勘探早—中期的沉積盆地有效烴源巖綜合預(yù)測(cè)方法探討
——以北黃海某盆地為例

馮常茂，白志琳，涂廣紅，王后金，胡小強(qiáng)，杜民

（廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局）

勘探早—中期的沉積盆地有效烴源巖綜合預(yù)測(cè)方法探討
——以北黃海某盆地為例

馮常茂，白志琳，涂廣紅，王后金，胡小強(qiáng)，杜民

（廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局）

針對(duì)勘探程度較低的地區(qū)，提出了一套有效烴源巖的綜合預(yù)測(cè)方法。其基本思路是，從鉆井出發(fā)，井震結(jié)合，按由點(diǎn)到面、由剖面到平面的順序分五步進(jìn)行：確定有利沉積相帶；確定烴源巖平面分布；劃分區(qū)域沉積相分布；確定平面熱演化分布；有效烴源巖分布預(yù)測(cè)。利用該方法，對(duì)北黃海某盆地侏羅系SQ1層序進(jìn)行了有效烴源巖預(yù)測(cè)。

有效烴源巖；烴源巖預(yù)測(cè)；預(yù)測(cè)方法；油氣勘探；侏羅系；北黃海

有效烴源巖是指既有油氣生成又有油氣排出的巖石，而且排出的烴類(lèi)應(yīng)足以形成商業(yè)性油氣藏［1］，否則這一概念將難以在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用。例如在塔里木盆地滿(mǎn)加爾坳陷的勘探中，利用有效烴源巖的概念分析油源條件，認(rèn)為該坳陷的有效烴源巖是有機(jī)質(zhì)豐度很高、分布在斜坡帶、厚度只有幾十米的暗色頁(yè)巖，然后圍繞著這套有效烴源巖找到了新的油氣藏［2］。由此可見(jiàn)，有效烴源巖的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)必須與勘探實(shí)踐相結(jié)合。在油氣地質(zhì)演化過(guò)程中，有效烴源巖的分布直接控制著油氣的成藏，因而它在實(shí)際勘探中具有舉足輕重的意義。關(guān)于有效烴源巖分布的研究方法很多［3-9］，但大多針對(duì)的是勘探程度較高的地區(qū)，對(duì)處于勘探早—中期的區(qū)域而言，研究方法相對(duì)較少。本文旨在探討一種尚處在油氣勘探早—中期的盆地有效烴源巖綜合預(yù)測(cè)方法，以填補(bǔ)此類(lèi)缺陷。

1 有效烴源巖指標(biāo)及其下限值分析

1.1 有機(jī)質(zhì)豐度

有效烴源巖的識(shí)別，往往依據(jù)井點(diǎn)的地球化學(xué)參數(shù)，一般從有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類(lèi)型和有機(jī)質(zhì)成熟度三個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，并且長(zhǎng)期以來(lái)一直以有機(jī)質(zhì)豐度下限作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。有機(jī)碳含量（TOC）、氯仿瀝青“A”、總烴含量，這是有機(jī)質(zhì)豐度的三項(xiàng)基本指標(biāo)，而其中的有機(jī)碳含量則又是控制后兩者的最基本指標(biāo)［2］，因而大多數(shù)研究者都以有機(jī)碳含量作為有效烴源巖的評(píng)價(jià)指標(biāo)。有機(jī)碳是形成油氣的必要基礎(chǔ)，有機(jī)碳下限值是有效烴源巖的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，這是因?yàn)楝F(xiàn)代運(yùn)移學(xué)說(shuō)認(rèn)為生油巖中形成的烴類(lèi)必須在滿(mǎn)足了母巖本身吸附容量以后才能被排驅(qū)出去［10］。

有效烴源巖評(píng)價(jià)中的焦點(diǎn)是采用什么樣的有機(jī)質(zhì)豐度下限，它關(guān)系到什么樣的巖石是有效烴源巖，以及有效烴源層的厚度、分布面積和體積有多大等。在理論上，不同盆地、不同沉積環(huán)境、不同有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以及不同成熟度的源巖應(yīng)具有不同的有機(jī)質(zhì)豐度下限，但在實(shí)際工作中，為操作方便，常采用統(tǒng)一的下限值［11］。

