姚 軍，樂(lè)幸福，陳 娟，蘇 旺，張永峰

（中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院西北分院，蘭州 730020）

0 引言

總有機(jī)碳含量（TOC）是表征有機(jī)質(zhì)豐度的重要參數(shù)。目前預(yù)測(cè)TOC 平面分布的方法有測(cè)井分析結(jié)合鉆井勾繪法，如Mendelzon 等［1］在1985 年出版的運(yùn)用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的多屬性分析來(lái)表征烴源巖的專著，李強(qiáng)等［2］于2018 年對(duì)川西坳陷優(yōu)質(zhì)烴源巖進(jìn)行測(cè)井定量預(yù)測(cè)，單俊峰等［3］于2017 年對(duì)遼河坳陷雷家致密油烴源巖進(jìn)行評(píng)價(jià)，蔣德鑫等［4］于2019 年以陸豐凹陷文昌組為例對(duì)烴源巖總有機(jī)碳含量的測(cè)井模型進(jìn)行了探討；此外還有地震屬性分析法，如Loseth 等［5］于2011 年利用最大波谷振幅屬性來(lái)預(yù)測(cè)烴源巖厚度，曹強(qiáng)等［6］于2008 年運(yùn)用地震屬性法在南黃海北部盆地勘探新區(qū)對(duì)烴源巖厚度進(jìn)行了預(yù)測(cè)，李林等［7］于2010 年在潿西南凹陷通過(guò)對(duì)地震多屬性進(jìn)行優(yōu)化，找到最佳屬性組合，實(shí)現(xiàn)了TOC數(shù)據(jù)體的預(yù)測(cè)；到目前為止，最為常用的還屬地震反演方法，如Leedberg［8］在阿拉斯加北部盆地運(yùn)用地震反演預(yù)測(cè)過(guò)頁(yè)巖油的烴源巖分布，秦建強(qiáng)等［9］于2018 年運(yùn)用三維地震資料通過(guò)地震多屬性反演方法預(yù)測(cè)整個(gè)地層的有機(jī)質(zhì)豐度，陶倩倩等［10］于2015 年利用分頻反演技術(shù)預(yù)測(cè)烴源巖。

運(yùn)用多屬性反演方法預(yù)測(cè)儲(chǔ)層參數(shù)是目前較為常用的方法［11］，且多以孔隙度、自然伽馬等表征儲(chǔ)層的參數(shù)預(yù)測(cè)為主。李金磊等［12］運(yùn)用該反演方法對(duì)烴源巖評(píng)價(jià)參數(shù)如Ro值、TOC 值等進(jìn)行了有效預(yù)測(cè)。川西—川中過(guò)渡帶中只有部分鉆井具有巖心實(shí)測(cè)TOC 值，根據(jù)巖心TOC 實(shí)測(cè)值以常規(guī)測(cè)井曲線為基礎(chǔ)運(yùn)用多元線性回歸算法計(jì)算單井TOC 曲線［13-14］。目前研究區(qū)只包含二維測(cè)線，運(yùn)用多屬性反演來(lái)有效預(yù)測(cè)TOC 常分布只能基于二維地震資料，其常規(guī)方法是：逐線進(jìn)行合成地震記錄標(biāo)定，在此基礎(chǔ)上逐線進(jìn)行多屬性反演計(jì)算TOC數(shù)據(jù)體，然后根據(jù)表征優(yōu)質(zhì)烴源巖的TOC 門檻值對(duì)TOC 數(shù)據(jù)體逐線進(jìn)行篩選，最后統(tǒng)計(jì)符合條件的TOC 值的厚度，完成優(yōu)質(zhì)烴源巖分布預(yù)測(cè)。烴源巖的研究工作通常是區(qū)域性的，面積較大，測(cè)線較多，按照上述方法做會(huì)存在如下幾個(gè)問(wèn)題：①二維地震測(cè)線較多，逐線進(jìn)行多屬性反演工作量大，耗時(shí)長(zhǎng)；②距離已鉆井較遠(yuǎn)的二維地震測(cè)線無(wú)法進(jìn)行合成地震記錄標(biāo)定，從而無(wú)法參與多屬性反演，成為廢線；③若廢線較多，使得參與多屬性反演的二維地震測(cè)線分布不均勻，難以準(zhǔn)確進(jìn)行反演TOC的平面插值，進(jìn)一步影響優(yōu)質(zhì)烴源巖分布預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

