濟(jì)陽(yáng)坳陷富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的TOC變化與地震響應(yīng)特征分析

袁 飛，陳 波，李生濤，王雪柯

(長(zhǎng)江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100)

濟(jì)陽(yáng)坳陷富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的TOC變化與地震響應(yīng)特征分析

袁 飛，陳 波，李生濤，王雪柯

(長(zhǎng)江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100)

TOC的含量能夠影響泥頁(yè)巖中所滯留的烴類。TOC含量高低的確定有助于利用地震資料確定總有機(jī)碳含量的高值區(qū)。主要研究的是濟(jì)陽(yáng)坳陷工區(qū)內(nèi)頁(yè)巖中TOC含量的變化對(duì)地球物理響應(yīng)的影響。基于濟(jì)陽(yáng)坳陷實(shí)際已獲得頁(yè)巖油產(chǎn)量的羅69井，通過(guò)改變目標(biāo)層段泥頁(yè)巖中TOC含量的AVO正演模擬，做出振幅隨炮檢距變化趨勢(shì)圖和P-G交會(huì)圖，判斷AVO異常響應(yīng)類型，研究地震反射系數(shù)隨炮檢距的變化情況，分析地層TOC的變化對(duì)地震屬性所造成的影響。研究結(jié)果表明:TOC含量增加時(shí)，AVO截距P會(huì)逐漸減小，AVO斜率G會(huì)逐漸增大。

濟(jì)陽(yáng)坳陷；地球物理；TOC含量

0 前 言

地球物理方法有助于描述頁(yè)巖油氣遠(yuǎn)景區(qū)特征，將測(cè)井曲線數(shù)據(jù)和地震數(shù)據(jù)結(jié)合能夠很好的識(shí)別頁(yè)巖油氣儲(chǔ)層特征。TOC含量能夠影響泥頁(yè)巖中滯留的烴類。前人對(duì)TOC含量和地球物理響應(yīng)特征之間的關(guān)系進(jìn)行了一定的研究，Yaping Zhu等[1]研究發(fā)現(xiàn)TOC能夠顯著地影響富含有機(jī)質(zhì)巖石的地球物理響應(yīng)，為頁(yè)巖氣遠(yuǎn)景區(qū)地球物理特征提供基礎(chǔ)。但對(duì)TOC含量的改變對(duì)地球物理響應(yīng)特征所產(chǎn)生的具體影響研究較少[2]。筆者通過(guò)改變目的層段泥頁(yè)巖中TOC含量的AVO正演模擬，做出振幅隨炮檢距變化趨勢(shì)圖和P-G交會(huì)圖，判斷AVO異常響應(yīng)類型，研究地震反射系數(shù)隨炮檢距的變化情況，并分析地層TOC的變化對(duì)地震屬性產(chǎn)生何種影響。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

濟(jì)陽(yáng)坳陷地處華北平原東部，屬于中、新生代盆地，其北部和南部分別鄰接埕寧隆起區(qū)和魯西隆起區(qū)[2]，屬于渤海構(gòu)造之一，面積約為25 510 km2。其內(nèi)部被濱縣、青城、義和莊、陳家莊等凸起劃分為沾化、惠民、車鎮(zhèn)和東營(yíng)共計(jì)4個(gè)凹陷[3]。在始新世的早期，濟(jì)陽(yáng)斷陷湖盆構(gòu)造運(yùn)動(dòng)比較穩(wěn)定，湖盆逐漸下降，陸源碎屑物源源不斷的匯聚進(jìn)來(lái)，這樣就為湖泊帶來(lái)了豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[4]。在這一時(shí)期湖生生物大量的生長(zhǎng)和繁殖，發(fā)育沙河街組四段(以下簡(jiǎn)稱沙四段，Es4)上亞段、沙河街組三段(以下簡(jiǎn)稱：沙三段，Es3)下亞段和中亞段以及沙河街組一段(以下簡(jiǎn)稱：沙一段，Es1)的烴源巖[5]。據(jù)大量的井資料研究表明，濟(jì)陽(yáng)坳陷的頁(yè)巖層集中發(fā)育在古近系的Es4上亞段、Es3下亞段以及Es1。其有機(jī)質(zhì)類型主要是腐泥型—混合型，整體上而言具有厚度大、有機(jī)質(zhì)豐度高，有機(jī)質(zhì)成熟度分布范圍寬等特點(diǎn)[6-8]。其中有機(jī)質(zhì)成熟度R0大于0.5%，有機(jī)碳含量TOC大于2.0%以及厚度大于50 m的有利源巖區(qū)的面積約為5 524 km2，這些條件使其具有生成豐富頁(yè)巖油氣的基礎(chǔ)[9]。

