基于地质参数的陆相泥页岩岩相预测

张 鹏

(中石化胜利油田分公司，山东 东营 257022)

引 言

作为一种蕴藏量巨大的非常规油气资源，美国、加拿大、俄罗斯和阿根廷等国家均已在海相泥页岩油藏取得了良好的勘探开发效益[1-2]。在中国，陆相泥页岩油气资源也随着勘探实践的深入而被逐渐揭示[3-4]，济阳坳陷渤南洼陷勘探早期就已发现泥页岩油气，L42、XYS9等井均已获得工业油气流并投入开发，表明该区泥页岩油气资源丰富，具有良好的勘探前景。

泥页岩为“自生自储”油藏，不同岩相的有机质丰度、矿物成分等差异造成了其生烃能力和储集性能的不同，因此，泥页岩含油气性与岩相具有重要的关系，探索有效的泥页岩储集层识别技术具有重要意义。运用基于地质参数的复杂岩相识别技术进行了泥页岩岩相分布预测，解决了常规地震属性分析技术中属性选取难及地质意义不明确的难题，为泥页岩岩相预测提供一种有效的方法。

1 地质背景

渤南洼陷是济阳坳陷沾化凹陷西部的三级负向构造单元，为一个北陡南缓向北掀斜的箕状洼陷，北以埕南断层为界与埕东凸起相邻，南邻陈家庄凸起，西以义东断层为界与车镇凹陷及义和庄凸起相邻，东以孤西断层为界与孤北洼陷、孤岛低凸起相邻，面积约为600 km2，自南向北依次形成南部缓坡带、斜坡带、北部洼陷带和陡坡带。

研究区古近系自下而上发育孔店组、沙河街组和东营组地层，沙河街组沉积早期为洼陷演化鼎盛期，湖盆持续沉降，气候温暖湿润，陆源碎屑携带大量营养物质注入湖泊，生物繁盛，沉积了沙四上亚段、沙三下亚段、沙三中亚段及沙一段4套泥页岩[5]。沙三段自上而下划分上、中、下3个亚段，进一步划分为0～13共14个层组，沙三段下亚段(10～13层组)沉积时期的水体深度适中，且处于微咸水环境，泥页岩生烃指标好，其中12～13上层组和13下层组泥页岩最大厚度分别为300、240 m，油气生成量大，具有良好的油气资源潜力[6]。近年来，沙三下亚段泥页岩多口井见油气显示，Y182、Y186、L19等井获工业油气流，勘探形式良好。

2 泥页岩岩相及地震响应特征

通过对泥页岩分析化验资料的综合分析，方解石(白云石)、黏土矿物以及粉砂质陆源碎屑是构成泥页岩的主要矿物成分，岩石显纹层状、层状及块状构造特征，沙三下亚段发育纹层状泥质灰岩、纹层状灰质泥岩、层状泥质灰岩、层状灰质泥岩、层状泥页岩夹碳酸盐岩条带及层状泥页岩夹砂岩条带相等主要岩相类型。

分析了不同岩相在TOC、储集空间、矿物成分等方面的差异[7-8]，结合速度及地震反射特征分析，总结了不同岩相的储集特征及地震响应特征(表1)。

表1 泥页岩不同岩相储集及地震响应特征

3 泥页岩岩相预测

3.1 方法的提出

由于泥页岩各类岩相的地球物理特征差异较小，地震属性难以与岩相建立较为匹配的关系，根据地震属性差异直接预测岩相的空间变化会存在较强的多解性。为此，根据泥页岩储层地震地质特征，采用基于地质参数的泥页岩岩相预测方法[9]。该预测方法综合运用钻井资料与地震属性信息，建立重点井处地质参数与地震属性之间的关系，融合了更多的地震地质信息，应用地震属性表征地质参数，进而应用地质参数的组合表征岩相变化，地质意义更明确，预测精度更高。其数学模型为:

式中:yi为重点井的地质参数，i=1，2，…，n;n为地质参数个数;Xj为重点井的地震属性，j=1，2，…，m;m为地震属性个数;Wij为地质参数yi相对于地震属性Xj的权系数;ck为常数，k=1，2，…，n。

