扎哈泉地區(qū)上干柴溝組致密油烴源巖測井評價方法

鄭　茜，張小莉，王國民，杜江民，4，張子介，鐘高潤

（1.西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安710069；2.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，西安710069；3.中國石油青海油田分公司勘探開發(fā)研究院，甘肅敦煌736202；4.石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院資源學(xué)院，石家莊050031）

扎哈泉地區(qū)上干柴溝組致密油烴源巖測井評價方法

鄭茜1，2，張小莉1，2，王國民3，杜江民1，2，4，張子介1，2，鐘高潤1，2

（1.西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安710069；2.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，西安710069；3.中國石油青海油田分公司勘探開發(fā)研究院，甘肅敦煌736202；4.石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院資源學(xué)院，石家莊050031）

柴達(dá)木盆地扎哈泉地區(qū)新近系上干柴溝組下段近年來發(fā)現(xiàn)了大規(guī)模分布的致密油藏，但其源儲配置關(guān)系尚不明確，急需建立有效的烴源巖評價方法。綜合分析烴源巖巖心實(shí)驗(yàn)室分析資料及其常規(guī)測井響應(yīng)特征，優(yōu)選聲波時差、電阻率及鈾為反映烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度的敏感參數(shù)，利用ΔlgR法與鈾-TOC回歸擬合法建立了烴源巖定性及TOC含量定量解釋模型；同時，探索了利用特殊測井系列巖性掃描測井技術(shù)計(jì)算地層有機(jī)碳含量的方法。研究表明，鈾-TOC回歸擬合模型可以準(zhǔn)確反映扎哈泉地區(qū)上干柴溝組下段烴源巖TOC含量的變化趨勢，且計(jì)算簡便，能夠?yàn)樵搮^(qū)致密油烴源巖評價提供可靠依據(jù)；巖性掃描測井方法在該區(qū)計(jì)算TOC含量精度稍低，但該方法不受環(huán)境因素控制，可以廣泛應(yīng)用于不同地區(qū)油藏巖性及烴源巖精細(xì)解釋。

致密油藏；烴源巖；測井響應(yīng)；解釋模型；上干柴溝組下段；扎哈泉地區(qū)；柴達(dá)木盆地

0　引言

致密油是指以吸附或游離狀態(tài)賦存于富有機(jī)質(zhì)且滲透率極低的暗色頁巖、泥質(zhì)粉砂巖和砂巖夾層系統(tǒng)中的自生自儲、連續(xù)分布的石油聚集［1］，往往具有連續(xù)性分布的致密儲層與生油巖緊密接觸的源儲配置關(guān)系［2］，因此烴源巖的生烴能力對致密油藏的油氣分布具有控制作用［3］，烴源巖評價也成為致密油測井“七性”關(guān)系評價中的重要組成部分。由于烴源巖中的有機(jī)質(zhì)具有特殊的物理性質(zhì)，故其在測井曲線上有明顯的響應(yīng)。20世紀(jì)40年代以來，國內(nèi)外學(xué)者提出了多種識別、評價烴源巖的測井方法，其中比較常用的是自然伽馬、密度、電阻率和聲波時差等測井組合法以及ΔlgR法等［4-6］。不同油區(qū)由于地質(zhì)情況以及測井資料的差異性，所適用的烴源巖測井評價方法也有所不同。

扎哈泉地區(qū)位于柴達(dá)木盆地西部南區(qū)，包括躍東構(gòu)造、扎哈泉構(gòu)造及烏南—綠草灘斜坡3個三級構(gòu)造，面積約200 km2。其中，扎哈泉—切克里克生烴凹陷新近系上干柴溝組（N1g）發(fā)育湖相烴源巖，為該區(qū)致密油的形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。扎哈泉地區(qū)致密油主力層系為N1g中下部，厚度約300 m，主要屬濱淺湖相沉積，其間夾有少量半深湖相重力流沉積，其中半深湖相烴源巖和與其互層或其附近的濱淺湖及半深湖相砂體構(gòu)成了有利的源儲組合［7-8］。前人對于柴達(dá)木盆地西南部的烴源巖有一定研究［9-11］，但受限于地質(zhì)條件復(fù)雜及烴源巖分析樣品較少，未能建立該區(qū)有效烴源巖的評價方法。筆者綜合分析研究區(qū)N1g中下部地層烴源巖地質(zhì)特征及測井響應(yīng)特征，采用聲波時差-電阻率重疊圖法及鈾參數(shù)線性回歸法形成定性識別烴源巖及定量計(jì)算烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度的測井評價方法，并結(jié)合特殊測井系列巖性掃描測井（Litho Scanner）方法計(jì)算有機(jī)碳含量，以期為該區(qū)致密油藏?zé)N源巖測井評價提供依據(jù)。