2 TOC含量預(yù)測(cè)

TOC含量是泥頁(yè)巖中評(píng)價(jià)頁(yè)巖油氣必不可少的參數(shù)。通過(guò)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)能夠較快捷的評(píng)價(jià)泥頁(yè)巖中的總有機(jī)碳含量[10]。前人研究表明，ΔlogR法預(yù)測(cè)TOC具有明顯的實(shí)用性。在應(yīng)用時(shí)，其主要方法是確定基線，然后算出富含有機(jī)質(zhì)的烴源巖段時(shí)差曲線與電阻率曲線間的距離ΔlogR，最后再進(jìn)一步預(yù)測(cè)TOC[11]。

ΔlogR法還被稱為聲波曲線和電阻率曲線重疊法，是Creaney和Passey[12]在1990年利用電阻率和聲波時(shí)差曲線重疊的間距ΔlogR來(lái)研究的一種TOC預(yù)測(cè)技術(shù)。ΔlogR與TOC呈現(xiàn)線性相關(guān)關(guān)系，并且其還是成熟度的函數(shù)。所以，在應(yīng)用中倘若能夠確定成熟度，那么我們利用ΔlogR和TOC之間的關(guān)系就能夠把ΔlogR直接換算成TOC。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，電阻率與時(shí)差曲線的刻度之間的關(guān)系是每?jī)蓚€(gè)對(duì)數(shù)電阻率的刻度相當(dāng)于聲波時(shí)差為-100 μs/ft。把非生油巖曲線疊在一起作為基線，以重疊曲線中部的數(shù)值作為R基線值和Δt基線值，其代數(shù)公式為：

△logR=Lg(R/R基線)+0.006 4×(△t-△t基線)

根據(jù)△logR計(jì)算TOC的經(jīng)驗(yàn)方程為：

TOC=△LogR×101.5374-0.944×R0+△TOC

或

TOC=△LogR×102.297-0.1688×LOM+△TOC

式中，TOC為總有機(jī)碳含量；ΔlogR為時(shí)差曲線與電阻率曲線間的距離；LOM為有機(jī)質(zhì)熱成熟度；Ro為鏡質(zhì)體反射率；ΔTOC表示TOC含量的背景值；其中LOM和Ro之間具有以下對(duì)應(yīng)關(guān)系(見(jiàn)表1)。

表1 LOM與Ro關(guān)系

由此可知，ΔlogR法最重要的是知道鏡質(zhì)體反射率Ro。但同時(shí)我們也能夠知道這種方法根本沒(méi)有把巖層的物性考慮進(jìn)來(lái)[13]，并且該方法中基線是人為確定的，會(huì)引起較大誤差。為此，朱光有等[13]根據(jù)勝利油區(qū)的實(shí)際情況，對(duì)ΔlogR法進(jìn)行改進(jìn)，最終得到了一種新的解釋模型，他們將ΔlogR法計(jì)算TOC的公式改進(jìn)為：

TOC=K·△lgR

式中，K為系數(shù)。所以公式可進(jìn)一步改寫成：

TOC=K·lgR+0.02K·△t-K(lgR基線+0.02△t基線)

對(duì)各個(gè)井段的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)將K進(jìn)行歸一化處理，公式可改寫成：

