forecast TOC of lower member of Es4in Dongying Depression

在測井數(shù)據(jù)標準化的基礎上，利用該方法對研究區(qū)62口井沙四下亞段烴源巖進行評價，獲取了巨量的烴源巖評價參數(shù)，對研究區(qū)沙四下亞段鹽湖相烴源巖性質(zhì)和平面展布進行評價。以TOC＞0.5%為有效烴源巖界定標準，繪制了有效烴源巖累計厚度和有機碳均值平面等值線圖(圖6)。從圖中可以看出，東營北帶沙四下亞段有效烴源巖北部以陳家莊斷層為界，主要分布在勝科1井、郝科1井以北，濱680、利古6以西，其中在新利深1南和豐深2～東風8井區(qū)有效烴源巖累計厚度超過了350 m。中央隆起帶以南僅在局部(梁125～梁6井區(qū)、史130井區(qū))發(fā)育有效烴源巖，累計厚度不超過100 m(圖4左)。從有效烴源巖TOC均值等值線圖上可以看出，在利津地區(qū)(新利深1南)、勝坨地區(qū)下降盤(坨深1井區(qū))、民豐地區(qū)(豐深2～豐深6井區(qū))有效烴源巖的TOC均值超過1.8%，郝科1井區(qū)TOC均值超過1.6%，總的來看，有效烴源巖向東、向南厚度減薄、品質(zhì)變差。

3 結論

(1)受膏、鹽質(zhì)含量影響，鹽湖相烴源巖中普遍存在的純泥巖、含膏(鹽)泥巖和膏(鹽)質(zhì)泥巖的測井響應有較大差別。利用東營凹陷沙四下亞段、渤南洼陷沙四上亞段和東濮洼陷沙三段鹽湖烴源巖實測數(shù)據(jù)和測井信息建立了含膏(鹽)泥巖、膏(鹽)質(zhì)泥巖和純泥巖有機碳含量(TOC)與測井信息之間的響應模式，發(fā)現(xiàn)自然伽馬相對值(ΔGR)可以有效區(qū)分巖性，體積密度(DEN)、聲波時差(AC)和原狀地層電阻率(LogRt)可以表征鹽湖相烴源巖有機碳含量。

(2)建立了鹽湖相烴源巖測井評價方法，即首先用ΔGR區(qū)分巖性，進而根據(jù)實測TOC數(shù)據(jù)和DEN、AC、LogRt進行多元回歸，建立相關關系，計算烴源巖TOC。最后利用實測TOC和巖石熱解S1+S2建立相關關系，用計算所得TOC評價巖石S1+S2。并利用該方法對東營凹陷沙四下亞段鹽湖相烴源巖性質(zhì)和展布進行評價，發(fā)現(xiàn)評價結果與實測數(shù)據(jù)吻合程度高，具有實用價值。

圖5 豐深2井TOC實測值與計算值比對Fig.5 Comparison between actual measurement and calculated TOC in Well FS2

圖6 有效烴源巖累計厚度(左)和TOC均值(右)等值線圖Fig.6 Effective source rocks accumulated thickness(left)and TOC mean(right)contour map

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