申雯龍 漆濱汶 許廣臣 李 陽(yáng)

(1.中海石油(中國(guó))有限公司上海分公司 上海 200335； 2.北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部 北京 100875)

烴源巖發(fā)育規(guī)模和質(zhì)量是含油氣盆地區(qū)帶評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，決定了盆地的勘探潛力。常規(guī)的烴源巖評(píng)價(jià)是采用有機(jī)地球化學(xué)或有機(jī)巖石學(xué)的方法[1-2]，通過(guò)大量巖樣和巖屑等實(shí)物樣品的化驗(yàn)結(jié)果分析已鉆井的烴源巖條件，難以達(dá)到預(yù)測(cè)的目的。20世紀(jì)90年代以來(lái)，一些學(xué)者通過(guò)測(cè)井方法建立起了烴源巖快速識(shí)別技術(shù)[3-6]，也逐步開(kāi)展了基于地球物理方法的烴源巖評(píng)價(jià)研究，并取得了一定進(jìn)展[7-10]。隨著烴源巖預(yù)測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，結(jié)合多種不同數(shù)據(jù)進(jìn)行多學(xué)科交叉是今后烴源巖預(yù)測(cè)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)大方向。

東海陸架盆地麗水凹陷勘探程度較低，迄今已發(fā)現(xiàn)1個(gè)油氣田和6個(gè)含油氣構(gòu)造，說(shuō)明具備一定的勘探潛力；但近年來(lái)鉆探的5口井僅獲得熒光顯示及氣測(cè)異常，鉆后分析認(rèn)為局部次凹供烴能力不足是主要的失利原因之一，因此亟需對(duì)烴源巖進(jìn)行重新評(píng)價(jià)。本文首先通過(guò)巖石物理分析，建立彈性參數(shù)與有機(jī)質(zhì)豐度之間的關(guān)系；再利用地震資料包含的大量地質(zhì)信息，在鉆井標(biāo)定的基礎(chǔ)上開(kāi)展有機(jī)質(zhì)豐度的反演；最后根據(jù)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度門(mén)檻值在確定有機(jī)質(zhì)豐度分布的同時(shí)求取烴源巖的分布。實(shí)際應(yīng)用表明，本文方法可大大提高少井地區(qū)烴源巖預(yù)測(cè)精度，可為油氣資源評(píng)價(jià)和勘探?jīng)Q策提供重要參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

麗水凹陷位于東海陸架盆地臺(tái)北坳陷西南部，是在中生代殘留盆地基底上拉張斷陷形成的新生代單斷箕狀凹陷，呈東斷西超，內(nèi)部被靈峰潛山分為東、西、南等3個(gè)次凹[11-13]，面積約1.25×104km2。麗水凹陷油氣發(fā)現(xiàn)集中在古新統(tǒng)，主要烴源巖層段為下古新統(tǒng)月桂峰組，上覆中古新統(tǒng)靈峰組和上古新統(tǒng)明月峰組兩套儲(chǔ)蓋組合。麗水凹陷古新世分割性強(qiáng)，各洼槽厚度差異較大，因此生烴主洼的分布及規(guī)模對(duì)勘探區(qū)帶的優(yōu)選具有重要意義。麗水凹陷鉆井較少，鉆遇月桂峰組的井僅5口且位于斜坡高部位，凹陷中深層烴源巖的常規(guī)預(yù)測(cè)方法是先根據(jù)烴源巖“低頻-強(qiáng)振幅”的地震特征在剖面上確定烴源巖位置，再通過(guò)估算砂地比得到烴源巖空間分布范圍。這種方法不僅存在人為不確定性和精度低問(wèn)題，而且由于沉積相帶的變化砂地比數(shù)據(jù)在未鉆井的區(qū)域會(huì)存在較大的誤差，導(dǎo)致預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性較低，同時(shí)對(duì)烴源巖質(zhì)量也缺乏定量的評(píng)價(jià)。

圖1 麗水凹陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐諪ig .1 Tectonic units division in Lishui sag