為了克服上述研究難點(diǎn)，筆者以二維疊后地震資料為基礎(chǔ)，根據(jù)研究區(qū)面積大小，設(shè)置合理的線道號(hào)間隔，建立三維地震測(cè)網(wǎng)；然后將二維地震數(shù)據(jù)按照追加的方式加載到三維地震測(cè)網(wǎng)，形成擬三維地震數(shù)據(jù)；基于此再進(jìn)行多屬性反演來(lái)預(yù)測(cè)川西—川中過(guò)渡帶須家河組一、三、五段TOC 的平面分布，以期預(yù)測(cè)優(yōu)質(zhì)烴源巖的平面分布。

1 地質(zhì)背景

四川盆地川西—川中過(guò)渡帶位于綿陽(yáng)市東南部，其須家河組地層分為6 段（圖1）：須一段中下部為深灰色泥質(zhì)云巖夾薄層灰色灰?guī)r，上部為黑灰色頁(yè)巖夾薄層粉砂巖；須二段為灰白色中細(xì)粒砂巖；須三段為灰黑色頁(yè)巖夾灰色石灰?guī)r，局部具有煤線；須四段為灰白色中細(xì)粒砂巖，間夾薄層黑色頁(yè)巖及煤線；須五段為灰黑色頁(yè)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖夾灰色粉砂巖及薄煤層；須六段頂部為鐵質(zhì)砂巖，其余為灰白色含長(zhǎng)石石英砂巖。因此須家河組一、三、五段以泥頁(yè)巖為主，二、四、六段為致密砂巖儲(chǔ)層，是典型的“三明治”結(jié)構(gòu)，源儲(chǔ)疊置發(fā)育，近源充注。致密氣的勘探在很大程度上取決于烴源巖的品質(zhì)和分布。針對(duì)氣源巖，品質(zhì)較好的烴源巖即優(yōu)質(zhì)烴源巖，一般是有機(jī)質(zhì)豐度較高同時(shí)類型較好且成熟度較高的烴源巖。在川西—川中過(guò)渡帶，須家河組烴源巖平均Ro值大于1.2%，成熟度較高，有機(jī)質(zhì)類型較好，為腐泥型［15-17］，因此有效預(yù)測(cè)出有機(jī)質(zhì)豐度較高的優(yōu)質(zhì)烴源巖的分布成為該區(qū)須家河組致密氣勘探的關(guān)鍵。

2 單井TOC 曲線計(jì)算

運(yùn)用多屬性反演方法預(yù)測(cè)TOC 值，須要參與反演的鉆井具有TOC 曲線，但實(shí)際上TOC 曲線無(wú)法通過(guò)現(xiàn)有測(cè)井技術(shù)直接測(cè)得。因?yàn)門OC 在自然伽馬（GR）、電阻率（Rt）、聲波時(shí)差（AC）、中子孔隙度（CNL）、補(bǔ)償密度（DEN）等地球物理測(cè)井參數(shù)上有一定的反映［18-23］，因此須要根據(jù)四川盆地川西—川中過(guò)渡帶部分鉆井在須家河組的巖心測(cè)試TOC 值結(jié)合測(cè)井曲線進(jìn)行擬合。如圖2 所示，研究區(qū)須家河組烴源巖的測(cè)井響應(yīng)特征為：高自然伽馬、低電阻率、低聲波時(shí)差、高補(bǔ)償中子、低補(bǔ)償密度（圖中實(shí)測(cè)TOC 值為紅色桿狀標(biāo)記）。

通過(guò)交會(huì)圖（圖3）分析發(fā)現(xiàn)，各曲線對(duì)TOC 值的相關(guān)性由高到低分別為：補(bǔ)償密度、聲波時(shí)差、自然伽馬、補(bǔ)償中子、電阻率，但各曲線與TOC 值的相關(guān)系數(shù)均低于0.55。因此運(yùn)用單一測(cè)井曲線去擬合TOC 曲線的準(zhǔn)確度較低。為達(dá)到后續(xù)TOC 值平面預(yù)測(cè)的要求，須要找到一種方法能夠綜合并且盡可能放大各常規(guī)測(cè)井曲線與實(shí)測(cè)TOC 值相關(guān)性大的部分，同時(shí)盡可能去除相關(guān)性小的部分，最終達(dá)到準(zhǔn)確擬合TOC 曲線的目的。

