鄂爾多斯盆地合水地區延長組有機碳測井解釋模型

曾偉凌，段新國，張　磊，王　冰

（成都理工大學能源學院，成都 610059）

鄂爾多斯盆地合水地區延長組有機碳測井解釋模型

曾偉凌，段新國，張磊，王冰

（成都理工大學能源學院，成都 610059）

有機碳含量是評價烴源巖優劣的重要指標。本文以合水地區延長組富有機質頁巖為研究對象，以研究層段實測TOC值為基礎，采用電阻率測井方法，根據多元回歸分析的方法建立TOC與電阻率對數、自然伽馬三者的數學模型。根據建立的模型對莊50井、寧70井TOC實測點與預測點誤差分析顯示，誤差率為3.1%；運用模型對未實測井段進行TOC計算并畫出長7段TOC平面分布分析，發現與長6段油藏有利區疊合度高，從側面證明了該模型的有效性，可以在該地區推廣運用。

電阻率；有機碳；測井解釋模型；合水地區

研究區隴東油區位于鄂爾多斯盆地西南部（圖1），板橋～合水地區，該地區延長組沉積體系分布受長期繼承性整體升降運動下形成的廣闊斜坡構造背景的控制，形成了一個完整的內陸坳陷湖盆湖進－湖退演化序列{1-2}。隴東地區已發現油田均位于延長組有利生油洼陷，油源供給充足。本文主要研究層位為延長組長6段、長7段、長8段，在長7段有效烴源巖厚度為20~40m，有機碳含量平均值為6.2%，干酪根類型主要為Ⅱ1型，氯仿瀝青“A”含量平均為0.76%，處于烴源巖成熟階段，生烴力強，具有很高的開發潛力。烴源巖中有機碳（TOC）含量，是評價烴源巖好壞的重要指標，常規的烴源巖評價方法較多，對單井的評價，一般采用實驗分析的方法，通過在各井段選取巖心，對其進行測試分析，從實驗室直接獲得實驗數據[3]，再通過實驗數據對烴源巖進行評價分析。但是這種方法有一定的局限性，由于選取的實驗樣品數量有限，達不到整體上反應單井的有機碳含量及其變化趨勢。

目前國內大都采用測井的方法利用?logR法對未能取心井段進行預測分析，因為利用測井技術所得到的地球物理方面的勘探資料對烴源巖進行評價具有非常優越的條件。測井曲線在單井縱向上分辨率高，對含有機質的井段擁有特殊的響應特征，因此采用測井的方法對有機碳進行預測分析具有較高的準確性。作者采用不同方法建立測井與有機碳（TOC）相關模型，從中選取最適合研究區的數學模型。

以合水地區延長組長6段、長7段、長8段富有機質頁巖為研究對象，選取該地區內15口井研究層段實測TOC值為研究區TOC基礎，并且該地區測井對有機質含量相應特征明顯，從中選取有效的測井數據，通過?logR法和數學擬合法進行有機碳預測并根據結果進行對比，選取預測效果較好的方法，從而達到利用測井預測各層段TOC值得目的，為評價該地區烴源巖有機質豐度及空間分布提供研究依據。

圖1　研究區位置圖

1 頁巖測井響應特征

測井曲線是巖石物理性質的變化特征的反應，也是用測井曲線評價頁巖有機碳含量的理論基礎{4-5}。在烴源巖中有機質是不導電的，因此具有獨特的測井響應特征，找出具有獨特特征的測井曲線，建立與有機質相應的關系模型。

在長73小層存在較厚的穩定的“張家灘”頁巖，由于頁巖有機質含量高，從圖2可以看出該層頁巖各項測井曲線出現明顯幅度，反映出地區頁巖測井表現出“三高一低”的特征{6-8}，即高自然伽馬（Gr）、高電阻率（Rt）、高聲波時差（AC）、低密度（DEN）；1）主要是由于含碳頁巖層會吸附較多的放射性元素鈾，所以頁巖中自然伽馬（Gr）顯示高；2）當地層中含有機質時，會使的烴源巖中聲波時差（AC）大于巖石骨架聲波時差，從而使得頁巖中聲波時差變現出高值；3）在含有基質的巖石中，在巖石骨架上分布著干酪根，所以電阻率會受到其影響，隨著成熟度的增加，巖石骨架填充的干酪增多，會使得電阻率的增大。

