珠江口盆地惠州凹陷主力烴源巖測(cè)井預(yù)測(cè)及評(píng)價(jià)

袁彩萍，徐思煌，薛 羅

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074;2.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院西北分院，蘭州 730020)

烴源巖評(píng)價(jià)是含油氣盆地油氣資源評(píng)價(jià)的重要基礎(chǔ)。由于烴源巖樣品的地球化學(xué)測(cè)試受樣品來源、分布及測(cè)試費(fèi)用的限制，以往基于烴源巖樣品測(cè)試所做的烴源巖評(píng)價(jià)難免存在片面性。而烴源巖測(cè)井預(yù)測(cè)及評(píng)價(jià)則不受巖石樣品的限制，縱向分辨率高，不僅能獲得連續(xù)的有機(jī)質(zhì)含量資料，而且還能提供烴源巖厚度[1－2］。這對(duì)于合理識(shí)別烴源巖垂向分布的非均質(zhì)性，評(píng)價(jià)烴源巖生烴潛力以及據(jù)此開展油氣資源評(píng)價(jià)都具有重要的實(shí)際意義，近年來取得長(zhǎng)足進(jìn)展并得到廣泛運(yùn)用[3－5］。本文綜合聲波時(shí)差、自然伽馬、電阻率、密度和中子孔隙度等5種測(cè)井參數(shù)，建立了多元回歸預(yù)測(cè)模型，計(jì)算了惠州凹陷12口鉆井主力烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度及各級(jí)烴源巖厚度，并分析了優(yōu)質(zhì)烴源巖分布特征及成藏貢獻(xiàn)。

1 原理與方法

烴源巖評(píng)價(jià)包括質(zhì)、量?jī)煞矫妗N源巖品質(zhì)評(píng)價(jià)的主要參數(shù)是總有機(jī)碳含量(TOC)，烴源巖數(shù)量評(píng)價(jià)的主要參數(shù)是厚度。因此建立TOC與測(cè)井參數(shù)之間的響應(yīng)關(guān)系，既可以根據(jù)測(cè)井資料預(yù)測(cè)有機(jī)碳含量，亦可以計(jì)算不同有機(jī)質(zhì)豐度的烴源巖厚度。人們最早發(fā)現(xiàn)的是頁(yè)巖的放射性同有機(jī)質(zhì)含量存在一定關(guān)系[6］，后來相繼認(rèn)識(shí)到烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度與伽馬、密度、聲波以及電阻率等不同測(cè)井參數(shù)之間的響應(yīng)關(guān)系，并運(yùn)用這些測(cè)井來識(shí)別烴源巖和定量預(yù)測(cè)有機(jī)碳含量[7－9］。預(yù)測(cè)模型也從單參數(shù)等效體積構(gòu)成模型[6，9］、雙參數(shù)交會(huì)圖半定量模型[10］，逐漸發(fā)展為多參數(shù)回歸方程定量模型[1，11］、ΔLogR 技術(shù)[12］以及模糊識(shí)別預(yù)測(cè)模型[13］等。

珠江口盆地文昌組烴源巖TOC的測(cè)井響應(yīng)研究表明:TOC與電阻率、中子孔隙度、聲波時(shí)差及自然伽馬等測(cè)井值均呈較弱正相關(guān)關(guān)系，而與密度測(cè)井值則呈較弱負(fù)相關(guān)關(guān)系，但建立TOC與此五種測(cè)井參數(shù)之間的五元回歸方程定量預(yù)測(cè)模型(式1)，則呈顯著的復(fù)相關(guān)關(guān)系，復(fù)相關(guān)系數(shù)明顯高于與每一種測(cè)井參數(shù)的相關(guān)系數(shù)[1］。說明用這種五元回歸模型進(jìn)行有機(jī)碳含量測(cè)井預(yù)測(cè)可取得更佳效果。

式中:w(TOC)為烴源巖總有機(jī)碳含量;Rt、γ、Δt、φN、ρ分別為電阻率、自然伽馬、聲波時(shí)差、中子孔隙度和密度等測(cè)井曲線取值;ki(i=1，2，3，4，5)為待定系數(shù);C為常數(shù)。