式(1)中的地质参数是指能够有效表征岩相、区分岩相特征的参数。通过分析不同岩相储集特征及地震响特征的数值范围(表1)，表明各种地质参数及其组合能较好地反映岩相的变化。

3.2 地质参数分布预测

3.2.1 地质参数选取及统计

针对13下层组，选取了TOC、碳酸盐矿物含量、石英与长石含量、黏土矿物含量、孔隙度来表征泥页岩岩相。根据已钻井资料，统计重点井地质参数值(表2)。

表2 13下层组重点井地质参数统计

3.2.2 地质参数地震预测

(1)井震相关分析确定敏感属性。泥页岩有机质丰度、矿物成分等的不同表现为岩石性质、流体性质的差异，其空间变化会引起地震反射波形、振幅、频率、能量和相位等一系列地震属性的变化，这些变化是利用地震属性预测泥页岩地质参数的主要依据。

在精细解释层位的基础上，合理拾取视窗，提取目的层段多种地震属性，通过井震相关分析优选敏感属性[10]，建立地质参数与地震属性的关系式(图1)。

式中:TOC为有机碳含量，%;AM为平均能量;LIME为碳酸盐矿物含量，%;SBR为频宽比;CF30为30 Hz分频;IF为瞬时频率，Hz;SM为能量和;QUARTZ为石英与长石含量，%;AL为弧长;AA为平均振幅;POR为孔隙度，%;CF40为40 Hz分频;SPA为累加正振幅。

图1 泥页岩地质参数的部分井震相关分析

(2)各地质参数的平面展布特征预测。分别应用各地质参数与地震属性拟合得到的关系式，对其进行平面预测(图2)。预测结果和地质规律较为吻合，从TOC分布图上看(图2a)，北部洼陷带总体高于南部，由于北部洼陷带水体较深，有机质丰富，因此有机碳含量高于南部;碳酸盐矿物含量分布总体与石英长石分布特征相反，在南部斜坡带和洼陷带局部地区含量较高(图2b);从石英与长石含量分布图上看(图2c)，全区分布相差不大，盆地南坡及北部洼陷带局部地区受盆缘碎屑物源影响，含量稍高于盆地内部;由于少量陆源碎屑物质的注入，北部洼陷带发育泥页岩夹砂岩条带，或局部高部位利于碳酸盐岩发育，发育泥页岩夹碳酸盐岩条带，砂岩条带或碳酸盐岩条带的发育增加了泥页岩的脆性，易于被改造形成裂缝和孔隙，因此其孔隙度总体高于南部(图2d)。

3.3 岩相划分结果及效果分析

将地质参数的预测结果作为输入，依据实钻井岩相作为划分结果，利用神经网络聚类分析数学方法进行岩相划分[11-12]。影响分类结果的主要因素有:参与聚类的地震属性，相关分析中允许的误差，神经网络检验属性相关次数。

从预测结果看(图3)，南部缓坡带处于滨浅湖区，主要发育层状泥质灰岩相(区域Ⅰ)，该区带岩石主要为层状，纹层较少发育;斜坡带处于半深湖区，水体相对较深且具分层，泥页岩中有机质纹层明显，以发育纹层状泥页岩相为主，西部L67井区为纹层状泥质灰岩相(区域Ⅱ)，该区XYS9井、L19井获高产工业油流，中部Y64井区发育纹层状灰质泥岩相(区域Ⅲ)，碳酸盐矿物含量稍低于西部，东部Y128井区紧邻孤岛凸起，以发育砂岩为主，垂向上为砂岩夹泥页岩的组合(区域Ⅳ)，中部Y64井区与东部Y128井区之间的区带受东部砂岩和中部高碳酸盐矿物含量的影响，发育泥页岩夹碳酸盐岩条带和砂岩条带;北部洼陷带主要发育泥页岩夹砂岩条带或泥页岩夹碳酸盐岩条带相，Y172井区靠近孤岛凸起，YS10井区靠近义和庄凸起，由于陆源碎屑物质注入影响，以发育泥页岩夹砂岩条带相为主(区域Ⅴ)，距物源稍远的区带以发育泥页岩夹碳酸盐岩条带相为主(区域Ⅵ)，该类岩相岩石脆性高，裂缝发育，且碳酸盐岩重结晶作用利于晶间孔及溶孔的发育，表现为较好的储集性。该 带Y182、Y186井获高产工业油气流。岩相发育受古地形和物源供给的控制明显，层状泥页岩主要发育在南部缓坡带，纹层状泥页岩主要发育在斜坡带，层状泥页岩夹碳酸盐岩条带及层状泥页岩夹砂岩条带相发育在北部洼陷带。预测结果与实钻结果较为吻合，且符合地质变化规律。

