基于地化-測(cè)井-地震聯(lián)合反演的優(yōu)質(zhì)烴源巖研究方法及其應(yīng)用＊——以潿西南凹陷為例

徐新德 陶倩倩 曾少軍 張迎朝 劉 兵 黃義文

（中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司）

0 引言

烴源巖的有機(jī)碳含量（TOC）是評(píng)價(jià)凹陷生烴潛力，進(jìn)而確定有利勘探領(lǐng)域的關(guān)鍵指標(biāo)之一。因此，TOC空間分布特征以及基于TOC的優(yōu)質(zhì)烴源巖空間刻畫，是油氣勘探研究關(guān)注的重要基礎(chǔ)問題。目前對(duì)于烴源巖TOC的描述主要是基于烴源巖樣品的化驗(yàn)資料，受樣品數(shù)量少、取樣間隔較大（通常間隔20～30m，甚至更大）所限，這種“點(diǎn)”分布的數(shù)據(jù)難以準(zhǔn)確體現(xiàn)TOC剖面上的“線”分布特征。前人運(yùn)用烴源巖地球化學(xué)資料與測(cè)井資料建立測(cè)井地球化學(xué)方法，計(jì)算得到連續(xù)分布的烴源巖TOC數(shù)據(jù)，很好地解決了烴源巖TOC描述在剖面上不連續(xù)分布的缺陷［1-7］。但是，這種方法無法解決烴源巖TOC描述在橫向上的連續(xù)性問題，導(dǎo)致“一孔”或“多孔”之見的TOC剖面無法準(zhǔn)確體現(xiàn)區(qū)域尺度（如凹陷、盆地）呈非均質(zhì)性分布的烴源層有機(jī)質(zhì)豐度“體”的三維空間展布特征，特別是在鉆井?dāng)?shù)量少的區(qū)域這個(gè)問題尤為突出。

針對(duì)上述問題，筆者綜合運(yùn)用地球化學(xué)、測(cè)井及地球物理資料，首次建立了地球化學(xué)-測(cè)井-地震聯(lián)合反演優(yōu)質(zhì)烴源巖的研究方法，并應(yīng)用于北部灣盆地潿西南凹陷流沙港組優(yōu)質(zhì)烴源巖的三維立體刻畫，取得了可靠的成果。實(shí)踐證明，烴源巖TOC值三維空間“體”的連續(xù)性刻畫可有效解決海上少井或無井地區(qū)烴源巖評(píng)價(jià)的缺陷，測(cè)井和地球物理反演技術(shù)從儲(chǔ)層擴(kuò)展至烴源巖研究，是一個(gè)全新的嘗試。筆者在此將優(yōu)質(zhì)烴源巖定義為總有機(jī)碳（TOC）＞2.0%，且達(dá)到生烴門限的烴源巖。

1 研究區(qū)概況

北部灣盆地是一個(gè)在古生代基底上發(fā)展起來的新生代裂陷盆地，共經(jīng)歷了張裂、斷陷和拗陷等3個(gè)發(fā)育階段［8］。潿西南凹陷位于北部灣盆地北部坳陷，面積約3 800km2，是該盆地勘探程度最高且成效最好的凹陷，已證實(shí)為富烴凹陷［9-11］（圖1）。潿西南凹陷烴源層流沙港組為湖相沉積，其有機(jī)質(zhì)豐度高、類型好，沉積規(guī)模大，具有良好的生烴潛力［12-13］；主力烴源層流沙港組二段為中深湖相沉積，其頂、底部各發(fā)育一套廣泛分布的油頁巖，有機(jī)質(zhì)豐度更高，類型以Ⅰ—Ⅱ1型為主。目前潿西南凹陷已有面積約1 770km2的大范圍高品質(zhì)三維地震資料，為本次研究提供了基礎(chǔ)保障。

圖1 北部灣盆地潿西南凹陷構(gòu)造區(qū)劃圖

2 基于地化-測(cè)井-地震聯(lián)合反演的優(yōu)質(zhì)烴源巖研究方法的建立

建立基于地化-測(cè)井-地震聯(lián)合反演的優(yōu)質(zhì)烴源巖研究方法的基本思路是：運(yùn)用“點(diǎn)”數(shù)據(jù)的烴源巖TOC分析資料與“線”分布的測(cè)井資料，建立測(cè)井地球化學(xué)方法，計(jì)算得到“線”分布的TOC剖面；然后將各TOC剖面與“體”分布的地球物理資料相結(jié)合，得到“體”分布的烴源巖TOC體；最后運(yùn)用優(yōu)質(zhì)烴源巖標(biāo)準(zhǔn)（TOC＞2.0%）來刻畫優(yōu)質(zhì)烴源巖空間展布特征。