具體方法為，首先對(duì)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)品質(zhì)進(jìn)行分析，確保所用數(shù)據(jù)合格;之后獲得實(shí)測(cè)TOC樣品所對(duì)應(yīng)深度的烴源巖小層之 γ、Δt、Rt、φN、ρ等5 種測(cè)井參數(shù)值;其次利用多元統(tǒng)計(jì)軟件建立實(shí)測(cè)TOC與測(cè)井參數(shù)之間的定量預(yù)測(cè)模型，經(jīng)TOC實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值的相對(duì)誤差檢驗(yàn)達(dá)到要求后，再以此模型計(jì)算出烴源巖井段有機(jī)碳含量的連續(xù)分布值，并根據(jù)烴源巖有機(jī)碳評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，獲得不同有機(jī)質(zhì)豐度烴源巖的厚度數(shù)據(jù)。在建立預(yù)測(cè)模型時(shí)，根據(jù)鉆井實(shí)測(cè)TOC資料情況，既可建立單井模型，也可綜合多井建立研究區(qū)的統(tǒng)一模型。

2 預(yù)測(cè)模型建立

2.1 烴源巖基本特征

珠江口盆地包括北部斷階帶、北部坳陷帶、中央隆起帶、南部坳陷帶和南部隆起帶5個(gè)近NE走向的一級(jí)構(gòu)造單元，其中北部坳陷帶包括珠一坳陷與珠三坳陷[14］。研究區(qū)惠州凹陷位于珠一坳陷的中段，古近系由惠西、惠北、惠南與惠東4個(gè)半地塹和半地塹之間的惠中、惠東2個(gè)低凸起組成[15］，發(fā)育始新統(tǒng)文昌組、始新—漸新統(tǒng)恩平組2套主力烴源巖[16－17］，文昌組、恩平組的每一個(gè)沉積中心構(gòu)成一個(gè)生烴洼陷。

文昌組整體上為中深湖相和淺湖相碎屑巖系沉積，在繼承性洼陷中心部位文昌組累積厚度最大可達(dá)2 500 m。下部為砂巖夾薄層狀泥巖或砂泥巖互層，向上以泥巖為主。文昌組深灰色泥質(zhì)烴源巖有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ－Ⅱ1型為主[17－18］;統(tǒng)計(jì)凹陷內(nèi)文昌組195個(gè)烴源巖樣品實(shí)測(cè)TOC平均值為1.69%，最高可達(dá)7.75%。

恩平組主要為一套湖沼相沉積，在洼陷中心地層厚度最大可達(dá)3 000 m。巖性下部砂巖夾泥巖，上部為泥巖與砂巖不等厚互層夾煤層。恩平組烴源巖包括泥質(zhì)巖、高碳烴源巖(即碳質(zhì)泥巖或煤系)2 種，泥質(zhì)烴源巖有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅱ1－Ⅱ2[17－18］;樣品實(shí)測(cè)TOC比文昌組要高，統(tǒng)計(jì)凹陷中488個(gè)恩平組泥質(zhì)烴源巖樣品實(shí)測(cè)TOC平均為2.03%，而45個(gè)恩平組碳質(zhì)泥巖或煤系地層樣品的TOC平均為 32.85%。

2.2 模型建立

考慮到不同沉積環(huán)境下形成的巖層其巖電關(guān)系存在較大的差異性，本次研究將中深湖相和淺湖相的文昌組與湖泊—沼澤相的恩平組分別建立測(cè)井預(yù)測(cè)模型，而且恩平組中泥質(zhì)烴源巖與高碳的碳質(zhì)泥巖或煤系地層TOC的測(cè)井響應(yīng)特征也不同，因此在建立恩平組泥質(zhì)烴源巖測(cè)井預(yù)測(cè)模型時(shí)，不考慮高碳的碳質(zhì)泥巖和煤層的樣品。

表1 珠江口盆地惠州凹陷泥質(zhì)烴源巖TOC測(cè)井預(yù)測(cè)模型Table 1 TOC predication models with well logging for mudstones in Huizhou Sag，Pearl River Mouth Basin

