普光地區(qū)須家河組烴源巖地球物理預(yù)測

李松峰，畢建霞，曾正清，王生朗，賀艷梅

(1.中國石化中原油田分公司博士后工作站，河南 鄭州 450000；2.中國石化中原油田分公司勘探開發(fā)研究院，河南 鄭州 450000；3.中國石化中原油田分公司勘探事業(yè)部，河南 濮陽 457001)

0 引言

普光氣田作為我國最大的天然氣田，是國家重點工程“川氣東送”的主力氣源地。該地區(qū)的勘探開發(fā)是國家能源發(fā)展戰(zhàn)略中的重點項目之一，其重要性不可忽視[1-2]。2000年以來，普光地區(qū)在海相勘探方面取得了較大進展[3-11]。陸相勘探相對較晚，進一步加強陸相勘探，尤其是須家河組致密砂巖氣的勘探，將會成為普光地區(qū)長期穩(wěn)步發(fā)展的工作重點。近幾年，須家河組致密砂巖氣的勘探已經(jīng)取得了一定突破[12-13]。2008年，針對普光東洼須家河組的綜合評價顯示，東洼須家河組保存條件好，油氣顯示活躍，為陸相有利含氣區(qū)塊，并在“老井復(fù)查利用”和“陸相滾動評價井位部署”的過程中，出現(xiàn)了多口工業(yè)性氣流井。但是，對于須家河組烴源條件的研究始終比較薄弱，僅僅依靠幾口鉆井（大多集中在普光東洼）的實測地化數(shù)據(jù)，很難從全區(qū)的角度評價烴源條件，因此，有必要對烴源巖進行地球物理預(yù)測。通過建立三維的烴源巖TOC（總有機碳質(zhì)量分數(shù)）數(shù)據(jù)體，定量預(yù)測烴源巖TOC在三維空間上的變化特征；基于該地區(qū)有效烴源巖的TOC下限，定量預(yù)測有效烴源巖厚度在不同地質(zhì)時期平面上的展布特征，有效地彌補鉆井少且分布不均的不足，為普光地區(qū)須家河組致密砂巖氣的勘探奠定良好的基礎(chǔ)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

普光地區(qū)位于四川盆地的東北部，行政上從屬四川達州市的宣漢縣、達縣[4-9]，構(gòu)造上北抵大巴山逆沖推覆構(gòu)造帶前緣褶斷帶，南至川中地區(qū)平緩褶皺帶。經(jīng)歷了印支、燕山、喜山三大構(gòu)造運動后，普光地區(qū)形成了清溪場、毛壩、東岳寨、雙石廟、雷音鋪、分水嶺、鐵山7個正向構(gòu)造單元和普光東、普光西、宣漢3個負向構(gòu)造單元，呈現(xiàn)出“隆洼相間”的格局。須家河組主要為三角洲沉積，包括須二段至須六段，須一段甚至須二段底部在沉積初期已被剝蝕。須二、須四、須六段巖性以砂巖為主，夾泥巖層；須三、須五段主要為暗色泥巖，夾煤線、砂巖。普光陸相地層自勘探以來，明確了以須家河組致密砂巖為主的勘探層系，并已取得了重要勘探突破。普光地區(qū)須家河組主要發(fā)育巖性氣藏和構(gòu)造-巖性氣藏，烴源條件、儲層條件、保存條件和構(gòu)造背景是影響天然氣是否富集的主要因素，而烴源條件是整體評價的基礎(chǔ)，須三、須五段是主力烴源巖層段，須二、須四、須六段也具有一定的生烴能力。

2 烴源巖實測地球化學(xué)特征

2.1 有機質(zhì)豐度

有機質(zhì)豐度是評價烴源巖優(yōu)劣的一個重要指標(biāo)，豐富的有機質(zhì)是油氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)，而TOC是評價烴源巖有機質(zhì)豐度的重要指標(biāo)，且能夠有效確定其生烴潛力[14-15]。