2 方法原理

本文方法的主要思路是建立總有機(jī)碳含量(TOC)與巖石彈性參數(shù)的映射關(guān)系，利用地震數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)烴源巖分布。在海上少井地區(qū)難以獲取大量的實(shí)測(cè)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度和巖石彈性數(shù)據(jù)，因此需要應(yīng)用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)在試驗(yàn)數(shù)據(jù)標(biāo)定的前提下完成數(shù)據(jù)的拓展，建立TOC與巖石彈性參數(shù)的映射關(guān)系，再由鉆井出發(fā)結(jié)合地震數(shù)據(jù)開(kāi)展地震反演預(yù)測(cè)，從而最終得到整個(gè)凹陷烴源巖有機(jī)碳數(shù)據(jù)。具體流程包括：

1) 巖石樣品的有機(jī)質(zhì)豐度以及縱橫波速度、密度等巖石物理參數(shù)測(cè)量，建立數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的巖石物理模型。

2) 基于實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)標(biāo)定，應(yīng)用測(cè)井曲線求取單井TOC數(shù)據(jù)。

3) 利用單井TOC預(yù)測(cè)結(jié)果和各井地球物理參數(shù)曲線，建立有機(jī)質(zhì)豐度與地球物理參數(shù)間的映射關(guān)系。

4) 基于有機(jī)質(zhì)豐度與地球物理參數(shù)間的映射關(guān)系，利用地震數(shù)據(jù)開(kāi)展地震反演，由點(diǎn)至面進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而得到整個(gè)凹陷烴源巖有機(jī)碳的分布情況。

其中，巖石樣品的測(cè)定最好能包括不同巖性的測(cè)定；測(cè)井曲線求取TOC數(shù)據(jù)應(yīng)分井進(jìn)行計(jì)算，以消除各井測(cè)井曲線環(huán)境和儀器導(dǎo)致的差別。同時(shí)，單井可以主要針對(duì)烴源巖層采用分層段擬合TOC曲線以提高擬合數(shù)據(jù)的符合率。值得注意的是，不同凹陷的地質(zhì)和地球物理特征差別較大，須根據(jù)各凹陷特征選擇不同的參數(shù)，或者同一凹陷不同層位選用不同的方法。烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性受鉆井、巖石樣品數(shù)量和測(cè)井、地震數(shù)據(jù)的質(zhì)量影響，鉆井越多、地震資料品質(zhì)越好，則預(yù)測(cè)結(jié)果越準(zhǔn)確[14-15]。

3 應(yīng)用效果

3.1 單井TOC預(yù)測(cè)

麗水凹陷勘探程度較低，全區(qū)內(nèi)僅有5口井鉆遇主力烴源巖月桂峰組，實(shí)物樣品比較有限，不足以建立起有機(jī)質(zhì)豐度與地球物理參數(shù)間的映射關(guān)系，須以實(shí)物樣品的巖石物理試驗(yàn)數(shù)據(jù)為標(biāo)定，開(kāi)展單井有機(jī)碳豐度預(yù)測(cè)。目前主要有以下3種單井預(yù)測(cè)方法：

1) ΔlgR法。利用聲波時(shí)差與電阻率測(cè)井曲線重疊法，計(jì)算單井TOC曲線，公式為

ΔlgR=lg(R/R基線)+K(Δt-Δt基線)

(1)

w(TOC)=10(2.297-0.168 8LOM)ΔlgR+TOCbackground

(2)

式(1)、(2)中：R為深側(cè)向電阻率測(cè)井曲線值；R基線為深側(cè)向電阻率曲線基線值；Δt為聲波時(shí)差測(cè)井曲線值；Δt基線為聲波時(shí)差測(cè)井曲線基線值；LOM為熱變指數(shù)；TOCbackground為背景TOC含量；K為疊合系數(shù)。

通過(guò)實(shí)測(cè)TOC厘定不同烴源巖發(fā)育層段ΔlgR法關(guān)鍵參數(shù)LOM，從而預(yù)測(cè)烴源巖層段TOC。

2) 多元線性回歸。通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)TOC數(shù)據(jù)與測(cè)井曲線之間的相關(guān)性分析，找到與實(shí)測(cè)TOC相關(guān)性(正相關(guān)或負(fù)相關(guān))較好的測(cè)井曲線，并作為自變量引入多元線性回歸方程(即式(1))。篩選出自然伽馬、聲波時(shí)差、密度、中子孔隙度、電阻率等5種測(cè)井曲線(圖2)，建立多元線性回歸模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，公式為