惠州凹陷鉆遇恩平組的鉆井中，同時(shí)具備實(shí)測(cè)TOC數(shù)據(jù)與配套5種測(cè)井資料的共有11口井，其中有W02、W08、W09和W11等4口井恩平組井段實(shí)測(cè)TOC數(shù)據(jù)較多，足以建立單井的預(yù)測(cè)模型;結(jié)合此4 口井與其他7口井(W03、W04、W05、W06、W07、W10與W12)可建立惠州凹陷恩平組綜合模型(表1)。而鉆遇文昌組時(shí)，具備實(shí)測(cè)TOC數(shù)據(jù)與配套測(cè)井資料的只有6口井，僅W07井的文昌組井段實(shí)測(cè)TOC數(shù)據(jù)足以建立單井的預(yù)測(cè)模型;結(jié)合該井與其他 5口井(W01、W02、W03、W04與W06)也可建立文昌組綜合模型(表1)。顯然，單井預(yù)測(cè)模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)高于綜合預(yù)測(cè)模型，這是由于單井之間存在一定差異，因此多井綜合模型一般應(yīng)用于那些實(shí)測(cè)TOC少而不能建立本井模型的鉆井。此外，單井預(yù)測(cè)模型中測(cè)井參數(shù)的系數(shù)正、負(fù)不一，同樣也顯示了井間的差異性;根據(jù)多元統(tǒng)計(jì)理論，多元回歸方程中各參數(shù)的系數(shù)不再反映該參數(shù)的特殊含義，這不同于一元回歸方程。Fertl等建立的四元回歸模型同樣也顯示了回歸系數(shù)變化的特點(diǎn)[11］。

3 預(yù)測(cè)結(jié)果及評(píng)價(jià)

3.1 預(yù)測(cè)效果分析

利用上述的烴源巖TOC定量預(yù)測(cè)模型，對(duì)惠州凹陷12口井文昌組與恩平組進(jìn)行了全井段烴源巖TOC的預(yù)測(cè)。其中 W02、W08、W09、W11井的恩平組，W07井的文昌組利用其自身井模型預(yù)測(cè);而 W03、W04、W05、W06、W07、W10 與 W12 等井的恩平組，W01、W02、W03、W04 與 W06 等井的文昌組，由于實(shí)測(cè)TOC數(shù)據(jù)較少，故利用上述綜合預(yù)測(cè)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。

以W07井為例(圖1)，該井文昌組實(shí)測(cè)TOC數(shù)據(jù)多，實(shí)測(cè)TOC散點(diǎn)基本都落在預(yù)測(cè)TOC曲線附近，說明預(yù)測(cè)效果良好。該井恩平組實(shí)測(cè)TOC數(shù)據(jù)不多，預(yù)測(cè)TOC曲線是根據(jù)恩平組綜合模型獲得的，即便如此，實(shí)測(cè)TOC散點(diǎn)與TOC預(yù)測(cè)結(jié)果曲線仍吻合較好。圖1還說明，烴源巖TOC測(cè)井預(yù)測(cè)結(jié)果，不僅能獲得連續(xù)的有機(jī)質(zhì)含量數(shù)據(jù)，而且還能提供不同有機(jī)質(zhì)豐度的烴源巖厚度資料。

通過計(jì)算預(yù)測(cè)TOC的相對(duì)誤差，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用單井模型的預(yù)測(cè)結(jié)果相對(duì)誤差在20%以內(nèi)的占預(yù)測(cè)總數(shù)的69.03%，20% ～30%之間的占15.92%;而應(yīng)用綜合模型預(yù)測(cè)結(jié)果相對(duì)誤差在20%以內(nèi)的占66%，20% ～30%之間的占8.0%(圖2)，說明單井模型預(yù)測(cè)效果總體上優(yōu)于綜合模型預(yù)測(cè)效果。

