高 陽(yáng)

(中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院 山東東營(yíng) 257015)

0 引言

有機(jī)碳含量(TOC)是烴源巖評(píng)價(jià)和油氣資源評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，但由于測(cè)試樣品數(shù)量有限，實(shí)驗(yàn)所得有機(jī)碳在地質(zhì)剖面上往往是不連續(xù)的［1］。而且受沉積相帶、古生產(chǎn)力、古環(huán)境等因素影響，烴源巖性質(zhì)具有明顯非均質(zhì)性，烴源巖中有機(jī)質(zhì)含量變化很大［2］，只通過(guò)烴源巖厚度和平均有機(jī)碳含量的傳統(tǒng)方法評(píng)價(jià)烴源巖往往忽視了高峰度烴源巖層的貢獻(xiàn)，特別是在缺少取芯資料的地區(qū)，傳統(tǒng)地球化學(xué)方法受到嚴(yán)重制約?；趯?shí)測(cè)有機(jī)碳和巖石熱解數(shù)據(jù)，可以建立烴源巖性質(zhì)與測(cè)井信息之間的關(guān)系，進(jìn)而利用測(cè)井資料評(píng)價(jià)烴源巖有機(jī)碳含量，就可獲得縱向上連續(xù)分布的有機(jī)碳數(shù)據(jù)，為烴源巖評(píng)價(jià)提供可靠資料［3］。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都在探索利用測(cè)井資料評(píng)價(jià)烴源巖的方法。1981年，Schmoker就指出Appalachian二疊系頁(yè)巖有機(jī)碳含量與自然伽馬存在相關(guān)關(guān)系［4］，Meyer和Nederlof1984年進(jìn)一步提出可以采用電阻率、密度和聲波時(shí)差綜合評(píng)價(jià)烴源巖優(yōu)劣［5］，Muller1987年又增加了伽馬能譜評(píng)價(jià)烴源巖［6］。1988年，由EXXON/ESSO石油公司總結(jié)前人成果，提出了ΔlogR模型［7］，即將算數(shù)坐標(biāo)下的聲波時(shí)差和對(duì)數(shù)坐標(biāo)下的電阻率曲線疊合，通過(guò)確定基線位置，求取ΔlogR分布(式1)，進(jìn)而建立有機(jī)碳含量定量關(guān)系式(式2)。

式中，ΔlogR為兩條曲線間距離;R為實(shí)測(cè)電阻率，Ω·m;R基線為基線對(duì)應(yīng)電阻率，Ω·m;Δt為實(shí)測(cè)聲波時(shí)差，μs/ft;K 為疊合系數(shù)，取值0.02;Δt基線為基線對(duì)應(yīng)聲波時(shí)差。

式中，TOC為有機(jī)碳含量，%;LOM為有機(jī)質(zhì)成熟度，ΔTOC為有機(jī)碳地區(qū)校正值。

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用的烴源巖測(cè)井評(píng)價(jià)方法大都基于 ΔlogR 模型，如張志偉［8］、許曉宏［9］、湯麗娜［10］、石強(qiáng)［11］、朱光有［12］等，其中胡慧婷等 2011年通過(guò)逐步回歸法改進(jìn)ΔlogR模型，對(duì)海拉爾和松遼盆地?zé)N源巖的有機(jī)碳含量進(jìn)行評(píng)價(jià)［13］。另外，用自然伽馬能譜也能計(jì)算有機(jī)碳及巖石熱解生烴潛量［14］。

由于不同巖性烴源巖的測(cè)井響應(yīng)特征有很大差異，如炭質(zhì)泥巖和油頁(yè)巖測(cè)井響應(yīng)特征相差很大，且地下巖石情況復(fù)雜，每種測(cè)井響應(yīng)特征都是多種地質(zhì)因素疊加的結(jié)果，這就給利用測(cè)井信息評(píng)價(jià)烴源巖帶來(lái)困難。尤其在鹽湖相烴源巖評(píng)價(jià)時(shí)，由于鹽湖相烴源巖中富含的膏、鹽質(zhì)成分，使其測(cè)井響應(yīng)特征發(fā)生極大的改變，給利用測(cè)井信息評(píng)價(jià)鹽湖相烴源巖帶來(lái)很大困難。