(3)

式(3)中：bi、cj、d為常數(shù)；Mi是與TOC呈正相關(guān)的測(cè)井曲線；Nj是與TOC含量呈負(fù)相關(guān)的測(cè)井曲線。

3) 基于MIV(Mean Impact Value)值的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)。MIV值能夠反映神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中權(quán)重矩陣的變化情況，是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法中評(píng)價(jià)各個(gè)輸入自變量對(duì)于輸出因變量影響程度的最佳指標(biāo)，其絕對(duì)值大小代表自變量對(duì)因變量影響的相對(duì)重要性[16-18]。主要計(jì)算步驟為：①在 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)束后，訓(xùn)練樣本的每一個(gè)輸入自變量按調(diào)節(jié)率分別增加和減少，獲得2個(gè)新的訓(xùn)練樣本；②利用已經(jīng)訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)對(duì)以上2組新的訓(xùn)練樣本進(jìn)行預(yù)測(cè)， 得到各自的預(yù)測(cè)輸出數(shù)據(jù)；③求出兩組預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)之間的差值，視其為原輸入自變量變動(dòng)后對(duì)輸出因變量的影響值，即為IV( Impact Value)；④將每一個(gè)自變量獲得的IV值按實(shí)際樣本數(shù)目取均值，得到各個(gè)自變量影響值的平均值，即為MIV值。

圖2 麗水凹陷烴源巖實(shí)測(cè)TOC與測(cè)井曲線的相關(guān)性Fig .2 Correlation between TOC and logging curves of source rocks in Lishui sag

根據(jù)計(jì)算得到的麗水凹陷烴源巖聲波時(shí)差、中子孔隙度、電阻率等曲線的MIV值如表1所示，發(fā)現(xiàn)井徑、密度、中子孔隙度、聲波時(shí)差、自然伽馬、電阻率曲線對(duì)于烴源巖TOC的影響較大，自然電位曲線影響最小，因此優(yōu)選聲波時(shí)差、中子孔隙度、自然伽馬、地層電阻率、井徑測(cè)井、自然電位、密度等6個(gè)測(cè)井參數(shù)作為輸入變量，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)計(jì)算得到TOC曲線。

表1 麗水凹陷烴源巖不同測(cè)井曲線的MIV值Table 1 Mean Impact Value of logs of source rocks in Lishui sag

綜合對(duì)比不同方法的預(yù)測(cè)結(jié)果(圖3)，可以看出:ΔlgR技術(shù)預(yù)測(cè)結(jié)果偏大，且準(zhǔn)確度略低;回歸分析方法得到的是平均值，會(huì)對(duì)較低值估計(jì)過(guò)高而對(duì)較高值估計(jì)過(guò)低，預(yù)測(cè)結(jié)果變化較為平緩;人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法預(yù)測(cè)值接近平均值，能夠更多地反映出地層中TOC的變化。

3.2 地震數(shù)據(jù)TOC預(yù)測(cè)

利用單井TOC預(yù)測(cè)結(jié)果和各個(gè)測(cè)井地球物理參數(shù)曲線，建立烴源巖TOC與地球物理參數(shù)間的映射關(guān)系。通過(guò)分析單井預(yù)測(cè)得到烴源巖有機(jī)碳含量曲線與相關(guān)地球物理參數(shù)之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)密度曲線和縱波阻抗曲線與烴源巖有機(jī)碳含量之間存在較好的函數(shù)擬合關(guān)系(圖4)。

圖3 麗水凹陷WZ26-1-1井TOC預(yù)測(cè)曲線Fig .3 Predicted TOC curves of Well WZ26-1-1 in Lishui sag

因此，先利用地震剖面開(kāi)展疊后地震反演，得到疊后縱波阻抗剖面；再將疊后地震縱波阻抗剖面轉(zhuǎn)化成為T(mén)OC剖面，從而完成由“點(diǎn)”至“線”的TOC含量預(yù)測(cè)(圖5)。

3.3 烴源巖質(zhì)量及分布預(yù)測(cè)