图2 泥页岩地质参数的预测结果

图3 渤南洼陷13下层组泥页岩岩相预测

4 结论

(1)根据泥页岩的成因差异，将渤南洼陷沙三下泥页岩划分为6类岩相，认为TOC、矿物成分、孔隙度等地质参数能有效反映岩相的差异。

(2)基于地质参数表征岩相，综合运用地震数据与钻井资料，其优势在于避免了直接运用地震属性预测岩相的多解性，增加了地质参数约束项，在渤南洼陷沙三下泥页岩岩相预测中取得了较好的效果。

[1]Bustin R M.Gas shale tapped for big pay[J].AAPG Explorer，2005，26(2):5-7.

[2]Martineau D F.History of the Newark East Field and the Barnett Shale as a gas reservoir [J].AAPG Bulletin，2007，91(4):399-403.

[3]胡望水，张骜，王长江，等.长岭坳陷地区嫩江组一段页岩油资源评价[J].特种油气藏，2014，21(1):46-49.

[4]李延钧，冯媛媛，刘欢，等.四川盆地湖相页岩气地质特征与资源潜力[J].石油勘探与开发，2013，40(4):423-427.

[5]林会喜，彭苏萍，杜文风，等.渤南洼陷沙四上亚段碳酸盐岩成藏条件与勘探潜力[J].石油与天然气地质，2013，34(2):161-166.

[6]王永诗，巩建强，房建军，等.渤南洼陷页岩油气富集高产条件及勘探方向[J].油气地质与采收率，2012，19(6):6-7.

[7]曾秋楠，于炳松，李昱霏.鄂尔多斯盆地东南部延长组页岩储层特征及控制因素[J].特种油气藏，2013，20(1):23-26.

[8]李婉君，张金川，荆铁亚，等.辽河西部凹陷页岩油聚集条件及有利区优选[J].特种油气藏，2014，21(1):59-63.

[9]罗红梅，朱毅秀，穆星，等.渤海湾渤南洼陷深层湖相滩坝储集层沉积微相预测[J].石油勘探与开发，2011，38(2):183-184.

[10]乐友喜，王永刚，张军华.由地震属性向储层参数转换的综合效果分析[J].石油物探，2002，41(2):202-206.

[11]陈加林，张兴平.地震多属性聚类分析煤层中岩浆侵入影响范围[J].中国煤炭地质，2012，24(2):64-66.

[12]邱颖，孟庆武，李悌，等.神经网络用于岩性及岩相预测的可行性分析[J].地球物理学进展，2001，16(3):76-82.

[13]刘清俊，聂保锋，于炳松，等.基于高精度三维地震数据的碎屑岩沉积相精细研究——以松辽盆地北部齐家南地区四方台组为例[J].大庆石油地质与开发，2011，30(1):32-37.

[14]李航.南方陆相盆地复杂断裂带地震综合解释技术[J]. 大庆石油地质与开发，2012，31(3):156-159.

[15]李操，王彦辉，姜岩.基于井断点引导小断层地震识别方法及应用[J].大庆石油地质与开发，2012，31(3):148-151.

[16]单衍胜，张金川，李晓光，等.辽河东部凸起上古生界海陆过渡相页岩气富集条件[J].大庆石油地质与开发，2012，31(3):13-18.

[17]王雪飞，李琳琳，薛海涛，等.渤南洼陷沙三下亚段页岩油资源潜力分级评价[J].大庆石油地质与开发，2013，32(5):159-164.

[18]王文广，卢双舫，王民，等.东濮凹陷北部沙河街组页岩油有利区优选[J].大庆石油地质与开发，2013，32(6):155-160.