海相頁巖TOC地震定量預(yù)測技術(shù)及其應(yīng)用——以四川盆地焦石壩地區(qū)為例

陳祖慶

中國石化勘探南方分公司

近年來針對四川盆地及周緣海相頁巖層系開展了不少研究與勘探工作［1－5］，并已在四川盆地焦石壩地區(qū)取得實質(zhì)性突破?？傆袡C(jī)碳含量（TOC）是評價頁巖生烴能力的主要指標(biāo)，也是頁巖油氣藏評價中的一個重要指標(biāo)［6－10］。近年來，雖然烴源巖評價技術(shù)在不斷發(fā)展，但國內(nèi)外文獻(xiàn)中用地震資料直接定量預(yù)測頁巖有機(jī)碳含量的報道很少。目前采用的方法主要以地震屬性與TOC建立數(shù)學(xué)擬合關(guān)系，通過三維地震數(shù)據(jù)體中提取的地震屬性從而計算得到三維TOC數(shù)據(jù)體，進(jìn)而對TOC 進(jìn)行預(yù)測［11－12］。但是，地震多屬性存在固有的多解性［13－14］，這也是該類方法在TOC 預(yù)測應(yīng)用上的問題所在。因此，還需要在TOC預(yù)測應(yīng)用上做進(jìn)一步的研究和改進(jìn)。

筆者通過交會分析尋找與TOC敏感的巖石物理參數(shù)，并建立兩者的數(shù)學(xué)映射；采用疊前反演最終得到泥頁巖的TOC，為頁巖氣“甜點”預(yù)測及資源量的計算提供準(zhǔn)確的TOC預(yù)測方法。

1 儲層特征

焦石壩地區(qū)頁巖氣儲層分布在下志留統(tǒng)龍馬溪組一段（包含上奧陶統(tǒng)五峰組），巖性為黑色頁巖、泥巖、碳質(zhì)頁巖、含粉砂質(zhì)碳質(zhì)泥巖，目前已有多口井在龍馬溪組一段底部優(yōu)質(zhì)頁巖段鉆獲工業(yè)氣流。

晚奧陶世—早志留世初期，隨著海平面迅速上升，沉積水體快速加深，焦石壩地區(qū)整體位于深水陸棚相區(qū)內(nèi)，處于缺氧環(huán)境，有利于烴源巖的形成。龍馬溪組一段—五峰組發(fā)育大套灰黑色泥巖、含粉砂泥巖，厚度一般大于80m，分布穩(wěn)定連續(xù)，富含有機(jī)質(zhì)和筆石化石，處于深度還原環(huán)境。有機(jī)碳含量介于0.46%～7.13%，平均值大于2.5%，在縱向上均具有向泥頁巖沉積建造底部層段明顯增大的特征。

圖1 JY1井五峰組—龍馬溪組一段TOC綜合評價圖

從JY1井五峰組—龍馬溪組一段TOC綜合評價圖（圖1）上可以看出，其2 378～2 415.5m井段（五峰組—龍馬溪組一段底部）為黑色頁巖，TOC≥2.0%，最高可達(dá)5.89%，平均為3.56%，優(yōu)質(zhì)泥頁巖層連續(xù)累計厚度達(dá)37.5m。另外在縱向上，整個儲層段TOC具有自上而下總體呈從小到大變化的特征，進(jìn)一步則可劃分為3個小“旋回”，表現(xiàn)為與沉積亞相和巖相具有密切相關(guān)的特征。具體表現(xiàn)在五峰組—龍馬溪組一段一亞段和三亞段為2個相對高值的小“旋回”（圖中紅色箭頭），龍馬溪組一段二亞段為一個相對低值的小“旋回”（圖中藍(lán)色箭頭），但五峰組—龍馬溪組一段一亞段的小“旋回”TOC值明顯最高。

2 TOC定量預(yù)測技術(shù)

2.1 預(yù)測方法

TOC定量預(yù)測技術(shù)能夠為頁巖氣勘探及資源量的計算提供有效且較精確的參數(shù)。其預(yù)測方法為：從實測有機(jī)碳含量出發(fā)，通過分析與TOC相關(guān)的地球物理參數(shù)，尋找TOC敏感參數(shù)，并建立敏感參數(shù)與TOC之間的最佳擬合方程，得到該區(qū)的經(jīng)驗公式；利用三維地震數(shù)據(jù)，采用疊前反演方法，進(jìn)行精細(xì)地震反演求得敏感參數(shù)體；根據(jù)擬合經(jīng)驗關(guān)系，計算得到三維分布的TOC數(shù)據(jù)體，從而定量預(yù)測TOC。

2.2 方法實現(xiàn)

2.2.1 TOC敏感參數(shù)確定

在實際研究中發(fā)現(xiàn)焦石壩地區(qū)頁巖地層的密度參數(shù)與TOC具有很好的相關(guān)性?；趦?yōu)質(zhì)泥頁巖具有高TOC的特征，對該區(qū)多口井進(jìn)行了TOC敏感參數(shù)分析。通過伽馬、密度、電阻率等常規(guī)測井結(jié)果以及楊氏模量、泊松比等彈性參數(shù)與TOC的交匯分析（圖2）發(fā)現(xiàn)：只有密度與TOC相關(guān)性較高。其中，當(dāng)TOC＞1%時，密度值小于2.68g／cm3，TOC值與密度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.87。分析認(rèn)為高TOC的泥頁巖有機(jī)質(zhì)孔隙更為發(fā)育，更有利于頁巖氣的吸附和儲集，從而導(dǎo)致密度降低。因此，可以通過TOC與密度之間的相關(guān)性來完成TOC全區(qū)的預(yù)測。

