頁巖氣“甜點”地震預測研究
——以鄂爾多斯盆地西緣中上奧陶統為例

王志偉，趙永剛，陰鈺毅，郭 慶，余小雷

（1.西安石油大學地球科學與工程學院，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和游離態賦存于富有機質頁巖和納米孔徑的頁巖地層系統中的天然氣[1]。頁巖氣作為一種蘊藏量豐富、開采潛力巨大的非常規天然氣資源，其勘探與開發成為世界關注的焦點。在頁巖氣勘探開發實踐中，由于很多地區的頁巖氣原始產能較低，影響了其開采的經濟效益，因此，為了進一步提高頁巖氣產能，頁巖氣“甜點”勘探技術的應用和突破是實現其經濟開采的關鍵[2-3]。頁巖氣“甜點”可細分為地質“甜點”和工程“甜點”，前者對生烴能力、儲氣條件進行評價，后者對易開采性進行評價。在頁巖氣勘探開發的初期，地質資料較少，鉆探程度低，利用地震資料開展頁巖氣“甜點”區預測就成為關鍵。

利用國內外頁巖氣勘探開發的成功經驗，以東方地球物理公司自主研發的Geoeast軟件為工具，結合地質和地震資料進行疊前地震資料處理解釋，從而進一步綜合運用地震屬性分析、地震反演、裂縫預測等技術，對鄂爾多斯盆地西緣地區中上奧陶統頁巖氣儲層的分布、厚度、含氣性、裂縫發育程度以及巖石力學特征等方面進行研究，進而預測頁巖氣富集的“甜點”區，對該區塊頁巖氣勘探開發井位部署提供依據，大大地降低了非常規儲層鉆探的風險。

1 地質概況

鄂爾多斯盆地西緣地表山巒起伏，高程變化大，是多期次構造運動的強烈活動區，復雜的大地構造環境決定了盆地西緣的地質構造復雜多樣、分段變化的構造特征。研究區下古生界奧陶系烏拉力克組發育一套分布廣、厚度大的泥頁巖和泥質碳酸鹽巖沉積，目前已有多口井在中奧陶統獲低產氣流，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育齊全，中北段自下而上發育三道坎組、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。其中部分地區缺失拉什仲組、公烏素組和蛇山組，西緣南段自下而上發育麻川組、水泉嶺組、三道溝組和平涼組。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定。目前中上奧陶統發育的有效海相烴源巖總有機碳（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2.80×104km2，橫向分布較穩定，為有利的“甜點”預測段[4]。80 年代以來在鄂爾多斯盆地西緣勘探開發的同時，奧陶系沒有發現有利的海相烴源巖，因而眾多學者[5-6]認為：下古生界海相烴源巖有機質豐度低、生烴潛力差、儲層相對致密，不能形成規模化油氣聚集。近年來，隨著下古生界勘探力度的不斷加大，盆地西部有4 口井在中奧陶統獲低產氣流，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規律和鉆井、測井資料進行約束，對地下巖層空間結構和物理性質進行成像的過程，是地震預測中的重要方法，而巖石物理分析是地震反演的基礎。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行儲層預測，疊前反演是利用不同巖石物理參數的交會進行儲層及其所含流體性質的預測。

通過對研究區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、有機碳含量高、孔滲條件好、低含水飽和度等特征，說明研究區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與地震響應之間聯系的橋梁，通過對各種巖心、測井和地震資料進行綜合分析，建立巖石物理性質與巖石地球物理特征的關系，可以有效提高地震巖性識別、儲層預測和流體檢測的精度。通過對研究區烏拉力克組開展巖石物理分析發現，孔隙度與縱波速度呈負相關關系，TOC 與密度也具有很好的負相關關系，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”地震預測

地質“甜點”是重點評價頁巖段構造、斷裂特征和儲層的指標，即落實頁巖段基本構造特征、儲層特征、含氣能力，優選地質有利區。工程“甜點”是重點關注頁巖段與鉆井、壓裂相關的評價參數，旨在優選鉆井工程、規模儲層改造的有利區。本次研究主要從有機碳含量、裂縫、巖石脆性等方面綜合評價頁巖氣的地質“甜點”和工程“甜點”。