1　烴源巖地質(zhì)特征

付鎖堂等［7］的研究表明，上干柴溝組沉積時期湖平面處于上升階段并且達(dá)到高峰，是柴西地區(qū)N1g烴源巖形成的主要時期。巖心觀察發(fā)現(xiàn)，烴源巖以深灰色或灰綠色含鈣泥巖及泥灰?guī)r為主，發(fā)育水平層理，與儲層呈薄互層狀分布。

有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型和有機(jī)質(zhì)成熟度是烴源巖評價的主要地球化學(xué)指標(biāo)［12］。柴達(dá)木盆地古近系—新近系烴源巖具有豐度較低和烴轉(zhuǎn)化率較高的特征，柴西上干柴溝組有效烴源巖TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.4%～0.8%［7］。有機(jī)質(zhì)豐度指標(biāo)主要包括總有機(jī)碳含量、氯仿瀝青“A”含量、總烴含量和生烴潛量4個參數(shù)。在扎哈泉地區(qū)N1g下段獲取到了除總烴以外的其他3種實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)，根據(jù)柴達(dá)木盆地西部南區(qū)古近系—新近系湖相烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評價標(biāo)準(zhǔn)（表1），扎哈泉地區(qū)N1g下段烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度中等（表2）；干酪根鏡下鑒定有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1和Ⅱ2型為主；鏡質(zhì)體反射率一般為0.8%～1.3%，平均為1.1%。有機(jī)質(zhì)類型較好，且處于生油高峰期。根據(jù)扎哈泉地區(qū)N1g下段的資料狀況，選取總有機(jī)碳作為測井評價烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度的主要指標(biāo)。

表1　柴達(dá)木盆地西部南區(qū)古近系—新近系咸水湖相烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評價標(biāo)準(zhǔn)［11］Table1　Organic matter abundance evaluation criteria of Paleogene-Neogene saline lacustrine facies source rocks in south area of western Qaidam Basin

表2　扎哈泉地區(qū)上干柴溝組下段烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度Table2　Organic matter abundance of source rocks in the lower member of Upper Ganchaigou Formation in Zhahaquan area

2　烴源巖測井評價

測井資料具有縱向分辨率高及連續(xù)性好的特點(diǎn)［13］。利用錄井和巖心資料對測井資料進(jìn)行標(biāo)定，再優(yōu)選出敏感參數(shù)，進(jìn)而以單井分析為基礎(chǔ)展開烴源巖的識別與評價。以扎哈泉地區(qū)系統(tǒng)取心的重點(diǎn)井ZP1井為例，探討利用測井資料系統(tǒng)評價烴源巖的技術(shù)方法。

2.1烴源巖測井響應(yīng)特征

扎哈泉地區(qū)N1g下段烴源巖主要由含鈣泥巖和泥灰?guī)r組成。含鈣泥巖有機(jī)質(zhì)含量偏低，在測井曲線上具有高無鈾伽馬、高鈾及高聲波時差的“三高”特征；泥灰?guī)r有機(jī)碳及灰質(zhì)含量均較高，在測井曲線上具有低無鈾伽馬、低聲波時差、高鈾及高電阻率的“兩低兩高”特征（圖1）。研究區(qū)密度測井普遍受井眼擴(kuò)徑的影響，曲線失真較嚴(yán)重，不能反映地層實(shí)際情況，故不能用于烴源巖的評價，而部分砂巖層段由于灰質(zhì)含量較高，其電阻率高值較為突出，因此作為烴源巖的含鈣泥巖高阻特征并不明顯。

圖1　扎哈泉地區(qū)ZP1井上干柴溝組下段烴源巖測井響應(yīng)特征Fig.1　Logging response characteristics of source rocks of the lower member of Upper Ganchaigou Formation in ZP1 well in Zhahaquan area

