川西坳陷優(yōu)質(zhì)烴源巖的識(shí)別及分布特征

李 瑤 謝銳杰 黃 安 曹永強(qiáng)

(1. 長(zhǎng)江大學(xué) 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 武漢 430100； 2. 長(zhǎng)江大學(xué) 地球物理與石油資源學(xué)院， 武漢 430100)

0 前 言

烴源巖是油氣成藏的基礎(chǔ)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對(duì)其進(jìn)行了多方面的研究。Tissot等人把已經(jīng)生成或能夠生成石油的沉積巖稱為烴源巖[1]。郝石生根據(jù)沉積巖有無(wú)生烴能力，將其劃分為非生烴巖和生烴巖兩大類，將其中的生烴巖劃分為烴源巖和非烴源巖[2]。王吉茂等人從地化特征、沉積古環(huán)境及巖性特征等方面，對(duì)優(yōu)質(zhì)烴源巖的識(shí)別進(jìn)行了客觀評(píng)價(jià)[3]。但對(duì)優(yōu)質(zhì)烴源巖的定義，始終不明確。

在測(cè)井曲線旋回疊加樣式不明顯，且缺少地震資料的情況下，INPEFA測(cè)井旋回技術(shù)可將測(cè)井曲線中的地質(zhì)信息，較好地展現(xiàn)出來(lái)。本次研究在層序地層學(xué)理論的指導(dǎo)下，對(duì)川西坳陷中的優(yōu)質(zhì)烴源巖進(jìn)行識(shí)別，并對(duì)其分布和特征進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 川西坳陷地質(zhì)概況

川西坳陷處于四川盆地西部，其北部為米倉(cāng)山構(gòu)造帶，南部為峨眉 — 瓦山斷塊，西部毗鄰龍門山推覆構(gòu)造帶，東邊接壤川中隆起，呈北東 — 南西向的長(zhǎng)條帶狀地形。川西坳陷須家河組五段(須五段)是比較有利的烴源巖沉積區(qū)，也是烴源巖重點(diǎn)研究區(qū)域[4-5]。

2 優(yōu)質(zhì)烴源巖的識(shí)別

2.1 優(yōu)質(zhì)烴源巖的定義

在不同的地質(zhì)條件下，優(yōu)質(zhì)烴源巖的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不同，其下限值隨地質(zhì)條件而變化。

在本次研究中，當(dāng)須五段烴源巖有機(jī)質(zhì)的豐度為1.8%時(shí)，累計(jì)總有機(jī)碳(TOC)貢獻(xiàn)率為28%，累計(jì)厚度貢獻(xiàn)率為68%(見圖1，由西南油氣分公司研究院提供)。通過(guò)此方法，確定須五段優(yōu)質(zhì)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度的下限值為1.8%。須五段TOC含量為1.8%～10.0%，生烴潛量(S1+S2)大于2%，單層厚度較大，生烴能力較強(qiáng)，被視為優(yōu)質(zhì)烴源巖。

圖1 須五段烴源巖累計(jì)TOC貢獻(xiàn)率與累計(jì)厚度貢獻(xiàn)率關(guān)系圖

2.2 測(cè)井曲線的識(shí)別

烴源巖中TOC的分布不均勻，會(huì)使測(cè)井曲線響應(yīng)產(chǎn)生較大差別，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)烴源巖的定性識(shí)別和定量評(píng)價(jià)[6-8]。

2.2.1 自然伽馬(GR)測(cè)井

自然伽馬測(cè)井，是指通過(guò)伽馬射線探測(cè)器測(cè)量巖石的自然伽馬射線強(qiáng)度，從而確定地層的性質(zhì)。巖石的自然伽馬放射性，主要由鈾、釷、鉀等元素的含量決定。烴源巖中有機(jī)質(zhì)含量與鈾含量存在正相關(guān)關(guān)系，富有機(jī)質(zhì)烴源巖層的GR值通常表現(xiàn)為高異常。但鈾的含量受裂隙分布的影響，部分普通泥巖層的GR值也會(huì)出現(xiàn)高異常的情況，單純利用GR曲線識(shí)別烴源巖的結(jié)果不夠精確。

