利用測井曲線反演計算烴源巖有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)——以準(zhǔn)噶爾盆地東部為例

劉俊榜 （中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100083）

劉震，景曉鳳 （油氣資源與探測國家重點實驗室 （中國石油大學(xué) （北京）），北京102249）

李培俊，賀凱 （中石油新疆油田分公司準(zhǔn)東勘探開發(fā)研究所，新疆 阜康831511）

烴源巖是油氣成藏的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是含油氣系統(tǒng)研究的核心，長期以來國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了多方面的研究工作，為烴源巖地球化學(xué)研究奠定了堅實的理論和方法基礎(chǔ)。但是，由于受鉆井取心長度和常規(guī)實驗分析費用的限制，作為表征烴源巖豐度的重要參數(shù)——有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù) （w（TOC））在垂向上經(jīng)常難以獲得連續(xù)的數(shù)據(jù)，從而直接影響了烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度以及烴源巖評價結(jié)果的可靠程度。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對烴源巖地球化學(xué)參數(shù)與測井信息二者之間的關(guān)系進(jìn)行了廣泛而深入的探討，在烴源巖識別［1，2］、烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度和成熟度的定量解釋［3～8］以及烴源巖測井評價［9～12］等方面提出了多種研究方法，推動了測井資料在烴源巖研究中的應(yīng)用。雖然現(xiàn)今烴源巖的測井評價方法還不如儲層測井評價方法那樣成熟，但其作為一種經(jīng)濟(jì)、有效的烴源巖評價手段也正在不斷發(fā)展和獲得認(rèn)可。

準(zhǔn)噶爾盆地是在前寒武系結(jié)晶基底和寒武系－石炭系褶皺基底雙層基底結(jié)構(gòu)上長期發(fā)展形成的大型疊合盆地［13］。在沉積演化過程中經(jīng)歷了晚石炭世－中二疊世前陸盆地聯(lián)合階段、晚二疊世－古近紀(jì)坳陷盆地階段和新近紀(jì)－現(xiàn)今晚期前陸盆地階段等3個演化階段。受沉積構(gòu)造演化的控制，準(zhǔn)噶爾盆地東部石炭系－第四系中發(fā)育了石炭系、二疊系、三疊系和侏羅系共4套烴源巖，這些烴源巖主要分布于阜康凹陷、東道海子北凹陷、五彩灣凹陷、吉木薩爾凹陷。其中，二疊系平地泉組 （P2p）、三疊系小泉溝群（T2－3xq）和侏羅系八道灣組 （J1b）是研究區(qū)的主要烴源巖層系，它們?yōu)闇?zhǔn)東地區(qū)的油氣聚集提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)［14］。

準(zhǔn)噶爾盆地的勘探和研究表明，盆地東部地區(qū)是該盆地的油氣富集區(qū)帯之一。對于準(zhǔn)噶爾盆地東部地區(qū)上述3套主要烴源巖，前人僅確定了烴源巖的展布范圍和厚度，對于烴源巖的整體認(rèn)識還不夠深入。與此同時，受該區(qū)鉆井取心長度和分析化驗樣品數(shù)量的限制，烴源巖評價的重要參數(shù)之一——w（TOC）數(shù)據(jù)十分有限，使用常規(guī)地球化學(xué)方法難以獲得很全面、客觀的認(rèn)識。因此，結(jié)合研究區(qū)地球化學(xué)資料有限、測井資料豐富的特征，綜合利用多種測井曲線反演求取w（TOC），進(jìn)而在平面上確定出主要烴源巖層系的w（TOC）分布，為后續(xù)烴源巖評價奠定了基礎(chǔ)。

1 測井曲線反演計算w （TOC）基本原理

測井曲線是井筒周圍一定范圍內(nèi)地質(zhì)體某一物理特征的綜合響應(yīng)。一般情況下對于泥巖而言，聲波時差測井曲線值隨其埋藏深度的增加而減小，而當(dāng)?shù)貙又泻袡C(jī)質(zhì)或油氣時，就會造成地層聲波時差測井曲線值增大；同時，泥巖一般表現(xiàn)為電阻率測井曲線值較低，但富含有機(jī)質(zhì)的泥巖層，電阻率測井曲線值總是比相同條件下不含有機(jī)質(zhì)的地層要高；此外，烴源巖的密度小于不含有機(jī)質(zhì)的泥巖密度，且地層密度隨有機(jī)質(zhì)含量的變化也存在差異，因此泥巖密度與有機(jī)質(zhì)含量存在一定的函數(shù)關(guān)系。