2.2烴源巖定性識別方法

Passey等［14］提出的ΔlgR法是一種國內(nèi)外普遍使用的測井評價烴源巖的經(jīng)典方法，既適用于碳酸鹽巖烴源巖，又適用于碎屑巖烴源巖。該方法將聲波時差曲線與深感應(yīng)電阻率曲線重疊，若2條曲線在非烴源巖的泥巖段完全重合，則將該段視為純泥巖段；若2條曲線有幅度差，將幅度差記為ΔlgR，并視該段為烴源巖段［5］。將ZP1井的聲波時差及電阻率曲線按照上述原則做重疊圖，可以看出烴源巖部位均顯示有幅度差，因此在巖性解釋的基礎(chǔ)上，可以利用重疊圖定性識別烴源巖發(fā)育層段（參見圖1）。

另外，研究區(qū)致密油藏?zé)N源巖有機(jī)質(zhì)含量中等，且呈薄層狀分布，因此影響了利用常規(guī)資料識別烴源巖層的精度。烴源巖中的有機(jī)質(zhì)含量與地層中鈾元素的放射性強(qiáng)度密切相關(guān)［15］。由圖1可以看出，烴源巖層均表現(xiàn)出“高鈾”的特征，將鈾曲線與實(shí)測TOC數(shù)據(jù)擬合對比發(fā)現(xiàn)，二者基本呈正相關(guān)關(guān)系，因此，初步認(rèn)為鈾含量高的部位，可能是烴源巖發(fā)育的部位。

2.3烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度定量計(jì)算方法

2.3.1敏感參數(shù)優(yōu)選

利用常規(guī)測井方法計(jì)算烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度時，應(yīng)當(dāng)在巖心精確歸位后，分析烴源巖實(shí)測有機(jī)質(zhì)豐度的測井響應(yīng)特征，并選取鈾含量、聲波時差、電阻率及密度等對有機(jī)質(zhì)有特殊響應(yīng)的測井敏感參數(shù)［6］，建立有機(jī)質(zhì)豐度測井解釋模型。從圖2（a）可以看出鈾含量與TOC含量密切相關(guān)。圖2（b）和圖2（c）反映了聲波時差和電阻率均有隨TOC含量增加而升高的趨勢，但相關(guān)性較低。這是由于扎哈泉地區(qū)烴源巖巖性較為復(fù)雜，其中的灰質(zhì)成分和泥質(zhì)成分變化大，對聲波時差和電阻率產(chǎn)生了一定影響，使其對有機(jī)質(zhì)的響應(yīng)特征較不明顯。密度測井由于探測深度較淺，局部受井眼擴(kuò)徑的影響，曲線失真較為嚴(yán)重。從圖2（d）可以看出，密度值不能反映有機(jī)質(zhì)豐度的高低，甚至出現(xiàn)了隨著TOC含量升高密度值也升高的錯誤趨勢，因此不適合作為TOC定量評價參數(shù)。綜合分析后，最終選擇聲波時差與電阻率組合構(gòu)建的ΔlgR參數(shù)以及鈾參數(shù)作為定量計(jì)算烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度的2種敏感參數(shù)。

圖2　扎哈泉地區(qū)ZP1井實(shí)測TOC含量與鈾含量（a）、聲波時差（b）、電阻率（c）及密度（d）交會圖Fig.2　The crossplot of measured TOC and Uranium content（a），acoustic time（b），resistivity（c）and density（d）in ZP1 well in Zhahaquan area

2.3.2ΔlgR法

利用經(jīng)典的ΔlgR公式計(jì)算出聲波時差-深感應(yīng)電阻率重疊幅度差［16］，即

式中：R和R基線分別為目的層和非烴源巖層的電阻率，Ω·m；Δt和Δt基線分別為目的層和非烴源巖層的聲波時差，μs·m-1；K為互溶刻度的比例系數(shù)，無量綱。將計(jì)算的ΔlgR值與212塊樣品的71個實(shí)測TOC層點(diǎn)平均值進(jìn)行交會，顯示出隨著TOC含量的增大，ΔlgR值具有一定的增大趨勢（圖3）。依據(jù)ΔlgR法得到計(jì)算TOC含量的公式［16］為

式中：LOM為反映有機(jī)質(zhì)成熟度的指數(shù)；TOC0為非烴源巖的TOC含量，說明TOC含量應(yīng)與ΔlgR呈線性關(guān)系，并且是成熟度的函數(shù)（式2），但該區(qū)的計(jì)算結(jié)果顯示二者僅具有相同的增大趨勢，卻并不呈線性關(guān)系，且相關(guān)系數(shù)較?。▓D3），未能達(dá)到定量計(jì)算TOC含量的精度要求。因此，ΔlgR法不適用于研究區(qū)烴源巖的定量評價，只適用于定性識別，需要選取其他參數(shù)建立TOC計(jì)算模型。

