地球物理方法在哈日凹陷烃源岩预测和评价中的应用

陈治军，任来义，刘护创，高怡文，王宝江

(陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西西安 710075)



地球物理方法在哈日凹陷烃源岩预测和评价中的应用

陈治军，任来义，刘护创，高怡文，王宝江

(陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西西安 710075)

对于钻井少、取心有限、分析化验资料缺乏的低勘探程度区域，烃源岩预测和评价的工作往往无法开展。尝试运用地球物理方法对银额盆地哈日凹陷进行烃源岩预测和评价，应用效果表明：地震方法预测的有效烃源岩厚度与钻井资料进行对比，HC1井银根组和苏红图组的相对误差分别仅为6.4%和5.6%；结合哈日凹陷实际情况，对前人测井评价烃源岩TOC值的计算模型进行修订，计算的烃源岩TOC值与实测值之间吻合度较高；利用地球物理方法对烃源岩进行预测和定量评价是十分可行和有效的。

银额盆地；哈日凹陷；烃源岩；测井评价；地震预测

针对勘探程度低的区域，预测烃源岩的分布和评价烃源岩地球化学特征，进而寻找有效烃源岩的分布区域，对于勘探方向的选择和加快油气富集区带的发现有着重要的意义[1]。前人研究成果表明，利用地震资料可以追踪烃源岩的空间展布，预测无钻井区域的烃源岩分布[2-7]；利用声波时差、电阻率等信息可以建立测井计算模型公式，计算出烃源岩的TOC值，对烃源岩进行定量评价[7-11]。本研究以银根-额济纳旗盆地(以下简称银额盆地)哈日凹陷为例，运用地震手段对该区有效烃源岩进行预测，运用测井手段对烃源岩地球化学特征进行评价。研究结果表明，通过地球物理手段对烃源岩进行预测和定量评价十分可行和有效。该方法克服了常规方法在低勘探程度区域由于钻井少、取心有限、分析化验资料缺乏而无法开展烃源岩预测和评价的缺陷，为此类研究提供了依据。

1 研究区烃源岩概况

银额盆地是在前寒武纪结晶地块和古生代褶皱基底基础上发育起来的中新生代沉积盆地，是中国西北地区勘探程度较低的一个大型沉积盆地[12]，哈日凹陷位于银额盆地北部，是苏红图坳陷西部的一个次级构造单元，呈近南北向展布，面积约为1 500 km2(图1)。钻井揭示，研究区地层自下而上为石炭系-二叠系、白垩系、第三系和第四系。其中石炭系-二叠系多为变质岩和火成岩，沉积岩分布有限；主要目的层段包含下白垩统的巴音戈壁组、苏红图组、银根组和上白垩统的乌兰苏海组。研究区潜在烃源岩主要分布在下白垩统的巴音戈壁组、苏红图组和银根组，烃源岩岩性主要为半深湖-深湖相的灰色、深灰色白云质泥岩和灰质泥岩，其次为白云岩、泥质灰岩和凝灰岩。

目前，哈日凹陷仅有3口钻井，勘探程度低，用于烃源岩评价的资料非常有限，导致有效烃源岩预测和评价非常困难。但是，研究区有覆盖全区的4 km×4 km的二维地震和3口井的测井地球物理资料。同时，研究区烃源岩厚度较大、分布范围相对较广，烃源岩在地震资料上反射特征明显，TOC与测井相关性良好。这些为该区运用地球物理方法进行烃源岩研究提供了有利条件。

2 有效烃源岩的地震识别及预测

有效烃源岩是指既有油气生成又有油气排出的岩石[13-18]。前人利用地震资料进行烃源岩识别和厚度预测的方法主要有地震反射特征分析法[1,4-5]、层序及体系域分析法[3-4,6,19]、地震速度岩性分析法[1,3]、地震属性法[1,3,20-21]、地震反演法[22]等。由于各地区地质条件的差异，地震资料品质有别，不同方法预测结果差别很大。因此，在实际应用中，研究者需要结合目的区的资料和地质情况采取适合该区的方法。

图1 银额盆地哈日凹陷构造位置

2.1 地震反射特征分析法

地震反射特征分析法是以地震相和沉积相模式为指导，在深入分析地震反射特征基础上，对比借鉴邻区地震反射结构的对应关系，或者利用该区钻井的岩性资料进行标定，确定其有利生烃相的地震反射特征，开展烃源岩识别和预测[4，8-11，14]。