與此同時，成熟度也會對測井曲線響應(yīng)特征產(chǎn)生一定的影響。相對于相同條件下未成熟烴源巖而言，成熟烴源巖段聲波時差和電阻率測井曲線值都會增大，若將其聲波和電阻率測井曲線值反向刻度，則這2條疊加曲線的幅度差增大；對于相同成熟度的烴源巖，其所對應(yīng)的聲波時差和電阻率測井曲線值越高、密度測井曲線值越低，則有機(jī)質(zhì)含量則越高，反之越低［5，9，10］。

可見，測井曲線中包含了反映有機(jī)質(zhì)豐度及成熟度的相關(guān)信息，因此，可借用包含這一信息的特征測井曲線進(jìn)行反演，進(jìn)而求得有機(jī)質(zhì)豐度等相關(guān)參數(shù)。

2 w （TOC）求取的數(shù)學(xué)模型

在利用測井資料研究烴源巖豐度的方法中，目前主要存在2種計算模型，即Passey等提出的ΔlogR法［5］和金強所提出的修改后的ΔlogR法［11］（簡稱金強法）。

2．1 ΔlogR法

Passey等提出了一項可以用于較寬的成熟度變化范圍內(nèi)碳酸鹽巖和碎屑巖烴源巖的測井評價方法——ΔlogR法，并用以求取不同成熟度條件下的w（TOC）［5］。該方法將聲波時差測井曲線值線性刻度，同時將電阻率測井曲線值對數(shù)刻度，并以深度為縱坐標(biāo)將電阻率測井曲線值和聲波時差測井曲線值按一定刻度關(guān)系進(jìn)行疊合，當(dāng)2條曲線在某一深度一致 （在較長的深度段內(nèi)重合或具有十分相似的形態(tài)）時為基線，基線確定后，2條曲線的間的幅度差即為ΔlgR。根據(jù)聲波時差、電阻率測井曲線值綜合求取ΔlgR的方程為：

式中：ΔlgR為聲波時差和電阻率測井曲線間的幅度差；ρ為實測電阻率，Ω·m；ρbl為基線電阻率，Ω·m；Δt為實測聲波時差，μs／ft；Δtbl為基線聲波時差，μs／ft。ΔlgR與w（TOC）線性相關(guān)，同時也是鏡質(zhì)體反射率的函數(shù)。由ΔlgR計算w（TOC）的定量關(guān)系式是：

式中：Ro為烴源巖的鏡質(zhì)體反射率，%。

2．2 金強法

金強在利用測井資料反演w（TOC）的研究中考慮了巖層的物性參數(shù)［11］，把密度資料與ΔlogR法結(jié)合，并將w（TOC）的計算公式修改如下：

式中：K 為系數(shù)。將式（1）代入式（3）中可得：

將上式簡寫為：

由于優(yōu)質(zhì)烴源巖具有相對高聲波時差、高電阻率和低密度測井曲線值的特征，即密度與w（TOC）呈反比關(guān)系，因此進(jìn)行密度校正時將公式改為：

式中：d為密度測井曲線值，g／cm3；a、b、c為系數(shù)，均可通過對研究區(qū)系統(tǒng)采集樣品分析，采用最小二乘法擬合獲得。上述2種方法在烴源巖豐度研究中已經(jīng)廣泛使用，但是對這2個模型的精度及可靠性的對比研究相對較少。

3 模型應(yīng)用效果對比分析

對準(zhǔn)噶爾盆地東部3套主要烴源巖，依據(jù)研究區(qū)實測w（TOC）數(shù)據(jù)和測井資料，應(yīng)用上述2種模型對w（TOC）進(jìn)行了反演求取，并在此基礎(chǔ)上對2種模型的計算精度進(jìn)行了對比分析。研究中，首先對準(zhǔn)噶爾盆地東部地區(qū)相關(guān)測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行了直方圖標(biāo)準(zhǔn)化處理，以消除不同時期和不同測井系列以及測井環(huán)境所造成的系統(tǒng)誤差。

在此基礎(chǔ)上，對準(zhǔn)東地區(qū)318個實測w（TOC）數(shù)據(jù)及相應(yīng)深度的聲波時差和電阻率測井曲線值按照ΔlogR法應(yīng)用式 （1）和式 （2）進(jìn)行計算，得到w（TOC）計算值。最終計算結(jié)果與實測w（TOC）值相關(guān)性分析 （圖1）顯示，相關(guān)系數(shù)為0．6322，相關(guān)性總體較差。