TOC=a·lgR+b·△t+c

考慮到高品質(zhì)的烴源巖相比于其他烴源巖有著高聲波時(shí)差、高電阻率、低密度等特點(diǎn)[14]，上式可進(jìn)一步改寫為：

TOC=(a·lgR+b·△t+c)/d

式中，d表示密度測(cè)井值，而另外幾個(gè)系數(shù)則可以經(jīng)過(guò)工區(qū)系統(tǒng)的采樣分析，根據(jù)最小二乘法換算獲取。

運(yùn)用上述方法利用已獲得的羅69井的相關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)出TOC值，然后將預(yù)測(cè)出的TOC值與實(shí)測(cè)TOC值進(jìn)行交會(huì)，交會(huì)結(jié)果如下圖(圖1)所示。

圖1 濟(jì)陽(yáng)坳陷羅69井TOC計(jì)算值與實(shí)測(cè)值交匯圖

由圖1可知R2=0.775 8，也就是說(shuō)預(yù)測(cè)的TOC值與實(shí)測(cè)TOC值之間的相關(guān)性比較好。通過(guò)對(duì)羅69井的TOC的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)TOC值進(jìn)行交會(huì)，我們可以驗(yàn)證我們通過(guò)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)所預(yù)測(cè)的TOC值的準(zhǔn)確性。因此我們可以將資料中部分缺少的TOC含量數(shù)據(jù)通過(guò)預(yù)測(cè)得到。

然后再將羅69井的TOC含量分別與縱波速度、橫波速度以及密度進(jìn)行交會(huì)，分別找出TOC含量與縱波速度、橫波速度和密度之間的關(guān)系(如圖2、圖3、圖4所示)。

圖2 濟(jì)陽(yáng)坳陷羅69井TOC含量與縱波速度關(guān)系

圖3 濟(jì)陽(yáng)坳陷羅69井TOC含量與橫波速度關(guān)系

圖4 濟(jì)陽(yáng)坳陷羅69井TOC含量與密度關(guān)系

從圖2、3、4中可以看出：縱波速度、橫波速度以及密度分別隨TOC含量變化而變化的情況。當(dāng)TOC含量增大時(shí)，縱波速度、橫波速度和密度都在不同程度的減小。圖中還標(biāo)出來(lái)具體的函數(shù)關(guān)系式，通過(guò)這些關(guān)系式可以計(jì)算出TOC的變化對(duì)其具體的影響。

利用得出來(lái)的TOC與縱波速度、橫波速度和密度之間的關(guān)系式，分別假設(shè)目的層段TOC含量分別為TOC=1%、TOC=2%、TOC=3%、TOC=4%、TOC=5%、TOC=6%，并與各個(gè)深度的實(shí)測(cè)TOC值做出增量，再結(jié)合相應(yīng)的公式求出羅69井的各個(gè)不同深度的縱波速度、橫波速度和密度的數(shù)據(jù)，為之后的變TOC模型做準(zhǔn)備。

3 變TOC地球物理響應(yīng)特征分析

3.1 AVO正演分析的基本方法

AVO正演是利用AVO方法進(jìn)行烴類檢測(cè)的基礎(chǔ)，AVO正演是從已獲得的測(cè)井資料著手，通過(guò)改變實(shí)際井中儲(chǔ)層的流體性質(zhì)，來(lái)模擬儲(chǔ)層在含不同含流體狀況下的AVO響應(yīng)，研究地震反射振幅和炮檢距之間的變化關(guān)系[15]。截距P和斜率G是巖石

骨架、孔隙度和孔隙流體的綜合表征，而將兩者進(jìn)行交會(huì)則是AVO研究的一種簡(jiǎn)潔而直觀的分析手段[16]。本文借鑒此方法，利用已獲得的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，通過(guò)改變實(shí)際井中的TOC含量來(lái)模擬TOC變化時(shí)的AVO響應(yīng)。根據(jù)變TOC狀態(tài)下的AVO模擬圖來(lái)分析反射振幅隨炮檢距的變化情況，通過(guò)繪出的P-G交會(huì)圖可以研究TOC含量變化對(duì)AVO截距P和斜率G的影響。

