普光地区须家河组烃源岩地球物理预测

李松峰，毕建霞，曾正清，王生朗，贺艳梅

(1.中国石化中原油田分公司博士后工作站，河南 郑州 450000；2.中国石化中原油田分公司勘探开发研究院，河南 郑州 450000；3.中国石化中原油田分公司勘探事业部，河南 濮阳 457001)

0 引言

普光气田作为我国最大的天然气田，是国家重点工程“川气东送”的主力气源地。该地区的勘探开发是国家能源发展战略中的重点项目之一，其重要性不可忽视[1-2]。2000年以来，普光地区在海相勘探方面取得了较大进展[3-11]。陆相勘探相对较晚，进一步加强陆相勘探，尤其是须家河组致密砂岩气的勘探，将会成为普光地区长期稳步发展的工作重点。近几年，须家河组致密砂岩气的勘探已经取得了一定突破[12-13]。2008年，针对普光东洼须家河组的综合评价显示，东洼须家河组保存条件好，油气显示活跃，为陆相有利含气区块，并在“老井复查利用”和“陆相滚动评价井位部署”的过程中，出现了多口工业性气流井。但是，对于须家河组烃源条件的研究始终比较薄弱，仅仅依靠几口钻井（大多集中在普光东洼）的实测地化数据，很难从全区的角度评价烃源条件，因此，有必要对烃源岩进行地球物理预测。通过建立三维的烃源岩TOC（总有机碳质量分数）数据体，定量预测烃源岩TOC在三维空间上的变化特征；基于该地区有效烃源岩的TOC下限，定量预测有效烃源岩厚度在不同地质时期平面上的展布特征，有效地弥补钻井少且分布不均的不足，为普光地区须家河组致密砂岩气的勘探奠定良好的基础。

1 区域地质概况

普光地区位于四川盆地的东北部，行政上从属四川达州市的宣汉县、达县[4-9]，构造上北抵大巴山逆冲推覆构造带前缘褶断带，南至川中地区平缓褶皱带。经历了印支、燕山、喜山三大构造运动后，普光地区形成了清溪场、毛坝、东岳寨、双石庙、雷音铺、分水岭、铁山7个正向构造单元和普光东、普光西、宣汉3个负向构造单元，呈现出“隆洼相间”的格局。须家河组主要为三角洲沉积，包括须二段至须六段，须一段甚至须二段底部在沉积初期已被剥蚀。须二、须四、须六段岩性以砂岩为主，夹泥岩层；须三、须五段主要为暗色泥岩，夹煤线、砂岩。普光陆相地层自勘探以来，明确了以须家河组致密砂岩为主的勘探层系，并已取得了重要勘探突破。普光地区须家河组主要发育岩性气藏和构造-岩性气藏，烃源条件、储层条件、保存条件和构造背景是影响天然气是否富集的主要因素，而烃源条件是整体评价的基础，须三、须五段是主力烃源岩层段，须二、须四、须六段也具有一定的生烃能力。

2 烃源岩实测地球化学特征

2.1 有机质丰度

有机质丰度是评价烃源岩优劣的一个重要指标，丰富的有机质是油气生成的物质基础，而TOC是评价烃源岩有机质丰度的重要指标，且能够有效确定其生烃潜力[14-15]。

本次研究采用的烃源岩有机质丰度评价标准，综合了胡见义等[14]和秦建中[16]的主要研究成果，更加适用于普光地区的陆相烃源岩条件，如表1所示。烃源岩有机质丰度与成熟度、干酪根类型是密切相关的，基于对烃源岩成熟度和干酪根类型的判断，选择成熟—过成熟、Ⅱ2—Ⅲ型干酪根的TOC评价标准，并把TOC值6%作为泥岩、碳质泥岩的界限，40%作为碳质泥岩、煤岩的界限[17]。

表1 中国陆相烃源岩有机质丰度标准

普光地区钻遇须家河组烃源岩的井主要分布在普光东洼，本次研究搜集整理了普陆1井、普陆2井、回注1井、普光107-1H井和普光3011-5井的须家河组烃源岩地化数据，主力烃源岩层须三和须五段的实测TOC数据比较少，21个泥岩、碳质泥岩样品的TOC数据显示，须三段以中等烃源岩为主，须五段以中、很好烃源岩为主，且含碳质烃源岩（见图1）。

