測井預(yù)測烴源巖有機質(zhì)豐度
——以松遼盆地齊家地區(qū)青山口組為例

馮 朗， 徐 娟

(1.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710065; 2.西安石油大學(xué)電子工程學(xué)院，西安 710065)

0 引言

齊家地區(qū)在構(gòu)造上處于松遼盆地北部的中央凹陷區(qū)，包括齊家—古龍凹陷，龍虎泡—大安階地(圖1)。研究區(qū)具有薩爾圖、葡萄花、高臺子、扶余以及楊大城子5個含油層系，中新世沉積了白堊系、古近系、新近系、第四系。近年來在齊家地區(qū)高臺子的高三、高四油層組中發(fā)現(xiàn)了資源潛力巨大的致密油[1-2]。

松遼盆地青山口組一段巖性以泥巖為主，發(fā)育多層優(yōu)質(zhì)油頁巖。青山口組一段底部主要為灰色粗砂巖、中砂巖，灰綠色細砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，為典型水動力較強環(huán)境下的水進沉積；其上有灰綠色泥巖、綠色粉砂巖沉積，主要為淺湖沉積；再往上砂巖含量繼續(xù)減少，泥巖顏色逐漸變深，逐漸過渡為深灰色泥巖，并且發(fā)育有數(shù)層油頁巖，主要為穩(wěn)定分布的半深湖—深湖油頁巖沉積；再往上泥巖顏色又開始變淺，砂巖含量逐漸增多，粒度增大，沉積相又轉(zhuǎn)為淺湖沉積，整體上揭示出水體由淺變深再變淺的規(guī)律[3]。

1 測井響應(yīng)特征

齊家地區(qū)烴源巖主要為泥巖、頁巖類烴源巖，泥巖、頁巖在測井曲線上表現(xiàn)為“五高一低”，即高中子、高聲波時差、高電阻率、高自然伽馬、高含鈾量、低密度，而且有機質(zhì)含量高的層段自然伽馬值相對于一般泥巖較高(表1、表2)[4-5]。

2 計算原理

目前對于有機質(zhì)豐度的測井評價方法主要基于Passey等所提出的ΔlgR法，其是對聲波時差和電阻率曲線進行疊合，在疊合過程中，電阻率使用對數(shù)坐標(biāo)，聲波時差使用算術(shù)坐標(biāo)(反標(biāo))，移動一條使兩條曲線在一定深度處相互疊合，將疊合處設(shè)為基線，兩條曲線移動的幅度差即為ΔlgR，其可反映地層中TOC含量的變化[6]。

表1 主要巖石測井特征

成熟烴源巖通常具有高異常的電阻率，一般認(rèn)為與空隙中生成的烴類流體有關(guān)；而聲波在有機質(zhì)中的傳播速率小，因此，在有機質(zhì)豐度高的泥巖，其聲波時差響應(yīng)值大。與泥巖的測井電阻率不同，泥巖的聲波時差主要反映固態(tài)有機碳(干酪根)，在測井上表現(xiàn)為較低的聲波響應(yīng)。因此，對同一套烴源巖，可通過聲波時差與電阻率曲線疊合的方法來定量評價有機質(zhì)豐度。

ΔlgR計算方程為

(1)

式中，R為測井儀器實測電阻率，一般選用RLLD深側(cè)向測井(Ω·m)；Δt為實測聲波時差(μs/m)；R基線為所選基線處對應(yīng)于Δt基線值的電阻率(Ω·m)。

TOC與ΔlgR的經(jīng)驗方程如下：

TOCr=ΔlgR×-0.944Ro+1.537 4+ΔTOC

(2)

式中TOCr表示經(jīng)ΔlgR法得出的TOC理論值。

泥巖中或多或少都會有一些有機質(zhì)，所以自然界中的泥巖TOC不可能達到0，所以上述公式還應(yīng)加上區(qū)域背景值ΔTOC，即

TOCr=ΔlgR×-0.944Ro+1.537 4+ΔTOC

(3)

加上ΔTOC之后，使得該計算模型可在實際應(yīng)用中更符合各不同地區(qū)、不同區(qū)域背景下的有機質(zhì)分布情況。

3 方法改進

ΔlgR法在實際操作中，該方法需要各點的成熟度，這個很難操作。而且由于缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，人工疊合聲波時差與電阻率曲線的過程中，會產(chǎn)生一些不可避免的誤差。為提高該方法在松遼盆地的適用性，對此進行一些改進[7]。

由于ΔlgR與TOC呈線性關(guān)系，設(shè)

TOCr=aΔlgR+ΔTOC

(4)

式中a為關(guān)系參數(shù)。

ΔlgR法在預(yù)測泥巖TOCr過程中關(guān)鍵在于確定非烴源巖泥質(zhì)巖的基線值。將公式(1)改為

(5)

其中

ΔlgR′=lgR+0.02Δt

(6)

這樣，ΔlgR基線值與非基線值具有同樣的表達式，在此基礎(chǔ)上對于基線值的確定經(jīng)過改進可以虛擬一套泥巖，根據(jù)已有數(shù)據(jù)中Rlld電阻率的以10為底的對數(shù)值lgR和聲波時差Δt以斜率為0.02進行線性擬合。顯然，以0.02為斜率的擬合趨勢線平移到數(shù)據(jù)最低點處時直線的y軸截距即為基線的ΔlgR′，即ΔlgR′基線，這樣做的優(yōu)點在于跳過了人工疊置曲線的過程，降低了由于人工疊置而造成的誤差。

