王志偉，趙永剛，陰鈺毅，郭 慶，余小雷

（1.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安 710065；2.中國石油東方地球物理公司研究院長慶分院，陜西西安 710021）

頁巖是一種廣泛存在于地殼中的沉積巖，而頁巖氣是指以吸附態(tài)和游離態(tài)賦存于富有機(jī)質(zhì)頁巖和納米孔徑的頁巖地層系統(tǒng)中的天然氣[1]。頁巖氣作為一種蘊(yùn)藏量豐富、開采潛力巨大的非常規(guī)天然氣資源，其勘探與開發(fā)成為世界關(guān)注的焦點(diǎn)。在頁巖氣勘探開發(fā)實(shí)踐中，由于很多地區(qū)的頁巖氣原始產(chǎn)能較低，影響了其開采的經(jīng)濟(jì)效益，因此，為了進(jìn)一步提高頁巖氣產(chǎn)能，頁巖氣“甜點(diǎn)”勘探技術(shù)的應(yīng)用和突破是實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)開采的關(guān)鍵[2-3]。頁巖氣“甜點(diǎn)”可細(xì)分為地質(zhì)“甜點(diǎn)”和工程“甜點(diǎn)”，前者對生烴能力、儲氣條件進(jìn)行評價，后者對易開采性進(jìn)行評價。在頁巖氣勘探開發(fā)的初期，地質(zhì)資料較少，鉆探程度低，利用地震資料開展頁巖氣“甜點(diǎn)”區(qū)預(yù)測就成為關(guān)鍵。

利用國內(nèi)外頁巖氣勘探開發(fā)的成功經(jīng)驗(yàn)，以東方地球物理公司自主研發(fā)的Geoeast軟件為工具，結(jié)合地質(zhì)和地震資料進(jìn)行疊前地震資料處理解釋，從而進(jìn)一步綜合運(yùn)用地震屬性分析、地震反演、裂縫預(yù)測等技術(shù)，對鄂爾多斯盆地西緣地區(qū)中上奧陶統(tǒng)頁巖氣儲層的分布、厚度、含氣性、裂縫發(fā)育程度以及巖石力學(xué)特征等方面進(jìn)行研究，進(jìn)而預(yù)測頁巖氣富集的“甜點(diǎn)”區(qū)，對該區(qū)塊頁巖氣勘探開發(fā)井位部署提供依據(jù)，大大地降低了非常規(guī)儲層鉆探的風(fēng)險。

1 地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地西緣地表山巒起伏，高程變化大，是多期次構(gòu)造運(yùn)動的強(qiáng)烈活動區(qū)，復(fù)雜的大地構(gòu)造環(huán)境決定了盆地西緣的地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜多樣、分段變化的構(gòu)造特征。研究區(qū)下古生界奧陶系烏拉力克組發(fā)育一套分布廣、厚度大的泥頁巖和泥質(zhì)碳酸鹽巖沉積，目前已有多口井在中奧陶統(tǒng)獲低產(chǎn)氣流，其中2017 年鉆探的忠4 井在烏拉力克組試氣獲4.18×104m3/d。

鄂爾多斯盆地西緣奧陶系地層發(fā)育齊全，中北段自下而上發(fā)育三道坎組、桌子山組、克里摩里組、烏拉力克組、拉什仲組、公烏素組和蛇山組。其中部分地區(qū)缺失拉什仲組、公烏素組和蛇山組，西緣南段自下而上發(fā)育麻川組、水泉嶺組、三道溝組和平?jīng)鼋M。本次研究的目的層位為奧陶系烏拉力克組，主要為一套廣海盆地相沉積，巖性為深灰-灰黑色泥頁巖，分布范圍廣泛且相對穩(wěn)定。目前中上奧陶統(tǒng)發(fā)育的有效海相烴源巖總有機(jī)碳（TOC）含量多為0.3%～1.5%，含量大于0.5%的占45.8%；烴源巖厚度一般為60～200 m，分布面積達(dá)2.80×104km2，橫向分布較穩(wěn)定，為有利的“甜點(diǎn)”預(yù)測段[4]。80 年代以來在鄂爾多斯盆地西緣勘探開發(fā)的同時，奧陶系沒有發(fā)現(xiàn)有利的海相烴源巖，因而眾多學(xué)者[5-6]認(rèn)為：下古生界海相烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度低、生烴潛力差、儲層相對致密，不能形成規(guī)模化油氣聚集。近年來，隨著下古生界勘探力度的不斷加大，盆地西部有4 口井在中奧陶統(tǒng)獲低產(chǎn)氣流，甲烷碳同位素-38.92‰～-36.47‰，具海相烴源巖的同位素特征，表明奧陶系仍具有良好的勘探潛力。