多元線性回歸算法就是能夠滿足上述要求的一種常用的數(shù)學(xué)方法。該方法可以通過(guò)多個(gè)變量（常規(guī)測(cè)井曲線）之間的加權(quán)求和來(lái)最大程度保留變量與目標(biāo)值相關(guān)性大的部分，實(shí)現(xiàn)多個(gè)變量的最優(yōu)組合來(lái)共同預(yù)測(cè)或估計(jì)目標(biāo)值（TOC），預(yù)測(cè)結(jié)果有效且符合實(shí)際。根據(jù)川西—川中過(guò)渡帶現(xiàn)有鉆井資料，優(yōu)選前4 種常規(guī)測(cè)井曲線運(yùn)用多元線性回歸算法得到TOC 曲線的計(jì)算公式。

運(yùn)用該公式計(jì)算的QL2 井TOC 值與實(shí)測(cè)TOC值相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.805（圖4），吻合度良好。鑒于川西—川中過(guò)渡帶構(gòu)造平緩，須家河組起伏較小，針對(duì)所有鉆穿目的層且具有上述4 種常規(guī)測(cè)井曲線的鉆井分別運(yùn)用該公式計(jì)算出單井TOC 曲線。經(jīng)鉆井實(shí)測(cè)TOC 值與其擬合的TOC 曲線對(duì)比，相關(guān)系數(shù)均大于0.750。

3 擬三維工區(qū)的建立

四川盆地川西—川中過(guò)渡帶須家河組由北西向南東方向逐漸升高，但整體表現(xiàn)平緩，褶皺強(qiáng)度小，最大高差約為800 m。從須一段到須六段構(gòu)造形態(tài)呈繼承性發(fā)育，縱向上變化較小。川西—川中過(guò)渡帶共有二維地震測(cè)線92 條，間距約800～3 800 m，面積約4 400 km2，鉆穿須家河組并且具有計(jì)算TOC曲線的鉆井共計(jì)30 余口，分布不均勻（圖5）。二維地震測(cè)線的密度和間距能夠滿足川西—川中過(guò)渡帶區(qū)域性研究對(duì)地震資料的要求。

川西—川中過(guò)渡帶須家河組烴源巖主要存在于須一段、須三段、須五段。圖6 為QL10 井的過(guò)井地震剖面及合成地震記錄標(biāo)定。從自然伽馬曲線可看出：須家河組含烴源巖的地層中，烴源巖單層厚度較小，雖然含量較多，但其與砂巖以互層形式存在，而地震反射剖面受其自身分辨率的影響，單層烴源巖的反射特征無(wú)法明確表示。但總體上看，以烴源巖為主的局部地層為波谷反射，如圖6 中2 800～2 900 m，3 140～3 190 m 處。因此，須要通過(guò)地震反演技術(shù)來(lái)更為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)優(yōu)質(zhì)烴源巖的分布。

四川盆地川西—川中過(guò)渡帶二維地震測(cè)線較多，根據(jù)現(xiàn)有反演軟件的計(jì)算流程只能單線逐線進(jìn)行多屬性反演，并且需要每條地震測(cè)線都進(jìn)行合成地震記錄標(biāo)定和多屬性反演計(jì)算TOC 值；區(qū)內(nèi)鉆井分布不均勻，很多地震測(cè)線距離鉆井較遠(yuǎn)，在多屬性反演當(dāng)中無(wú)法進(jìn)行鉆井合成地震記錄標(biāo)定（工區(qū)西南部和東南部部分測(cè)線），從而無(wú)法參與多屬性反演，成為廢線。廢線太多會(huì)嚴(yán)重影響優(yōu)質(zhì)烴源巖分布預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

