测井资料在江陵凹陷烃源岩评价中的应用

何希鹏 张 青

（江汉油田分公司勘探开发研究院，湖北 潜江 433124）

测井资料在江陵凹陷烃源岩评价中的应用

何希鹏 张 青

（江汉油田分公司勘探开发研究院，湖北 潜江 433124）

以烃源岩地球化学分析资料为基础，分析了江陵凹陷烃源岩测井响应特征，讨论了利用测井曲线叠合法计算有机碳质量分数时需要考虑的多种影响因素，并开展了影响因素分析及校正方法研究，从而提高了利用测井资料计算有机碳质量分数的精度。同时根据判别分析原理，选取对烃源岩最为敏感的自然伽马能谱、地层密度、声波时差和电阻率等测井参数，建立了烃源岩判别分析函数，提出了利用判别系数预测烃源岩有机碳质量分数的方法。上述有机碳质量分数计算方法在江陵凹陷古近系新沟嘴组烃源岩评价中进行了应用，有机碳质量分数计算值与实测值吻合较好。

烃源岩；测井评价；测井曲线；江陵凹陷；江汉盆地

利用测井资料研究烃源岩始于20世纪40年代，70年代以前主要是利用自然伽马曲线定性识别烃源岩［1］，80年代到90年代，烃源岩测井评价取得了丰硕成果［2］，研究内容由早期的烃源岩定性识别发展为定量识别、有机质丰度计算、有机质热演化程度预测和烃源岩的测井综合评价等，研究方法较多［1-5］。诸多学者利用自然伽马、自然伽马能谱、声波时差、密度、电阻率等测井资料，研究了测井信息与烃源岩之间的对应关系，有的也提出了一些经验公式来定量计算烃源岩的有机碳值，但由于多因素的影响，如单一测井信息的局限性、测井资料组合的不匹配性等，因而均没有提出具普遍意义的、能正确估算烃源岩有机质质量分数的定量模型［3］。

1990年法国石油研究院推出了一种新理论Carbolog方法计算地层的总有机碳［6］，刘俊民等对该方法进行了改进，并在东营凹陷进行了初步应用［7］。1990年，埃克森（Exxon）和埃索（Esso）公司Passey等研究出一种既适合于碳酸盐岩，又适合于碎屑岩烃源岩的Δlg R技术，能够准确计算出不同成熟度条件下的有机碳质量分数［8］，该方法在国内得到了广泛推广，并且取得了良好的应用效果。如宋宁等［1］、王贵文等［9］、张志伟等［10］、岳炳顺等［11］利用该方法分别对苏北盆地、塔里木盆地台盆区、国外部分探井及东濮凹陷烃源岩进行了评价，许晓宏等结合中国东部断陷盆地的地质背景，对该模型进行了修改，增加了非烃源岩所具有的有机碳质量分数背景值［3］，辛也等在东营凹陷烃源岩评价中应用了该方法［12］，朱光有、张寒等在对该模型进行研究的基础上，建立了有机碳质量分数与电阻率、声波时差和地层密度测井之间的关系，并在济阳坳陷和渤海湾盆地进行了应用［13-14］。

笔者在江汉盆地江陵凹陷古近系新沟嘴组下段烃源岩评价研究中，充分利用测井资料信息，开展了烃源岩有机质丰度计算方法研究，结果表明测井资料计算有机碳质量分数与实测结果吻合较好。

1 测井曲线叠合法

1.1 基本原理及方法

利用测井曲线叠合法计算烃源岩有机碳质量分数应用最广泛和最成功的方法是Δlg R技术［3，8-10，15］，其数学表达式为

式中：TOC为有机碳质量分数，%；m、n为常数。

1.1.1 优点

在已知岩性的情况下，合理选取非烃源岩基线层段，只要正确地标定孔隙度和电阻率曲线，Δlg R的幅度大小能够反映有机质质量分数的高低，而其他地质因素（如孔隙度等）的变化会使电阻率和声波时差曲线成比例变化，产生相同幅度的偏移，从而消除其他地质背景因素对Δlg R幅度的影响。

1.1.2 缺点

在操作过程中要充分考虑有机质热演化成熟度的影响，同时需要人为确定岩性基线（同一口井中有时需要确定多个基线，以消除其他地质背景对测井曲线的影响），基线的合理确定是该技术成功的关键，若基线确定有误，可能带来较大误差［9］。基于上述缺陷，笔者开展了测井曲线的影响因素分析及校正方法研究，提高了测井计算有机碳质量分数的精度。

1.2 影响因素分析及校正

测井资料除了受井眼环境、地层环境、仪器特性影

式中：Δlg R为以对数电阻率单位刻度的两曲线幅度差；R为测井仪器实测电阻率，Ω·m；Δt为测井声波时差，μs·m-1；Rj，Δtj分别为以非烃源岩为基准时的测井参数值的2条曲线。

