三江盆地濃江凹陷烴源巖熱成熟度定量預(yù)測(cè)

繆志偉， 羅宇鵬， 鄒玉濤

(中國(guó)石化勘探分公司研究院,成都　610041)

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三江盆地濃江凹陷烴源巖熱成熟度定量預(yù)測(cè)

繆志偉， 羅宇鵬， 鄒玉濤

(中國(guó)石化勘探分公司研究院,成都610041)

三江盆地濃江凹陷的勘探程度低，地震和鉆井資料稀少，區(qū)內(nèi)有效烴源巖的分布不明確，嚴(yán)重制約著研究區(qū)的油氣勘探。針對(duì)存在的問(wèn)題，以懷利公式及孔隙度-鏡質(zhì)體反射率的經(jīng)驗(yàn)公式為基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用鉆井曲線、疊加速度譜及地震資料，通過(guò)改進(jìn)層速度的求取方法，形成了一套適合研究區(qū)的烴源巖熱成熟度地震預(yù)測(cè)技術(shù)，并對(duì)該區(qū)的烴源巖熱成熟度平面分布進(jìn)行了預(yù)測(cè)，初步落實(shí)了該區(qū)的勘探潛力，同時(shí)為類似新區(qū)的早期資源潛力評(píng)價(jià)提供參考。

三江盆地； 濃江凹陷； 疊加速度譜校正； 有色反演； 烴源巖熱成熟度

0　前言

三江盆地位于黑龍江省的東北部，是中新生代的殘留疊合盆地，區(qū)域上為菱形，沿北東向展布，位于敦密斷裂帶、依蘭-伊通斷裂帶、佳木斯-牡丹江縫合帶和中錫霍特?cái)嗔褞еg[1]。三江盆地自東向西可以劃分為前進(jìn)坳陷、富錦隆起和綏濱坳陷三個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元[2～3]。前進(jìn)坳陷可進(jìn)一步劃分為濃江凹陷和西大林子凹陷兩個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元(圖1)。濃江凹陷位于前進(jìn)坳陷的東北部，沉積地層以古近系沉積為主，自下而上可劃分為始新統(tǒng)烏云組、始新統(tǒng)新安村組、始新統(tǒng)達(dá)連河組、漸新統(tǒng)寶泉嶺組，上覆中新統(tǒng)富錦組和第四系地層。

圖1　三江盆地構(gòu)造分區(qū)圖Fig.1　Tectonic division map of Sanjiang basin

濃江凹陷的油氣勘探始于1959年，勘探程度較低，工區(qū)內(nèi)完鉆井少，地震部署網(wǎng)格稀疏，且僅有二維地震資料。在現(xiàn)有的資料情況下，前人在該區(qū)進(jìn)行了大量的研究工作，并初步明確了研究區(qū)砂體發(fā)育、油氣近源成藏的特點(diǎn)[4～5]，但是在烴源巖熱成熟度整體評(píng)價(jià)方面，相關(guān)成果較少。2013年，位于該區(qū)內(nèi)的前參2井在達(dá)連河組試獲0.035 m3/d油，雖未達(dá)工業(yè)油流標(biāo)準(zhǔn)，但這充分表明在凹陷內(nèi)部發(fā)生過(guò)油氣的生成及運(yùn)移。為了進(jìn)一步落實(shí)該區(qū)的勘探潛力，提高勘探效率，烴源巖熱成熟度分布預(yù)測(cè)亟待解決。

1　預(yù)測(cè)技術(shù)路線圖

常規(guī)烴源巖分布的預(yù)測(cè)主要是通過(guò)統(tǒng)計(jì)完鉆井目的層段的砂地比數(shù)據(jù)，結(jié)合地震相和地化分析數(shù)據(jù)，運(yùn)用地層厚度換算推測(cè)得知，其精度較低。后期不少學(xué)者提出了應(yīng)用地震資料預(yù)測(cè)烴源巖成熟度的方法[6～7]，但是其在疊加速度譜校正及剔除砂巖對(duì)結(jié)果的影響等方面還有待完善。本次研究對(duì)前人的方法進(jìn)行了改進(jìn)，并提出了圖2的技術(shù)路線。

圖2　烴源巖熱成熟度預(yù)測(cè)流程圖Fig.2　Flow diagram of source rock maturity quantitative prediction