本次研究采用的烴源巖有機質(zhì)豐度評價標(biāo)準(zhǔn)，綜合了胡見義等[14]和秦建中[16]的主要研究成果，更加適用于普光地區(qū)的陸相烴源巖條件，如表1所示。烴源巖有機質(zhì)豐度與成熟度、干酪根類型是密切相關(guān)的，基于對烴源巖成熟度和干酪根類型的判斷，選擇成熟—過成熟、Ⅱ2—Ⅲ型干酪根的TOC評價標(biāo)準(zhǔn)，并把TOC值6%作為泥巖、碳質(zhì)泥巖的界限，40%作為碳質(zhì)泥巖、煤巖的界限[17]。

表1 中國陸相烴源巖有機質(zhì)豐度標(biāo)準(zhǔn)

普光地區(qū)鉆遇須家河組烴源巖的井主要分布在普光東洼，本次研究搜集整理了普陸1井、普陸2井、回注1井、普光107-1H井和普光3011-5井的須家河組烴源巖地化數(shù)據(jù)，主力烴源巖層須三和須五段的實測TOC數(shù)據(jù)比較少，21個泥巖、碳質(zhì)泥巖樣品的TOC數(shù)據(jù)顯示，須三段以中等烴源巖為主，須五段以中、很好烴源巖為主，且含碳質(zhì)烴源巖（見圖1）。

2.2 有機質(zhì)類型和成熟度

有機質(zhì)類型的好壞決定了其生烴潛力的高低。利用氫指數(shù)（IH）和最高熱解峰溫（tmax）圖版可有效地劃分烴源巖的有機質(zhì)類型[18]。普光地區(qū)須家河組烴源巖的熱解氫指數(shù)普遍較低，85個泥巖、碳質(zhì)泥巖、煤巖樣品的IH和tmax數(shù)據(jù)顯示，絕大部分樣品分布在Ⅲ型附近，有機質(zhì)類型以腐泥腐殖型為主，類型較差（見圖2）。

圖1 須三、須五段烴源巖TOC分布

圖2 須家河組烴源巖有機質(zhì)類型圖版

有機質(zhì)成熟度是衡量烴源巖實際生烴能力的重要指標(biāo)之一，只有達到一定的熱演化程度才能夠開始大量生烴。鏡質(zhì)體反射率（Ro）和tmax均能反映烴源巖的演化程度，且隨著深度的增加而增大[18]。普光地區(qū)須家河組烴源巖現(xiàn)今的成熟度普遍較高，38個樣品的Ro為1.78%～2.42%，處于高熟—過熟階段，以產(chǎn)氣為主。tmax-Ro交會圖也顯示，須家河組烴源巖均處于生氣窗內(nèi)，以生氣為主（見圖3）。

圖3 須家河組烴源巖tmax-Ro交會圖

3 烴源巖三維定量預(yù)測

烴源巖的三維定量預(yù)測主要借助烴源巖TOC體定量預(yù)測技術(shù)，該技術(shù)能夠彌補烴源巖取心少、實測樣品分布不連續(xù)的不足，利用實測TOC數(shù)據(jù)、測井資料以及三維地震資料來定量預(yù)測烴源巖的TOC，顯示在三維空間上烴源巖TOC的變化特征?；谠摰貐^(qū)有效烴源巖的TOC下限，可同時定量預(yù)測有效烴源巖的厚度在不同地質(zhì)時期平面上的展布特征。

3.1 TOC體定量預(yù)測基本原理

TOC體定量預(yù)測技術(shù)主要包括2個部分的內(nèi)容：一是TOC測井預(yù)測，利用測井信息和實測TOC數(shù)據(jù)繪制TOC預(yù)測曲線；二是TOC井-震聯(lián)合預(yù)測，利用TOC預(yù)測曲線和地震三維數(shù)據(jù)體，建立三維的TOC數(shù)據(jù)體，刻畫烴源巖TOC的三維空間展布特征（見圖4）?？梢哉f，測井預(yù)測是基礎(chǔ)，井-震聯(lián)合預(yù)測是重點。目前，測井預(yù)測技術(shù)已經(jīng)相對比較成熟，井-震聯(lián)合預(yù)測技術(shù)還處在發(fā)展階段，是國際上探索的熱點之一。本次研究采用的TOC體定量預(yù)測技術(shù)具有較高的前沿性、創(chuàng)新性及實用性，與之前的技術(shù)相比具有較大的優(yōu)勢（見表 2）[19-23]，同時，在勘探實踐中也得到了很好的驗證[24-25]。