3.2 TOC縱向分布特征

根據(jù)單井連續(xù)的TOC預(yù)測(cè)曲線，可以得到各井不同有機(jī)質(zhì)豐度烴源巖的發(fā)育狀況。由于文昌組、恩平組有機(jī)質(zhì)類型不同[17－18］，故分別采用不同的TOC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。采用我國(guó)陸相湖泊泥質(zhì)烴源巖評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[19］，Ⅰ－Ⅱ1型干酪根為主的文昌組以0.3%作為烴源巖TOC 下限，0.3% ＜w(TOC)＜0.5%為差烴源巖，0.5% ＜w(TOC)＜1.0% 為中等烴源巖，1.0% ＜w(TOC)＜2.0%為好烴源巖，w(TOC)＞2.0%為很好烴源巖;Ⅱ2－Ⅲ型干酪根為主的恩平組以0.5%作為烴源巖 TOC下限，0.5% ＜w(TOC)＜1.0%為差烴源巖，1.0% ＜w(TOC)＜2.5%為中等烴?源巖，2.5% ＜w(TOC)＜4.0% 為好烴源巖，w(TOC)＞4.0%為很好烴源巖。

圖1 珠江口盆地惠州凹陷W07井主力烴源巖測(cè)井評(píng)價(jià)成果Fig.1 Evaluation of main source rocks by logging，well W07，Huizhou Sag，Pearl River Mouth Basin

圖2 單井和綜合模型預(yù)測(cè)TOC相對(duì)誤差范圍對(duì)比Fig.2 Error analysis of TOC predicted by individual well model and collective model

按照上述評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，各井好+很好、中等、差烴源巖預(yù)測(cè)厚度結(jié)果如表2所示。W09井恩平組烴源巖最厚(1 010.4 m)，其中達(dá)到中等及以上的烴源巖厚度為445.3 m;W07井恩平組烴源巖最薄(133.5 m)，中等及以上級(jí)別烴源巖厚115.8 m。整體而言，本次所預(yù)測(cè)的恩平組11口井中，8口井中等烴源巖占總烴源巖厚度50%以上;好+很好烴源巖厚度不足20%的有10口井。說明惠州凹陷恩平組烴源巖厚度較大，其中以發(fā)育中等烴源巖為主，好烴源巖的厚度比例很低。

表2 珠江口盆地惠州凹陷單井烴源巖預(yù)測(cè)厚度及評(píng)價(jià)結(jié)果Table 2 Prediction thickness and evaluated rank of source rocks in single well in Huizhou Sag，Pearl River Mouth Basin

該區(qū)鉆遇文昌組井?dāng)?shù)量有限，所選6口井中以W04井預(yù)測(cè)的文昌組烴源巖厚度最大(363.5 m)，達(dá)到中等及以上標(biāo)準(zhǔn)的烴源巖厚度為360.9 m;W07井文昌組烴源巖最薄(78 m)。文昌組6口井烴源巖預(yù)測(cè)結(jié)果表明，除了W04井好+很好烴源巖比例為53.9%外，其余5口井好+很好烴源巖比例均達(dá)到75%以上，有3口井達(dá)到85%以上，W07井更是高達(dá)94.9%?？梢?，預(yù)測(cè)井中文昌組烴源巖較恩平組薄，但以發(fā)育好及很好烴源巖為主，中等烴源巖厚度比例較低。

根據(jù)TOC預(yù)測(cè)結(jié)果來看，文昌組烴源巖整體優(yōu)于恩平組烴源巖。勘探證實(shí)該地區(qū)烴源巖生油貢獻(xiàn)主要為文昌組，其次為恩平組[17］。

3.3 橫向變化規(guī)律

研究涉及的12口井分布于不同構(gòu)造部位，其中惠西半地塹 5 口井(W01、W02、W03、W04、W05)，惠東半地塹3 口井(W06、W07、W08)，惠北半地塹(W09、W10)與惠南半地塹(W11、W12)各2口井。將各井預(yù)測(cè)烴源巖厚度標(biāo)注在平面圖上，以期能在一定程度上顯示出不同部位烴源巖厚度橫向差異性(圖3)。

預(yù)測(cè)恩平組烴源巖厚度顯示，烴源巖厚度總體上較大，而且橫向變化相對(duì)比較穩(wěn)定，4個(gè)半地塹均體現(xiàn)了中等烴源巖厚度最大、差烴源巖次之、好+很好烴源巖厚度最小的共同特點(diǎn)。相比較而言，在惠西半地塹恩平組烴源巖平均厚度最厚，惠南半地塹次之，惠北與惠東半地塹最薄(圖3a)。