本文提出在大量實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，首先評(píng)價(jià)鹽湖相烴源巖中膏質(zhì)和鹽質(zhì)含量，再根據(jù)烴源巖中膏、鹽質(zhì)成分多少，分類研究烴源巖有機(jī)碳與測(cè)井信息的相關(guān)關(guān)系，再建立不同巖性烴源巖的有機(jī)質(zhì)含量測(cè)井評(píng)價(jià)模型，并利用該方法對(duì)東營(yíng)凹陷沙四下亞段鹽湖相烴源巖進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表1 豐深2井不同巖性富有機(jī)質(zhì)(TOC＞2%)烴源巖測(cè)井響應(yīng)特征Table 1 Log characteristics of different types of organic rich source rocks in Well FS2

1 鹽湖相烴源巖測(cè)井評(píng)價(jià)

1.1 烴源巖測(cè)井響應(yīng)特征

鹽湖沉積物中，與石膏和鹽巖互層的純泥巖、含膏(鹽)泥巖、膏(鹽)質(zhì)泥巖都能孕育有效烴源巖，這些巖石測(cè)井響應(yīng)特征隨膏、鹽巖含量變化有很大差別。

已成熟的純泥巖自然伽馬為高值，聲波時(shí)差一般超過(guò) 70 μs/ft，體積密度介于 2.4 ～ 2.6 g/cm3，中子孔隙度高值，電阻率低且平直，通常而言，富含有機(jī)質(zhì)的泥巖與貧有機(jī)質(zhì)泥巖相比具有“四高一低”的特征，即高自然伽馬、高電阻率、高聲波時(shí)差、低密度值［15］。石膏的自然伽馬極低，聲波時(shí)差約52 μs/ft，密度約為2.3 g/cm3，中子孔隙度約50%，電阻率高值。巖鹽自然伽馬極低，聲波時(shí)差67 μs/ft，體積密度僅2.1 g/cm3，中子孔隙度接近于0，電阻率高值(圖1)。當(dāng)泥巖中含有石膏、巖鹽等成分時(shí)，自然伽馬和體積密度降低，聲波時(shí)差增大，電阻率增大，使得同樣富含有機(jī)質(zhì)的膏(鹽)質(zhì)泥巖、含膏(鹽)泥巖與純泥巖之間測(cè)井響應(yīng)特征相差極大(表1)。因此利用測(cè)井信息評(píng)價(jià)鹽湖相烴源巖必須先查清不同膏、鹽巖含量泥巖中有機(jī)碳含量與測(cè)井信息的關(guān)系。

利用東營(yíng)凹陷沙四下亞段、渤南洼陷沙四上亞段和東濮洼陷沙三段鹽湖烴源巖實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和測(cè)井信息，首先以標(biāo)準(zhǔn)層法將測(cè)井曲線標(biāo)準(zhǔn)化，然后提取了含膏(鹽)泥巖、膏(鹽)質(zhì)泥巖和純泥巖的測(cè)井響應(yīng)值。利用R型聚類分析，查明體積密度(DEN)、聲波時(shí)差(AC)、泥質(zhì)含量(ΔGR)和電阻率對(duì)數(shù)(LogRt)可以表征有機(jī)碳(TOC)變化，最后建立了含膏(鹽)泥巖、膏(鹽)質(zhì)泥巖和純泥巖有機(jī)碳含量(TOC)與測(cè)井信息之間的響應(yīng)模式(圖2)。

從圖2中可以看出，ΔGR可以有效區(qū)分巖性，純泥巖ΔGR大于0.9，含膏(鹽)泥巖ΔGR介于0.7～0.9，膏(鹽)質(zhì)泥巖ΔGR小于0.7。泥巖和含膏(鹽)泥巖的TOC與ΔGR之間沒(méi)有明顯的相關(guān)性，但膏(鹽)質(zhì)泥巖TOC與ΔGR正相關(guān)。這是由于膏巖和鹽巖具有極低的自然伽馬值，隨著巖石中膏、鹽質(zhì)成分的增加，巖石的自然伽馬值降低。對(duì)于膏(鹽)質(zhì)泥巖，隨著石膏或鹽巖含量增加(ΔGR減小)，泥巖中有機(jī)質(zhì)含量降低(TOC減小)。