2.1 基本原理

成熟烴源巖內(nèi)部主要由顆粒骨架、有機(jī)質(zhì)、水以及烴類組成，在測(cè)井曲線上呈“高自然伽馬、高電阻率和高聲波時(shí)差”特征，且烴源巖TOC與電阻率的對(duì)數(shù)及聲波時(shí)差呈線性相關(guān)［6-7］。基于此原理，建立了如下計(jì)算模型：

式（1）中：TOC為烴源巖總有機(jī)碳，%；Δt為聲波時(shí)差，μs／m；lgR為電阻率的對(duì)數(shù)；a、b為系數(shù)，c為常量。運(yùn)用多元線性回歸方法擬合，得到a、b、c值，即可運(yùn)用此模型計(jì)算烴源巖TOC值。

研究表明，不同有機(jī)質(zhì)豐度的烴源巖與地震屬性有著不同的相關(guān)性［14-16］。本次研究根據(jù)較小誤差和較高相關(guān)性原則，優(yōu)選出平均頻率、波阻抗、地震道X坐標(biāo)、積分絕對(duì)振幅、優(yōu)勢(shì)頻率和道積分等6種屬性開展多屬性分析。其中，平均頻率、波阻抗為巖性指示屬性，可以區(qū)分砂巖和泥巖；地震道X坐標(biāo)為地震道的X坐標(biāo)值，用來增加其他各種屬性在X方向的變化趨勢(shì)；積分絕對(duì)振幅、優(yōu)勢(shì)頻率為巖性和有機(jī)質(zhì)指示屬性，用來區(qū)分砂、泥巖和判斷有機(jī)質(zhì)含量高低；道積分相當(dāng)于90°相移，將砂、泥巖界面相移至砂巖或泥巖層，更加有利于區(qū)分砂、泥巖。通過建立上述6種地震屬性與基于測(cè)井地球化學(xué)方法的TOC之間的線性關(guān)系，運(yùn)用疊后地震體中多種屬性反演就可以得到TOC數(shù)據(jù)體。基于此，建立下述模型開展反演：

式（2）中：L（toc）為反演得到的 TOC；Ai為第i種屬性；wi為第i種屬性對(duì)應(yīng)的權(quán)重。

需要說明的是，該反演模型中屬性數(shù)量既不能太多也不能太少，屬性數(shù)量太少時(shí)得到的結(jié)果不可信，說明目標(biāo)曲線與地震數(shù)據(jù)相關(guān)性較差；屬性數(shù)量太多時(shí)會(huì)出現(xiàn)過分?jǐn)M合，使驗(yàn)證誤差加大。

2.2 技術(shù)路線

依據(jù)上述原理，創(chuàng)建了優(yōu)質(zhì)烴源巖研究方法流程，如圖2所示。首先，根據(jù)實(shí)測(cè)樣品的TOC值和測(cè)井電阻率與聲波時(shí)差資料，運(yùn)用多元線性回歸方法建立受沉積相控制的烴源巖TOC-測(cè)井參數(shù)相控模型，據(jù)此計(jì)算出烴源巖TOC值，建立基于測(cè)井地球化學(xué)的單井烴源巖TOC剖面。然后，采用2種不同路徑刻畫優(yōu)質(zhì)烴源巖的空間展布：①路徑1（插值法）——建立聯(lián)井TOC剖面，以優(yōu)質(zhì)烴源巖TOC＞2.0%的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)各井優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度及平均TOC值，插值編制等值線圖。由于這種路徑實(shí)際上并不具備橫向連續(xù)性數(shù)據(jù)，只能算“準(zhǔn)三維”，因此本研究未采用此路徑。②路徑2（地球物理反演法）——在單井TOC剖面的基礎(chǔ)上，運(yùn)用測(cè)井約束波阻抗和地震多屬性進(jìn)行地震反演建立TOC反演體，再以優(yōu)質(zhì)烴源巖TOC＞2.0%的標(biāo)準(zhǔn)過濾進(jìn)行優(yōu)質(zhì)烴源巖空間展布刻畫。由于此路徑得到的數(shù)據(jù)具真正三維空間連續(xù)性，因此本次研究采用此方法。