根據(jù)反演得到的TOC數(shù)據(jù)體，利用反距離加權(quán)法得到整個(gè)麗水凹陷烴源巖TOC平面分布(圖6)。從縱向分布上看，烴源巖TOC含量最高的層段為月桂峰組，其次為靈峰組下段。從平面分布上看，月桂峰組總體屬中等—好烴源巖，其中西次凹烴源巖TOC為0.8%～3.5%，最高值3.5%位于西次凹中北部；東次凹烴源巖TOC為0.8%～1.5%。靈峰組下段烴源巖質(zhì)量稍差，以中等烴源巖為主，但是烴源巖質(zhì)量相對(duì)較高的區(qū)域仍在西次凹，TOC為0.8%～2.5%，最高值2.5%也位于西次凹中北部。

以WZ26-1-1井點(diǎn)為例，實(shí)測(cè)平均TOC約1.5%，月桂峰組西次凹沉積厚度遠(yuǎn)大于東次凹，基本地質(zhì)認(rèn)識(shí)是西次凹烴源條件優(yōu)于東次凹，預(yù)測(cè)結(jié)果也顯示西次凹有機(jī)質(zhì)豐度更大，與井點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相符合，同時(shí)平面分布也符合地質(zhì)規(guī)律和認(rèn)識(shí)。

月桂峰組和靈峰組烴源巖演化處于成熟階段，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以腐殖型為主，根據(jù)烴源巖地球化學(xué)定量評(píng)價(jià)規(guī)范[19]，TOC大于0.5%為中等及以上烴源巖。反演數(shù)據(jù)體以TOC等于0.5%為門(mén)檻，累計(jì)計(jì)算TOC大于0.5%的地層厚度，能夠得到中等以上烴源巖的厚度。

計(jì)算結(jié)果表明：月桂峰組烴源巖主要分布于西次凹，呈條帶分布向北逐漸增厚，其中中北部烴源巖厚度為200～500 m，厚度最大的區(qū)域位于西次凹北部(最厚約550 m)；東次凹北部較厚(最厚約200 m)。靈峰組下段烴源巖集中于西次凹北部，厚度為200～400 m(圖7)。因此，麗水凹陷有利勘探區(qū)帶為西次凹緊鄰優(yōu)質(zhì)烴源巖的有利儲(chǔ)層發(fā)育帶。

圖4 麗水凹陷烴源巖預(yù)測(cè)TOC與縱波阻抗交會(huì)圖Fig .4 Cross plot between TOC and P-impedance of source rocks in Lishui sag

圖5 麗水凹陷烴源巖TOC預(yù)測(cè)剖面(位置見(jiàn)圖1)Fig .5 TOC section distribution of source rocks in Lishui sag(see Fig.1 for location)

圖6 麗水凹陷烴源巖TOC平面分布Fig .6 TOC plane distribution of source rocks in Lishui sag

圖7 麗水凹陷烴源巖厚度圖Fig .7 Isopach map of source rocks in Lishui sag

4 結(jié)論

1) 綜合運(yùn)用地球化學(xué)分析、巖石物理分析、地震反演等手段，建立了一套海上少井地區(qū)基于地震反演的TOC定量計(jì)算方法：首先，建立數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的巖石物理模型；然后，基于實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)標(biāo)定，應(yīng)用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，采用混合概率密度網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，完成單井TOC的預(yù)測(cè)；最后，建立烴源巖TOC與彈性參數(shù)的映射關(guān)系，借助地震反演技術(shù)間接得到烴源巖TOC分布數(shù)據(jù)體，進(jìn)而得到整個(gè)凹陷烴源巖TOC與厚度分布。

2) 本文方法在東海陸架盆地麗水凹陷的應(yīng)用結(jié)果表明：古新統(tǒng)月桂峰組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度最高，其次為靈峰組下段；月桂峰組總體屬中等—好烴源巖，靈峰組下段以中等烴源巖為主；月桂峰組優(yōu)質(zhì)烴源巖主要分布于西次凹，靈峰組下段烴源巖集中于西次凹北部；有利勘探區(qū)帶應(yīng)為西次凹緊鄰優(yōu)質(zhì)烴源巖的有利儲(chǔ)層發(fā)育帶。本文方法可大大提高少井地區(qū)烴源巖預(yù)測(cè)精度，可為油氣資源評(píng)價(jià)和勘探?jīng)Q策提供重要參考依據(jù)。