湖相泥岩最显著的地震反射特征应为低频、连续(或弱连续)、强振幅、平行-亚平行反射结构。低频、高连续、强振幅反映的是一个密集反射段，一般为富含有机质的泥岩类沉积物地震反射。平行-亚平行反射结构主要为深水环境中以水平沉积为主的湖相地层反射特征[1，5]。从地震剖面可以看出，哈日凹陷银根组的有效烃源岩表现出低频、高连续、强振幅、平行反射结构，非常容易识别和追踪(图2)。HC1井的钻井资料表明，这套烃源岩岩性主要为深灰色白云质泥岩，TOC平均值为4.32%，有机质类型为Ⅰ-Ⅱ1型，综合评价该套烃源岩为好-极好的低成熟烃源岩。

图2 哈日凹陷YG14-199测线有效烃源岩反射特征

在获得银根组有效烃源岩地震反射特征基础上，通过地震剖面追踪，获取有效烃源岩在各条地震剖面上的展布数据。结合地震相研究，绘制出了哈日凹陷银根组的有效烃源岩厚度等值线图(图3a)。银根组有效烃源岩厚度在凹陷呈现中心厚、周围薄的展布特征，展布特征与湖盆的沉积特点相吻合(图3a)。将HC1井银根组预测结果与钻井资料进行对照，地震预测有效烃源岩厚度为73 m，钻井分析有效烃源岩厚度为78 m，相对误差仅为6.4%。结果说明通过地震反射特征分析法预测的有效烃源岩厚度是准确的，预测精度可为盆地勘探初期的勘探部署提供较为准确的信息。

图3 哈日凹陷有效烃源岩厚度等值线

2.2 地震反演法

HC1井钻井资料揭示哈日凹陷苏红图组岩性组合极为复杂，整体上以湖相泥岩为主，同时发育大套玄武岩、英安岩等火成岩。火成岩与湖相泥岩有着相似的低频、强振幅地震反射特征。地震反射同相轴代表了不同岩性的地层界面，即沉积界面[23]。在大套烃源岩层内部可能是弱反射特征，如HC1井苏红图组钻井标定的有效烃源岩段在地震剖面上为弱反射特征(图2)。这种情况下，无法利用地震反射特征分析法来识别和预测有效烃源岩。本研究运用地震反演法预测苏红图组有效烃源岩。

首先分析研究区井的振幅谱，拟合一条直线来代表“理想”输出阻抗谱。然后利用井旁一组地震道，求取平均地震谱。根据以上两个频谱，求取褶积因子谱，可将地震谱形状在地震频带内转换为阻抗谱。将获得的振幅谱做负90°相移就生成了颜色反演褶积因子，然后将它与所有地震道褶积就得到了阻抗。这种反演方法适用于勘探初期井位稀少的工区，除了定义整体阻抗趋势外，反演结果与初始模型基本无关，忠实于地震反射记录。

通过研究，颜色反演方法适用于该研究区，图4为颜色反演后的YG14-199波阻抗剖面，苏红图组有效烃源岩波阻抗范围大致分布为10 000～13 200 g/cm3·m/s，颜色基本为绿色。对HC1井苏红图组有效烃源岩段进行平面追踪和波阻抗抽提，获得哈日凹陷苏红图组有效烃源岩厚度等值线图(图3b)。有效烃源岩在凹陷大面积分布，最大厚度达600 m以上，平面上呈现中心厚、周围薄的展布特征(图3b)。对比预测结果与钻井资料发现，HC1井预测有效烃源岩厚度为510 m，钻井分析有效烃源岩厚度为483 m，相对误差仅为5.6%，说明通过地震反演法预测的有效烃源岩厚度是准确的。

3 烃源岩有机质丰度的测井评价

3.1 测井资料对烃源岩的响应特征

烃源岩TOC值一般采用常规岩心样品分析确定。但是此方法受钻井取心和实验分析费用的限制，对每口井均做大量系统的分析化验进而获得连续的TOC值是不现实的。同时，这种常以有限的样品取其平均值来代表整套烃源岩的研究方法显得有些不妥，计算出来的资源量往往不准，在资源评价时计算出来的资源量误差较大，所得出的结论可能会误导勘探决策[24]。

图4 YG14-199测线反演波阻抗剖面

测井资料蕴含着丰富的地质信息，其深度的准确性、资料的连续性以及纵向分辨率的精确性是其它资料无法比拟的[25-28]。测井资料用来评价烃源岩的理论依据是烃源岩含有大量的有机物质，使其具有不同于其他岩石特征的地球物理属性。假设烃源岩由岩石骨架、 固体有机质和充填孔隙的流体3部分组成，而非烃源岩仅由岩石骨架和充填孔隙的流体组成，成熟烃源岩则由岩石骨架、固体有机质和充填孔隙的流体(水和生成的烃类)组成。测井曲线对这3种情况表现的不同响应是利用测井曲线识别和评价烃源岩的基础[2]。HC1井声波时差(AC)与TOC值正相关性明显，电阻(ILD)与TOC的相关性良好。表明声波和电阻率等测井曲线对地层中有机质的丰度具有一定的响应特征，用测井资料进行烃源岩评价是可行的。