圖2 基于地化-測(cè)井-地震聯(lián)合反演的優(yōu)質(zhì)烴源巖研究方法流程圖

3 在潿西南凹陷的應(yīng)用

3.1 測(cè)井地球化學(xué)方法計(jì)算流沙港組TOC值

3.1.1 TOC-測(cè)井參數(shù)相控模型的建立

在重點(diǎn)參考沉積相、巖性等因素的基礎(chǔ)上，根據(jù)各烴源巖數(shù)據(jù)點(diǎn)的聲波時(shí)差Δt、電阻率的對(duì)數(shù)lgR及烴源巖TOC實(shí)測(cè)值，以TOC=aΔt＋blgR＋c為模型，運(yùn)用多元線性回歸方法對(duì)凹陷范圍內(nèi)24口井大量數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擬合，計(jì)算出各變量的系數(shù)a、b、c，分別建立流沙港組一、二、三段TOC與Δt及l(fā)gR之間的對(duì)應(yīng)模型（表1）。

表1 潿西南凹陷流沙港組各層段烴源巖TOC-測(cè)井參數(shù)相控模型及可靠性對(duì)應(yīng)表

流沙港組二段為以中深湖相沉積為主的大套泥巖，其相關(guān)系數(shù)最高，達(dá)到0.867 2；流沙港組三段由各種混雜相帶（河流相、沖積扇、扇三角洲）組成，砂泥巖互層較多，其相關(guān)系數(shù)較低，但也達(dá)到0.678 2。各層段模型具有較好的相關(guān)性，這為潿西南凹陷流沙港組烴源巖連續(xù)性TOC值的計(jì)算提供了可靠的依據(jù)。

分別運(yùn)用不同層段的相控模型計(jì)算出流沙港組一、二、三段烴源巖TOC值，并編制了潿西南凹陷24口井的基于測(cè)井地球化學(xué)方法的TOC剖面圖，為下一步地球物理反演提供井控資料。

3.1.2 模型抽井檢驗(yàn)與單井烴源巖TOC值計(jì)算

用未參與建立相控模型的8口井對(duì)上述模型進(jìn)行抽井檢驗(yàn)，結(jié)果表明烴源巖TOC計(jì)算值與實(shí)測(cè)值具有良好的一致性（圖3）。分別運(yùn)用不同層段的相控模型計(jì)算出流沙港組一、二、三段烴源巖TOC值，并編制了潿西南凹陷32口井的基于測(cè)井地球化學(xué)方法的TOC剖面圖。這32口井的測(cè)井地球化學(xué)TOC曲線將作為控制井被應(yīng)用于潿西南凹陷流沙港組TOC值的地球物理反演。

圖3 基于測(cè)井地球化學(xué)方法的WZ11-8-1井烴源巖TOC剖面圖

3.2 地球物理方法反演流沙港組烴源巖TOC體

3.2.1 測(cè)井約束波阻抗反演

利用測(cè)井約束波阻抗反演得出的反演體可以有效區(qū)分流沙港組泥巖、砂巖和油頁巖：高阻抗代表砂巖，低阻抗代表泥巖（圖4a）；區(qū)域性分布的流沙港組二段頂、底部油頁巖的測(cè)井曲線特征呈低阻抗、箱狀（圖4b）。選取32口代表井開展測(cè)井約束波阻抗反演，得到的波阻抗體又可以作為外部屬性進(jìn)行地震多屬性分析。

3.2.2 地震多屬性分析

將測(cè)井約束反演得到的波阻抗體作為外部屬性導(dǎo)入。首先，對(duì)平均頻率、波阻抗、地震道X坐標(biāo)、積分絕對(duì)振幅、優(yōu)勢(shì)頻率和道積分等6種屬性進(jìn)行線性加權(quán)，使其驗(yàn)證誤差降至最低，抽井檢驗(yàn)之后的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.73，表明運(yùn)用這6種地震屬性反演烴源巖TOC體的可靠性較高（圖5）；其次，將多屬性分析的結(jié)果應(yīng)用于原始地震體反演，得到各種巖性的“TOC體”。以波阻抗8 200（g／cm3）（m／s）為門檻值（大于該值的為砂巖），剔除TOC體中的砂巖，剩下的即為泥巖和油頁巖TOC反演體。該方法本次應(yīng)用的工區(qū)面積大（約1 800km2），相關(guān)性較好，表明結(jié)果具有較高的可靠性。對(duì)于范圍更小、井?dāng)?shù)更多以及構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單的地區(qū)，該方法的可靠性將會(huì)更高，得出的結(jié)果將更加可信。當(dāng)然，該方法的可靠性還取決于地震資料品質(zhì)。