其次，應(yīng)用相同的實測數(shù)據(jù)并綜合考慮密度因素，將與實測的w（TOC）值對應(yīng)深度的聲波時差、電阻率和密度測井曲線值按照式（6）對系數(shù)a、b、c進(jìn)行回歸分析，求得系數(shù)a＝6．3，b＝0．12，c＝－12．5。再據(jù)修改后的ΔlogR模型求取w（TOC）。計算結(jié)果與實測值對比結(jié)果顯示 （圖2），該模型計算求取值和實測值的相關(guān)系數(shù)為0．8631，與上述ΔlogR法計算精度相比，金強法計算結(jié)果與實測值更為接近。

因此，研究優(yōu)選修改后的ΔlogR法作為研究區(qū)求取w（TOC）的最終方法。并取阜10井作為檢驗井，將該方法計算w（TOC）值與實測值w（TOC）值進(jìn)行了比較，結(jié)果顯示該方法反演計算求取的w（TOC）值平均相對誤差為6．03% （表1），相對誤差較小。

圖1 準(zhǔn)東地區(qū)烴源巖w（TOC）實測值與計算值散點圖 （ΔlogR法）

圖2 準(zhǔn)東地區(qū)烴源巖w（TOC）實測值與計算值散點圖 （金強法）

表1 阜10井w （TOC）預(yù)測模型計算結(jié)果誤差分析表

4 準(zhǔn)東地區(qū)烴源巖w （TOC）預(yù)測

應(yīng)用金強法，筆者對研究區(qū)3套主要烴源巖w（TOC）值進(jìn)行了求取和平面成圖，并借此對準(zhǔn)東地區(qū)主要烴源層的w（TOC）進(jìn)行了預(yù)測。

4．1 P2p烴源巖

烴源巖預(yù)測結(jié)果顯示，除研究區(qū)東南部因構(gòu)造抬升遭受剝蝕外，P2p烴源巖整體分布較為廣泛。該套w（TOC）很高，高豐度烴源巖 （2%＜w （TOC）＜4%）在絕大部分地區(qū)都有發(fā)育；中高豐度烴源巖（1%＜w （TOC）＜2%）主要發(fā)育于研究區(qū)西北部的東道海子北凹陷和白家海凸起以及吉木薩爾凹陷局部地區(qū) （圖3）。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地東部P2p烴源巖w（TOC）等值線圖

4．2 T2－3xq烴源巖

T2－3xq烴源巖在研究區(qū)東南部、中北部以及中部局部地區(qū)因遭受抬升剝蝕而缺失。該套烴源巖在大部分地區(qū)為中高豐度，在白家海凸起及昌吉凹陷北部發(fā)育中豐度 烴 源 巖 （0．5% ＜w（TOC）＜1%），石樹溝凹陷北部、火燒山、沙南地區(qū)及三臺凸起發(fā)育高豐度烴源巖 （圖4）。

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地東部T2－3xq烴源巖w（TOC）等值線圖

4．3 J1b烴源巖

J1b烴源巖在研究區(qū)東南部和中部隆起區(qū)因地層抬升遭受剝蝕而缺失。該套烴源巖分布范圍較廣，在準(zhǔn)噶爾盆地東部大部分地區(qū)為中高豐度烴源巖，高豐度烴源巖主要發(fā)育于研究區(qū)東北部的克拉美麗山前地區(qū)和南部的博格達(dá)山前凹陷的局部地區(qū)，中等豐度的烴源巖分布最廣，主要發(fā)育在研究區(qū)東北部以及阜東斜坡的中部和南部 （圖5）。

圖5 準(zhǔn)噶爾盆地東部J1b烴源巖w（TOC）等值線圖

5 結(jié)論

1）在現(xiàn)有利用測井資料反演計算w（TOC）的方法中，準(zhǔn)東地區(qū)的應(yīng)用表明：金強法要比ΔlogR法具有更高的精度，能夠更為客觀地反映烴源巖的豐度。

2） 準(zhǔn) 東 地 區(qū)w（TOC）最高、高豐度烴源巖分布最廣的是P2p烴源巖；T2－3xq和J1b的烴源巖以中高豐度的烴源巖為主。就烴源巖豐度來看，P2p烴源巖是準(zhǔn)東地區(qū)最好的烴源巖。

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