3.2 烃源岩测井资料评价方法及应用

利用测井资料计算烃源岩有机碳质量分数最广泛和成功的方法是ΔlgR技术。这种方法是1990年由Passey等提出，可以用于碳酸盐岩和碎屑岩烃源岩的测井评价方法，能够计算出不同成熟度条件下的有机碳含量值。该方法模型是将声波测井曲线和电阻率曲线进行重叠，声波时差采用算术坐标，电阻率曲线采用算术对数坐标，当两条曲线在一定深度内“一致”时为基线。基线确定后，则两条曲线的间距在对数电阻率坐标上的读数，即为△lgR。在不同的地区利用这种方法计算TOC，需要对系数进行修订；同时，在同一地区，由于岩性组合、测井数据的误差等，需要分层位确定基线值[2，11-13]。

根据声波、电阻率叠加计算△lgR方程为：

ΔlgR= lg(R/R基线)+0.065 6(Δt-Δt基线)

(1)

式中：R——计算点的电阻率值，Ω·m；Δt——计算点的声波时差值，s/m；R基线和Δt基线分别为基线的电阻率值和声波时差值。

ΔlgR计算TOC的定量关系式：

TOC=10(2.297-0.168 8Ro)ΔlgR

(2)

Ro为烃源岩的镜质体反射率。为了建立一个适合哈日凹陷的计算模型，将公式(2)修改为下式：

TOC=K×ΔlgR

(3)

将公式(1)代入公式(3)得到如下公式：

TOC=K×[lg(R/R基线)+0.065 6×(Δt-Δt基线)]

(4)

TOC主要由Lg(R/R基线)和(Δt-Δt基线)两个参数决定，将上式可转化为：

TOC=a×lg(R/R基线)+b×(Δt-Δt基线)+c

(5)

上式中的系数a、b、c应用最小二乘法拟合获得，利用HC1井资料，对公式(5)进行修订，得到公式(6)：

TOC=0.719 7-0.793 2×lg(R/R基线)-

0.018 6×(Δt-Δt基线)

(6)

3.3 应用效果分析

利用公式(6)对HC1井进行单井烃源岩测井评价。评价结果可以看出，计算所得的TOC值与实测TOC值相关系数可达0.923，相关性强(图5)。从图6也可以看出，测井评价结果和化验分析结果基本一致，说明本次测井资料评价烃源岩的方法能较准确评价烃源岩有机质丰度，建立的计算模型是正确的，可用于哈日凹陷其它井的烃源岩评价。

该模型在哈日凹陷其他井(H1井和S1井)应用效果也较好，由此可以绘制TOC平面等值线图(图7)。湖盆中心烃源岩有机质丰度高，向周缘方向烃源岩有机质丰度有所降低。这与湖盆的沉积特点有关：湖盆中心水生生物多，陆源有机质输送多(在湖盆规模小的情况下)，加上强还原环境更有利于有机质保存；湖盆边缘由于氧化作用，有机质保存条件差，烃源岩有机质丰度低。

图5 HC1井测井计算TOC值与实测TOC值的相关性

图6 HC1井测井计算TOC值与实测TOC值的比较

图7 哈日凹陷银根组烃源岩TOC等值线

4 结论

对于勘探程度低的区域，由于钻井少、取心有限、分析化验资料缺乏等，往往无法开展烃源岩预测和评价工作。然而利用地震资料可以追踪烃源岩的空间展布，预测无钻井区域的烃源岩分布。利用声波时差、电阻率等信息可以建立测井计算模型公式计算出烃源岩的TOC值，对烃源岩进行评价。银额盆地哈日凹陷应用效果表明：地震方法预测的有效烃源岩厚度与钻井资料进行对比，HC1井银根组和苏红图组的相对误差分别为6.4%和5.6%，说明预测的有效烃源岩厚度是准确的。结合哈日凹陷实际情况，对前人测井评价烃源岩TOC值的计算模型进行修订，计算的烃源岩TOC值与实测值之间吻合度较高，说明建立的测井计算方法和计算公式是正确可靠的。本研究说明这种利用地球物理方法对烃源岩进行预测、对烃源岩进行定量评价是十分可行和有效的，对于低勘探程度区域开展类似研究具有借鉴作用。

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编辑：赵川喜

1673-8217(2016)06-0030-06

2016-05-05

陈治军，高级工程师，1980年生，2009年获中国石油大学(北京)岩石学、矿物学、矿床学专业硕士学位，现从事石油天然气勘探研究工作。

陕西延长石油(集团)有限责任公司科技攻关项目(ycsy2015ky-A-06) 。

TE112.113

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