3.3 流沙港組二段優(yōu)質(zhì)烴源巖展布特征

圖6為典型的潿西南凹陷A洼陷流沙港組二段烴源巖TOC反演剖面，可以很清楚地看出：流沙港組二段頂、底部油頁巖有機(jī)質(zhì)豐度高，泥質(zhì)優(yōu)質(zhì)烴源巖主要分布于流沙港組二段下層序。以TOC＞2.0%的標(biāo)準(zhǔn)開展優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度和TOC空間分布統(tǒng)計(jì)，綜合分析后認(rèn)為流沙港組二段發(fā)育3個(gè)次一級(jí)優(yōu)質(zhì)烴源巖層段，分別是流沙港組二段頂部油頁巖、底部油頁巖和流沙港組二段頂、底部之間的泥質(zhì)優(yōu)質(zhì)烴源巖，它們是潿西南凹陷油氣資源重要的貢獻(xiàn)者。其中，流沙港組二段頂部油頁巖厚度較小，分布于7～47m之間，絕大部分小于20m，平均厚度16m，TOC主要分布于3%～5%之間，局部高于5%；流沙港組二段底部油頁巖厚度較大，分布在15～98m之間，大部分大于30m，平均厚度46m，TOC較頂部油頁巖高，主要分布于4%～8%，局部高于8%（圖7）；流沙港組二段頂、底部油頁巖之間的泥質(zhì)優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度主要在100～400m之間，在A、B洼的中心部位厚度更大，其約占流沙港組二段地層體積的30%，TOC主要分布于2%～3%之間（圖8）。

圖6 過潿西南凹陷A洼陷地震反演得到的典型TOC剖面圖

圖7 潿西南凹陷流沙港組二段頂部和底部油頁巖厚度（m）及TOC（%）分布圖

圖8 潿西南凹陷流沙港組二段泥質(zhì)優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度（m）及TOC（%）分布圖

4 結(jié)束語

綜合運(yùn)用地球化學(xué)、測(cè)井及地球物理資料，首次建立了基于地化-測(cè)井-地震聯(lián)合反演的優(yōu)質(zhì)烴源巖研究方法。該方法在潿西南凹陷的應(yīng)用，明確了凹陷內(nèi)流沙港組二段發(fā)育3個(gè)次一級(jí)的優(yōu)質(zhì)烴源層段，分別是流沙港組二段頂、底部油頁巖及該2套油頁巖之間的泥質(zhì)優(yōu)質(zhì)烴源巖，它們是潿西南凹陷油氣資源的重要貢獻(xiàn)者。本文建立的基于地化-測(cè)井-地震聯(lián)合反演的優(yōu)質(zhì)烴源巖研究方法對(duì)烴源巖TOC值三維空間“體”的連續(xù)性刻畫可以有效解決海上少井或無井地區(qū)烴源巖評(píng)價(jià)的缺陷，這種將測(cè)井和地球物理反演技術(shù)從儲(chǔ)層擴(kuò)展至烴源巖的研究對(duì)于海上油氣勘探是一個(gè)全新的嘗試。

需要強(qiáng)調(diào)的是，本文提出的基于地化-測(cè)井-地震聯(lián)合反演的優(yōu)質(zhì)烴源巖研究方法的可靠性受以下因素控制：①巖性變化對(duì)測(cè)井資料準(zhǔn)確性有影響，因此，根據(jù)測(cè)井參數(shù)計(jì)算得到的烴源巖TOC值在大套泥巖段中可靠性高，而在砂、泥巖互層段中可靠性相對(duì)較低；②地震反演的可靠性取決于地震資料的品質(zhì)、工區(qū)面積、控制井?dāng)?shù)和構(gòu)造面貌的復(fù)雜程度，地震資料品質(zhì)越好、工區(qū)面積越小、控制井?dāng)?shù)越多、構(gòu)造面貌越簡(jiǎn)單，應(yīng)用效果就越好，可靠性也就越高；反之則可靠性相對(duì)較低。

致謝：胡林、謝瑞永、李旭紅等參加了此項(xiàng)研究，特別是中國(guó)石油大學(xué)（北京）鐘寧寧教授為本文提供了寶貴的修改意見，在此一并表示感謝！

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