馮 朗， 徐 娟

(1.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710065; 2.西安石油大學(xué)電子工程學(xué)院，西安 710065)

0 引言

齊家地區(qū)在構(gòu)造上處于松遼盆地北部的中央凹陷區(qū)，包括齊家—古龍凹陷，龍虎泡—大安階地(圖1)。研究區(qū)具有薩爾圖、葡萄花、高臺(tái)子、扶余以及楊大城子5個(gè)含油層系，中新世沉積了白堊系、古近系、新近系、第四系。近年來(lái)在齊家地區(qū)高臺(tái)子的高三、高四油層組中發(fā)現(xiàn)了資源潛力巨大的致密油[1-2]。

松遼盆地青山口組一段巖性以泥巖為主，發(fā)育多層優(yōu)質(zhì)油頁(yè)巖。青山口組一段底部主要為灰色粗砂巖、中砂巖，灰綠色細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，為典型水動(dòng)力較強(qiáng)環(huán)境下的水進(jìn)沉積；其上有灰綠色泥巖、綠色粉砂巖沉積，主要為淺湖沉積；再往上砂巖含量繼續(xù)減少，泥巖顏色逐漸變深，逐漸過(guò)渡為深灰色泥巖，并且發(fā)育有數(shù)層油頁(yè)巖，主要為穩(wěn)定分布的半深湖—深湖油頁(yè)巖沉積；再往上泥巖顏色又開始變淺，砂巖含量逐漸增多，粒度增大，沉積相又轉(zhuǎn)為淺湖沉積，整體上揭示出水體由淺變深再變淺的規(guī)律[3]。

1 測(cè)井響應(yīng)特征

齊家地區(qū)烴源巖主要為泥巖、頁(yè)巖類烴源巖，泥巖、頁(yè)巖在測(cè)井曲線上表現(xiàn)為“五高一低”，即高中子、高聲波時(shí)差、高電阻率、高自然伽馬、高含鈾量、低密度，而且有機(jī)質(zhì)含量高的層段自然伽馬值相對(duì)于一般泥巖較高(表1、表2)[4-5]。

2 計(jì)算原理

目前對(duì)于有機(jī)質(zhì)豐度的測(cè)井評(píng)價(jià)方法主要基于Passey等所提出的ΔlgR法，其是對(duì)聲波時(shí)差和電阻率曲線進(jìn)行疊合，在疊合過(guò)程中，電阻率使用對(duì)數(shù)坐標(biāo)，聲波時(shí)差使用算術(shù)坐標(biāo)(反標(biāo))，移動(dòng)一條使兩條曲線在一定深度處相互疊合，將疊合處設(shè)為基線，兩條曲線移動(dòng)的幅度差即為ΔlgR，其可反映地層中TOC含量的變化[6]。

表1 主要巖石測(cè)井特征

成熟烴源巖通常具有高異常的電阻率，一般認(rèn)為與空隙中生成的烴類流體有關(guān)；而聲波在有機(jī)質(zhì)中的傳播速率小，因此，在有機(jī)質(zhì)豐度高的泥巖，其聲波時(shí)差響應(yīng)值大。與泥巖的測(cè)井電阻率不同，泥巖的聲波時(shí)差主要反映固態(tài)有機(jī)碳(干酪根)，在測(cè)井上表現(xiàn)為較低的聲波響應(yīng)。因此，對(duì)同一套烴源巖，可通過(guò)聲波時(shí)差與電阻率曲線疊合的方法來(lái)定量評(píng)價(jià)有機(jī)質(zhì)豐度。

ΔlgR計(jì)算方程為

(1)

式中，R為測(cè)井儀器實(shí)測(cè)電阻率，一般選用RLLD深側(cè)向測(cè)井(Ω·m)；Δt為實(shí)測(cè)聲波時(shí)差(μs/m)；R基線為所選基線處對(duì)應(yīng)于Δt基線值的電阻率(Ω·m)。

TOC與ΔlgR的經(jīng)驗(yàn)方程如下：

TOCr=ΔlgR×-0.944Ro+1.537 4+ΔTOC

(2)