2.2 有机质类型和成熟度

有机质类型的好坏决定了其生烃潜力的高低。利用氢指数（IH）和最高热解峰温（tmax）图版可有效地划分烃源岩的有机质类型[18]。普光地区须家河组烃源岩的热解氢指数普遍较低，85个泥岩、碳质泥岩、煤岩样品的IH和tmax数据显示，绝大部分样品分布在Ⅲ型附近，有机质类型以腐泥腐殖型为主，类型较差（见图2）。

图1 须三、须五段烃源岩TOC分布

图2 须家河组烃源岩有机质类型图版

有机质成熟度是衡量烃源岩实际生烃能力的重要指标之一，只有达到一定的热演化程度才能够开始大量生烃。镜质体反射率（Ro）和tmax均能反映烃源岩的演化程度，且随着深度的增加而增大[18]。普光地区须家河组烃源岩现今的成熟度普遍较高，38个样品的Ro为1.78%～2.42%，处于高熟—过熟阶段，以产气为主。tmax-Ro交会图也显示，须家河组烃源岩均处于生气窗内，以生气为主（见图3）。

图3 须家河组烃源岩tmax-Ro交会图

3 烃源岩三维定量预测

烃源岩的三维定量预测主要借助烃源岩TOC体定量预测技术，该技术能够弥补烃源岩取心少、实测样品分布不连续的不足，利用实测TOC数据、测井资料以及三维地震资料来定量预测烃源岩的TOC，显示在三维空间上烃源岩TOC的变化特征。基于该地区有效烃源岩的TOC下限，可同时定量预测有效烃源岩的厚度在不同地质时期平面上的展布特征。

3.1 TOC体定量预测基本原理

TOC体定量预测技术主要包括2个部分的内容：一是TOC测井预测，利用测井信息和实测TOC数据绘制TOC预测曲线；二是TOC井-震联合预测，利用TOC预测曲线和地震三维数据体，建立三维的TOC数据体，刻画烃源岩TOC的三维空间展布特征（见图4）。可以说，测井预测是基础，井-震联合预测是重点。目前，测井预测技术已经相对比较成熟，井-震联合预测技术还处在发展阶段，是国际上探索的热点之一。本次研究采用的TOC体定量预测技术具有较高的前沿性、创新性及实用性，与之前的技术相比具有较大的优势（见表 2）[19-23]，同时，在勘探实践中也得到了很好的验证[24-25]。

图4 烃源岩TOC体定量预测技术流程

基本操作流程如下：

1）优选测井预测模型。测井预测模型主要是基于烃源岩TOC与自然伽马测井、密度测井、声波时差测井、电阻率测井、中子孔隙度测井等多种测井参数之间较好的响应关系，按照定量化程度以及使用方法分类，可概括为定性识别模型、模糊识别预测模型、单参数等效体积构成模型、双参数交会图半定量评价模型、ΔlgR技术（曲线叠合定量模型）、多元回归方程定量模型，总的来说，是一个从单参数到多参数、从定性到定量的发展过程[26]。针对不同研究区，需要选择最合适的测井预测模型来预测烃源岩TOC。

表2 烃源岩TOC体定量预测技术优势对比

2）建立单井预测模型。测井模型的建立极为重要，其准确度直接影响着TOC测井预测和井-震联合预测的准确度。利用实验室实测的TOC数据与优选的测井预测模型，便可建立适合研究区的单井预测模型。

3）烃源岩TOC测井预测。基于测井数据和单井预测模型，计算并绘制单井的烃源岩TOC预测曲线。

4）建立井-震响应关系。以TOC预测曲线为目标曲线，运用Strata软件提取与对应深度的TOC值相关性较好的振幅包络、绝对振幅积分、平均频率、瞬时相位、波阻抗等多种地震属性，进行递归统计分析，单属性与多属性交互验证，建立TOC与多种地震属性之间的拟合关系。

5）建立烃源岩TOC数据体。基于TOC与地震属性之间的拟合关系和三维地震数据体，计算烃源岩TOC三维数据体。通过TOC三维数据体的三维栅状图与时间切片，便可以显示不同深度和不同时间平面上的TOC变化特征。

3.2 三维定量预测

普光地区陆相可用钻井很少，本次研究选取普光东区的普陆1井、回注1井和普光107-1H井的钻井资料进行烃源岩TOC测井预测，然后进行烃源岩TOC井-震联合预测。

烃源岩 TOC 与自然伽马（GR）、声波时差（DT）、电阻率（RT）、中子孔隙度（CNL）和密度（DEN）这 5 种测井参数具有一定的相关性，且TOC与多种测井参数的拟合效果要明显优于单一测井参数的拟合[27-28]，因此，采用烃源岩TOC与5种测井参数之间的多元回归方程定量模型（见式（1）），并结合Δlg R技术来预测未知烃源岩的TOC。