研究方法的主體思路是：①綜合利用疊加速度譜及地震資料，運(yùn)算獲得絕對(duì)速度體；②結(jié)合懷利公式，將絕對(duì)速度體轉(zhuǎn)換為孔隙度體；③運(yùn)用實(shí)測(cè)泥巖孔隙度與烴源巖熱成熟度進(jìn)行冪函數(shù)關(guān)系交會(huì)，確定泥巖孔隙度-烴源巖熱成熟度的經(jīng)驗(yàn)公式的系數(shù)；④應(yīng)用確定的經(jīng)驗(yàn)公式，將孔隙度體轉(zhuǎn)換為鏡質(zhì)體反射率數(shù)據(jù)體，并剔除砂巖影響，完成泥巖成熟度的預(yù)測(cè)。整個(gè)技術(shù)能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于是否能夠獲得準(zhǔn)確的層速度，同時(shí)研究區(qū)實(shí)測(cè)的泥巖孔隙度與鏡質(zhì)體反射率是否符合經(jīng)驗(yàn)公式的冪函數(shù)關(guān)系。

2　地層速度的提取

地層速度的求取是烴源巖熱成熟度預(yù)測(cè)的關(guān)鍵，只有獲取了相對(duì)較高精度的地層速度，才能保證最終預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性。目前，地層速度的求取方法較多，如射線追蹤相干反演法、射線追蹤逐層反演法和基于瞬時(shí)速度三維約束Dix反演層速度的方法等[8～9]，然而濃江凹陷的勘探程度整體較低，地震及地質(zhì)資料有限，使得這些方法并不能得到很好地應(yīng)用。根據(jù)資料情況，本次研究主要采用疊加速度譜資料、測(cè)井曲線及地震資料來(lái)對(duì)研究區(qū)的地層速度進(jìn)行求取。

2.1疊加速度譜獲取低頻速度

低頻速度也稱背景速度或趨勢(shì)速度，低頻速度分量對(duì)地震絕對(duì)速度的貢獻(xiàn)量可高達(dá)60%以上，低頻速度的合理構(gòu)建是地層速度求取的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[6]。由于地震數(shù)據(jù)為中頻帶信號(hào)，缺失低頻成分，另外在稀井條件及勘探程度較低的地區(qū)，只能依靠地震疊加速度譜資料構(gòu)建低頻速度模型。

將疊加速度當(dāng)作低頻速度的做法存在概念上的錯(cuò)誤，直接將層速度當(dāng)作低頻速度也不合理，因?yàn)閷铀俣戎邪蓄l速度信息。為此，首先要對(duì)疊加速度進(jìn)行傾角校正，獲取均方根速度，然后利用Dix公式計(jì)算地震道的層速度，根據(jù)得到的層速度對(duì)所有地震道沿地質(zhì)層位內(nèi)插獲得地震層速度剖面，最后經(jīng)過(guò)低頻濾波處理把高于相對(duì)速度分量頻率范圍最小頻率的速度分量濾除，通過(guò)測(cè)井速度曲線校正后得到低頻速度模型。

2.1.1疊加速度傾角校正

層速度由均方根速度求取，對(duì)于水平層狀介質(zhì)，均方根速度等于疊加速度[10]，但三江盆地盆地濃江凹陷地層的產(chǎn)狀并非水平，此時(shí)疊加速度并不等同于均方根速度，此時(shí)就需要對(duì)地震疊加速度譜進(jìn)行傾角校正，獲得均方根速度：

(1)

其中：Vr為均方根速度；Vs為疊加速度；Δt0為水平距離為L(zhǎng)的相鄰兩地震道上同一反射同向軸的單程時(shí)差。

2.1.2低頻層速度求取

通過(guò)傾角校正后，利用Dix公式將均方根速度經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換獲得層速度(圖3(a))。層速度的頻譜分析表明，其頻譜主要為10 Hz以下，為了保證低頻模型與相對(duì)速度模型疊加獲得的絕度速度模型是一個(gè)無(wú)重復(fù)、無(wú)缺失完整的的寬頻帶速度，需要將低頻速度模型進(jìn)行低通濾波處理，將大于地震最低頻率(8 Hz)的速度分量去掉。

由于速度譜資料和測(cè)井速度獲取的方式不同，盡管經(jīng)過(guò)了傾角校正、低通濾波以及沿層插值，由速度譜計(jì)算獲得的低頻速度與實(shí)際測(cè)井速度的值域范圍及速度趨勢(shì)仍然存在較大的差異(圖3(c))。為了提高低頻速度的精度，通過(guò)提取過(guò)井低頻速度與測(cè)井速度進(jìn)行交會(huì)，擬合兩者之間關(guān)系，獲得關(guān)系公式對(duì)低頻速度進(jìn)行值域及趨勢(shì)校正。

