孟江輝，潘仁芳

（非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心 （長(zhǎng)江大學(xué)））長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北武漢 430100

宋換新 （非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心 （長(zhǎng)江大學(xué)），湖北 武漢 430100）

金吉能 （長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100）

非常規(guī)油氣藏和隱蔽油氣藏將是未來石油天然氣能源的重要接替者。頁(yè)巖氣作為一種非常規(guī)天然氣資源，具有資源量大，含氣面積廣、生產(chǎn)壽命長(zhǎng)、產(chǎn)量穩(wěn)定等特點(diǎn)。隨著世界能源需求量的增長(zhǎng)，頁(yè)巖氣勘探將越來越重要［1］。頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)成熟度是評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣資源潛力的重要參數(shù)，高產(chǎn)且經(jīng)濟(jì)效益好的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層往往具有適中的熱演化程度［2］。鏡質(zhì)體反射率 （Ro）是目前常用且最有效評(píng)價(jià)有機(jī)質(zhì)成熟度的指標(biāo)，在盆地分析、油氣資源預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)、煤質(zhì)預(yù)測(cè)等方面應(yīng)用廣泛。

由于頁(yè)巖層在以往勘探開發(fā)中不作為目的層，相應(yīng)的實(shí)測(cè)Ro數(shù)據(jù)有限，并且Ro的測(cè)定費(fèi)用高、周期長(zhǎng)、測(cè)定結(jié)果受儀器和人為因素影響較大。因此，筆者試圖通過測(cè)井資料預(yù)測(cè)頁(yè)巖Ro值，為頁(yè)巖氣的勘探降低成本、縮短周期。

1 方法基礎(chǔ)

部分學(xué)者早在20世紀(jì)70、80年代就注意到有機(jī)質(zhì)成熟度在測(cè)井響應(yīng)上有間接反映［3］。郭永華等［4］最先提出有機(jī)質(zhì)成熟度的電阻率測(cè)井解釋方法，指出24℃下的地層電阻率 （ρ）與Ro之間存在良好的雙對(duì)數(shù)線性關(guān)系。而現(xiàn)今，利用聲波時(shí)差 （Δt）來解釋有機(jī)質(zhì)成熟度被廣泛應(yīng)用。Lang［5］認(rèn)為隨著埋深的增加，烴源巖有機(jī)質(zhì)熱演化史與壓實(shí)作用和成巖作用過程關(guān)系密切，而頁(yè)巖的壓實(shí)程度和成巖狀況可以通過Δt來表征。劉震和武耀輝［6］的研究進(jìn)一步證實(shí)了該觀點(diǎn)，在同一地質(zhì)剖面中，有機(jī)質(zhì)成熟度隨著埋深的增加而增大，頁(yè)巖Δt隨著埋深的增加而減小，兩者之間存在著必然的相關(guān)關(guān)系。Lang［5］通過大量數(shù)據(jù)研究表明，在頁(yè)巖的正常壓實(shí)帶，實(shí)測(cè)Ro與Δt之間存在較好的對(duì)數(shù)關(guān)系。Mallick和Raju［7］在Lang研究基礎(chǔ)上對(duì)Ro和Δt的相關(guān)性做了深入研究，發(fā)現(xiàn)印度Assam盆地的Ro和Δt之間不是對(duì)數(shù)關(guān)系，而是較理想的反線性關(guān)系。McTavish和Jersey［8］認(rèn)為頁(yè)巖組分 （碳酸鹽或黏土礦物含量）的差異可能會(huì)導(dǎo)致Δt的變化，因此將北海盆地古生界頁(yè)巖劃分為碳質(zhì)頁(yè)巖和泥質(zhì)頁(yè)巖，分別研究其Ro和Δt的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明，碳質(zhì)頁(yè)巖Ro和Δt的相關(guān)關(guān)系與Mallick和Raju的研究結(jié)果一致，表現(xiàn)為良好的反線性關(guān)系：Ro＝3.68－0.036Δt，相關(guān)系數(shù)高達(dá)－0.948 （圖1 （a）），而泥質(zhì)頁(yè)巖Ro和 Δt同樣為反線性關(guān)系：Ro＝2.73－0.018Δt，相關(guān)系數(shù)為－0.956 （圖1 （b））。

值得注意的是，盡管某些地區(qū)的頁(yè)巖Ro和Δt的相關(guān)系數(shù)非常好，但并無普遍應(yīng)用的價(jià)值，無法以相同的準(zhǔn)確度在全球通用［5～8］。由于不同地區(qū)頁(yè)巖的礦物組成不同，在使用Δt預(yù)測(cè)Ro時(shí)，需對(duì)逐個(gè)盆地或盆地內(nèi)的不同構(gòu)造帶進(jìn)行相關(guān)系數(shù)的調(diào)整。