2.2.2 電阻率(RD)測(cè)井

電阻率測(cè)井，是指通過(guò)巖石的導(dǎo)電性確定地層的性質(zhì)。巖石RD與巖性、孔隙度、含油飽和度等性質(zhì)有關(guān)。泥巖在地層剖面中一般表現(xiàn)為低電阻率，而有機(jī)質(zhì)的導(dǎo)電性較差，烴源巖電阻率曲線通常表現(xiàn)為高異常。但部分特殊泥巖層也會(huì)出現(xiàn)高電阻率的情況，單純利用電阻率曲線識(shí)別烴源巖的結(jié)果不夠精確。

2.2.3 聲波時(shí)差(AC)測(cè)井

聲波時(shí)差測(cè)井，是指通過(guò)聲波速度測(cè)井資料確定地層的性質(zhì)。巖石AC值主要與巖性有關(guān)，當(dāng)烴源巖含有有機(jī)質(zhì)時(shí)，其AC值高于普通泥巖層。但地層中水和有機(jī)質(zhì)之比、礦物成分、黏土含量等物性特征，會(huì)對(duì)其AC值造成影響，單純利用聲波時(shí)差曲線識(shí)別烴源巖所產(chǎn)生的誤差較大。

2.2.4 密度(DEN)測(cè)井

密度測(cè)井，是指通過(guò)記錄康普頓散射的射線強(qiáng)度來(lái)測(cè)量巖石的密度，從而確定地層的性質(zhì)。密度主要與巖性有關(guān)，圍巖的密度通常比固體有機(jī)質(zhì)大，通過(guò)密度測(cè)井能夠區(qū)分出烴源巖。但是密度曲線受井壁和重礦物等因素影響較大，單純利用密度測(cè)井識(shí)別烴源巖的結(jié)果不夠精確。

2.2.5 補(bǔ)償中子(CNL)測(cè)井

補(bǔ)償中子測(cè)井，是指通過(guò)測(cè)量地層對(duì)中子的減速能力來(lái)計(jì)算地層的含氫量，從而確定地層的性質(zhì)。巖石中地層水、有機(jī)質(zhì)、泥巖骨架等含氫量都很高，CNL值與有機(jī)質(zhì)沒(méi)有很好的相關(guān)性。但是對(duì)于頁(yè)巖氣烴源巖地層，可利用挖掘效應(yīng)有效地識(shí)別頁(yè)巖氣含量較高的烴源巖層。補(bǔ)償中子測(cè)井可與其他常規(guī)測(cè)井相結(jié)合，對(duì)烴源巖進(jìn)行識(shí)別。

2.2.6 自然電位(SP)測(cè)井

自然電位測(cè)井，是指通過(guò)測(cè)量井內(nèi)自然產(chǎn)生的電位變化，從而確定地層的性質(zhì)。SP值主要與巖性有關(guān)，可用于區(qū)分泥質(zhì)和非泥質(zhì)地層。烴源巖與SP值有一定的相關(guān)性，但普通泥巖與烴源巖SP界限值比較模糊，需要結(jié)合其他常規(guī)測(cè)井對(duì)烴源巖進(jìn)行識(shí)別。

由分析可知，采用單一方法對(duì)烴源巖進(jìn)行評(píng)價(jià)，存在一定的缺陷。本次研究采用多種測(cè)井曲線的綜合響應(yīng)特征，對(duì)烴源巖進(jìn)行識(shí)別和評(píng)價(jià)，以提高測(cè)井模型的準(zhǔn)確性。

在測(cè)井響應(yīng)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用多元統(tǒng)計(jì)分析軟件(SPSS)，以烴源巖樣品的TOC含量為因變量，以相同深度的AC、GR、RD、DEN等參數(shù)為自變量(各參數(shù)已作歸一化處理)，對(duì)烴源巖TOC定量預(yù)測(cè)模型進(jìn)行優(yōu)選(見表1)。