圖3　低頻速度校正前后對(duì)比圖Fig.3　Contrast diagram of low frequency velocity between before correction and after correction(a)校正前低頻速度剖面；(b)校正后低頻速度剖面；(c)qc2井校正前及校正后低頻層速度曲線與測(cè)井速度曲線對(duì)比圖

(2)

2.2利用有色反演計(jì)算相對(duì)速度

盡管通過(guò)處理后獲得的低頻層速度已經(jīng)可以用于烴源巖熱成熟度的預(yù)測(cè)，但是其精度較低，為進(jìn)一步細(xì)化層速度的內(nèi)部細(xì)節(jié)，從而提高烴源巖熱成熟度的預(yù)測(cè)精度，本次研究采用低頻速度與相對(duì)速度分頻融合的方法,來(lái)獲得更為精細(xì)的絕對(duì)速度。

應(yīng)用地震資料求取地震速度的常用方法主要有道積分、遞推反演及基于模型的地震反演等，道積分可以直接利用疊后地震資料獲得相對(duì)速度，但是由于無(wú)須鉆井控制，相對(duì)速度多解性強(qiáng)；遞推反演及基于模型的地震反演可以直接獲得地層速度，但均無(wú)法回避地震子波提取問(wèn)題[11]。

利用有色反演方法進(jìn)行相對(duì)速度的求取，既能有效回避地震子波提取問(wèn)題，又能綜合應(yīng)用鉆井曲線的信息使反演結(jié)果客觀地反映地下的實(shí)際地質(zhì)情況[12]。有色反演是將有色濾波理論應(yīng)用于地球物理反演領(lǐng)域而形成的一類方法，該方法只需一個(gè)濾波過(guò)程即可達(dá)到反演目的，無(wú)需提取地震子波，無(wú)初始模型約束，反演過(guò)程人為因素少，能夠客觀地反映地質(zhì)現(xiàn)象。有色反演獲得相對(duì)速度的方法主要分為五個(gè)步驟進(jìn)行：①對(duì)區(qū)內(nèi)井的波阻抗數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析；②對(duì)井的井旁地震道進(jìn)行頻譜分析；③在頻率域設(shè)計(jì)匹配算子使井和井旁地震道波阻抗能量譜匹配；④施加匹配算子到地震資料直接獲得相對(duì)波阻抗；⑤應(yīng)用Gardner公式計(jì)算獲得相對(duì)速度體。Gardner公式為速度和密度的經(jīng)驗(yàn)公式，針對(duì)不同的地區(qū)，要通過(guò)實(shí)測(cè)的速度和密度的交會(huì)關(guān)系，對(duì)該式進(jìn)行修正，否則誤差較大。通過(guò)對(duì)研究區(qū)及鄰區(qū)處于同一構(gòu)造單元的多口鉆井的密度及速度進(jìn)行交會(huì)，最終對(duì)Gardner公式進(jìn)行修正，修正后的公式為式(3)。

ρ=0.3253 v0.2402

(3)

其中：v為縱波速度；ρ為密度。運(yùn)用以上五個(gè)步驟計(jì)算獲得最終的相對(duì)速度，從圖4可以看出，通過(guò)有色反演獲得的相對(duì)速度，具有較高的精度和可信度。

圖4　過(guò)qc2井xjh-12-ew846線相對(duì)速度剖面Fig.4　Relative velocity profile of line xjh-12-ew846 through qc2 well

2.3低頻速度與相對(duì)速度融合獲取絕對(duì)速度

通過(guò)有色反演可以獲得相對(duì)速度體，但是相對(duì)速度僅能夠反映地層速度的相對(duì)大小，要想反映地層的真實(shí)速度變化特征，就必須將能夠反映地層速度變化趨勢(shì)的低頻速度分量與其進(jìn)行融合，獲得頻帶適中的地震絕對(duì)速度體。

圖5　qc2井合成地震記錄Fig.5　Synthetic seismogram of qc2 well

低頻速度分量由疊加速度譜換算、校正、濾波后獲得，頻帶在0 Hz～8 Hz之間；相對(duì)速度由地震資料通過(guò)有色反演等方法獲得，頻帶在8 Hz～75 Hz之間。以8 Hz為界限，將低頻速度與相對(duì)速度融合，可以合成既包含低頻又包含中頻成分的地震絕對(duì)速度(圖6(a))。

