改进的ΔlgR法在沙南凹陷烃源岩总有机碳质量分数研究中的应用

王 波，杨海风，王粤川，刘庆顺，涂 翔

1中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津

2中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津

1. 研究区概况

沙南凹陷位于渤海西部海域，呈东北-南西向展布，面积约2000 km2。东与渤中凹陷相接，东南隔埕北凹陷与黄河口凹陷相望，西邻歧口凹陷，南为埕子口凸起和埕北低凸起，北靠沙垒田凸起[1][2](图1)。截至目前，该区已累计钻探井20余口，已基本揭示可能发育始新统沙河街组三段(Es3)、渐新统沙河街组一段(Es1)、二段(Es2)和东营组三段(Ed3)等多套烃源岩，但尚未获商业油气发现，是渤海海域油气发现程度最低的一个凹陷，其生排烃能力长期备受质疑[3]。

2. 试验井选择及方法原理

2.1. 试验井选择

优选CFD23井进行对比研究，主要原因在于该井实测数据较为丰富，共有110个实测总有机碳数据，便于测井计算资料的拟合与验证。并且，从该井烃源岩的成熟度热演化特征来看，从Ed3到Es3烃源岩整体处于较低成熟阶段(镜质体反射率为0.41%～0.58%)，有效避免了有机质成熟度对测井曲线的影响[5]。

Figure 1. The structural position of Shanan Sag (from Reference [4])图1. 沙南凹陷区域构造位置图(据文献[4])

2.2. 方法原理及应用流程

ΔlgR法计算烃源岩总有机碳质量分数(w(TOC))的基本原理就是：采用相对刻度使每2个对数电阻率曲线叠合在声波时差值为100 μs/ft或328 μs/m的曲线上(1个电阻率单位的比率为50 μs/ft或164 μs/m)，2条曲线的幅度差越大表明有机质丰度越高[5][6][7][8][9]。

基于Passey公式提出了计算泥岩地层中烃源岩w(TOC)的公式：

式中：A为拟合回归的相关系数；R为地层电阻率，Ω∙m；Rbase为基线处地层电阻率的平均值，Ω∙m；a为依赖于每一个电阻率刻度与-50 μs/ft比值；Δt为声波时差，μs/ft；Δtbase为基线处声波时差的平均值，μs/ft；B为w(TOC)背景值，为该地区的经验值，%。

对CFD23井烃源岩具体评价可分为以下4个步骤。

1) 选取基线，采用相对刻度使每2个对数电阻率曲线叠合在100 μs/ft声波时差曲线上，2条曲线重叠的刻度确定为非烃源岩的基线，声波时差为51.37 μs/ft，电阻率为2.013 Ω∙m。ΔlgR=lg(R/1.14) +a(Δt-51.37)。

2) 根据实测w(TOC)与ΔlgR的线性关系，通过公式w(TOC)a=AΔlgR+B，得出参数A为3.922，B为-0.86，即计算烃源岩w(TOC)的经验公式可表征为：w(TOC)c=3.92ΔlgR- 0.86。

3) 对相同深度87个w(TOC)a与w(TOC)c数据进行相关性分析，w(TOC)a＝ 0.979w(TOC)c+ 0.27，相关性达到0.8391，具有较高的置信度(图2)。

Figure 2. The correlation of w(TOC)a and w(TOC)c of Well CFD23 in Shanan Sag图2. 沙南凹陷CFD23井w(TOC)a与w(TOC)c的相关性

4) 鉴于沉积环境的多变性，为精细客观评价不同丰度烃源岩的生排烃潜力，在计算过程中分别对Ed3、Es1、Es2和Es3进行分析评价，并按照0.5% ≤w(TOC) ＜ 1.0%、1.0% ≤w(TOC) ＜ 2.0%、2.0% ≤w(TOC)＜ 3.0%、3.0% ≤w(TOC) ＜ 4.0%、w(TOC) ≥ 4.0%共5个范围域段分别统计烃源岩厚度。

3. 结果讨论

计算结果表明，CFD23井Es3、Es2、Es1和Ed3均发育有效烃源岩，累计有效烃源岩厚度可达528 m，且Es3和Ed3有效烃源岩厚度较大，分别达到212 m和213 m (表1)。并且从有效烃源岩厚度与地层厚度的相对关系来看，Ed3更占优势，有效烃源岩发育厚度占到地层厚度的83.5%，而传统认为的主力烃源岩Es3有效烃源岩发育厚度占到地层厚度的74.9%。但二者相比，Es3优质烃源岩的发育更占优势，Es3烃源岩中w(TOC) ≥ 3%的优质烃源岩厚度达到了171 m，占其烃源岩发育厚度的80.7%，而Ed3仅为6 m，仅占其烃源岩发育厚度的2.8%。Es1有效烃源岩厚度仅为62 m，但是从其有效烃源岩厚度与地层厚度的相对关系来看，与Ed3有效烃源岩的发育水平相当，占其地层厚度的81.6%，并且发育的烃源岩中w(TOC)≥ 3%的优质烃源岩占69%。Es2有效烃源岩厚度最薄，仅为41 m，占其地层厚度的71.9%，其中w(TOC)≥ 3%的优质烃源岩厚度为16 m，占有效烃源岩厚度的39%。

Table 1. The thickness distribution of effective source rocks of Well CFD23 in Shanan Sag表1. 沙南凹陷CFD23井有效烃源岩厚度分布表

而从有机碳的垂向分布特征来看，不同层段的内部和不同层段之间烃源岩的发育质量仍有较大的差异性(图3)。Es1相对有机质较为富集，w(TOC)均大于2%，最高可接近10%，反映该时期应为有机质集中渤发期，且Es1沉积时期的咸化还原水体环境利于有机质后期保存[10][11]和优质烃源岩的密集发育。Es3烃源岩整体有机质丰度较高，绝大部分烃源岩w(TOC)大于2%，其中，Es3沉积中、早期水体环境与Es3沉积晚期均有较明显的差异，表现为明显的高有机质丰度，烃源岩w(TOC)大多在4%以上，最高可达10%。Es2烃源岩w(TOC)基本大于2%，但Es2沉积晚期发育的烃源岩有机质丰度明显低于沉积早期形成的烃源岩，这可能与沉积末期研究区接收广泛的辫状河三角洲沉积砂体密切相关[10][11]，相对丰富的陆相碎屑的输入影响了烃源岩的发育与保存。Ed3烃源岩有机质丰度相对偏低，w(TOC)多小于3%，烃源岩内部有机质差异性较大，Ed3下部烃源岩较好，w(TOC)多在2%～3%之间，上部烃源岩较差有机质丰度低，w(TOC)多小于1%，可能与Ed3沉积时期水体环境逐渐由偏咸水环境逐渐过渡到淡水环境相关。

4. 结论

1) 在对ΔlgR法进行改进的基础上，建立了沙南凹陷烃源岩w(TOC)c预测方程，与实测w(TOC)a的相关性达到0.8391，具有较高的可信度。

2) 沙南凹陷发育Es3、Es2、Es1和Ed3共4套有效烃源岩，且厚度大，有效烃源岩累计厚度可超过500 m。

Figure 3. The complex histogram of successive w(TOC) of Well CFD23 in Shanan Sag图3. 沙南凹陷CFD23井连续地层w(TOC)综合图

3) Es3中、早期和Es1沉积时期为优质烃源岩的集中发育期，烃源岩w(TOC)均在2%以上，最高可达10%，将对研究区烃类的生成起到重要作用。