式中TOCr表示經(jīng)ΔlgR法得出的TOC理論值。

泥巖中或多或少都會(huì)有一些有機(jī)質(zhì)，所以自然界中的泥巖TOC不可能達(dá)到0，所以上述公式還應(yīng)加上區(qū)域背景值ΔTOC，即

TOCr=ΔlgR×-0.944Ro+1.537 4+ΔTOC

(3)

加上ΔTOC之后，使得該計(jì)算模型可在實(shí)際應(yīng)用中更符合各不同地區(qū)、不同區(qū)域背景下的有機(jī)質(zhì)分布情況。

3 方法改進(jìn)

ΔlgR法在實(shí)際操作中，該方法需要各點(diǎn)的成熟度，這個(gè)很難操作。而且由于缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，人工疊合聲波時(shí)差與電阻率曲線的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一些不可避免的誤差。為提高該方法在松遼盆地的適用性，對(duì)此進(jìn)行一些改進(jìn)[7]。

由于ΔlgR與TOC呈線性關(guān)系，設(shè)

TOCr=aΔlgR+ΔTOC

(4)

式中a為關(guān)系參數(shù)。

ΔlgR法在預(yù)測(cè)泥巖TOCr過(guò)程中關(guān)鍵在于確定非烴源巖泥質(zhì)巖的基線值。將公式(1)改為

(5)

其中

ΔlgR′=lgR+0.02Δt

(6)

這樣，ΔlgR基線值與非基線值具有同樣的表達(dá)式，在此基礎(chǔ)上對(duì)于基線值的確定經(jīng)過(guò)改進(jìn)可以虛擬一套泥巖，根據(jù)已有數(shù)據(jù)中Rlld電阻率的以10為底的對(duì)數(shù)值lgR和聲波時(shí)差Δt以斜率為0.02進(jìn)行線性擬合。顯然，以0.02為斜率的擬合趨勢(shì)線平移到數(shù)據(jù)最低點(diǎn)處時(shí)直線的y軸截距即為基線的ΔlgR′，即ΔlgR′基線，這樣做的優(yōu)點(diǎn)在于跳過(guò)了人工疊置曲線的過(guò)程，降低了由于人工疊置而造成的誤差。

由圖2平移后的趨勢(shì)線的截距，可確定ΔlgR′基線的值為2.34，根據(jù)松遼盆地北部非烴源巖TOC背景值在0.2%～0.4%[7]，可取ΔTOC=0.3%，根據(jù)ΔlgR與TOC之間數(shù)值上的大體關(guān)系可取a=4.5，即松遼盆地齊家地區(qū)ΔlgR與TOC之間的關(guān)系為

TOCr=4.5ΔlgR+0.3

(7)

其中

ΔlgR=lgR+0.02Δt-2.34

(8)

在此關(guān)系式下根據(jù)XQ1井測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算其TOC的理論值TOCr，與XQ1井取心實(shí)測(cè)TOC含量進(jìn)行對(duì)比(圖3，圖4)。

圖2 XQ1井泥巖聲波時(shí)差和電阻率對(duì)數(shù)關(guān)系圖Figure 2 Logarithmic relationship between mudstone sonic differential time and resistivity in well XQ1

從圖3中可看出，對(duì)于XQ1井，根據(jù)公式(7)所得TOC理論值(TOCr)與XQ1井巖心實(shí)測(cè)TOC趨勢(shì)吻合，少量數(shù)據(jù)雖然并沒(méi)有分布在TOCr曲線上，但也符合曲線的總體趨勢(shì)。說(shuō)明該公式對(duì)于XQ1井可獲得較好的TOCr預(yù)測(cè)結(jié)果。

圖3 XQ1井測(cè)井評(píng)價(jià)TOC與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比Figure 3 Comparison of well logging assessed TOC content and measured data in well XQ1