聲波時(shí)差(AC)能有效地表征各類巖石有機(jī)碳變化。純泥巖和含膏(鹽)泥巖TOC與AC成正比。這兩類巖石中泥質(zhì)含量遠(yuǎn)高于膏、鹽成分，由于有機(jī)質(zhì)組分的聲波時(shí)差高，富有機(jī)質(zhì)泥巖和含膏(鹽)泥巖聲波時(shí)差較高。隨著膏、鹽成分增加，由于膏、鹽組分聲波時(shí)差遠(yuǎn)低于正常泥巖，使膏(鹽)質(zhì)泥巖的聲波時(shí)差值較低，且AC隨有機(jī)碳含量變化無(wú)明顯相關(guān)性。

由于有機(jī)質(zhì)密度低，純泥巖和含膏(鹽)泥巖有機(jī)質(zhì)含量增加使巖石體積密度降低，但膏(鹽)質(zhì)泥巖TOC與密度呈反比，這是由于膏、鹽巖密度極低，密度主要表征了泥質(zhì)含量變化，而這類巖石TOC隨泥質(zhì)含量增加而增加，即密度增加、泥質(zhì)含量增加，膏(鹽)質(zhì)泥巖的有機(jī)碳含量增加。

純泥巖和含膏(鹽)泥巖TOC與LogRt呈正比，膏(鹽)質(zhì)泥巖LogRt遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于純泥巖和含膏(鹽)泥巖，且TOC與LogRt呈反比，隨著膏、鹽等貧有機(jī)質(zhì)組分增加，巖石電阻率增大，巖石有機(jī)碳含量減少。

綜上可知，鹽湖相烴源巖測(cè)井響應(yīng)特征復(fù)雜，受烴源巖中膏、鹽質(zhì)成分含量和有機(jī)質(zhì)含量共同控制。當(dāng)巖石中的膏、鹽成分含量低時(shí)(ΔGR＞0.7)，烴源巖測(cè)井響應(yīng)特征受有機(jī)質(zhì)含量控制，TOC與聲波時(shí)差、電阻率成正比，與密度呈反比;當(dāng)巖石中的膏、鹽成分含量較高時(shí)(ΔGR≤0.7)，烴源巖測(cè)井響應(yīng)特征主要受膏、鹽成分含量控制，TOC與密度呈正比，與電阻率呈反比。

圖1 豐深1井鹽湖相不同巖性測(cè)井響應(yīng)特征Fig.1 Log characteristics of different types of rocks in salt lake of Well FS1

圖2 不同巖性TOC與 ΔGR、AC、DEN、LogRt相關(guān)關(guān)系Fig.2 Relationships between TOC and ΔGR，AC，DEN，LogRt in different rocks

1.2 建立烴源巖性質(zhì)測(cè)井評(píng)價(jià)模型

根據(jù)鹽湖相不同巖性烴源巖的測(cè)井響應(yīng)特征，首先以ΔGR區(qū)分巖性，再利用AC、LogRt和DEN來(lái)表征純泥巖和含膏(鹽)泥巖的TOC，利用DEN、LogRt和ΔGR表征膏(鹽)泥巖的TOC。根據(jù)待研究區(qū)域?qū)崪y(cè)TOC數(shù)據(jù)和測(cè)井信息，分不同巖性建立TOC的測(cè)井評(píng)價(jià)模型(式 3、4、5)，并可求得式 3、4、5 中的a1、b1等系數(shù)。

式中，TOC為有機(jī)碳含量，%;Rt為原狀地層電阻率，Ω·m;AC為實(shí)測(cè)聲波時(shí)差，μs/ft;DEN為體積密度，g/cm3;ΔGR為自然伽馬相對(duì)值(GR-GRmin)/(GRmax-GRmin)，小數(shù)。

求取TOC之后，利用巖石熱解和有機(jī)碳測(cè)試數(shù)據(jù)，建立S1+S2與TOC的相關(guān)關(guān)系，就能求得巖石的生烴潛力S1+S2。應(yīng)用該方法可以為烴源巖評(píng)價(jià)和油氣資源量評(píng)估提供大量的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。