由此可見這三個測井參數與頁巖有機質豐度關系較為密切，為測井解釋模型建立首選的測井參數。

2 建立測井模型

2.1?logR模型

目前用于測井解釋有機碳含量的方法，主要有?logR法{8-10}，它是一個基于聲波時差（AC）、電阻率（Rt）以及熱變指數（Ro）計算 TOC 的模型。是經過大量統計而得出的經驗公式即：

TOC=102.297-0.168LOM?logR

式中：LOM為熱變指數，反映有機質成熟度，可以由Ro計算得出Ro為鏡質體反射率。

?logR=lg（R/R基線）-K（?t-?t基線）

式中：Δlg（R/R基線） 為聲波時差、電阻率曲線疊合幅度差；R為測井儀實測電阻率，Ω·m；Δt 為實測聲波時差，us/m；R基線為非烴源巖對應于Δt基線值時的電阻率，Ω·m；Δt基線為基線聲波時差，us/m；K 為依賴于每一個電阻率刻度所對應的聲波時差的比值。

圖2　研究區寧43井長7頁巖測井響應特征

圖3　電阻率對數（lgRt）與TOC相關性

圖4　聲波時差（AC）與TOC相關性

在上述TOC值計算公式中，需要用到，兩個測井參數，分別是電阻率（Rt）和聲波時差（AC）；如果這兩個參數分別與TOC實測值相關性好，那么該方法計算出的TOC值與實際值誤差就小，反之則大。

實測TOC值分別與RT和AC的關系圖（圖3），從圖中可以看出電阻率對數（lgRt）與TOC相關系數為0.724，相關性較好；TOC值與聲波時差（AC）相關系數為0.309，其相關性明顯較差（圖4）。那么利用電阻率（Rt）和聲波時差（AC）建立logR法的數學模型，計算出的預測TOC值與實際測試值誤差，將會很大。所以在該地區不適合運用logR法 對有機碳進行預測。

表1　多元回歸模型擬合度統計

表2　多元回歸模型分析結果

2.2回歸分析模型

多元分析是數學上用與分析自變量與兩個及以上因變量之間的關系，通過建立數學關系式，最大可能的找出他們之間的相互關系。該方法不僅可以找出自變量與因變量之間的關系，還可以通過數學方法算出該關系的準確率、誤差率、標準差等一些列參數。可以直觀上看出得出的多元方程是否適用。傳統用于預測有機碳的logR法主要受聲波時差（Ac）與電阻率（Rt）約束。在該地區研究時發現logR法不適用，主要由于聲波時差（AC）與實測TOC值相關性較差，導致該方法使用受到限制，通過文章前部分頁巖測井響應特征分析，看到密度（DEN）曲線、自然伽馬（GR）曲線與TOC之間具有較好的敏感性。所以分別它們與TOC之間的相關性圖，結果發現自然伽馬（GR）與TOC之間的相關系較高。可以采用多元分析法。

圖5　自然伽馬（GR）與TOC相關性

采用自然伽馬（GR）與電阻率對數（lgRt）建立有關于TOC的多元回歸分析（圖5），利用最小二乘法擬合出關于TOC的數學模型。其中自然伽馬（GR）與電阻率對數（lgRt）作為自變量，TOC值作為因變量。擬合方程如下：

TOC=12.45lgRt +0.027GR-17.64

式中：GR為自然伽馬值，API；Rt為電阻率，Ω.m。

該公式擬合度達到0.81（回歸分析結果如表1、2）2.3 公式驗證

為檢驗擬合公式在連續井段預測結果的準確性，選取研究區內TOC實測值較多的井，在柱狀圖上進行對比驗證。圖為莊50井、寧70井長73段實測值與預測值對比圖（圖6、7），因為長73段發育這較厚的頁巖并且為該地區主力烴源巖，具有較好代表性。由圖看出利用回歸分析實測值與預測值誤差小，符合度高。通過回歸分析法的誤差分析得出兩口井整體實測值與計算值誤差為1.93%。利用?logR法得出預測值偏大，與實際值誤差較大，這主要是由于聲波時差（AC）與有機碳含量相關性較差引起的，若采用該方法進行預測，則會是的預測結果誤差大，達不到預測的效果。綜合來看該地區采用回歸分析預測有機碳更加準確。