式中：k1，k2，k3，k4，k5，k6分别为常数。

基于实测TOC数据和5种测井参数，可以得到普光地区须家河组烃源岩TOC的单井预测模型。

普陆1井：

回注1井：

普光107-1H井：

式中：R′为相关系数。

通过3口单井的预测模型和测井曲线，可得3口单井的烃源岩TOC预测曲线。基于TOC预测曲线获得的烃源岩TOC预测均值与实测均值对比显示，TOC测井预测的吻合度比较高：普陆1井的TOC实测均值为0.67%，预测均值为0.60%；回注1井的TOC实测均值为1.45%，预测均值为1.45%；普光107-1H井的TOC实测均值为1.24%，预测均值为1.07%。

将3口单井的TOC预测曲线、普光工区的三维地震数据及相关层位数据导入Strata软件，进行井-震标定，然后提取井道旁与烃源岩TOC相关性比较高的振幅、频率、滤波等多种属性，进行地震属性优选。本次研究提取了12种地震属性进行单属性和多属性的交互验证，发现在第10个属性时，相关性最高，误差最小（训练误差和合法性误差分别约为0.51%，0.58%），因此，选择前10种属性与烃源岩TOC的拟合关系进行井-震联合预测，拟合关系式为

式中：A1为道积分振幅；A2为振幅包络；A3为综合绝对振幅；A4为主频；A5为瞬时余弦相位；A6为瞬时频率；A7为 15～20 Hz到 25～30 Hz的滤波切片；A8为频率加权振幅；A9为相位加权振幅；A10为 25～30 Hz到 35～40 Hz的滤波切片。

基于三维地震数据体和烃源岩TOC与地震属性的拟合关系，可在Strata软件中计算出须家河组烃源岩的三维TOC数据体，通过对三维TOC数据体进行切片，可以得到一系列的TOC剖面图（见图5）。

图5 须家河组烃源岩TOC数据体剖面

整体上看：须家河组烃源岩TOC值主要分布在0.60%～1.50%，为中等烃源岩，其次为差和好的烃源岩；烃源岩TOC主要以条带状分布，且成层性特征比较明显。通过时间切片，获得了须三段和须五段的烃源岩TOC展布特征：全区以中等烃源岩为主，普光东南部、普光西北部等局部地区的TOC比较大，为好的烃源岩（见图 6）。

根据一定深度内地震层速度基本不变的原理，须家河组的有效烃源岩厚度可利用比例公式HDC/TDC=HTY/TTY计算。式中：HDC和TDC分别为须家河组的厚度和时间，可依据须家河组的界面以及时深转换公式获得；HTY和TTY分别为地层中有效烃源岩的厚度和时间，TTY可在Strata软件中计算。以计算得到的三维TOC数据体为研究对象，将TOC值0.35%作为有效烃源岩的下限值，利用软件统计各个层段时间平面上纵向TOC＞0.35%的累计样品个数，根据地震采样率，计算累计的TTY；最后，在获得HDC，TDC和TTY参数之后，进行面文件计算，得到各个层段中累计的HTY（见图7）。

图6 须家河组须三、须五段烃源岩TOC分布

图7 须家河组须三、须五段烃源岩厚度分布

整体上看：须三段HTY主要为20～30 m，在普光东部和西南部等地区大于30 m；须五段HTY主要为30～40 m，只有普光中部局部地区出现大于40 m的情况。

4 结论

1）普光地区须家河组钻井较少，采用烃源岩TOC体定量预测技术建立了三维烃源岩TOC数据体，定量预测了须三、须五段烃源岩TOC和HTY的展布特征，弥补了烃源岩取心少、实测样品分布不连续的不足，为更加准确地评价烃源岩、研究油气成藏和资源潜力奠定了良好的基础。

2）须家河组烃源岩地球物理预测显示：须家河组主要为中等烃源岩，TOC大多为0.60%～1.50%，与实测TOC数据比较吻合；烃源岩总有机碳主要以条带状分布，且成层性特征比较明显；须三段HTY主要为20～30 m，须五段HTY主要为30～40 m。

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