圖3　扎哈泉地區(qū)ZP1井實(shí)測TOC含量與ΔlgR交會圖Fig.3　The crossplot of measured TOC and ΔlgR in ZP1 well in Zhahaquan area

2.3.3鈾參數(shù)線性回歸法

扎哈泉地區(qū)大部分井均有自然伽馬能譜測井資料，因此，利用巖心實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)刻度自然伽馬能譜的鈾曲線，再通過回歸擬合分析可以得到計(jì)算TOC含量的經(jīng)驗(yàn)公式。鈾參數(shù)與實(shí)測TOC含量交會圖［參見圖2（a）］顯示，隨著TOC含量增高鈾含量也相應(yīng)增高，二者的擬合相關(guān)系數(shù)可達(dá)到0.82，符合建立解釋模型的精度要求，因此，可以利用鈾參數(shù)與實(shí)測TOC含量擬合建立計(jì)算TOC含量的模型。由于不同區(qū)域地層放射性基值有所差異，且不同的測井儀器或測井系列也可能產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，因此構(gòu)建參數(shù)ΔU來消除這種誤差。將ΔU與實(shí)測TOC含量進(jìn)行回歸擬合，得到定量計(jì)算TOC含量的公式，即

其中

式中：U為自然伽馬能譜測井中的鈾曲線值，g·t-1；Umin為純泥巖段鈾曲線最小值，g·t-1；Umax為烴源巖段鈾曲線最大值，g·t-1。

利用上述公式得出研究區(qū)另外3口取心井的計(jì)算TOC含量，并與其22塊巖心樣品的實(shí)測TOC含量進(jìn)行比較，二者相關(guān)性較好（圖4）；同樣，得到扎哈泉地區(qū)其余5口未取心井的計(jì)算TOC含量，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)主要為0.2%～0.8%，平均為0.67%，與實(shí)測數(shù)據(jù)吻合較好，擬合度為0.96。這說明該模型精度較高，滿足烴源巖評價的要求，可以在扎哈泉地區(qū)N1g下段致密油藏?zé)N源巖評價中推廣應(yīng)用。

圖4　扎哈泉地區(qū)實(shí)測TOC含量與計(jì)算TOC含量對比Fig.4　Comparison between measured TOC and calculated TOC in Zhahaquan area

2.3.4巖性掃描測井計(jì)算烴源巖有機(jī)碳含量

巖性掃描成像測井儀是在元素俘獲能譜測井儀的基礎(chǔ)上推出的高分辨率巖性掃描測井儀，能夠分析復(fù)雜巖性地層的礦物成分及總有機(jī)碳含量，并可形成連續(xù)的地層礦物剖面。目前，這種儀器已經(jīng)成功地應(yīng)用于北美和南美的大型頁巖氣田及常規(guī)油氣田，在中國的頁巖氣及致密油勘探領(lǐng)域也開展了應(yīng)用。

巖性掃描測井技術(shù)通過同時探測并記錄非彈性散射伽馬譜和俘獲伽馬譜，然后計(jì)算出二者所測量地層中各種元素的相對含量，再將2種不同譜獲得的相同元素的相對含量進(jìn)行歸一化，并準(zhǔn)確計(jì)算出各種元素的含量，進(jìn)而依據(jù)氧化物閉合原理得到地層中各種礦物的含量。非彈性散射伽馬譜能夠測量地層中的總碳含量，在精細(xì)分析得到地層中各種礦物成分后，用總碳含量減去碳酸鹽等礦物中的無機(jī)碳含量，便可得到地層中的有機(jī)碳含量。

圖5反映了利用巖性掃描方法得到的扎哈泉地區(qū)ZP1井上干柴溝組TOC含量計(jì)算結(jié)果。從圖5可以看出，計(jì)算值與實(shí)測值分布范圍基本一致，可以反映烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度的分布趨勢，但部分層段計(jì)算結(jié)果有較大誤差。由于該方法在形成礦物剖面時需要依據(jù)主要元素選取適宜模型，且模型計(jì)算出的無機(jī)碳含量的準(zhǔn)確性會對有機(jī)碳含量計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生較大影響，加之扎哈泉地區(qū)致密油地層所含主要礦物類型及含量變化均較大，因此要精確求取有機(jī)碳含量有一定難度，但總體來看，利用該方法得到的TOC含量計(jì)算結(jié)果基本滿足致密油評價的要求。