在過(guò)井處提取時(shí)間域的絕對(duì)速度曲線，運(yùn)用合成記錄(圖5)的時(shí)-深關(guān)系進(jìn)行換算，獲得深度域的絕對(duì)速度曲線。通過(guò)井旁道絕對(duì)速度、測(cè)井聲波速度曲線對(duì)比(圖6(b))，絕對(duì)速度盡管在地層巖性突變區(qū)，誤差偏大，但其整體保留了層速度的趨勢(shì)，并且比層速度更接近測(cè)井聲波速度，這充分表明運(yùn)用此方法獲得的絕對(duì)速度具有更高的精度。

3　烴源巖熱成熟度預(yù)測(cè)

3.1預(yù)測(cè)模型建立

有機(jī)質(zhì)成熟度是評(píng)價(jià)烴源巖最重要、最基本的參數(shù)之一，R0是表征有機(jī)質(zhì)成熟度的常用且最有效的指標(biāo)，只有R0≥0.5%，烴源巖才開始產(chǎn)生烴類，才有可能成為有效烴源巖[13]。為了摸清濃江凹陷的勘探潛力，就必須對(duì)其R0的平面分布進(jìn)行預(yù)測(cè)。 目前，除了對(duì)鉆井取心直接進(jìn)行地化分析測(cè)得R0以外，一般主要利用時(shí)間-溫度指數(shù)(TTI)計(jì)算烴源巖R0[14]，此種方法需要的參數(shù)難以在探井資料缺少的新區(qū)得到，借用鄰區(qū)和相似地區(qū)的參數(shù)又在一定程度上影響計(jì)算精度。作者主要采用懷利公式及參考文獻(xiàn)[7]提出的φ-R0的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)進(jìn)行有機(jī)質(zhì)成熟度的地震預(yù)測(cè)：

圖6　絕對(duì)速度剖面及過(guò)井井旁道絕對(duì)速度與測(cè)井聲波速度曲線對(duì)比圖Fig.6　Absolute velocity profile and contrast diagram of seismic absolute velocity between seismic trace near borehole and acoustic velocity(a)絕對(duì)速度剖面；(b)井旁道絕對(duì)速度與測(cè)井聲波速度曲線對(duì)比圖

R0=aφb

(4)

其中：vint為地層速度；vf為流體速度；vma為骨架顆粒速度；R0為鏡質(zhì)體反射率；φ為泥巖孔隙度，a、b均為常數(shù)。

一般情況下，vf和vma的變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于vint的變化，故可將vf和vma視為常數(shù)，通過(guò)對(duì)研究區(qū)的鉆井曲線及巖性數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分析，vf可取值為1 500 m/s，vma可取值為5 500 m/s。經(jīng)驗(yàn)公式中a、b兩個(gè)參數(shù)的確定，也是有機(jī)質(zhì)成熟度預(yù)測(cè)的關(guān)鍵，如果通過(guò)對(duì)已有分析化驗(yàn)資料進(jìn)行分析，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)不滿足經(jīng)驗(yàn)公式所表明的交會(huì)關(guān)系，或者相關(guān)系數(shù)不高，那么該經(jīng)驗(yàn)公式將不能在研究區(qū)得到應(yīng)用。

為了確定經(jīng)驗(yàn)公式的可行性，同時(shí)確定a、b兩個(gè)參數(shù)的取值，選取研究區(qū)及位于同一二級(jí)構(gòu)造單元的相鄰區(qū)的多口井的R0實(shí)測(cè)值與其對(duì)應(yīng)的泥巖孔隙度值φ進(jìn)行交會(huì)分析，交會(huì)圖表明(圖7)，兩者符合經(jīng)驗(yàn)公式所表現(xiàn)的關(guān)系，同時(shí)具有很高的相關(guān)系性，相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.87，表明了該經(jīng)驗(yàn)公式在研究區(qū)具有非常好的適用性。在交會(huì)分析的基礎(chǔ)上，可以確定a、b的取值分別為1.800 6和-0.373。

圖7　三江盆地前進(jìn)坳陷交會(huì)圖Fig.7　Intersection map of Qianjing depression in Sanjiang basin

3.2烴源巖熱成熟度分布預(yù)測(cè)