通過(guò)改變TOC的含量可以計(jì)算出不同TOC狀態(tài)下定縱橫波速度以及密度，從而建立TOC含量變化與地震響應(yīng)特征之間的關(guān)系。

當(dāng)儲(chǔ)層中充填油氣后會(huì)導(dǎo)致縱波速度和泊松比下降。根據(jù)Domenico[17-18]的研究，當(dāng)儲(chǔ)層孔隙中含少量油氣后將會(huì)引起地震縱波速度的快速減小，但橫波速度并沒(méi)有明顯的變化。通過(guò)引起的這些參數(shù)的變化來(lái)看，當(dāng)部分孔隙被油氣所充填時(shí)，AVO的截距與斜率都將會(huì)不同程度的減小。而截距P與斜率G一起變小就說(shuō)明了泊松比的降低，這種現(xiàn)象恰好是含油氣砂巖所具備的性質(zhì)，正因如此，所以這也就奠定了利用AVO技術(shù)進(jìn)行烴類檢測(cè)的基礎(chǔ)。

就本文而言，AVO正演模擬主要分為6個(gè)步驟：a當(dāng)研究區(qū)某些井缺乏部分TOC值時(shí)，要先進(jìn)行TOC的預(yù)測(cè)；b對(duì)測(cè)井曲線進(jìn)行預(yù)處理；c制作合成地震記錄；d AVO正演模擬30(°)以內(nèi)入射角范圍的地震響應(yīng)；e改變TOC的含量，分別模擬其地震響應(yīng)，并與實(shí)際曲線的模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析；f進(jìn)行AVO屬性的提取及分析。

《企業(yè)級(jí)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)實(shí)訓(xùn)》力求使學(xué)生能使用Microsoft Visual Studio 2010和Microsoft SQL Server 2005作為開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行ASP.NET網(wǎng)站的開(kāi)發(fā)、編碼、調(diào)試，培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)和編程能力及團(tuán)隊(duì)合作、溝通交流等職業(yè)素質(zhì)。

3.2變TOC正演特征分析

正演模擬是進(jìn)行地震響應(yīng)特征研究的基礎(chǔ)，通過(guò)改變實(shí)際井中不同的地質(zhì)參數(shù)，如TOC含量，厚度等不同地質(zhì)參數(shù)，可以研究這些參數(shù)對(duì)AVO響應(yīng)特征的影響和變化[10]。

通過(guò)假設(shè)濟(jì)陽(yáng)坳陷的羅69井目的層段TOC含量分別為1%、2%、3%、4%、5%、6%時(shí)，模擬其地震響應(yīng)，進(jìn)一步分析其在不同TOC含量下的地震反射振幅隨炮檢距的變化特征。圖5～7分別為變TOC狀態(tài)下的縱波曲線、橫波曲線及密度曲線。圖8為不同TOC含量下的正演模型。從左至右依次表征是泥頁(yè)巖原始TOC含量以及TOC含量為1%、2%、3%、4%、5%、6%的正演模型。

圖5 羅69井變TOC縱波曲線

圖6 羅69井變TOC橫波曲線

圖7 羅69井變TOC密度曲線

圖8 羅69井變TOC地震正演模型

下面分別對(duì)羅69井沙3段1、2小層變TOC模型進(jìn)行分析。

1)羅69井沙3段1小層變TOC模型

通過(guò)該模型所對(duì)應(yīng)的各TOC含量下反射系數(shù)隨入射角的變化趨勢(shì)圖(見(jiàn)圖9)可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)TOC<3.0%時(shí)，反射系數(shù)為正且反射系數(shù)伴隨著入射角的增大而逐漸變小；當(dāng)TOC=3.0%時(shí)，反射系數(shù)為正且反射系數(shù)隨入射角的變化較小，幾乎不隨入射角的變化而變化；當(dāng)TOC=4.0%時(shí)，反射系數(shù)伴隨著入射角的增大而逐漸增大，當(dāng)入射角增加到某一值時(shí)會(huì)出現(xiàn)極性反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象；當(dāng)TOC>4.0%時(shí)，反射系數(shù)為負(fù)且反射系數(shù)伴隨著入射角的增大而逐漸增大。