3.1 裂縫預測

構造作用是裂縫形成的關鍵因素，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中有著至關重要的作用。裂縫是頁巖氣勘探開發的“雙刃劍”，一般裂縫發育地區易于壓裂，但裂縫過多地區，鉆井風險較大。本次研究中裂縫預測主要采用疊后地震敏感屬性分析，尋找裂縫預測的敏感屬性，主要包括相干屬性、方差體屬性、傾角、方位角、曲率、螞蟻體追蹤等技術手段，通過這些手段預測斷裂、微斷裂、大中尺度裂縫等。

曲率屬性是應用曲率方法計算地質體在集合空間的分布形態，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造。曲率分為構造類曲率和振幅類曲率兩類，構造類曲率反映地層受構造應力擠壓時層面的彎曲程度，利用線性構造異常進行斷層預測，構造曲率越大就越彎曲，裂縫也就越發育。振幅類曲率是對地震數據振幅進行橫向二階求導得到，像構造類曲率一樣，振幅類曲率也能提供有用信息應用于解釋，比如預測碳酸鹽巖溶洞、溶蝕孔和微斷裂的分布規律。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，可以預測和評價頁巖裂縫的發育情況。圖1 為運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。

3.2 TOC 含量預測

TOC 含量是評價頁巖具有生烴能力的主要參數之一，可表征含氣量大小，TOC 的平均含量達到一定的門限值時，才能獲得有工業價值的頁巖氣藏。TOC 含量與縱橫波速度交會分析表明，兩者具有明顯的負相關關系，可通過地震反演對TOC 進行預測。圖2 為有機碳含量反演剖面，烏拉力克組TOC 含量具有一定的非均質性，烏拉力克組中段TOC 含量大于2.0%，根據TOC 地震解釋成果認為，烏拉力克組底部TOC 含量較低。結合研究區烏拉力克組TOC 含量平均預測結果（圖3）可知，研究區平均TOC 含量為1.2%～1.4%，屬于較好烴源巖。ZP2 井附近TOC含量分布較為穩定，是頁巖優質儲層的發育區，揭示了該區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 烏拉力克組有機碳含量反演剖面特征

3.3 脆性預測

預測頁巖氣儲層脆性對尋找“甜點”分布非常關鍵。在體積壓裂過程中，脆性較高的頁巖易產生大范圍的網狀裂縫，從而顯著提高頁巖氣產量。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。研究發現海相的硅質頁巖、灰質頁巖和云質頁巖的脆性較高，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，通過巖石力學法計算脆性指數，并對其脆性指數反演，通過脆性指數反演平面圖（圖4）及剖面圖（圖5）可以直觀地看出，研究區內烏拉力克組泥頁巖脆性指數為40%～70%，脆性指數大于55%的面積為150 km2，占研究區面積的40%；ZP2 井區脆性指數為60%～65%，有利于工程改造[10-11]。

4 “甜點”區綜合評價

圖3 烏拉力克組有機碳含量反演平面分布

圖4 烏拉力克組脆性指數反演平面分布

圖5 烏拉力克組脆性指數反演剖面特征

表1 “甜點”區評價參數

通過借鑒國內外頁巖氣勘探開發的成功經驗，結合中國頁巖氣勘探開發的實際情況，綜合考慮裂縫、TOC、脆性等關鍵參數，建立一套適合于研究區“甜點”的評價參數（表1）[12-13]。其中Ⅰ類“甜點”區TOC 含量不小于1.0%，有效孔隙度不小于5%，且斷裂不發育并遠離大斷層，但裂縫及微裂縫較為發育，脆性指數不小于55%。而Ⅱ類和Ⅲ類“甜點”區有效孔隙度為2%～5%，且斷裂較少，裂縫、微裂縫較為發育，Ⅱ類“甜點”區TOC 含量為0.5%～1.0%，Ⅲ類“甜點”區TOC 含量小于0.5%。結合該評價標準及各參數反演平面圖可以總結出該區塊Ⅰ類“甜點”區主要分布在西緣沖斷帶東部。

5 結論

（1）通過地震巖石物理分析技術及頁巖儲層測井響應特征對巖石物理參數進行分析發現，孔隙度與縱波速度具有很好的負相關性，TOC 含量與密度也具有很好的負相關性，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孔隙度、有機質豐度和裂縫發育區成藏條件較好，TOC 含量、脆性指數較高。中上奧陶統地層較厚，有利于烴源巖發育，埋深約4 300 m；該區遠離斷裂，油氣保存條件較好，為頁巖氣勘探開發的“甜點”區。