基于地質(zhì)參數(shù)的陸相泥頁巖巖相預(yù)測

張 鵬

(中石化勝利油田分公司，山東 東營 257022)

引 言

作為一種蘊(yùn)藏量巨大的非常規(guī)油氣資源，美國、加拿大、俄羅斯和阿根廷等國家均已在海相泥頁巖油藏取得了良好的勘探開發(fā)效益[1-2]。在中國，陸相泥頁巖油氣資源也隨著勘探實(shí)踐的深入而被逐漸揭示[3-4]，濟(jì)陽坳陷渤南洼陷勘探早期就已發(fā)現(xiàn)泥頁巖油氣，L42、XYS9等井均已獲得工業(yè)油氣流并投入開發(fā)，表明該區(qū)泥頁巖油氣資源豐富，具有良好的勘探前景。

泥頁巖為“自生自儲”油藏，不同巖相的有機(jī)質(zhì)豐度、礦物成分等差異造成了其生烴能力和儲集性能的不同，因此，泥頁巖含油氣性與巖相具有重要的關(guān)系，探索有效的泥頁巖儲集層識別技術(shù)具有重要意義。運(yùn)用基于地質(zhì)參數(shù)的復(fù)雜巖相識別技術(shù)進(jìn)行了泥頁巖巖相分布預(yù)測，解決了常規(guī)地震屬性分析技術(shù)中屬性選取難及地質(zhì)意義不明確的難題，為泥頁巖巖相預(yù)測提供一種有效的方法。

1 地質(zhì)背景

渤南洼陷是濟(jì)陽坳陷沾化凹陷西部的三級負(fù)向構(gòu)造單元，為一個(gè)北陡南緩向北掀斜的箕狀洼陷，北以埕南斷層為界與埕東凸起相鄰，南鄰陳家莊凸起，西以義東斷層為界與車鎮(zhèn)凹陷及義和莊凸起相鄰，東以孤西斷層為界與孤北洼陷、孤島低凸起相鄰，面積約為600 km2，自南向北依次形成南部緩坡帶、斜坡帶、北部洼陷帶和陡坡帶。

研究區(qū)古近系自下而上發(fā)育孔店組、沙河街組和東營組地層，沙河街組沉積早期為洼陷演化鼎盛期，湖盆持續(xù)沉降，氣候溫暖濕潤，陸源碎屑攜帶大量營養(yǎng)物質(zhì)注入湖泊，生物繁盛，沉積了沙四上亞段、沙三下亞段、沙三中亞段及沙一段4套泥頁巖[5]。沙三段自上而下劃分上、中、下3個(gè)亞段，進(jìn)一步劃分為0～13共14個(gè)層組，沙三段下亞段(10～13層組)沉積時(shí)期的水體深度適中，且處于微咸水環(huán)境，泥頁巖生烴指標(biāo)好，其中12～13上層組和13下層組泥頁巖最大厚度分別為300、240 m，油氣生成量大，具有良好的油氣資源潛力[6]。近年來，沙三下亞段泥頁巖多口井見油氣顯示，Y182、Y186、L19等井獲工業(yè)油氣流，勘探形式良好。

2 泥頁巖巖相及地震響應(yīng)特征

通過對泥頁巖分析化驗(yàn)資料的綜合分析，方解石(白云石)、黏土礦物以及粉砂質(zhì)陸源碎屑是構(gòu)成泥頁巖的主要礦物成分，巖石顯紋層狀、層狀及塊狀構(gòu)造特征，沙三下亞段發(fā)育紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r、紋層狀灰質(zhì)泥巖、層狀泥質(zhì)灰?guī)r、層狀灰質(zhì)泥巖、層狀泥頁巖夾碳酸鹽巖條帶及層狀泥頁巖夾砂巖條帶相等主要巖相類型。

分析了不同巖相在TOC、儲集空間、礦物成分等方面的差異[7-8]，結(jié)合速度及地震反射特征分析，總結(jié)了不同巖相的儲集特征及地震響應(yīng)特征(表1)。