表1 須五段烴源巖TOC定量預(yù)測(cè)模型優(yōu)選

由表1可知，多測(cè)井曲線的擬合效果優(yōu)于單測(cè)井曲線。綜合相關(guān)系數(shù)及回歸估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)誤差等2項(xiàng)指標(biāo)，優(yōu)選6參數(shù)模型，最后得到須五段烴源巖TOC預(yù)測(cè)含量。

通過(guò)TOC實(shí)測(cè)含量的擬合回歸，得到須五段烴源巖TOC的預(yù)測(cè)模型：

TOC=0.704×(-2.499×DEN+0.005×RD-0.013×SP+0.001×GR-0.032×AC+0.002×CNL+12.018)2-2.36×(-2.499×DEN+0.005×RD-0.013×SP+0.001×GR-0.032×AC+0.002×CNL+12.018)+3.164 9

R2=0.822 7

經(jīng)計(jì)算，通過(guò)預(yù)測(cè)模型得到的TOC預(yù)測(cè)值和TOC實(shí)測(cè)值吻合度較高。

2.3 層序中烴源巖的識(shí)別

2.3.1 層序的劃分

層序劃分的總體技術(shù)思路是，根據(jù)研究區(qū)現(xiàn)有資料，在沉積學(xué)、旋回地層學(xué)等地質(zhì)理論指導(dǎo)下，利用INPEFA測(cè)井旋回技術(shù)，對(duì)須五段進(jìn)行地層劃分與對(duì)比。

根據(jù)INPEFA測(cè)井曲線及巖性的不同，將川豐125井須五段劃分為1個(gè)三級(jí)層序，上、中、下3個(gè)四級(jí)層序，以及9個(gè)五級(jí)層序。川豐125井須五段層序劃分結(jié)果如圖2所示。

圖2 川豐125井須五段層序劃分圖

2.3.2 優(yōu)質(zhì)烴源巖的識(shí)別

INPEFA測(cè)井曲線表現(xiàn)為2種形態(tài)。一是曲線從左向右呈上升趨勢(shì)、數(shù)值從左向右逐漸增大(正趨勢(shì))，此過(guò)程中氣候由干旱向濕潤(rùn)變化，是水進(jìn)過(guò)程；二是曲線從右向左呈上升趨勢(shì)、數(shù)值從右向左逐漸減小(負(fù)趨勢(shì))，此過(guò)程中氣候逐漸干旱，是水退過(guò)程。優(yōu)質(zhì)烴源巖一般發(fā)育在正趨勢(shì)向負(fù)趨勢(shì)轉(zhuǎn)變的拐點(diǎn)處，因此，根據(jù)INPEFA曲線上的負(fù)拐點(diǎn)，可判斷最大湖泛面的發(fā)育層序。

通過(guò)INPEFA測(cè)井旋回技術(shù)，將川豐563井須五段劃分為3個(gè)四級(jí)層序和9個(gè)五級(jí)層序(見圖3)。在須五中亞段，四級(jí)層序?qū)?yīng)的最大湖泛面在TX5-6砂層組，是發(fā)育最好的優(yōu)質(zhì)烴源巖；五級(jí)層序?qū)?yīng)的最大湖泛面是TX5-5、TX5-7砂層組，是次一級(jí)的優(yōu)質(zhì)烴源巖(見圖3)。

圖3 川豐563井須五段層序劃分圖

3 川西坳陷優(yōu)質(zhì)烴源巖的分布及評(píng)價(jià)

3.1 優(yōu)質(zhì)烴源巖分布

3.1.1 須五段優(yōu)質(zhì)烴源巖單井識(shí)別

須五中亞段的泥巖厚度較大，最大值為240 m，平均厚度約為160 m，且分布面積廣。根據(jù)TOC含量的不同，選取研究區(qū)井川孝93井、洛深 1井、潼深1井，進(jìn)行單井優(yōu)質(zhì)烴源巖的識(shí)別(見圖4)。由圖4可知，須五中亞段中TX5-6砂層組的優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育最好，其次為TX5-5、TX5-7砂層組以及須五下亞段的TX5-9砂層組和須五上亞段的TX5-3砂層組。