2 模型應(yīng)用

東營(yíng)凹陷沙四下亞段是典型的鹽湖相沉積［16］，自盆地邊緣至中心依次發(fā)育有碎屑巖-碳酸鹽巖-硫酸巖組合［17］。沙四下亞段沉積后期，東營(yíng)凹陷北部形成“高山深湖”的沉積格局，湖水在重力作用下形成下部鹵水和上部咸水、微咸水的分層現(xiàn)象［2，18］，當(dāng)鹵水達(dá)到鹽類結(jié)晶濃度時(shí)便有鹽類沉積，當(dāng)氣候變化、發(fā)生風(fēng)暴、濁流或季節(jié)性洪水涌入等使湖水大規(guī)模震蕩，分層鹵水結(jié)構(gòu)就會(huì)遭到破壞，形成碎屑巖沉積［19］，灰白色膏、鹽巖與深灰色泥巖頻繁韻律互層，膏、鹽巖層單層厚度不超過(guò)25 m。由于鹽湖湖盆底層具有缺氧、強(qiáng)還原、高鹽度條件，使得有機(jī)質(zhì)得以最大程度的保存，與膏、鹽巖互層的暗色泥巖和油頁(yè)巖具有較高的有機(jī)質(zhì)豐度，是有效烴源巖［20］。

由于東營(yíng)凹陷北部沙四下亞段埋深大多超過(guò)4 000 m，鉆遇的井較少，且烴源巖取芯數(shù)量有限，不能在剖面和平面上控制烴源巖地球化學(xué)性質(zhì)變化規(guī)律，難以反映烴源巖平面和剖面非均質(zhì)性全貌。本文利用前文所述方法，首先以測(cè)井深度為準(zhǔn)，對(duì)巖心深度進(jìn)行校正，而后提取巖心的測(cè)井相應(yīng)特征，然后建立了測(cè)井信息與烴源巖實(shí)測(cè)TOC之間的關(guān)系(式6～8)將利用測(cè)井信息評(píng)價(jià)的TOC與實(shí)測(cè)TOC進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)二者吻合程度較高(表2，圖3)。

圖3 實(shí)測(cè)TOC和測(cè)井預(yù)測(cè)TOC對(duì)比Fig.3 Different between actual measurement and forecast TOC

圖4 S1+S2與TOC相關(guān)關(guān)系Fig.4 Relationships between S1+S2and TOC

利用巖石熱解數(shù)據(jù)與有機(jī)碳測(cè)試數(shù)據(jù)(表2)建立了相關(guān)關(guān)系(圖4)，見(jiàn)式9。

式中:S1+S2為巖石生烴潛力，mg/g;TOC為巖石有機(jī)碳含量，小數(shù)。

為檢驗(yàn)?zāi)Ｐ蜏?zhǔn)確性和適用性，選取研究區(qū)烴源巖發(fā)育的豐深2井進(jìn)行實(shí)測(cè)值和計(jì)算值對(duì)比，發(fā)現(xiàn)二者吻合較好，說(shuō)明筆者所建立的鹽湖相烴源巖測(cè)井評(píng)價(jià)方法是可信的(圖5)。

表2 東營(yíng)凹陷沙四下亞段烴源巖實(shí)測(cè)、預(yù)測(cè)TOC與S1+S2Table 2 Actual measurement TOC，S1，S2and forecast TOC of lower member of Es4in Dongying Depression