為了保證足夠的生烴量和充分的排驅(qū)效率，有效烴源巖必須具備相應(yīng)的有機(jī)質(zhì)豐度，同時(shí)它還涉及到烴源巖的類(lèi)型、成熟度和相關(guān)的物理、化學(xué)條件。對(duì)于有機(jī)碳含量的下限值，在國(guó)外，Jones［12］認(rèn)為是2.5%，主要依據(jù)是世界上大多數(shù)重要油藏都產(chǎn)自總有機(jī)碳TOC≥2.5%（重量）的母巖。而Momper［13］、McAuliffe［14］、Barker［15］等學(xué)者大多傾向于TOC≥1.0%這個(gè)有機(jī)碳下限值，他們指出含0.5%～1.0%有機(jī)碳的

潛在母巖，雖然也可生成一定數(shù)量的烴類(lèi)，但這樣的母巖往往不能形成有效的“自我排驅(qū)機(jī)制”，潛在母巖中實(shí)際上只有其中一小部分才能被排驅(qū)出來(lái)。

馮常茂：1979年生，工程師，博士。2002年本科畢業(yè)于江漢石油學(xué)院，2008年博士畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢），現(xiàn)從事海洋油氣勘探。通訊地址：510760廣州市黃埔區(qū)廣海路188號(hào)大院礦產(chǎn)所；電話(huà)：(020)82250313

就國(guó)內(nèi)而言，在泥巖作為烴源巖的問(wèn)題上，其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)目前在石油行業(yè)較為統(tǒng)一的是以有機(jī)碳含量0.4%作為生油巖與非生油巖的界線(xiàn)，而對(duì)于有效烴源巖的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)仍存在較大分歧，從0.4%、0.5%、0.7%到1.0%，甚至更大，各家說(shuō)法不一［11，16-19］。根據(jù)饒丹等［11］對(duì)我國(guó)東部遼河斷陷、黃驊坳陷、驥中坳陷、濟(jì)陽(yáng)坳陷、東濮凹陷、泌陽(yáng)凹陷及南陽(yáng)凹陷等富生烴凹陷的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，各凹陷下第三系90%以上的已知有效烴源巖有機(jī)碳含量平均值都大于1.0%。

總之，國(guó)內(nèi)外大量油氣勘探實(shí)踐證實(shí)，由于受盆地類(lèi)型、沉積環(huán)境、有機(jī)質(zhì)類(lèi)型、熱成熟度、運(yùn)聚過(guò)程、保存條件等因素差異的影響，不同盆地（凹陷）有效烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度、成熟度、厚度、展布面積等并不相同，但對(duì)于有機(jī)碳含量，大量統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，都存在一個(gè)共同的下限值,泥巖TOC≥1.0%,泥灰?guī)rTOC≥0.5%。

筆者認(rèn)為，對(duì)處于勘探早—中期的區(qū)域，有機(jī)質(zhì)豐度下限值還需要按鉆探井的實(shí)際情況來(lái)確定。如果定得過(guò)高，勢(shì)必會(huì)影響該區(qū)的后期勘探，而如果定得過(guò)低，則起不到預(yù)測(cè)有效烴源巖的效果，具體問(wèn)題應(yīng)該具體分析。但無(wú)論如何，對(duì)泥質(zhì)烴源巖而言，其TOC必須要大于0.5%才有可能成為潛在的烴源巖。但在有效烴源巖的下限指標(biāo)上，大量的國(guó)內(nèi)統(tǒng)計(jì)結(jié)果均表明，TOC≥1.0%應(yīng)該是一個(gè)比較合適的標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 有機(jī)質(zhì)成熟度

評(píng)價(jià)有效烴源巖的另一個(gè)關(guān)鍵因素是有機(jī)質(zhì)成熟度指標(biāo)Ro，否則，未成熟的烴源巖也會(huì)被劃入有效烴源巖之中，從而影響對(duì)一個(gè)地區(qū)有效烴源巖的客觀評(píng)價(jià)。通常，Ro＜0.5%時(shí)，為成巖作用階段，生油巖未成熟；0.5%≤Ro≤1.3%時(shí)，為生油窗；1.3%＜Ro≤2.0%時(shí)，為凝析油和濕氣帶；Ro＞2.0%則為干氣帶。因此，只有Ro≥0.5%，烴源巖才開(kāi)始產(chǎn)生烴類(lèi)，才有可能成為有效烴源巖。