井内垂向有机质成熟度差异较大时，则须考虑有机质成熟度对Δlg R的影响［8］，若用镜质体反射率Ro表示有机质成熟度，则有Δlg R与有机碳质量分数（TOC）之间的关系为响外，还与地层压实、地层温度、地层水矿化度及有机质成熟度等因素有关。为了求准有机碳质量分数，必须对测井资料进行处理和校正，以达到在“相同岩性、同一地层深度、同一地层温度、同一地层水矿化度、同一有机质成熟度”等近似相同条件下来探讨Δlg R幅度与有机质丰度之间的关系。

1.2.1 地层压实作用校正

根据L1、W2、L10等7口井声波测井资料，选取非烃源岩层段（红色、紫红色、褐色泥岩层），建立了江陵凹陷新沟嘴组下段泥岩压实曲线，得出泥岩层声速与地层埋深的关系式（3），为了消除地层压实作用对声波时差的影响，将地层各深度点的声波时差转换到地层2 000 m深度处的声波时差值，其转换公式为式（4）。

式中：v为声波速度，m·s-1；Δt2000为转换到2 000 m深度的声波时差值，μs·m-1；H为地层深度，m；ΔtH为H深度对应的声波时差值，μs·m-1。

1.2.2 地层温度影响校正

电阻率对温度尤为敏感，必须对地层温度进行校正。盆地模拟研究认为江陵凹陷新沟嘴组下段地层温度与地层深度的关系为式（5），根据岩石物理性质则有在温度t′下的电阻率Rt′与温度t下的电阻率Rt具有式（6）关系［16］。

式中：Rt2000为转换到2 000 m深度时地层电阻率，Ω· m；H为地层深度，m；RtH为H深度对应的地层电阻率，Ω·m。

1.2.3 地层水矿化度影响

根据L5、JS13、L7、J1、S24等15口井地层水分析资料，研究表明江陵凹陷新沟嘴组下段（1 350 m以下）地层水矿化度比较稳定，为170～240 g·L-1，因此可将地层水矿化度作为一稳定的影响因素考虑。

1.2.4 有机质成熟度影响

Δlg R幅度除了与有机质丰度成线性关系外，还与有机质成熟度有关。有机质成熟度越高，电阻率越大，从而导致Δlg R幅度变大。因此，在有机碳质量分

根据式（5）、（6）可将地层各深度点的电阻率转换到地层2 000 m深度处的电阻率，其转换公式为数较低，有机质成熟度较高的烃源岩层段将会出现较大的Δlg R幅度。

由于江陵凹陷新沟嘴组下段有机碳质量分数相对较低（平均值小于0.8%），因此选取有机碳质量分数小于0.8%的烃源岩来研究成熟度与Δlg R和有机碳质量分数之间的关系（见图1）。

从图1可以看出，在成熟地层中（Ro为0.8%～ 1.0%），当镜质体反射率变化0.05%时，同一Δlg R所对应的有机碳质量分数变化量约为0.12%；在高成熟地层 （Ro为1.0%～1.3%），当镜质体反射率变化0.1%时，同一Δlg R所对应的有机碳质量分数变化约为0.16%。

综上所述，在成熟地层，Ro变化0.05%时，对所计算的TOC影响不大；在高成熟地层，Ro变化小于0.1%时，对所计算的TOC影响可忽略。江陵凹陷新沟嘴组下段主力烃源岩比较集中，埋深较大，有机质热演化处于成熟到高成熟阶段。根据江陵凹陷镜质体反射率与地层埋深的关系（式（8）），可反演出当地层垂向变化400 m（2 000 m以下地层）时，镜质体反射率大约变化0.11%，表明在江陵凹陷新沟嘴组下段，计算有机碳质量分数时，地层垂向成熟度变化对计算值影响不是很大，Δlg R幅度与有机碳质量分数近似呈线性关系（式（9））。

式中：K、b为常数。

1.3 计算结果可靠性分析

对声波时差进行地层压实作用及电阻率进行地层温度影响校正后，得到江陵凹陷古近系新沟嘴组下段Δlg R与TOC之间的近似关系为

利用该方法对江陵凹陷L15等6口井古近系新沟嘴组下段烃源岩TOC进行了计算，计算结果与样品实测值吻合较好（见图2）。

从图2中可看出，大多数点都分布在斜率为1的直线附近。有机碳质量分数计算值与实测值绝对误差在0.1%以内的点占总数的81%，表明利用该方法计算烃源岩有机碳质量分数基本可信。

2 判别函数分析

2.1 判别参数

烃源岩中含有丰富的有机质，在测井曲线上具有较为明显的响应特征。以烃源岩地球化学分析资料为基础，利用交会图分析技术开展了烃源岩测井曲线敏感性分析，研究结果表明江陵凹陷古近系新沟嘴组下段烃源岩在测井曲线上具有高自然伽马能谱、高声波时差、高电阻率及低密度等特点，因此选取上述4个测井参数建立判别函数。