由圖2平移后的趨勢線的截距，可確定ΔlgR′基線的值為2.34，根據(jù)松遼盆地北部非烴源巖TOC背景值在0.2%～0.4%[7]，可取ΔTOC=0.3%，根據(jù)ΔlgR與TOC之間數(shù)值上的大體關(guān)系可取a=4.5，即松遼盆地齊家地區(qū)ΔlgR與TOC之間的關(guān)系為

TOCr=4.5ΔlgR+0.3

(7)

其中

ΔlgR=lgR+0.02Δt-2.34

(8)

在此關(guān)系式下根據(jù)XQ1井測井?dāng)?shù)據(jù)計算其TOC的理論值TOCr，與XQ1井取心實測TOC含量進行對比(圖3，圖4)。

圖2 XQ1井泥巖聲波時差和電阻率對數(shù)關(guān)系圖Figure 2 Logarithmic relationship between mudstone sonic differential time and resistivity in well XQ1

從圖3中可看出，對于XQ1井，根據(jù)公式(7)所得TOC理論值(TOCr)與XQ1井巖心實測TOC趨勢吻合，少量數(shù)據(jù)雖然并沒有分布在TOCr曲線上，但也符合曲線的總體趨勢。說明該公式對于XQ1井可獲得較好的TOCr預(yù)測結(jié)果。

圖3 XQ1井測井評價TOC與實測數(shù)據(jù)對比Figure 3 Comparison of well logging assessed TOC content and measured data in well XQ1

為保證該公式的普遍適用性，將此公式推廣至齊家地區(qū)其他井加以驗證，以EX76井為例。

如圖4所示，該公式在EX76井也獲得了較好的預(yù)測結(jié)果，其他井由于TOC取心實測TOC數(shù)據(jù)較少，不作為證據(jù)，不在此展示。但其他井在該公式下得出的理論TOCr數(shù)據(jù)也與實測TOC數(shù)據(jù)相互吻合。這說明該公式可用于松遼盆地齊家地區(qū)青山口組有機質(zhì)豐度測井評價。

4 TOC分布特征

4.1 單井分布特征

以公式(7)為基礎(chǔ)，對齊家地區(qū)青山口組其他井烴源巖TOCr進行計算。以XJ43井為例(圖5)。

從圖5可看出，齊家地區(qū)青山口組烴源巖TOC主要分布于1.0%～2.0%以及>2.0%兩個級別。其中青二、青三段烴源巖TOC含量顯著低于青一段烴源巖。而在青二、青三段內(nèi)部，總體上也呈現(xiàn)出上部TOC含量較低，下部含量較高的特點。而這種變化也可認(rèn)為是由于青二、青三段沉積時期沉積中心偏移，水體變淺造成的。

4.2 剖面分布特征

圖6中深紫色井段表示青二、青三段，黃色井段表示青一段，深灰色表示泥巖。在該圖中可明顯看出齊家地區(qū)青二、青三段泥巖質(zhì)不純，其中夾有砂巖條帶，或出現(xiàn)砂泥巖互層，而相比之下青一段幾乎全部由好烴源巖構(gòu)成，其中很少出現(xiàn)沙質(zhì)沉積，并且連通性很好，說明齊家地區(qū)青一段屬于深湖相沉積。而從地層厚度來說，XT708井青二、青三段厚度明顯高于其余三口井，因此在青二、青三段的沉積時期，XT708井所在位置更靠近沉積中心。

4.3 平面分布特征

研究區(qū)烴源巖在平面上的分布與泥巖在平面上的分布關(guān)系密切(圖7)，泥巖越厚的地方，TOC>2%的烴源巖分布越厚。泥巖厚度高值區(qū)主要分布在齊家古龍凹陷，與青山口組沉積時湖盆水體深度有關(guān)，泥巖厚度與TOC>2%的烴源巖厚度的極高值反映了沉積中心的位置。

圖4 EX76井測井評價TOC與實測數(shù)據(jù)對比Figure 4 Comparison of well logging assessed TOC content and measured data in well EX76

圖5 XJ43井TOCr分布圖Figure 5 Well XJ43 TOC distribution

圖6 齊家地區(qū)部分井連井剖面Figure 6 Cross well section of partial wells in Qijia area

(a.青一段泥巖分布圖； b.青二、青三段泥巖分布圖； c.青一段TOC>2%的烴源巖分布圖； d.青二、青三段TOC>2%的烴源巖分布圖)圖7 齊家地區(qū)青山口組泥巖及TOC>2%的烴源巖平面分布圖Figure 7 Qingshankou Formation mudstone and source rock with TOC>2% planar distribution in Qijia area

5 結(jié)論

通過對ΔlgR方法的改進，在研究區(qū)的烴源巖有機質(zhì)豐度的預(yù)測中有較好的作用，可以用來預(yù)測未取心井的烴源巖分布情況和有機質(zhì)豐度。

通過對該地區(qū)烴源巖分布的研究發(fā)現(xiàn)，青一段烴源巖有機質(zhì)豐度普遍高于青二、青三段，生烴潛力大于青二、青三段，而青二、青三段烴源巖中砂質(zhì)夾層較為發(fā)育，利于排烴。

從平面上來看，該地區(qū)的TOC>2%的烴源巖多分布于湖盆中部沉積中心處，烴源巖厚度與泥巖厚度成正比。