圖9 羅69井沙3段1小層變TOC狀態(tài)下的AVO模擬

總的來(lái)說(shuō)，隨著有機(jī)質(zhì)含量的增加其P值呈逐漸減小的趨勢(shì)，G值由小變大。

2)羅69井沙3段2小層變TOC模型

通過(guò)各TOC含量下反射系數(shù)隨入射角變化的趨勢(shì)(圖10)可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)TOC含量從1.0%增大到6.0%時(shí)，反射系數(shù)伴隨著入射角的增大而持續(xù)變小。

圖10 羅69井沙3段2小層變TOC狀態(tài)下的AVO模擬

羅69井沙3段2小層變TOC含量正演模型AVO屬性交會(huì)圖如圖10所示。通過(guò)AVO屬性交會(huì)圖可以分析AVO截距P和AVO斜率G受TOC含量的影響情況。

當(dāng)TOC從1.0%增大到6.0%時(shí)，AVO截距P<0，AVO斜率G<0，位于第Ⅲ象限。

總的來(lái)說(shuō)，隨著有機(jī)質(zhì)含量增加其P值呈減小的趨勢(shì)，且G值逐漸變大。

4 結(jié) 論

1)針對(duì)羅69井1小層目的層段，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)TOC含量小于3%時(shí)，振幅均為正，且隨炮檢距變化趨勢(shì)不大。當(dāng)TOC含量大于4%時(shí)振幅為負(fù)且正向增大。通過(guò)分析AVO截距P和AVO斜率G受TOC含量的影響，能夠得到當(dāng)TOC含量在3%以下時(shí)主要位于第Ⅳ象限，當(dāng)TOC含量大于4%后，逐漸過(guò)渡到第Ⅱ象限。隨著TOC含量的增大，P、G變化均較大，且二者之間線性關(guān)系較強(qiáng)。

2)羅69井2小層目的層段，隨著TOC含量的增加，反射系數(shù)伴隨著入射角的增大而呈現(xiàn)持續(xù)減小的態(tài)勢(shì)，AVO截距P隨著TOC含量的增加而減小且P<0，AVO斜率G隨著TOC含量的增加而增大且G<0，位于第Ⅲ象限。

3)在富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖中，TOC含量增加時(shí)，AVO截距P會(huì)逐漸減小，AVO斜率G會(huì)逐漸增大。

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AnAnalysisonTOCChangesinOrganic-richShalesandSeismicResponseCharacteristicsinJiyangDepression

YUAN Fei, CHEN Bo, LI Shengtao, WANG Xueke

(SchoolofGeosciences,YangtzeUniversity,Wuhan,Hubei430100,China)

The content of TOC can affect the retention of shale hydrocarbons. To determine the relative level of TOC content was helpful to use seismic data to determine the total organic carbon content of high value area. This paper mainly studies the influence of TOC content in the area of shale in Jiyang depression of geophysical response. The shale oil production has been obtained in L69 well in Jiyang depression, by changing the TOC content of shale in AVO forward model to make the amplitude variation with offset trend and P-G cross-plot to judge AVO abnormal response type. Our research and analysis brings about the changes of seismic reflection coefficient with offset. The analysis on the influence of seismic attributes will be caused by change of TOC in formation. The results show that, when the content of TOC increases, the intercept of AVO will decrease and the slope of AVO will increase gradually.

Jiyang depression; Geophysical method; TOC content

2017-08-23

袁飛(1993-)，男，湖北漢川人，在讀碩士研究生，研究方向：非常規(guī)油氣地質(zhì)，手機(jī)：18627940321，E-mail：yuanfly1@163.com.

P618.13

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.05.019