2 有效烴源巖綜合預(yù)測(cè)的方法和流程

在有效烴源巖預(yù)測(cè)過(guò)程中，應(yīng)該主要從鉆井資料出發(fā)，由已知推求未知，采用鉆井、地震結(jié)合的方法，遵循由點(diǎn)到面、由剖面到平面的原則，對(duì)目的層段有效烴源巖進(jìn)行綜合預(yù)測(cè)。本文提出的預(yù)測(cè)流程如圖1所示，主要可以分為以下五個(gè)步驟，分別對(duì)應(yīng)圖1中的五個(gè)虛線(xiàn)框。

圖1 勘探早—中期有效烴源巖綜合預(yù)測(cè)流程示意圖

第一步確定有利沉積相帶（框Ⅰ）充分利用鉆井巖心、巖屑的各種有機(jī)地化指標(biāo)（主要是有機(jī)碳含量）和測(cè)井資料等，進(jìn)行沉積相—地化指標(biāo)綜合分析，總結(jié)有效烴源巖發(fā)育的有利沉積相帶，并利用過(guò)井地震剖面建立烴源巖的地震識(shí)別模式。如果地震資料較好，可以直接利用地震資料對(duì)目的層有效烴源巖進(jìn)行追蹤，否則，只能根據(jù)有效烴源巖發(fā)育的有利沉積相帶對(duì)其可能的分布范圍進(jìn)行圈定。

第二步確定烴源巖平面分布（框Ⅱ）選擇過(guò)井地震剖面，利用鉆井的各種巖性參數(shù)和分析測(cè)試資料進(jìn)行巖性反演，提取相關(guān)地震屬性，通過(guò)與鉆井所揭示的巖性對(duì)比，找出最能反應(yīng)巖性的地震屬性，利用其與地層泥地比的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算泥地比的平面分布狀況，并通過(guò)泥地比以及地層厚度的分布狀況，預(yù)測(cè)泥巖（烴源巖）的平面分布。

第三步劃分區(qū)域沉積相分布（框Ⅲ）利用研究區(qū)的地震資料進(jìn)行地震相分析，并結(jié)合在第一步驟中產(chǎn)生的單井沉積相剖面和在第二步驟中產(chǎn)生的地震剖面巖性預(yù)測(cè)成果，綜合研究區(qū)域上的沉積相分布。

第四步確定平面熱演化分布（框Ⅳ）綜合區(qū)域背景資料如地層剝蝕狀況、古地?zé)釄?chǎng)、區(qū)域演化,以及研究區(qū)的地震資料、鉆井資料等，對(duì)目的層段烴源巖進(jìn)行熱演化模擬，最終得到目的層段的Ro平面分布圖。

第五步有效烴源巖分布預(yù)測(cè)（框Ⅴ）綜合前面四個(gè)步驟所得到的成果，包括有效烴源巖發(fā)育的有利沉積相帶、泥巖平面分布預(yù)測(cè)圖、沉積相帶分布圖以及目的層Ro平面分布預(yù)測(cè)圖，進(jìn)行有效烴源巖分布預(yù)測(cè)。只有位于有效烴源巖發(fā)育的有利沉積相帶內(nèi)，且熱演化達(dá)到成熟階段的區(qū)域，才能最終確定為有效烴源巖分布區(qū)。

3 應(yīng)用實(shí)例

本文以北黃海某盆地作為實(shí)例，研究所涉及的井位及測(cè)線(xiàn)如圖2所示。在研究區(qū)已有二維地震測(cè)線(xiàn)覆蓋，測(cè)網(wǎng)密度達(dá)到1 km×1 km，但已有的地震資料對(duì)中生界（主要是白堊系和侏羅系）的反射效果不太理想（圖3），難以直接進(jìn)行烴源巖預(yù)測(cè)，因而只能利用沉積相與有效烴源巖發(fā)育層段的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行綜合研究。已有的勘探成果表明，侏羅系為研究區(qū)的主要烴源層，自下而上依次可以分為SQ1—SQ4四套三級(jí)層序，SQ1層序是該區(qū)主要烴源層之一。

在下面的預(yù)測(cè)過(guò)程中，為表述方便，筆者將前述五個(gè)步驟合并為三個(gè)部分來(lái)進(jìn)行。

圖2 北黃海某盆地構(gòu)造特征示意圖

3.1 沉積相帶的確定

這包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，一是有利于有效烴源巖發(fā)育的沉積相帶的確定，二是研究區(qū)SQ1層序的沉積分布確定，分別對(duì)應(yīng)于前述預(yù)測(cè)流程圖中的第一步和第三步。