為保證該公式的普遍適用性，將此公式推廣至齊家地區(qū)其他井加以驗(yàn)證，以EX76井為例。

如圖4所示，該公式在EX76井也獲得了較好的預(yù)測(cè)結(jié)果，其他井由于TOC取心實(shí)測(cè)TOC數(shù)據(jù)較少，不作為證據(jù)，不在此展示。但其他井在該公式下得出的理論TOCr數(shù)據(jù)也與實(shí)測(cè)TOC數(shù)據(jù)相互吻合。這說(shuō)明該公式可用于松遼盆地齊家地區(qū)青山口組有機(jī)質(zhì)豐度測(cè)井評(píng)價(jià)。

4 TOC分布特征

4.1 單井分布特征

以公式(7)為基礎(chǔ)，對(duì)齊家地區(qū)青山口組其他井烴源巖TOCr進(jìn)行計(jì)算。以XJ43井為例(圖5)。

從圖5可看出，齊家地區(qū)青山口組烴源巖TOC主要分布于1.0%～2.0%以及>2.0%兩個(gè)級(jí)別。其中青二、青三段烴源巖TOC含量顯著低于青一段烴源巖。而在青二、青三段內(nèi)部，總體上也呈現(xiàn)出上部TOC含量較低，下部含量較高的特點(diǎn)。而這種變化也可認(rèn)為是由于青二、青三段沉積時(shí)期沉積中心偏移，水體變淺造成的。

4.2 剖面分布特征

圖6中深紫色井段表示青二、青三段，黃色井段表示青一段，深灰色表示泥巖。在該圖中可明顯看出齊家地區(qū)青二、青三段泥巖質(zhì)不純，其中夾有砂巖條帶，或出現(xiàn)砂泥巖互層，而相比之下青一段幾乎全部由好烴源巖構(gòu)成，其中很少出現(xiàn)沙質(zhì)沉積，并且連通性很好，說(shuō)明齊家地區(qū)青一段屬于深湖相沉積。而從地層厚度來(lái)說(shuō)，XT708井青二、青三段厚度明顯高于其余三口井，因此在青二、青三段的沉積時(shí)期，XT708井所在位置更靠近沉積中心。

4.3 平面分布特征

研究區(qū)烴源巖在平面上的分布與泥巖在平面上的分布關(guān)系密切(圖7)，泥巖越厚的地方，TOC>2%的烴源巖分布越厚。泥巖厚度高值區(qū)主要分布在齊家古龍凹陷，與青山口組沉積時(shí)湖盆水體深度有關(guān)，泥巖厚度與TOC>2%的烴源巖厚度的極高值反映了沉積中心的位置。

圖4 EX76井測(cè)井評(píng)價(jià)TOC與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比Figure 4 Comparison of well logging assessed TOC content and measured data in well EX76

圖5 XJ43井TOCr分布圖Figure 5 Well XJ43 TOC distribution

圖6 齊家地區(qū)部分井連井剖面Figure 6 Cross well section of partial wells in Qijia area

(a.青一段泥巖分布圖； b.青二、青三段泥巖分布圖； c.青一段TOC>2%的烴源巖分布圖； d.青二、青三段TOC>2%的烴源巖分布圖)圖7 齊家地區(qū)青山口組泥巖及TOC>2%的烴源巖平面分布圖Figure 7 Qingshankou Formation mudstone and source rock with TOC>2% planar distribution in Qijia area

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)ΔlgR方法的改進(jìn)，在研究區(qū)的烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度的預(yù)測(cè)中有較好的作用，可以用來(lái)預(yù)測(cè)未取心井的烴源巖分布情況和有機(jī)質(zhì)豐度。

通過(guò)對(duì)該地區(qū)烴源巖分布的研究發(fā)現(xiàn)，青一段烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度普遍高于青二、青三段，生烴潛力大于青二、青三段，而青二、青三段烴源巖中砂質(zhì)夾層較為發(fā)育，利于排烴。

從平面上來(lái)看，該地區(qū)的TOC>2%的烴源巖多分布于湖盆中部沉積中心處，烴源巖厚度與泥巖厚度成正比。