2 測井資料及巖石物理分析

地震反演是利用已知的地質(zhì)規(guī)律和鉆井、測井資料進(jìn)行約束，對地下巖層空間結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)進(jìn)行成像的過程，是地震預(yù)測中的重要方法，而巖石物理分析是地震反演的基礎(chǔ)。疊后波阻抗反演是利用儲層與圍巖之間的波阻抗差異來進(jìn)行儲層預(yù)測，疊前反演是利用不同巖石物理參數(shù)的交會進(jìn)行儲層及其所含流體性質(zhì)的預(yù)測。

通過對研究區(qū)Z2 井的測井曲線分析，頁巖儲層與圍巖在縱波阻抗、密度、縱橫波速度比、自然伽馬等具有明顯差異。頁巖儲層具有自然伽馬值高、脆性較好、有機(jī)碳含量高、孔滲條件好、低含水飽和度等特征，說明研究區(qū)烏拉力克組具有一定的勘探潛力[7]。地震巖石物理分析是建立巖石物理性質(zhì)與地震響應(yīng)之間聯(lián)系的橋梁，通過對各種巖心、測井和地震資料進(jìn)行綜合分析，建立巖石物理性質(zhì)與巖石地球物理特征的關(guān)系，可以有效提高地震巖性識別、儲層預(yù)測和流體檢測的精度。通過對研究區(qū)烏拉力克組開展巖石物理分析發(fā)現(xiàn)，孔隙度與縱波速度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，TOC 與密度也具有很好的負(fù)相關(guān)關(guān)系，即縱波速度越高、孔隙度越低；密度越高、TOC 含量越低。

3 頁巖氣“甜點(diǎn)”地震預(yù)測

地質(zhì)“甜點(diǎn)”是重點(diǎn)評價頁巖段構(gòu)造、斷裂特征和儲層的指標(biāo)，即落實(shí)頁巖段基本構(gòu)造特征、儲層特征、含氣能力，優(yōu)選地質(zhì)有利區(qū)。工程“甜點(diǎn)”是重點(diǎn)關(guān)注頁巖段與鉆井、壓裂相關(guān)的評價參數(shù)，旨在優(yōu)選鉆井工程、規(guī)模儲層改造的有利區(qū)。本次研究主要從有機(jī)碳含量、裂縫、巖石脆性等方面綜合評價頁巖氣的地質(zhì)“甜點(diǎn)”和工程“甜點(diǎn)”。

3.1 裂縫預(yù)測

構(gòu)造作用是裂縫形成的關(guān)鍵因素，而裂縫可為頁巖層中的游離氣提供儲集空間，連接孔隙和喉道，提高儲層的滲透性。因此，天然裂縫在頁巖氣勘探開發(fā)中有著至關(guān)重要的作用。裂縫是頁巖氣勘探開發(fā)的“雙刃劍”，一般裂縫發(fā)育地區(qū)易于壓裂，但裂縫過多地區(qū)，鉆井風(fēng)險較大。本次研究中裂縫預(yù)測主要采用疊后地震敏感屬性分析，尋找裂縫預(yù)測的敏感屬性，主要包括相干屬性、方差體屬性、傾角、方位角、曲率、螞蟻體追蹤等技術(shù)手段，通過這些手段預(yù)測斷裂、微斷裂、大中尺度裂縫等。

曲率屬性是應(yīng)用曲率方法計算地質(zhì)體在集合空間的分布形態(tài)，地層受力變形越大、破裂程度越大、曲率值也越高，從而有效識別斷層、裂縫、彎曲和褶皺等幾何構(gòu)造。曲率分為構(gòu)造類曲率和振幅類曲率兩類，構(gòu)造類曲率反映地層受構(gòu)造應(yīng)力擠壓時層面的彎曲程度，利用線性構(gòu)造異常進(jìn)行斷層預(yù)測，構(gòu)造曲率越大就越彎曲，裂縫也就越發(fā)育。振幅類曲率是對地震數(shù)據(jù)振幅進(jìn)行橫向二階求導(dǎo)得到，像構(gòu)造類曲率一樣，振幅類曲率也能提供有用信息應(yīng)用于解釋，比如預(yù)測碳酸鹽巖溶洞、溶蝕孔和微斷裂的分布規(guī)律。與其他屬性相比，曲率體能夠反映地震分辨率無法分辨的微小斷裂及裂縫特征，所以利用地震曲率體技術(shù)，可以預(yù)測和評價頁巖裂縫的發(fā)育情況。圖1 為運(yùn)用曲率屬性方法提取的烏拉力克組曲率分析平面圖，可知主體部位裂縫、微裂縫較為發(fā)育，裂縫方向主要為NW-SE 向，在后期壓裂作用下可形成一定的裂縫體系，有易于頁巖氣的勘探開發(fā)。