根據(jù)流程步驟一，首先來(lái)確定有效烴源巖所對(duì)應(yīng)的沉積相帶。選擇盆地內(nèi)與研究區(qū)相鄰的W1井（該井在全區(qū)所鉆遇地層最全）進(jìn)行沉積相—有機(jī)地化指標(biāo)綜合分析。考慮到統(tǒng)計(jì)沉積相帶有機(jī)質(zhì)豐度指標(biāo)特征時(shí)，大測(cè)試樣本可能更適合統(tǒng)計(jì)規(guī)律，所以，本文在研究中將W1井侏羅系烴源巖所測(cè)試的全部數(shù)據(jù)(共1 031個(gè))都進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，而不僅僅是對(duì)SQ1層的樣品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

W1井侏羅系主要發(fā)育半深湖—深湖相、濱淺湖相、三角洲相以及扇三角洲相等四種相類(lèi)沉積（圖4）［20］。有機(jī)質(zhì)豐度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，該井不同相帶的TOC具有一定差異（圖5）。三角洲相共有測(cè)試數(shù)據(jù)202個(gè)，其TOC變化范圍0.07%～3.6%，平均值0.96%；濱淺湖相共有測(cè)試數(shù)據(jù)645個(gè)，TOC變化范圍0.1%～5.0%，平均值1.41%；半深湖—深湖相共有測(cè)試數(shù)據(jù)184個(gè)，TOC變化范圍0.2%～4.4%，平均值1.42%。因此，按有效烴源巖豐度指標(biāo)TOC≥1.0%來(lái)衡量，研究區(qū)的有效烴源巖主要發(fā)育在濱淺湖相、

半深湖—深湖相，而在三角洲相發(fā)育的烴源巖未能達(dá)到有效烴源巖標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 北黃海某盆地過(guò)W2井的地震剖面A—A′剖面位置見(jiàn)圖2該剖面對(duì)中生界，包括白堊系和侏羅系的反射特征比較模糊，無(wú)法直接進(jìn)行有效烴源巖分析

下面研究沉積相的區(qū)域分布。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)4口井(圖2中1、2、3及W2井)及鄰區(qū)1口井（W1井）的單井相分析，選擇研究區(qū)及鄰區(qū)的6口鉆井（1、4、6、7、W1、W2井）做聯(lián)井剖面（各聯(lián)井剖面線(xiàn)位置如圖2中的B—B′、C—C′、D—D′）波阻抗反演等綜合分析。

根據(jù)由線(xiàn)到面的原則，對(duì)上述各聯(lián)井剖面的分析成果進(jìn)行綜合，結(jié)果表明，研究區(qū)SQ1層序的沉積體系如圖6所示，主要發(fā)育扇三角洲、辮狀河三角洲、濱淺湖及半深湖—深湖相沉積。研究區(qū)大部分為半深湖—深湖相，三角洲主要分布在盆地的西南部及東北部。其中西南部由于受控盆斷裂的影響，地形較陡，主要發(fā)育扇三角洲沉積，W2井鉆遇了該扇三角洲的前緣，巖性以中細(xì)砂巖與暗色泥巖互層為主；東北部發(fā)育來(lái)自盆地東北側(cè)隆起方向物源的辮狀河三角洲沉積。

根據(jù)圖5及其分析結(jié)果，研究區(qū)有效烴源巖發(fā)育的有利沉積相帶為深湖—半深湖和濱淺湖兩種相帶，從圖6上看，它們的分布范圍相當(dāng)廣闊，覆蓋了自西北到東南貫穿全盆地的廣大區(qū)域，僅在盆地東北部和西南角的局部區(qū)域?yàn)椴焕诎l(fā)育有效烴源巖的三角洲相帶。

3.2 有效烴源巖厚度及成熟度平面分布特征

這部分對(duì)應(yīng)于前述的步驟二和步驟四。

根據(jù)地震屬性的原理，提取了均方根振幅、均方根頻率、均方根層速度、均方根反射強(qiáng)度等屬性，經(jīng)與鉆探結(jié)果及地層厚度模型對(duì)比，其中的均方根頻率與均方根層速度這兩種屬性與巖性的相關(guān)性較高。通過(guò)統(tǒng)計(jì)1井、W1井的泥地比與均方根瞬時(shí)頻率的關(guān)系，擬合了泥地比與瞬時(shí)頻率的關(guān)系圖（圖7），并計(jì)算出SQ1層序的泥質(zhì)烴源巖厚度平面分布圖（圖8）。泥巖最厚的地方分布在中部位置，達(dá)500～800m，近東西向帶狀分布，東端最厚可達(dá)800m以上；北部較薄，甚至缺失，大部分地區(qū)厚度小于200m；南部的泥巖厚度范圍為200～500m。