圖4 研究區(qū)典型井須五段優(yōu)質(zhì)烴源巖識(shí)別圖

3.1.2 須五段優(yōu)質(zhì)烴源巖連井對(duì)比

根據(jù)須五段標(biāo)準(zhǔn)井的單井地化資料分析可知，優(yōu)質(zhì)烴源巖層主要集中分布在須五中亞段TX5-5、TX5-6、TX5-7這3個(gè)砂層組；其次分布在須五下亞段TX5-9砂層組和須五上亞段TX5-3砂層組。優(yōu)選潼深1井、川羅562井、川合100的連井剖面，對(duì)烴源巖的分布情況進(jìn)行分析，從而確定優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育的分布范圍。通過(guò)對(duì)連井剖面圖分析可知(見圖5)， TX5-5、TX5-6、TX5-7砂層組優(yōu)質(zhì)烴源巖分布范圍最廣， TX5-6和TX5-5砂層組優(yōu)質(zhì)烴源巖單層連續(xù)厚度可達(dá)12 m；TX5-7砂層組優(yōu)質(zhì)烴源巖單層連續(xù)厚度約為 6 m。由圖5可知，潼深1井優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育較好，川羅562井、川合100井優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育較差，且厚度變薄。

圖5 研究區(qū)須五段優(yōu)質(zhì)烴源巖連井剖面圖

3.2 優(yōu)質(zhì)烴源巖分布特征

3.2.1 烴源巖厚度分布特征

須五段的優(yōu)質(zhì)烴源巖主要分布在TX5-6、TX5-5、TX5-7、TX5-9、TX5-3等5個(gè)砂層組中。其中，TX5-6砂層組發(fā)育最好，有效烴源巖厚度最大，優(yōu)選TX5-6砂層組進(jìn)行解釋(見圖6)。

圖6 TX5-6砂層組優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度等值線圖

TX5-6砂層組優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度自南向北逐漸遞減，最大累計(jì)厚度約為120 m，厚度中心發(fā)育在成都凹陷南部。馬深1井優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度為69 m，孝泉 — 豐谷地區(qū)的優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度為30～40 m，川豐125井優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度為18 m，新場(chǎng)28井優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度為38 m。大邑地區(qū)優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度為 30 m，大邑1井優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度為28 m，大邑3井優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度為32 m。TX5-5和TX5-7砂層組在川西地區(qū)發(fā)育的優(yōu)質(zhì)烴源巖的平均厚度為 40～50 m，最大累計(jì)厚度約為110 m。

3.2.2 烴源巖TOC分布特征

須五中亞段中，優(yōu)質(zhì)烴源巖TOC含量為1.8%～4.0%， TX5-6砂層組TOC含量最大，為4.0%，主要集中在成都凹陷中部和孝泉豐谷構(gòu)造帶(見圖7)。其中，馬深1 井TOC含量為3.7%，新場(chǎng)28井TOC含量為3.3%，高廟2井TOC含量為2.9%，梓潼凹陷北部和成都凹陷南部的TOC值最低(見圖7)。

圖7 TX5-6砂層組優(yōu)質(zhì)烴源巖TOC等值線圖

4 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)INPEFA測(cè)井曲線及巖性的不同，將須五段頂部和底部界面劃分為1個(gè)三級(jí)層序、3個(gè)四級(jí)層序，以及9個(gè)五級(jí)層序。TX5-6砂層組對(duì)應(yīng)須五中亞段四級(jí)層序的最大湖泛面；TX5-5、TX5-7砂層組分別對(duì)應(yīng)須五中亞段五級(jí)層序的最大湖泛面；TX5-9和TX5-3砂層組分別對(duì)應(yīng)須五下、須五上亞段五級(jí)層序的最大湖泛面。

須五中亞段中，TX5-5、TX5-6和TX5-7砂層組的優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度最大，TX5-6砂層組最大累計(jì)厚度約為 120 m，TX5-5和TX5-7砂層組的最大累計(jì)厚度約為110 m，主要分布在成都凹陷、川孝豐谷構(gòu)造帶以及知新場(chǎng)龍寶梁構(gòu)造帶。TX5-6砂層組有效烴源巖厚度最大，并且優(yōu)質(zhì)烴源巖的TOC含量最大。