表1 泥頁巖不同巖相儲集及地震響應(yīng)特征

3 泥頁巖巖相預(yù)測

3.1 方法的提出

由于泥頁巖各類巖相的地球物理特征差異較小，地震屬性難以與巖相建立較為匹配的關(guān)系，根據(jù)地震屬性差異直接預(yù)測巖相的空間變化會存在較強(qiáng)的多解性。為此，根據(jù)泥頁巖儲層地震地質(zhì)特征，采用基于地質(zhì)參數(shù)的泥頁巖巖相預(yù)測方法[9]。該預(yù)測方法綜合運(yùn)用鉆井資料與地震屬性信息，建立重點(diǎn)井處地質(zhì)參數(shù)與地震屬性之間的關(guān)系，融合了更多的地震地質(zhì)信息，應(yīng)用地震屬性表征地質(zhì)參數(shù)，進(jìn)而應(yīng)用地質(zhì)參數(shù)的組合表征巖相變化，地質(zhì)意義更明確，預(yù)測精度更高。其數(shù)學(xué)模型為:

式中:yi為重點(diǎn)井的地質(zhì)參數(shù)，i=1，2，…，n;n為地質(zhì)參數(shù)個(gè)數(shù);Xj為重點(diǎn)井的地震屬性，j=1，2，…，m;m為地震屬性個(gè)數(shù);Wij為地質(zhì)參數(shù)yi相對于地震屬性Xj的權(quán)系數(shù);ck為常數(shù)，k=1，2，…，n。

式(1)中的地質(zhì)參數(shù)是指能夠有效表征巖相、區(qū)分巖相特征的參數(shù)。通過分析不同巖相儲集特征及地震響特征的數(shù)值范圍(表1)，表明各種地質(zhì)參數(shù)及其組合能較好地反映巖相的變化。

3.2 地質(zhì)參數(shù)分布預(yù)測

3.2.1 地質(zhì)參數(shù)選取及統(tǒng)計(jì)

針對13下層組，選取了TOC、碳酸鹽礦物含量、石英與長石含量、黏土礦物含量、孔隙度來表征泥頁巖巖相。根據(jù)已鉆井資料，統(tǒng)計(jì)重點(diǎn)井地質(zhì)參數(shù)值(表2)。

表2 13下層組重點(diǎn)井地質(zhì)參數(shù)統(tǒng)計(jì)

3.2.2 地質(zhì)參數(shù)地震預(yù)測

(1)井震相關(guān)分析確定敏感屬性。泥頁巖有機(jī)質(zhì)豐度、礦物成分等的不同表現(xiàn)為巖石性質(zhì)、流體性質(zhì)的差異，其空間變化會引起地震反射波形、振幅、頻率、能量和相位等一系列地震屬性的變化，這些變化是利用地震屬性預(yù)測泥頁巖地質(zhì)參數(shù)的主要依據(jù)。

在精細(xì)解釋層位的基礎(chǔ)上，合理拾取視窗，提取目的層段多種地震屬性，通過井震相關(guān)分析優(yōu)選敏感屬性[10]，建立地質(zhì)參數(shù)與地震屬性的關(guān)系式(圖1)。

式中:TOC為有機(jī)碳含量，%;AM為平均能量;LIME為碳酸鹽礦物含量，%;SBR為頻寬比;CF30為30 Hz分頻;IF為瞬時(shí)頻率，Hz;SM為能量和;QUARTZ為石英與長石含量，%;AL為弧長;AA為平均振幅;POR為孔隙度，%;CF40為40 Hz分頻;SPA為累加正振幅。

圖1 泥頁巖地質(zhì)參數(shù)的部分井震相關(guān)分析

(2)各地質(zhì)參數(shù)的平面展布特征預(yù)測。分別應(yīng)用各地質(zhì)參數(shù)與地震屬性擬合得到的關(guān)系式，對其進(jìn)行平面預(yù)測(圖2)。預(yù)測結(jié)果和地質(zhì)規(guī)律較為吻合，從TOC分布圖上看(圖2a)，北部洼陷帶總體高于南部，由于北部洼陷帶水體較深，有機(jī)質(zhì)豐富，因此有機(jī)碳含量高于南部;碳酸鹽礦物含量分布總體與石英長石分布特征相反，在南部斜坡帶和洼陷帶局部地區(qū)含量較高(圖2b);從石英與長石含量分布圖上看(圖2c)，全區(qū)分布相差不大，盆地南坡及北部洼陷帶局部地區(qū)受盆緣碎屑物源影響，含量稍高于盆地內(nèi)部;由于少量陸源碎屑物質(zhì)的注入，北部洼陷帶發(fā)育泥頁巖夾砂巖條帶，或局部高部位利于碳酸鹽巖發(fā)育，發(fā)育泥頁巖夾碳酸鹽巖條帶，砂巖條帶或碳酸鹽巖條帶的發(fā)育增加了泥頁巖的脆性，易于被改造形成裂縫和孔隙，因此其孔隙度總體高于南部(圖2d)。