在獲得絕對(duì)速度體的基礎(chǔ)上，通過(guò)懷利公式以及R0-φ模型進(jìn)行換算，最終獲得R0數(shù)據(jù)體，通過(guò)R0預(yù)測(cè)結(jié)果與單井實(shí)測(cè)結(jié)果的交會(huì)(圖8)，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際測(cè)試結(jié)果對(duì)應(yīng)關(guān)系良好，綜合分析兩者相對(duì)誤差都在8 %以內(nèi)，這充分證明了預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

只有當(dāng)R0≥0.5%時(shí)，烴源巖才能有效生烴，為了較為準(zhǔn)確且清晰的對(duì)濃江凹陷的有效烴源巖的分布進(jìn)行分析，在運(yùn)算獲得R0的數(shù)據(jù)體的基礎(chǔ)上，應(yīng)用波阻抗反演獲得的巖性數(shù)據(jù)體，對(duì)砂巖進(jìn)行剔除，獲得純泥巖R0的數(shù)據(jù)體(圖9)。在R0預(yù)測(cè)剖面上，R0≥0.5%的范圍主要為紅、黃色，小于0.5%的部分為深藍(lán)色，值域的分布與構(gòu)造埋深具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，也表明了其預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。從剖面看來(lái)，濃江凹陷在寶泉嶺一段以下烴源巖才開始進(jìn)入成熟階段，且整體以低熟為主，在烏云組局部成熟度相對(duì)較高，局部可達(dá)0.8%。

濃江凹陷的最大值平面分布圖(圖10)揭示：在濃江凹陷前參2井所在的主凹內(nèi)達(dá)連河組進(jìn)入低熟階段(R0>0.5%)，R0值最大可達(dá)0.8%。通過(guò)綜合分析平面及剖面的分布規(guī)律，可初步確定，濃江凹陷的烴源巖整體處于低熟階段，且烴源巖的分布范圍非常有限，qc2井的鉆探未獲得工業(yè)氣流并非井點(diǎn)位置不利，而是對(duì)于整個(gè)凹陷而言，烴源巖生烴量并不大。

4　結(jié)論與探討

1)烴源巖熱成熟度預(yù)測(cè)表明，三江盆地濃江凹陷第三系烴源巖間于0.5%～0.8%，整體處于低熟階段，且有效烴源巖的分布有限，生烴量少，勘探潛力不大，qc2井的鉆探也證實(shí)了這一點(diǎn)。

圖8　前參2井實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值對(duì)比Fig.8　Contrast diagram of value between actual measurement and prediction of qc2 well

圖9　過(guò)前參2井去除砂巖后預(yù)測(cè)剖面Fig.9　The vitrinite reflectance prediction profile through qc2 well which remove the sandstone

圖10　濃江凹陷最大值平面分布圖Fig.10　Division map of the max value of Nongjiang sag

2)在盆地勘探早期，地震及鉆井資料有限的情況下，可以充分應(yīng)用速度譜、鉆井及地震資料的信息，結(jié)合懷利公式及預(yù)測(cè)經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)研究區(qū)的有效烴源巖分布進(jìn)行初步評(píng)價(jià)，為后續(xù)的勘探工作提供參考。

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Source rock maturity quantitative prediction in Nongjiang sag, Sanjiang basin

MIAO Zhi-wei， LUO Yu-peng， ZHOU Yu-tao

(Exploration Research Institute，Branch of Sinopec，Chengdu，Sichuan610041，China)

The exploration degree of Nongjiang sag in Sanjiang basin is low, in which the seismic data and drilling wells are rare. Meanwhile the distribution of effective source rocks in this area is not clear which seriously restrict the oil and gas exploration. In view of the existing problems, on the basis of the Wylie formula and the empirical formula of porosity and vitrinite reflectance, through comprehensive application of seismic data, drilling curve and stack velocity spectrum and improving the method of getting speed, an integrated technology of source rock maturity quantitative prediction suitable for the study area has been formed. This technology is used to predict the distribution of source rock maturity quantitative in Nongjiang sag, and the exploration potential is initially identified, which can provide a reference for the early resource potential assessment in similar area.

Sanjiang basin; Nongjiang sag; stack velocity spectrum correction; colored inversion; source lock maturity quantitative

2015-05-07改回日期：2015-07-01

中石化科技部項(xiàng)目(P14015)

繆志偉(1987-)，男，碩士，工程師，主要從事構(gòu)造解釋及儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的研究生產(chǎn)工作，E-mail:mzw495342920@163.com。

1001-1749(2016)04-0518-07

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2016.04.13