在測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上，利用該方法對(duì)研究區(qū)62口井沙四下亞段烴源巖進(jìn)行評(píng)價(jià)，獲取了巨量的烴源巖評(píng)價(jià)參數(shù)，對(duì)研究區(qū)沙四下亞段鹽湖相烴源巖性質(zhì)和平面展布進(jìn)行評(píng)價(jià)。以TOC＞0.5%為有效烴源巖界定標(biāo)準(zhǔn)，繪制了有效烴源巖累計(jì)厚度和有機(jī)碳均值平面等值線圖(圖6)。從圖中可以看出，東營(yíng)北帶沙四下亞段有效烴源巖北部以陳家莊斷層為界，主要分布在勝科1井、郝科1井以北，濱680、利古6以西，其中在新利深1南和豐深2～東風(fēng)8井區(qū)有效烴源巖累計(jì)厚度超過(guò)了350 m。中央隆起帶以南僅在局部(梁125～梁6井區(qū)、史130井區(qū))發(fā)育有效烴源巖，累計(jì)厚度不超過(guò)100 m(圖4左)。從有效烴源巖TOC均值等值線圖上可以看出，在利津地區(qū)(新利深1南)、勝坨地區(qū)下降盤(pán)(坨深1井區(qū))、民豐地區(qū)(豐深2～豐深6井區(qū))有效烴源巖的TOC均值超過(guò)1.8%，郝科1井區(qū)TOC均值超過(guò)1.6%，總的來(lái)看，有效烴源巖向東、向南厚度減薄、品質(zhì)變差。

3 結(jié)論

(1)受膏、鹽質(zhì)含量影響，鹽湖相烴源巖中普遍存在的純泥巖、含膏(鹽)泥巖和膏(鹽)質(zhì)泥巖的測(cè)井響應(yīng)有較大差別。利用東營(yíng)凹陷沙四下亞段、渤南洼陷沙四上亞段和東濮洼陷沙三段鹽湖烴源巖實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和測(cè)井信息建立了含膏(鹽)泥巖、膏(鹽)質(zhì)泥巖和純泥巖有機(jī)碳含量(TOC)與測(cè)井信息之間的響應(yīng)模式，發(fā)現(xiàn)自然伽馬相對(duì)值(ΔGR)可以有效區(qū)分巖性，體積密度(DEN)、聲波時(shí)差(AC)和原狀地層電阻率(LogRt)可以表征鹽湖相烴源巖有機(jī)碳含量。

(2)建立了鹽湖相烴源巖測(cè)井評(píng)價(jià)方法，即首先用ΔGR區(qū)分巖性，進(jìn)而根據(jù)實(shí)測(cè)TOC數(shù)據(jù)和DEN、AC、LogRt進(jìn)行多元回歸，建立相關(guān)關(guān)系，計(jì)算烴源巖TOC。最后利用實(shí)測(cè)TOC和巖石熱解S1+S2建立相關(guān)關(guān)系，用計(jì)算所得TOC評(píng)價(jià)巖石S1+S2。并利用該方法對(duì)東營(yíng)凹陷沙四下亞段鹽湖相烴源巖性質(zhì)和展布進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)吻合程度高，具有實(shí)用價(jià)值。

圖5 豐深2井TOC實(shí)測(cè)值與計(jì)算值比對(duì)Fig.5 Comparison between actual measurement and calculated TOC in Well FS2

圖6 有效烴源巖累計(jì)厚度(左)和TOC均值(右)等值線圖Fig.6 Effective source rocks accumulated thickness(left)and TOC mean(right)contour map

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18 朱光有，金強(qiáng)，張水昌，等.東營(yíng)凹陷湖相烴源巖TOC與Sr的正相關(guān)性及原因［J］.地學(xué)前緣，2005，12(4):551-560［Zhu Guangyou，Jin Qiang，Zhang Shuichang，et al.Positive correlation between contents of TOC and Sr in source rocks of the Palaeogene Shahejie Formation in Dongying Sag，eastern China［J］.Earth Science Frontiers，2005，12(4):551-560］

19 丁飛.東營(yíng)凹陷深層烴源巖可溶有機(jī)質(zhì)特征與沉積有機(jī)相劃分［D］.山東青島:中國(guó)海洋大學(xué)，2008［Ding Fei.Characteristics of the Soluble Organic Matter and Sedimentary Organic Facies of Deep Source Rocks in the Dongying Depression［D］.Qingdao，Shandong:Ocean University of China，2008］

20 王永詩(shī)，金強(qiáng)，朱光有，等.濟(jì)陽(yáng)坳陷沙河街組有效烴源巖特征與評(píng)價(jià)［J］.石油勘探與開(kāi)發(fā)，2003，30(3):53-55［Wang Yongshi，Jin Qiang，Zhu Guangyou，et al.Characterization of the effective source rocks in the Shahejie Formation of the Jiyang Depression［J］.Petroleum Exploration and Development，2003，30(3):53-55］