3.3 巖相劃分結(jié)果及效果分析

將地質(zhì)參數(shù)的預(yù)測結(jié)果作為輸入，依據(jù)實(shí)鉆井巖相作為劃分結(jié)果，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聚類分析數(shù)學(xué)方法進(jìn)行巖相劃分[11-12]。影響分類結(jié)果的主要因素有:參與聚類的地震屬性，相關(guān)分析中允許的誤差，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢驗(yàn)屬性相關(guān)次數(shù)。

從預(yù)測結(jié)果看(圖3)，南部緩坡帶處于濱淺湖區(qū)，主要發(fā)育層狀泥質(zhì)灰?guī)r相(區(qū)域Ⅰ)，該區(qū)帶巖石主要為層狀，紋層較少發(fā)育;斜坡帶處于半深湖區(qū)，水體相對較深且具分層，泥頁巖中有機(jī)質(zhì)紋層明顯，以發(fā)育紋層狀泥頁巖相為主，西部L67井區(qū)為紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r相(區(qū)域Ⅱ)，該區(qū)XYS9井、L19井獲高產(chǎn)工業(yè)油流，中部Y64井區(qū)發(fā)育紋層狀灰質(zhì)泥巖相(區(qū)域Ⅲ)，碳酸鹽礦物含量稍低于西部，東部Y128井區(qū)緊鄰孤島凸起，以發(fā)育砂巖為主，垂向上為砂巖夾泥頁巖的組合(區(qū)域Ⅳ)，中部Y64井區(qū)與東部Y128井區(qū)之間的區(qū)帶受東部砂巖和中部高碳酸鹽礦物含量的影響，發(fā)育泥頁巖夾碳酸鹽巖條帶和砂巖條帶;北部洼陷帶主要發(fā)育泥頁巖夾砂巖條帶或泥頁巖夾碳酸鹽巖條帶相，Y172井區(qū)靠近孤島凸起，YS10井區(qū)靠近義和莊凸起，由于陸源碎屑物質(zhì)注入影響，以發(fā)育泥頁巖夾砂巖條帶相為主(區(qū)域Ⅴ)，距物源稍遠(yuǎn)的區(qū)帶以發(fā)育泥頁巖夾碳酸鹽巖條帶相為主(區(qū)域Ⅵ)，該類巖相巖石脆性高，裂縫發(fā)育，且碳酸鹽巖重結(jié)晶作用利于晶間孔及溶孔的發(fā)育，表現(xiàn)為較好的儲集性。該 帶Y182、Y186井獲高產(chǎn)工業(yè)油氣流。巖相發(fā)育受古地形和物源供給的控制明顯，層狀泥頁巖主要發(fā)育在南部緩坡帶，紋層狀泥頁巖主要發(fā)育在斜坡帶，層狀泥頁巖夾碳酸鹽巖條帶及層狀泥頁巖夾砂巖條帶相發(fā)育在北部洼陷帶。預(yù)測結(jié)果與實(shí)鉆結(jié)果較為吻合，且符合地質(zhì)變化規(guī)律。

圖2 泥頁巖地質(zhì)參數(shù)的預(yù)測結(jié)果

圖3 渤南洼陷13下層組泥頁巖巖相預(yù)測

4 結(jié)論

(1)根據(jù)泥頁巖的成因差異，將渤南洼陷沙三下泥頁巖劃分為6類巖相，認(rèn)為TOC、礦物成分、孔隙度等地質(zhì)參數(shù)能有效反映巖相的差異。

(2)基于地質(zhì)參數(shù)表征巖相，綜合運(yùn)用地震數(shù)據(jù)與鉆井資料，其優(yōu)勢在于避免了直接運(yùn)用地震屬性預(yù)測巖相的多解性，增加了地質(zhì)參數(shù)約束項(xiàng)，在渤南洼陷沙三下泥頁巖巖相預(yù)測中取得了較好的效果。

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