川西—川中過(guò)渡帶須家河組整體比較平緩，并無(wú)大的構(gòu)造變化。在這種背景下，二維地震單線逐線進(jìn)行多屬性反演與二維地震測(cè)線融合成為擬三維地震數(shù)據(jù)之后再進(jìn)行多屬性反演的精度基本是相同的。因此，若將二維地震測(cè)線融合后運(yùn)用擬三維多屬性反演在克服上述難點(diǎn)的同時(shí)還能夠保證預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度，能夠滿足川西—川中過(guò)渡帶優(yōu)質(zhì)烴源巖區(qū)域性研究的精度要求。如圖7（a）所示，二維地震測(cè)線逐線進(jìn)行多屬性反演只有well 井周邊的3 條測(cè)線可以利用，其他測(cè)線由于無(wú)法進(jìn)行合成地震記錄標(biāo)定而成為廢線，無(wú)法參與多屬性反演；若將二維地震數(shù)據(jù)整合成1 個(gè)擬三維地震數(shù)據(jù)，那么可以通過(guò)地震數(shù)據(jù)的相互連接，通過(guò)井旁地震測(cè)線的合成地震記錄標(biāo)定將鉆井信息傳遞到所有的測(cè)線［圖7（b）］，從而使所有地震測(cè)線能夠參與多屬性反演。此外，二維逐線反演，圖7（a）中能夠參與多屬性反演的3 條地震測(cè)線需要與well 井分別進(jìn)行合成地震記錄標(biāo)定，而擬三維多屬性反演只須圖7（b）中well 井旁的地震測(cè)線進(jìn)行一次合成地震記錄標(biāo)定即可。

根據(jù)川西—川中過(guò)渡帶二維地震測(cè)線的分布情況，確定擬三維工區(qū)主測(cè)線間和聯(lián)絡(luò)測(cè)線間間隔距離為20 m，通過(guò)式（2）—（3）計(jì)算出主測(cè)線數(shù)為4 214，聯(lián)絡(luò)測(cè)線數(shù)為2 745。

式中：Num_line 為主測(cè)線數(shù)，條；Num_trace 為聯(lián)絡(luò)測(cè)線數(shù)，條；Max_x為x坐標(biāo)最大值，m；Min_x為x坐標(biāo)最小值，m；Max_y為y坐標(biāo)最大值，m；Min_y為y坐標(biāo)最小值，m；Inter_line 為主測(cè)線間距，m；Inter_trace 為聯(lián)絡(luò)測(cè)線間距，m。

在擬三維測(cè)網(wǎng)建立的基礎(chǔ)上，將二維地震數(shù)據(jù)逐線以追加的方式加載到擬三維測(cè)網(wǎng)當(dāng)中形成1個(gè)三維地震數(shù)據(jù)體。為保證擬三維地震數(shù)據(jù)體的統(tǒng)一以及鉆井信息能夠傳遞到每一條測(cè)線，加載到擬三維測(cè)網(wǎng)中的二維地震數(shù)據(jù)須進(jìn)行閉合差較正和采樣率統(tǒng)一化，并且將獨(dú)立的二維地震測(cè)線（與其他任意測(cè)線無(wú)交點(diǎn)）去除。

4 擬三維多屬性反演

以擬三維地震數(shù)據(jù)體為基礎(chǔ)，以30 余口鉆井合成記錄標(biāo)定為前提，運(yùn)用多屬性反演當(dāng)中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法［24］，優(yōu)選了5 個(gè)地震屬性（振幅包絡(luò)、瞬時(shí)振幅導(dǎo)數(shù)、積分絕對(duì)振幅、瞬時(shí)頻率、余弦相位）反演鉆井TOC 值，把部分鉆井TOC 曲線與反演結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得出總相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.705，說(shuō)明鉆井反演結(jié)果準(zhǔn)確可靠。將通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法得出的這5 個(gè)地震屬性與鉆井TOC 值的非線性關(guān)系運(yùn)用到整個(gè)擬三維地震數(shù)據(jù)，最終反演出TOC 數(shù)據(jù)體。如圖8 所示，NC2 井曲線為計(jì)算出的TOC 曲線，地震反演結(jié)果與TOC 曲線吻合良好，準(zhǔn)確度高。

5 優(yōu)質(zhì)烴源巖分布預(yù)測(cè)