3.2 TOC 含量預(yù)測

TOC 含量是評價頁巖具有生烴能力的主要參數(shù)之一，可表征含氣量大小，TOC 的平均含量達(dá)到一定的門限值時，才能獲得有工業(yè)價值的頁巖氣藏。TOC 含量與縱橫波速度交會分析表明，兩者具有明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，可通過地震反演對TOC 進(jìn)行預(yù)測。圖2 為有機(jī)碳含量反演剖面，烏拉力克組TOC 含量具有一定的非均質(zhì)性，烏拉力克組中段TOC 含量大于2.0%，根據(jù)TOC 地震解釋成果認(rèn)為，烏拉力克組底部TOC 含量較低。結(jié)合研究區(qū)烏拉力克組TOC 含量平均預(yù)測結(jié)果（圖3）可知，研究區(qū)平均TOC 含量為1.2%～1.4%，屬于較好烴源巖。ZP2 井附近TOC含量分布較為穩(wěn)定，是頁巖優(yōu)質(zhì)儲層的發(fā)育區(qū)，揭示了該區(qū)烏拉力克組具有一定的勘探前景[8-9]。

圖1 烏拉力克組底曲率體屬性特征

圖2 烏拉力克組有機(jī)碳含量反演剖面特征

3.3 脆性預(yù)測

預(yù)測頁巖氣儲層脆性對尋找“甜點(diǎn)”分布非常關(guān)鍵。在體積壓裂過程中，脆性較高的頁巖易產(chǎn)生大范圍的網(wǎng)狀裂縫，從而顯著提高頁巖氣產(chǎn)量。頁巖脆性由礦物成分決定，石英、長石、方解石和白云石等脆性礦物含量越高、黏土礦物含量越低、則頁巖脆性越高；反之則頁巖脆性越低。研究發(fā)現(xiàn)海相的硅質(zhì)頁巖、灰質(zhì)頁巖和云質(zhì)頁巖的脆性較高，陸相頁巖的脆性較低，一般脆性礦物含量為30%～80%時才適宜開展體積壓裂。利用楊氏模量與泊松比，通過巖石力學(xué)法計算脆性指數(shù)，并對其脆性指數(shù)反演，通過脆性指數(shù)反演平面圖（圖4）及剖面圖（圖5）可以直觀地看出，研究區(qū)內(nèi)烏拉力克組泥頁巖脆性指數(shù)為40%～70%，脆性指數(shù)大于55%的面積為150 km2，占研究區(qū)面積的40%；ZP2 井區(qū)脆性指數(shù)為60%～65%，有利于工程改造[10-11]。

4 “甜點(diǎn)”區(qū)綜合評價

圖3 烏拉力克組有機(jī)碳含量反演平面分布

圖4 烏拉力克組脆性指數(shù)反演平面分布

圖5 烏拉力克組脆性指數(shù)反演剖面特征

表1 “甜點(diǎn)”區(qū)評價參數(shù)

通過借鑒國內(nèi)外頁巖氣勘探開發(fā)的成功經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合中國頁巖氣勘探開發(fā)的實(shí)際情況，綜合考慮裂縫、TOC、脆性等關(guān)鍵參數(shù)，建立一套適合于研究區(qū)“甜點(diǎn)”的評價參數(shù)（表1）[12-13]。其中Ⅰ類“甜點(diǎn)”區(qū)TOC 含量不小于1.0%，有效孔隙度不小于5%，且斷裂不發(fā)育并遠(yuǎn)離大斷層，但裂縫及微裂縫較為發(fā)育，脆性指數(shù)不小于55%。而Ⅱ類和Ⅲ類“甜點(diǎn)”區(qū)有效孔隙度為2%～5%，且斷裂較少，裂縫、微裂縫較為發(fā)育，Ⅱ類“甜點(diǎn)”區(qū)TOC 含量為0.5%～1.0%，Ⅲ類“甜點(diǎn)”區(qū)TOC 含量小于0.5%。結(jié)合該評價標(biāo)準(zhǔn)及各參數(shù)反演平面圖可以總結(jié)出該區(qū)塊Ⅰ類“甜點(diǎn)”區(qū)主要分布在西緣沖斷帶東部。

5 結(jié)論

（1）通過地震巖石物理分析技術(shù)及頁巖儲層測井響應(yīng)特征對巖石物理參數(shù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，孔隙度與縱波速度具有很好的負(fù)相關(guān)性，TOC 含量與密度也具有很好的負(fù)相關(guān)性，即縱波速度越高、孔隙度越低；密度越高、TOC 含量越低。

（2）鄂爾多斯盆地西緣東北部地區(qū)孔隙度、有機(jī)質(zhì)豐度和裂縫發(fā)育區(qū)成藏條件較好，TOC 含量、脆性指數(shù)較高。中上奧陶統(tǒng)地層較厚，有利于烴源巖發(fā)育，埋深約4 300 m；該區(qū)遠(yuǎn)離斷裂，油氣保存條件較好，為頁巖氣勘探開發(fā)的“甜點(diǎn)”區(qū)。