圖4 烴源巖TOC體定量預(yù)測技術(shù)流程

基本操作流程如下：

1）優(yōu)選測井預(yù)測模型。測井預(yù)測模型主要是基于烴源巖TOC與自然伽馬測井、密度測井、聲波時差測井、電阻率測井、中子孔隙度測井等多種測井參數(shù)之間較好的響應(yīng)關(guān)系，按照定量化程度以及使用方法分類，可概括為定性識別模型、模糊識別預(yù)測模型、單參數(shù)等效體積構(gòu)成模型、雙參數(shù)交會圖半定量評價模型、ΔlgR技術(shù)（曲線疊合定量模型）、多元回歸方程定量模型，總的來說，是一個從單參數(shù)到多參數(shù)、從定性到定量的發(fā)展過程[26]。針對不同研究區(qū)，需要選擇最合適的測井預(yù)測模型來預(yù)測烴源巖TOC。

表2 烴源巖TOC體定量預(yù)測技術(shù)優(yōu)勢對比

2）建立單井預(yù)測模型。測井模型的建立極為重要，其準(zhǔn)確度直接影響著TOC測井預(yù)測和井-震聯(lián)合預(yù)測的準(zhǔn)確度。利用實驗室實測的TOC數(shù)據(jù)與優(yōu)選的測井預(yù)測模型，便可建立適合研究區(qū)的單井預(yù)測模型。

3）烴源巖TOC測井預(yù)測?；跍y井?dāng)?shù)據(jù)和單井預(yù)測模型，計算并繪制單井的烴源巖TOC預(yù)測曲線。

4）建立井-震響應(yīng)關(guān)系。以TOC預(yù)測曲線為目標(biāo)曲線，運用Strata軟件提取與對應(yīng)深度的TOC值相關(guān)性較好的振幅包絡(luò)、絕對振幅積分、平均頻率、瞬時相位、波阻抗等多種地震屬性，進行遞歸統(tǒng)計分析，單屬性與多屬性交互驗證，建立TOC與多種地震屬性之間的擬合關(guān)系。

5）建立烴源巖TOC數(shù)據(jù)體?；赥OC與地震屬性之間的擬合關(guān)系和三維地震數(shù)據(jù)體，計算烴源巖TOC三維數(shù)據(jù)體。通過TOC三維數(shù)據(jù)體的三維柵狀圖與時間切片，便可以顯示不同深度和不同時間平面上的TOC變化特征。

3.2 三維定量預(yù)測

普光地區(qū)陸相可用鉆井很少，本次研究選取普光東區(qū)的普陸1井、回注1井和普光107-1H井的鉆井資料進行烴源巖TOC測井預(yù)測，然后進行烴源巖TOC井-震聯(lián)合預(yù)測。

烴源巖 TOC 與自然伽馬（GR）、聲波時差（DT）、電阻率（RT）、中子孔隙度（CNL）和密度（DEN）這 5 種測井參數(shù)具有一定的相關(guān)性，且TOC與多種測井參數(shù)的擬合效果要明顯優(yōu)于單一測井參數(shù)的擬合[27-28]，因此，采用烴源巖TOC與5種測井參數(shù)之間的多元回歸方程定量模型（見式（1）），并結(jié)合Δlg R技術(shù)來預(yù)測未知烴源巖的TOC。

式中：k1，k2，k3，k4，k5，k6分別為常數(shù)。

基于實測TOC數(shù)據(jù)和5種測井參數(shù)，可以得到普光地區(qū)須家河組烴源巖TOC的單井預(yù)測模型。

普陸1井：

回注1井：

普光107-1H井：

式中：R′為相關(guān)系數(shù)。

通過3口單井的預(yù)測模型和測井曲線，可得3口單井的烴源巖TOC預(yù)測曲線?；赥OC預(yù)測曲線獲得的烴源巖TOC預(yù)測均值與實測均值對比顯示，TOC測井預(yù)測的吻合度比較高：普陸1井的TOC實測均值為0.67%，預(yù)測均值為0.60%；回注1井的TOC實測均值為1.45%，預(yù)測均值為1.45%；普光107-1H井的TOC實測均值為1.24%，預(yù)測均值為1.07%。

