海相页岩TOC地震定量预测技术及其应用——以四川盆地焦石坝地区为例

陈祖庆

中国石化勘探南方分公司

近年来针对四川盆地及周缘海相页岩层系开展了不少研究与勘探工作［1－5］，并已在四川盆地焦石坝地区取得实质性突破。总有机碳含量（TOC）是评价页岩生烃能力的主要指标，也是页岩油气藏评价中的一个重要指标［6－10］。近年来，虽然烃源岩评价技术在不断发展，但国内外文献中用地震资料直接定量预测页岩有机碳含量的报道很少。目前采用的方法主要以地震属性与TOC建立数学拟合关系，通过三维地震数据体中提取的地震属性从而计算得到三维TOC数据体，进而对TOC 进行预测［11－12］。但是，地震多属性存在固有的多解性［13－14］，这也是该类方法在TOC 预测应用上的问题所在。因此，还需要在TOC预测应用上做进一步的研究和改进。

笔者通过交会分析寻找与TOC敏感的岩石物理参数，并建立两者的数学映射；采用叠前反演最终得到泥页岩的TOC，为页岩气“甜点”预测及资源量的计算提供准确的TOC预测方法。

1 储层特征

焦石坝地区页岩气储层分布在下志留统龙马溪组一段（包含上奥陶统五峰组），岩性为黑色页岩、泥岩、碳质页岩、含粉砂质碳质泥岩，目前已有多口井在龙马溪组一段底部优质页岩段钻获工业气流。

晚奥陶世—早志留世初期，随着海平面迅速上升，沉积水体快速加深，焦石坝地区整体位于深水陆棚相区内，处于缺氧环境，有利于烃源岩的形成。龙马溪组一段—五峰组发育大套灰黑色泥岩、含粉砂泥岩，厚度一般大于80m，分布稳定连续，富含有机质和笔石化石，处于深度还原环境。有机碳含量介于0.46%～7.13%，平均值大于2.5%，在纵向上均具有向泥页岩沉积建造底部层段明显增大的特征。

图1 JY1井五峰组—龙马溪组一段TOC综合评价图

从JY1井五峰组—龙马溪组一段TOC综合评价图（图1）上可以看出，其2 378～2 415.5m井段（五峰组—龙马溪组一段底部）为黑色页岩，TOC≥2.0%，最高可达5.89%，平均为3.56%，优质泥页岩层连续累计厚度达37.5m。另外在纵向上，整个储层段TOC具有自上而下总体呈从小到大变化的特征，进一步则可划分为3个小“旋回”，表现为与沉积亚相和岩相具有密切相关的特征。具体表现在五峰组—龙马溪组一段一亚段和三亚段为2个相对高值的小“旋回”（图中红色箭头），龙马溪组一段二亚段为一个相对低值的小“旋回”（图中蓝色箭头），但五峰组—龙马溪组一段一亚段的小“旋回”TOC值明显最高。

2 TOC定量预测技术

2.1 预测方法

TOC定量预测技术能够为页岩气勘探及资源量的计算提供有效且较精确的参数。其预测方法为：从实测有机碳含量出发，通过分析与TOC相关的地球物理参数，寻找TOC敏感参数，并建立敏感参数与TOC之间的最佳拟合方程，得到该区的经验公式；利用三维地震数据，采用叠前反演方法，进行精细地震反演求得敏感参数体；根据拟合经验关系，计算得到三维分布的TOC数据体，从而定量预测TOC。

2.2 方法实现

2.2.1 TOC敏感参数确定

在实际研究中发现焦石坝地区页岩地层的密度参数与TOC具有很好的相关性。基于优质泥页岩具有高TOC的特征，对该区多口井进行了TOC敏感参数分析。通过伽马、密度、电阻率等常规测井结果以及杨氏模量、泊松比等弹性参数与TOC的交汇分析（图2）发现：只有密度与TOC相关性较高。其中，当TOC＞1%时，密度值小于2.68g／cm3，TOC值与密度呈负相关关系，相关系数达到了0.87。分析认为高TOC的泥页岩有机质孔隙更为发育，更有利于页岩气的吸附和储集，从而导致密度降低。因此，可以通过TOC与密度之间的相关性来完成TOC全区的预测。