2.2.2 TOC與密度經(jīng)驗關(guān)系建立

通過對該區(qū)多井巖心資料與井資料綜合分析，建立了TOC與密度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式：

式中TOC為有機(jī)碳含量；ρ為巖性密度；a、b為地區(qū)性經(jīng)驗常數(shù)。

圖2 TOC敏感參數(shù)統(tǒng)計分析圖

式中經(jīng)驗系數(shù)取值是以JY1、JY2、JY3、JY4等共計4口井為基礎(chǔ)，利用其經(jīng)過巖心刻度后的TOC實測結(jié)果與密度進(jìn)行交會分析（圖3），得到經(jīng)驗常數(shù)a＝－15.8，b＝43.85，最終確定利用實測資料計算總有機(jī)碳含量的經(jīng)驗關(guān)系式：

圖3 焦石壩地區(qū)龍馬溪組—五峰組頁巖巖心分析TOC與密度測井值交會圖（4口井）

2.2.3 疊前密度反演

基于前面TOC敏感參數(shù)統(tǒng)計分析結(jié)果，密度反演是進(jìn)行TOC預(yù)測的基礎(chǔ)。密度體的獲取主要采用以下2種方法：①利用疊后多屬性分析方法間接獲得；②利用疊前反演方法直接獲得。但疊后多屬性反演多解性較為突出，很多并沒有明確的物理意義，其求取的密度體經(jīng)過誤差累積，達(dá)不到精確預(yù)測TOC的要求。

相對于疊后多屬性反演，疊前同時反演的優(yōu)點是反演精度高、穩(wěn)定性好、多解性較少。其使用縱波速度（vp）、橫波速度（vs）、密度（ρ）以及疊前地震方位角道集數(shù)據(jù)作為輸入，對這些變量加以約束同時反演得到縱波速度、橫波速度以及密度，使結(jié)果更穩(wěn)定并減少多解性問題。因此，本次使用疊前縱橫波同時反演技術(shù)直接反演密度體。

圖4為利用疊前縱橫波同時反演技術(shù)得到的過JY1—JY2—JY4井密度剖面圖，對比測井曲線密度值與井旁反演結(jié)果可知兩者吻合程度較高，龍馬溪組—五峰組頁巖氣藏段密度分布于2.4～2.75g／cm3。同時從剖面上可以看出，JY1井到JY4井低密度泥頁巖穩(wěn)定展布，與該區(qū)沉積特征及井上分析情況一致，說明了反演結(jié)果的可靠。

圖4 過JY1—JY2—JY4連井疊前密度反演剖面圖

2.2.4 TOC定量預(yù)測

基于前述式（1）～（2）所示的TOC與密度的關(guān)系，計算得到TOC數(shù)據(jù)體。圖5為JY1、JY2、JY4井聯(lián)井TOC反演剖面，黃紅色為優(yōu)質(zhì)頁巖對應(yīng)的相對高TOC值，整個儲層（五峰組—龍馬溪組一段）段相對于上下地層來說，其分布特征明顯，橫向上展布穩(wěn)定。同時也可以看到，在儲層內(nèi)部縱向上TOC高的優(yōu)質(zhì)頁巖層有2套，中間夾1套TOC相對低的泥頁巖，且2套優(yōu)質(zhì)頁巖越接近底部，TOC值更高，最大均高于4%，與前面井上分析結(jié)果對應(yīng)一致。結(jié)合五峰組—龍馬溪組TOC平面預(yù)測圖綜合分析（圖6），4口井控制的區(qū)域優(yōu)質(zhì)泥頁巖整體發(fā)育，展布穩(wěn)定，顯示了該區(qū)良好的勘探前景。

3 應(yīng)用效果

JY1井到JY4井TOC值有增大趨勢，焦石壩主體部位最大TOC值均大于4%，優(yōu)質(zhì)泥頁巖整體穩(wěn)定發(fā)育。從研究區(qū)東北JY1井區(qū)到西南JY4井區(qū)，TOC值增大，反演結(jié)果與鉆井分析化驗結(jié)果一致。

圖5 過JY1—JY2—JY4井連井TOC反演剖面圖

圖6 焦石壩地區(qū)龍馬溪組—五峰組平均TOC預(yù)測平面圖

從圖6中可以看出，預(yù)測結(jié)果平均TOC均高于2.5%，優(yōu)質(zhì)泥頁巖整體發(fā)育穩(wěn)定。其中JY2井區(qū)及JY 4井 預(yù) 測 平 均TOC較 高 ，JY 2井 為2.9% ，JY 3井區(qū)相對較低；JY1、JY2、JY3、JY4井的預(yù)測TOC與實測結(jié)果基本一致，相對誤差小于1.5%（表1）。實踐顯示這項技術(shù)在四川盆地海相頁巖氣勘探中具有廣闊的前景，可以加以推廣應(yīng)用。

表1 JY1、JY2、JY3、JY4井預(yù)測值TOC與實測值對比表

4 結(jié)論

1）該區(qū)對TOC敏感的地球物理參數(shù)為密度，參數(shù)之間具有很好的相關(guān)性，通過建立兩者之間的經(jīng)驗關(guān)系式，可實現(xiàn)對TOC的定量預(yù)測。

2）利用疊前同時反演直接求得的密度體避免了累計誤差，穩(wěn)定好，多解性少，結(jié)果可靠，為精細(xì)定量預(yù)測TOC提供了基礎(chǔ)保證。

3）預(yù)測TOC值與實測值相對誤差小，吻合程度高，說明該技術(shù)在四川盆地海相頁巖氣勘探中存在廣闊的應(yīng)用前景，具有借鑒和推廣的重大現(xiàn)實意義。

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