根據(jù)測(cè)井資料分析，四川盆地川西—川中過(guò)渡帶須家河組烴源巖的泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于44.0%。前期研究結(jié)果表明，當(dāng)TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1.5%的時(shí)候，烴源巖為優(yōu)質(zhì)烴源巖［25-30］。因此，川西—川中過(guò)渡帶須家河組優(yōu)質(zhì)烴源巖須同時(shí)滿足2 個(gè)必要條件：泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于44.0%、TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1.5%。按照擬三維多屬性反演預(yù)測(cè)TOC 分布的技術(shù)方法對(duì)泥質(zhì)含量的分布也進(jìn)行了預(yù)測(cè)（圖9，NC2井曲線為計(jì)算出的泥質(zhì)含量曲線）。首先以泥質(zhì)含量反演體為參考，在TOC 反演體上去除泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于44.0% 的數(shù)據(jù)，然后在TOC 反演體上去除TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.5%的數(shù)據(jù)，最終的篩選結(jié)果如圖10 所示，即為優(yōu)質(zhì)烴源巖TOC 值（NC2 井曲線為計(jì)算出的TOC 曲線）。

對(duì)篩選后的TOC 反演體根據(jù)合成地震記錄標(biāo)定的時(shí)深關(guān)系進(jìn)行深度域轉(zhuǎn)換，然后逐道進(jìn)行采樣點(diǎn)統(tǒng)計(jì)，最終將統(tǒng)計(jì)出的每道符合條件的樣點(diǎn)個(gè)數(shù)與深度域采樣率相乘得到優(yōu)質(zhì)烴源巖的厚度分布（圖11）。

運(yùn)用上述方法統(tǒng)計(jì)優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度是直接基于符合條件的樣點(diǎn)之上的，較以往通過(guò)地震屬性與鉆井統(tǒng)計(jì)厚度擬合關(guān)系及其他地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的厚度計(jì)算方法準(zhǔn)確度更高，誤差更小。在此基礎(chǔ)上結(jié)合無(wú)測(cè)線區(qū)鉆井統(tǒng)計(jì)的優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度通過(guò)平面插值最終完成研究區(qū)須家河組一、三、五段優(yōu)質(zhì)烴源巖分布圖。圖12 為川西—川中過(guò)渡帶須一段優(yōu)質(zhì)烴源巖分布圖，須一段優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度為10～150 m，總體由北西向南東減薄，符合該區(qū)須一段沉積前西邊凹地東邊逐漸變高的地貌特征和沉積規(guī)律?；诖耍瑢?duì)其上部須二段儲(chǔ)層進(jìn)行了目標(biāo)評(píng)價(jià)工作，最終在川西—川中過(guò)渡帶中北部須一段優(yōu)質(zhì)烴源巖較厚的區(qū)域成功部署了2 口預(yù)探井well1 和well2。

6 結(jié)論

（1）四川盆地川西—川中過(guò)渡帶二維地震測(cè)線較多，鉆井較少且分布不均勻，在這種條件下采用常規(guī)二維多屬性反演方法來(lái)預(yù)測(cè)優(yōu)質(zhì)烴源巖的分布須要逐線進(jìn)行合成記錄標(biāo)定及多屬性反演，工作量大；在無(wú)井區(qū)的二維地震測(cè)線因不能進(jìn)行合成記錄標(biāo)定而無(wú)法利用，從而影響預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。擬三維多屬性反演方法將所有具有交點(diǎn)的二維測(cè)線合并成一個(gè)擬三維數(shù)據(jù)體，單井合成記錄標(biāo)定及多屬性反演只須進(jìn)行1 次，能夠高效而準(zhǔn)確地達(dá)到該區(qū)優(yōu)質(zhì)烴源巖分布預(yù)測(cè)的目的。

（2）通過(guò)在深度域直接對(duì)反演結(jié)果符合條件的樣點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)來(lái)計(jì)算優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度，較以往通過(guò)地震屬性與鉆井統(tǒng)計(jì)厚度擬合關(guān)系及其他地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的厚度計(jì)算方法準(zhǔn)確度更高，誤差更小。

（3）該方法對(duì)所有基于疊后地震資料的反演技術(shù)均適用，流程簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，結(jié)果可靠。

致謝：在本文完成過(guò)程中，中國(guó)石油西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院吳長(zhǎng)江高級(jí)工程師給予了悉心指導(dǎo)，在此表示感謝！