2.2.2 TOC与密度经验关系建立

通过对该区多井岩心资料与井资料综合分析，建立了TOC与密度之间的数学关系式：

式中TOC为有机碳含量；ρ为岩性密度；a、b为地区性经验常数。

图2 TOC敏感参数统计分析图

式中经验系数取值是以JY1、JY2、JY3、JY4等共计4口井为基础，利用其经过岩心刻度后的TOC实测结果与密度进行交会分析（图3），得到经验常数a＝－15.8，b＝43.85，最终确定利用实测资料计算总有机碳含量的经验关系式：

图3 焦石坝地区龙马溪组—五峰组页岩岩心分析TOC与密度测井值交会图（4口井）

2.2.3 叠前密度反演

基于前面TOC敏感参数统计分析结果，密度反演是进行TOC预测的基础。密度体的获取主要采用以下2种方法：①利用叠后多属性分析方法间接获得；②利用叠前反演方法直接获得。但叠后多属性反演多解性较为突出，很多并没有明确的物理意义，其求取的密度体经过误差累积，达不到精确预测TOC的要求。

相对于叠后多属性反演，叠前同时反演的优点是反演精度高、稳定性好、多解性较少。其使用纵波速度（vp）、横波速度（vs）、密度（ρ）以及叠前地震方位角道集数据作为输入，对这些变量加以约束同时反演得到纵波速度、横波速度以及密度，使结果更稳定并减少多解性问题。因此，本次使用叠前纵横波同时反演技术直接反演密度体。

图4为利用叠前纵横波同时反演技术得到的过JY1—JY2—JY4井密度剖面图，对比测井曲线密度值与井旁反演结果可知两者吻合程度较高，龙马溪组—五峰组页岩气藏段密度分布于2.4～2.75g／cm3。同时从剖面上可以看出，JY1井到JY4井低密度泥页岩稳定展布，与该区沉积特征及井上分析情况一致，说明了反演结果的可靠。

图4 过JY1—JY2—JY4连井叠前密度反演剖面图

2.2.4 TOC定量预测

基于前述式（1）～（2）所示的TOC与密度的关系，计算得到TOC数据体。图5为JY1、JY2、JY4井联井TOC反演剖面，黄红色为优质页岩对应的相对高TOC值，整个储层（五峰组—龙马溪组一段）段相对于上下地层来说，其分布特征明显，横向上展布稳定。同时也可以看到，在储层内部纵向上TOC高的优质页岩层有2套，中间夹1套TOC相对低的泥页岩，且2套优质页岩越接近底部，TOC值更高，最大均高于4%，与前面井上分析结果对应一致。结合五峰组—龙马溪组TOC平面预测图综合分析（图6），4口井控制的区域优质泥页岩整体发育，展布稳定，显示了该区良好的勘探前景。

3 应用效果

JY1井到JY4井TOC值有增大趋势，焦石坝主体部位最大TOC值均大于4%，优质泥页岩整体稳定发育。从研究区东北JY1井区到西南JY4井区，TOC值增大，反演结果与钻井分析化验结果一致。

图5 过JY1—JY2—JY4井连井TOC反演剖面图

图6 焦石坝地区龙马溪组—五峰组平均TOC预测平面图

从图6中可以看出，预测结果平均TOC均高于2.5%，优质泥页岩整体发育稳定。其中JY2井区及JY 4井 预 测 平 均TOC较 高 ，JY 2井 为2.9% ，JY 3井区相对较低；JY1、JY2、JY3、JY4井的预测TOC与实测结果基本一致，相对误差小于1.5%（表1）。实践显示这项技术在四川盆地海相页岩气勘探中具有广阔的前景，可以加以推广应用。

表1 JY1、JY2、JY3、JY4井预测值TOC与实测值对比表

4 结论

1）该区对TOC敏感的地球物理参数为密度，参数之间具有很好的相关性，通过建立两者之间的经验关系式，可实现对TOC的定量预测。

2）利用叠前同时反演直接求得的密度体避免了累计误差，稳定好，多解性少，结果可靠，为精细定量预测TOC提供了基础保证。

3）预测TOC值与实测值相对误差小，吻合程度高，说明该技术在四川盆地海相页岩气勘探中存在广阔的应用前景，具有借鉴和推广的重大现实意义。

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