將3口單井的TOC預(yù)測曲線、普光工區(qū)的三維地震數(shù)據(jù)及相關(guān)層位數(shù)據(jù)導(dǎo)入Strata軟件，進行井-震標(biāo)定，然后提取井道旁與烴源巖TOC相關(guān)性比較高的振幅、頻率、濾波等多種屬性，進行地震屬性優(yōu)選。本次研究提取了12種地震屬性進行單屬性和多屬性的交互驗證，發(fā)現(xiàn)在第10個屬性時，相關(guān)性最高，誤差最?。ㄓ?xùn)練誤差和合法性誤差分別約為0.51%，0.58%），因此，選擇前10種屬性與烴源巖TOC的擬合關(guān)系進行井-震聯(lián)合預(yù)測，擬合關(guān)系式為

式中：A1為道積分振幅；A2為振幅包絡(luò)；A3為綜合絕對振幅；A4為主頻；A5為瞬時余弦相位；A6為瞬時頻率；A7為 15～20 Hz到 25～30 Hz的濾波切片；A8為頻率加權(quán)振幅；A9為相位加權(quán)振幅；A10為 25～30 Hz到 35～40 Hz的濾波切片。

基于三維地震數(shù)據(jù)體和烴源巖TOC與地震屬性的擬合關(guān)系，可在Strata軟件中計算出須家河組烴源巖的三維TOC數(shù)據(jù)體，通過對三維TOC數(shù)據(jù)體進行切片，可以得到一系列的TOC剖面圖（見圖5）。

圖5 須家河組烴源巖TOC數(shù)據(jù)體剖面

整體上看：須家河組烴源巖TOC值主要分布在0.60%～1.50%，為中等烴源巖，其次為差和好的烴源巖；烴源巖TOC主要以條帶狀分布，且成層性特征比較明顯。通過時間切片，獲得了須三段和須五段的烴源巖TOC展布特征：全區(qū)以中等烴源巖為主，普光東南部、普光西北部等局部地區(qū)的TOC比較大，為好的烴源巖（見圖 6）。

根據(jù)一定深度內(nèi)地震層速度基本不變的原理，須家河組的有效烴源巖厚度可利用比例公式HDC/TDC=HTY/TTY計算。式中：HDC和TDC分別為須家河組的厚度和時間，可依據(jù)須家河組的界面以及時深轉(zhuǎn)換公式獲得；HTY和TTY分別為地層中有效烴源巖的厚度和時間，TTY可在Strata軟件中計算。以計算得到的三維TOC數(shù)據(jù)體為研究對象，將TOC值0.35%作為有效烴源巖的下限值，利用軟件統(tǒng)計各個層段時間平面上縱向TOC＞0.35%的累計樣品個數(shù)，根據(jù)地震采樣率，計算累計的TTY；最后，在獲得HDC，TDC和TTY參數(shù)之后，進行面文件計算，得到各個層段中累計的HTY（見圖7）。

圖6 須家河組須三、須五段烴源巖TOC分布

圖7 須家河組須三、須五段烴源巖厚度分布

整體上看：須三段HTY主要為20～30 m，在普光東部和西南部等地區(qū)大于30 m；須五段HTY主要為30～40 m，只有普光中部局部地區(qū)出現(xiàn)大于40 m的情況。

4 結(jié)論

1）普光地區(qū)須家河組鉆井較少，采用烴源巖TOC體定量預(yù)測技術(shù)建立了三維烴源巖TOC數(shù)據(jù)體，定量預(yù)測了須三、須五段烴源巖TOC和HTY的展布特征，彌補了烴源巖取心少、實測樣品分布不連續(xù)的不足，為更加準(zhǔn)確地評價烴源巖、研究油氣成藏和資源潛力奠定了良好的基礎(chǔ)。

2）須家河組烴源巖地球物理預(yù)測顯示：須家河組主要為中等烴源巖，TOC大多為0.60%～1.50%，與實測TOC數(shù)據(jù)比較吻合；烴源巖總有機碳主要以條帶狀分布，且成層性特征比較明顯；須三段HTY主要為20～30 m，須五段HTY主要為30～40 m。

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