2.2 判别函数

选取新沟嘴组下段泥隔层作为标准层段，对测井资料进行标准化，以消除非地质因素对测井曲线的影响，在测井资料标准化的基础上，选取最能反映烃源岩特征的自然伽马能谱、地层密度、声波时差和电阻率4种测井参数，在对地层密度和声波时差进行地层压实作用校正及电阻率进行温度校正的基础上，建立判别函数，从而综合判断识别烃源岩。

假设判别函数为

式中：P为待判地层测井参数个数；Kj为系数（待定）；Xj为测井值。

烃源岩第i个样品层第j项测井参数用Xij表示；非烃源岩第i个样品层第j项测井参数用Yij表示，则第i个烃源岩样品层判别函数为

第i个非烃源岩样品层判别函数为

因此，烃源岩和非烃源岩均值判别函数分别为

根据费歇（Fisher）判别原理［17］，可得判别烃源岩和非烃源岩的矩阵方程：

式中：Sij为烃源岩和非烃源岩两组样品的综合协方差；dj为2组样品测井参数的均值差。

选取江陵凹陷42层烃源岩、14层非烃源岩作为判别分析样本，代入烃源岩和非烃源岩层测井参数，通过求解矩阵方程，可得江陵凹陷烃源岩和非烃源岩层的判别函数。

式中：R为判别系数；ρb为地层密度，g·cm-3；Δt为声波时差，μs·m-1；U/K为自然伽马能谱测井铀质量分数与钾质量分数的比值；Rsh为泥岩电阻率，Ω·m。

2.3 判别标准

利用L10、L72等井51个烃源岩样品层和14个非烃源岩层判别系数R作直方图（见图3），烃源岩判别系数主频峰位于12.5～22.5，非烃源岩主频峰位于4.5～8.5，两主频峰之间有一明显的低频区，因此确定Ro为10.5为江陵凹陷古近系新沟嘴组下段烃源岩和非烃源岩的判别临界值。即当判别系数R大于Ro时为烃源岩，R小于Ro时为非烃源岩，R等于Ro时，属于非烃源岩到烃源岩的过渡类型。

2.4 有机碳质量分数

研究表明，判别系数R与TOC成线性关系（见图4），利用实测TOC资料，通过回归分析可得判别系数R与TOC的关系（式（20）），相关系数为0.93。利用该方法对L72、S27和L10等井烃源岩TOC进行了计算，其计算结果与实测值吻合较好。

3 结论

1）利用测井曲线叠合法计算有机碳质量分数，在对地层压实作用、地层温度、地层水矿化度进行校正的基础上，初步探讨了有机质成熟度对测井资料计算有机碳质量分数的影响，提出江汉盆地江陵凹陷古近系新沟嘴组烃源岩纵向分布比较集中，有机质成熟度对与测井计算有机碳质量分数影响较小，可以利用有机碳质量分数与ΔlgR的线性模型来预测烃源岩有机质丰度。

2）在烃源岩测井曲线响应特征研究的基础上，选取对烃源岩最为敏感的自然伽马能谱、地层密度、声波时差和电阻率等测井参数，建立判别分析函数，能够有效识别烃源岩，利用判别系数可以预测有机质丰度。

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Application of logging data in evaluation of source rocks in Jiangling Depression

He Xipeng Zhang Qing
(Research Institute of Exploration and Development,Jianghan Oilfield Company,SINOPEC,Qianjiang 433124,China)

Based on the geochemical analysis of source rocks,this paper analyzed the log response characteristics of source rocks in Jiangling Depression,discussed the factors influencing TOC calculation using superimposed logging curve and studied the correction method of influencing factors,which improved the accuracy for TOC calculation.At the same time,in accordance with the principle for discrimination analysis,we selected the logging data sensible to source rocks,such as GR spectrum,formation density, interval transit time and resistivity.The discrimination analysis function of source rocks was built and the method of predicting TOC using discrimination factor was proposed.The both methods for TOC calculation have been applied in evaluation of source rocks from Paleogene Xingouzui Formation in Jiangling Depression,which shows that the calculated TOC values are in good agreement with the measured ones.

source rock,logging evaluation,logging curve,Jiangling Depression,Jianghan Basin.

P631

A

2009-12-19；改回日期：2010-07-19。

何希鹏，男，1970年生，高级工程师，1994年毕业于江汉石油学院测井专业，获工学学士学位，2007年获中国地质大学（武汉）石油天然气工程硕士学位，长期从事测井资料综合解释和石油地质综合研究。E-mail：hxpphl@sohu.com。

（编辑 杨会朋）

1005-8907（2010）05-637-05

何希鹏，张青.测井资料在江陵凹陷烃源岩评价中的应用［J］.断块油气田，2010，17（5）：637-641.

HeXipeng，ZhangQing.Applicationof loggingdatain evaluation of source rocks in Jiangling Depression［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2010，17（5）：637-641.