圖6　莊50井TOC實測值與預測值對比

圖7　寧70井TOC實測值與預測

圖8　合水地區長7段TOC平面分布及含油有利區疊合

3 擬合公式應用

通過研究區內各井測井數據，對研究內所有井運用擬合數學公式對長7段地層平均TOC進行計算，由于長7段泥頁巖為研究區主力烴源巖，對其它層段油藏影響較大，具有較大的代表意義，從而通過擬合公式畫出長7段研究區內頁巖TOC含量分布特征。

由（圖8）可知長7整體上TOC普遍偏高，烴源巖質量很高，高值區主要分布在慶城—板橋—合水一帶，均值在6%左右，向四周延伸TOC值逐漸遞減。圖中紫色區域為長6段結合試油、儲層分類等參數確立的有利含油區域，通過確立的含油有利區與TOC平面分布圖疊合，從疊合情況看，長6段油藏與長7段烴源巖關系較為密切，長6段油藏區域，主要集中在長7段TOC值高值區域，與符合度較高，從側面反映出該模型預測的TOC值具有一定的指導意義。

4 結論

1）該地區測井曲線中聲波時差（AC）與有機碳相關性不強，利用傳統的?logR法無法有效的對有機碳進行預測。

2）自然伽馬（GR）與電阻率對數（lgRt）建立的TOC預測多元數學模型，實測值與計算值誤差均值為4.11%，在研究區表現出較高的符合率，可用于該地區烴源巖有機碳含量預測。

3）利用該模型做出長7段有機碳平面分布圖，與長6段有利含油區域疊合關系較好，側面反映了模型預測的正確性，可指導油氣進一步勘探開發。

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岡底斯帶發育著長達近1 500km的巨大區域不整合，為印度-亞洲大陸碰撞提供了重要證據[1]。通過林周盆地林子宗火山巖的大量研究，李璞先生首次將拉薩北部的林周盆地的火山巖命名為林子宗火山巖；后來的學者將其命名為林子宗群，并自下而上分為典中組、年波組、帕那組[2]；董國臣等[3]在前人基礎上重新劃分了三段八個組；在年代學方面，前人僅靠化石定年的方法初步確定了林子宗群火山巖的時代[2]，后來通過40Ar-39Ar和U-Th同位素確定了林子宗群火山巖的時代[4-5]。在成因方面，前人通過對該套火山巖地球化學特征的研究，對林子宗群提出了各種不同成因[5-7]。隨后研究重心從東段研究轉向至中、西段[1，8-12]。也有人對岡底斯東、西段進行綜合研究，提出了印度-歐亞大陸碰撞的方式、其強度對岡底斯東、西段林子宗群火山巖成因有著不同的影響[11-14]。擬通前人資料對比岡底斯西段的年波組火山巖與岡底斯林子宗群年波組火山巖，找到二者的區別。

The Logging Interpretation Model of Organic Carbon of the Yanchang Formation in the Heshui Region, Ordos Basin

ZENG Wei-ling DUAN Xin-guo ZHANG Lei WANG Bing

(College of Energy Resources, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059)

This paper sets up a mathematic model of TOC, resistivity log and natural gamma by means of multivariate regression analysis. And this model is applied to the logging interpretation of organic carbon of the Yanchang Formation of Zhuang-50 and Ning-70 wells in the Heshui Region, Ordos Basin. The results show validity of the model.

resistivity; organic carbon; logging interpretation model; Heshui region, Ordos Basin

圖1　研究區大地構造位置圖（據文獻[15]）

圖2　研究區地質略圖及采樣位置圖①

P631+3

A

1006-0995（2016）02-0320-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2016.02.033

2015-07-16

國家自然基金（41202097）

曾偉凌（1988-），男，四川內江人，研究生，從事油氣田開發地質研究工作