圖5　扎哈泉地區(qū)ZP1井巖性掃描測井計(jì)算TOC含量與實(shí)測TOC含量對比Fig.5　Comparison between measured TOC and calculated TOC values by Litho Scanner in ZP1 well in Zhahaquan area

3　結(jié)論

（1）扎哈泉地區(qū)N1g下段烴源巖主要由含鈣泥巖和泥灰?guī)r組成，在測井曲線上分別具有高無鈾伽馬、高鈾及高聲波時差的“三高”特征以及低無鈾伽馬、低聲波時差、高鈾及高電阻率的“兩低兩高”特征。密度測井由于受井眼擴(kuò)徑的影響，曲線失真較嚴(yán)重，不能用于烴源巖評價。

（2）通過敏感參數(shù)優(yōu)選，認(rèn)為常規(guī)測井中聲波時差與電阻率構(gòu)建的ΔlgR參數(shù)及鈾參數(shù)對烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度反應(yīng)較靈敏，而鈾含量的高低能夠更有效地反映該區(qū)烴源巖有機(jī)碳含量。優(yōu)選鈾含量構(gòu)建ΔU參數(shù)，并與實(shí)測TOC含量回歸擬合建立TOC定量解釋模型，經(jīng)驗(yàn)證該模型精度較高，滿足烴源巖評價的要求，可以在扎哈泉地區(qū)推廣應(yīng)用。

（3）利用特殊測井系列巖性掃描測井方法可以有效計(jì)算地層中的有機(jī)碳含量，且不受地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式的限制，目前在國內(nèi)外非常規(guī)油藏評價中均有應(yīng)用。由于扎哈泉地區(qū)致密油藏巖性變化快，計(jì)算精度受到一定影響，但基本滿足致密油評價的要求，因此該方法可有效應(yīng)用于研究區(qū)烴源巖單井評價。

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（本文編輯：于惠宇）

Logging evaluation methods of source rocks of tight oil of Upper Ganchaigou Formation in Zhahaquan area

ZHENG Xi1，2，ZHANG Xiaoli1，2，WANG Guomin3，DU Jiangmin1，2，4，ZHANG Zijie1，2，ZHONG Gaorun1，2
（1.State Key Laboratory for Continental Dynamics，Northwest University，Xi'an 710069，China；2.Department of Geology，Northwest University，Xi'an，710069，China；3.Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Qinghai Oilfield Company，Dunhuang 736202，Gansu，China；4.College of Resources，Shijiazhuang University of Economics，Shijiazhuang 050031，China）

In recent years，there have been found large-scale distribution of tight oil reservoir in the lower member of Upper Ganchaigou Formation（N1g）in Zhahaquan area of Qaidam Basin，but the source-reservoir configuration is not clear.So it has an urgent need to establish effective source rock evaluation method.Based on source rock coring materials and comparative analysis of laboratory data with conventional logging response，the resistivity，acoustic and Uranium are proved to be the sensitive parameters reflecting the organic matter abundance of source rocks.ΔlgR method and Uranium-TOC regression method were used to establish qualitative and quantitative interpretation model. At the same time，the method of evaluating the organic matter abundance through Litho Scanner was explored.The quantitative interpretation model according to Uranium-TOC regression method is proved to be the most efficient way to reflecting the change trend of TOC of the lower member of Upper N1g in Zhahaquan area，and the calculation issimple and convenient，so it can provide a reliable basis for evaluating the source rocks of the tight oil in this area. The calculation accuracy of TOC according to Litho Scanner is slightly lower affected by the geological condition of this area，but this method is not controlled by regional environmental factors，and can be widely used in fine interpretation of lithology and source rocks of reservoirs in different areas.

tight oil reservoir；source rock；loggingresponse；interpretation model；lower member ofUpper Ganchaigou Formation；Zhahaquan area；QaidamBasin

P618.13

A

1673-8926（2015）03-0115-07

2015-01-27；

2015-02-25

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973）項(xiàng)目“中國陸相致密油（頁巖油）形成機(jī)理與富集規(guī)律”（編號：2014CB239000）資助

鄭茜（1990-），女，西北大學(xué)在讀碩士研究生，研究方向?yàn)闇y井資料處理與解釋。地址：（710069）陜西省西安市碑林區(qū)太白北路229號西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系。E-mail：zheng_xi_nwu@126.com

張小莉（1968-），女，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事測井與石油地質(zhì)方面的教學(xué)及科研工作。E-mail：xiaoli_nwu@163.com。