熱演化模擬結(jié)果表明，SQ1層序Ro≥0.5%的區(qū)域在平面上呈近E—W向和NE—SW向分布，研究區(qū)西部成熟度較高，最高可達(dá)1.8%（圖9）。

3.3 有效烴源巖分布預(yù)測(cè)

這是本研究的最終步驟，對(duì)應(yīng)于流程第五步，上面的所有工作都是為這一步打基礎(chǔ)的。

圖4 北黃海某盆地W1井侏羅系地層綜合柱狀圖

圖5 研究區(qū)侏羅系不同相帶烴源巖的TOC平均值直方圖

圖6 研究區(qū)侏羅系SQ1層序沉積相圖

圖7 研究區(qū)中生界均方根瞬時(shí)頻率與泥巖百分比關(guān)系圖

結(jié)合研究區(qū)沉積相帶分布（圖6）、泥巖厚度分布（圖8）以及Ro平面分布（圖9），對(duì)研究區(qū)侏羅系SQ1層序的有效烴源巖進(jìn)行了綜合預(yù)測(cè)（圖10），結(jié)果表明，SQ1層序的有效烴源巖主要分布于研究區(qū)近東西走向的中部帶，最大厚度可達(dá)800m以上。從平面形態(tài)上看，可以分東、西兩部分：西部的分布范圍較窄，厚度變化也相對(duì)較小，為400～800m；東部的分布范圍較寬，并向南側(cè)有所擴(kuò)展，東部的厚度變化也較大，為100～800m。

圖8 研究區(qū)侏羅系SQ1層序泥巖厚度分布預(yù)測(cè)圖

圖9 研究區(qū)侏羅系SQ1層序Ro平面分布圖

圖10 研究區(qū)侏羅系SQ1層序有效烴源巖分布預(yù)測(cè)圖

4 結(jié)束語(yǔ)

有效烴源巖綜合預(yù)測(cè)是一項(xiàng)多學(xué)科的系統(tǒng)研究，它必須結(jié)合各地區(qū)的實(shí)際地質(zhì)情況，通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)等方法來(lái)完成。對(duì)處于勘探早—中期的區(qū)域，通過(guò)有限的鉆井獲取各種烴源巖指標(biāo)，有針對(duì)性地進(jìn)行指標(biāo)統(tǒng)計(jì)，找出有效烴源巖所對(duì)應(yīng)的各種特點(diǎn)——如實(shí)測(cè)地化指標(biāo)及相應(yīng)層位的地震屬性等，并結(jié)合沉積相、有機(jī)質(zhì)成熟度等指標(biāo)，最終預(yù)測(cè)出有效烴源巖的分布，這對(duì)進(jìn)一步的（后期）勘探具有極為重要的參考意義。

致謝：研究中得到中國(guó)海洋石油研究中心楊甲明教授的幫助和支持，在此表示衷心的感謝！

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編輯：吳厚松

Discussion on the Integrated Method of Predicting Distribution of Effective Source Rocks in Sedimentary Basin during Low to Middle Degree of Exploration: A Case of Jurassic Source Rock in a Basin，North Yellow Sea

Feng Changmao,Bai Zhilin,Tu Guanghong,Wang Houjin,Hu Xiaoqiang,Du Min

An integrated method of predicting the distribution of effective source rocks is proposed for the sedimentary basin with low-to middle-degree exploration.The basic idia is that combining well data with seismic data,the method includes five procedures from site to area and from profile to plane as follows:a)ascertaining the favorable sedimentary facies zone;b)ascertaining the distribution of source rock in plane;c)zoning the distribution of the sedimentary facies in region;d)ascertaining the distribution of thermal evolution in plane;and e)predicting the distribution of efficient source rocks.This method is successfully applied to predict the distribution of efficient source rocks in the Jurassic SQ1sequence in a basin,North Yellow Sea,which is still during low-to middle-degree of exploration.

Effective source rock;Prediction method;Jurassic;North Yellow Sea

TE112.115

A

2012-11-13；改回日期：2013-03-13

10.3969/j.issn.1672-9854.2013.02.009

1672-9854(2013)-02-0065-07

Feng Changmao：male,Dr.,Geology Engineer.Add:Guangzhou Marine Geological Survey,188 Guanghai Rd., Guangzhou,510760,China