圖3 珠江口盆地惠州凹陷恩平組與文昌組各級(jí)烴源巖預(yù)測(cè)厚度Fig.3 Predicted thickness of source rocks of different ranks from Enping and Wenchang Formations in Huizhou Sag，Pearl River Mouth Basin

預(yù)測(cè)文昌組烴源巖厚度顯示，烴源巖總厚度都比較薄，但惠西半地塹比惠東半地塹更厚，惠南、惠北半地塹缺乏文昌組預(yù)測(cè)資料。而且，文昌組的好+很好烴源巖厚度占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，惠西半地塹比惠東半地塹好+很好烴源巖厚度比例更高(圖3b)。

綜合文昌組與恩平組預(yù)測(cè)結(jié)果，橫向上惠西半地塹古近系烴源巖發(fā)育最優(yōu)，惠東半地塹次之，惠南與惠北半地塹最劣。

根據(jù)“源控論”[20－21］基本觀點(diǎn)，應(yīng)用上述烴源巖測(cè)井預(yù)測(cè)及評(píng)價(jià)結(jié)果不難解釋，為什么惠州凹陷目前發(fā)現(xiàn)的新近系油氣藏大部分由惠西半地塹文昌組提供油源[18］。

值得一提的是，由于生烴洼陷中心部位均缺乏鉆井，受井位分布的限制，基于鉆井的烴源巖測(cè)井預(yù)測(cè)及評(píng)價(jià)難于有效地揭示生烴洼陷中心的烴源巖厚度情況。目前位于洼陷邊緣的鉆井鉆遇文昌組地層厚度較薄，但依據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果推測(cè)，在洼陷中心文昌組好烴源巖的厚度應(yīng)該更大。在層序地層與沉積相分析基礎(chǔ)上，利用測(cè)井與地震資料的綜合地球物理預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)，應(yīng)該能更有效地刻畫生烴洼陷范圍內(nèi)的烴源巖三維空間分布特征[22－23］。

4 結(jié)論

(1)利用聲波時(shí)差、自然伽馬、電阻率、密度和中子孔隙度等5種測(cè)井資料綜合建立的五元回歸預(yù)測(cè)模型，對(duì)烴源巖有機(jī)質(zhì)含量的定量預(yù)測(cè)是行之有效的。既可查明缺乏實(shí)測(cè)TOC值的井段烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度，又可按測(cè)井曲線獲得不同豐度烴源巖的厚度信息。其中，單井模型預(yù)測(cè)效果比綜合模型更佳。

(2)惠州凹陷12口鉆井TOC的測(cè)井預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，按照陸相湖泊泥質(zhì)烴源巖標(biāo)準(zhǔn)，Ⅱ2－Ⅲ型干酪根為主的恩平組泥質(zhì)烴源巖(不包括碳質(zhì)泥巖)以中等烴源巖居多，其次為差烴源巖，好烴源巖厚度比例很低。而Ⅰ－Ⅱ1型干酪根為主的文昌組泥質(zhì)烴源巖以好的烴源巖為主，中等烴源巖厚度比例一般很低。說明文昌組烴源巖品質(zhì)上整體優(yōu)于恩平組烴源巖。

(3)橫向上，惠州凹陷不同半地塹鉆井揭示的古近系烴源巖發(fā)育存在一定差異，惠西半地塹烴源巖最優(yōu)，其次為惠東半地塹，惠南、惠北半地塹烴源巖相對(duì)不夠發(fā)育。

(4)烴源巖測(cè)井預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)方法，雖然能夠獲得良好的縱向(一維)預(yù)測(cè)效果，但畢竟受鉆井深度與井位分布所限，仍然難以揭示生烴洼陷中心部位這類無井或少井區(qū)烴源巖的客觀特征。因此，有必要進(jìn)一步探索對(duì)鉆井依賴度更低的井—震結(jié)合綜合地球物理預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)烴源巖技術(shù)。

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