圖1 北海盆地古生界頁(yè)巖Ro與Δt關(guān)系圖

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 松遼盆地古龍凹陷青山口組

松遼盆地古龍凹陷位于該盆地北部中央坳陷區(qū)的西部，是一個(gè)長(zhǎng)期發(fā)育的繼承性凹陷，該凹陷的下白堊統(tǒng)發(fā)育泉頭組 （K2qt）、青山口組 （K2qs）、姚家組 （K2yj）和嫩江組 （K2nj）。K2qs沉積時(shí)期是古龍凹陷水體最深、分布面積最廣的時(shí)期之一，沉積了大套暗色泥頁(yè)巖，被認(rèn)為是頁(yè)巖氣成藏最有利的層段。筆者在古龍凹陷收集了英15井和英31井2口井的23個(gè)K2qs泥質(zhì)頁(yè)巖樣品實(shí)測(cè)Ro數(shù)據(jù)，與其對(duì)應(yīng)深度的Δt做交會(huì)圖（圖2），發(fā)現(xiàn)K2qs泥質(zhì)頁(yè)巖Ro與Δt具有較好的反線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為－0.844。Ro與Δt的關(guān)系式為：

依據(jù)式 （1）計(jì)算了英16井泥質(zhì)頁(yè)巖的Ro（圖3）。從圖3可以看出，該井泥質(zhì)頁(yè)巖Ro計(jì)算值與實(shí)測(cè)值符合度較高，絕對(duì)誤差不超過0.07%，相對(duì)誤差不超過7% （表1），說明利用該方法計(jì)算Ro是有效的，Δt可以用于確定頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)成熟度。根據(jù)研究區(qū)的Ro預(yù)測(cè)模型，計(jì)算出英13井、英53井、英80井、古11井、古682井等的K2qs頁(yè)巖Ro分布于0.75%～1.57%，處于成熟－高成熟的熱演化階段，展示了較好的頁(yè)巖氣資源潛力。

圖2 松遼盆地古龍凹陷K2qs泥質(zhì)頁(yè)巖Ro與Δt關(guān)系圖

圖3 古龍凹陷英16井K2qs泥質(zhì)頁(yè)巖Δt計(jì)算Ro值與實(shí)測(cè)Ro值對(duì)比圖

表1 古龍凹陷英16井K2qs泥質(zhì)頁(yè)巖Ro，c與Ro，a誤差分析表

2.2 東營(yíng)凹陷沙四下亞段

圖4 東營(yíng)凹陷萊64井Es L4泥質(zhì)頁(yè)巖Ro與Δt關(guān)系圖

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，式 （2）和式 （1）的斜率和截距均差別較大，說明即使巖性相同，不同盆地、不同凹陷內(nèi)的頁(yè)巖Ro與Δt相關(guān)關(guān)系也不盡相同。依據(jù)式 （2）計(jì)算了東營(yíng)凹陷東風(fēng)5井、牛5井等多口井E泥質(zhì)頁(yè)巖的Ro值，與實(shí)測(cè)Ro值進(jìn)行誤差分析，發(fā)現(xiàn)兩者之間符合度較高，多數(shù)樣品的絕對(duì)誤差低于0.08%，相對(duì)誤差低于10% （表2）。根據(jù)該Ro預(yù)測(cè)模型，計(jì)算了整個(gè)東營(yíng)凹陷E泥質(zhì)頁(yè)巖Ro值，分布于0.21%～0.83%，平均值為0.49%，說明該區(qū)頁(yè)巖成熟度相對(duì)較低，頁(yè)巖氣資源潛力有限。

表2 東營(yíng)凹陷Es L4泥質(zhì)頁(yè)巖Ro，c與Ro，a誤差分析表

3 結(jié)論

1）Δt是定量確定頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)成熟度的有效指標(biāo)，Ro與Δt之間存在較理想的反線性關(guān)系。

2）頁(yè)巖組分的差異可能會(huì)導(dǎo)致Δt的變化，利用Δt預(yù)測(cè)頁(yè)巖Ro之前首先要進(jìn)行巖性劃分。

2）不同地區(qū)的頁(yè)巖組分不同，導(dǎo)致與Ro相關(guān)的Δt變化較大，因此不存在一個(gè)全球通用的相關(guān)系數(shù)。在使用Δt預(yù)測(cè)Ro時(shí)，需要對(duì)逐個(gè)盆地或盆地內(nèi)的不同構(gòu)造帶進(jìn)行相關(guān)系數(shù)的調(diào)整。

4））在凹陷范圍內(nèi)和巖性劃分的基礎(chǔ)上，Δt對(duì)頁(yè)巖成熟度的預(yù)測(cè)是有效的，通過該方法可以準(zhǔn)確、快捷地預(yù)測(cè)出區(qū)域內(nèi)無實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)井的頁(yè)巖Ro。

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