劉志斌 牛 聰 劉 方

(中海油研究總院 北京 100028)

基于地震反演的烴源巖定量評價方法
——以渤海灣盆地遼西凹陷為例

劉志斌 牛 聰 劉 方

(中海油研究總院 北京 100028)

劉志斌,牛聰,劉方.基于地震反演的烴源巖定量評價方法——以渤海灣盆地遼西凹陷為例[J].中國海上油氣，2016,28(5)：16-21.

Liu Zhibin,Niu Cong,Liu Fang.A method to quantitatively evaluate source rocks based on seismic inversion: a case study of Liaoxi sag in Bohai Bay basin[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(5):16-21.

綜合地化、測井、盆地模擬等方法，提出了一套基于地震反演的生烴凹陷烴源巖定量評價方法。首先通過Passey經(jīng)驗公式法擬合獲取單井有機碳含量數(shù)據(jù)；再通過交會分析研究地球物理參數(shù)對有機碳含量的敏感度，優(yōu)選出敏感度最強的參數(shù)為縱波阻抗，并建立兩者的擬合關系式，在地震反演數(shù)據(jù)的基礎上得到有機碳含量數(shù)據(jù)體；然后參考烴源巖等級劃分標準，提取目的層段優(yōu)質烴源巖的分布面積和地層厚度；最后估算出研究區(qū)總生烴量。本文方法在渤海灣盆地遼西凹陷取得了良好的應用效果，達到了定量描述烴源巖的目的，從而為該地區(qū)生烴凹陷評價及勘探區(qū)塊選擇提供了參考依據(jù)。

地震反演；生烴凹陷；烴源巖；定量評價；遼西凹陷

烴源巖評價是生烴凹陷評價、區(qū)塊評價的基礎，評價參數(shù)包括烴源巖規(guī)模、烴源巖質量(有機碳含量(TOC)、有機質類型、氯仿瀝青“A”含量、總烴含量等)、生排烴量等，其中烴源巖發(fā)育規(guī)模、有機碳含量和生排烴量是評價凹陷生成油氣潛力的重要指標[1]。因此，識別烴源巖、刻畫烴源巖的空間分布以及評價烴源巖質量是油氣勘探需要關注的重要問題。

在過去的研究中，地球化學分析方法只有在具備巖樣和巖屑資料樣品的情況下才能進行應用，并且該方法受樣品數(shù)量和取樣間隔的限制，研究成果往往會出現(xiàn)以偏概全的現(xiàn)象[2-3]。近年來，一些專家學者逐步開展了基于地球物理方法的烴源巖評價研究，并取得了一定進展。袁東山、朱振宇 等[4-5]基于測井資料識別，計算了烴源巖層地化參數(shù)，彌補了巖樣地化分析樣品少的缺陷。王鵬、劉震、趙勝 等[6-8]基于地震資料速度譜解釋了泥巖厚度，預測了鏡質體反射率，為勘探程度較低的盆地早期評價提供了較便捷的方法。劉軍、母國妍 等[9-10]開展了烴源巖定量評價應用研究，并取得了相應的效果。但是，上述研究成果目前在如何使用地球物理方法對烴源巖的發(fā)育規(guī)模、豐度等級和生烴潛力進行評價方面仍比較欠缺。

本文綜合地化、測井、盆地模擬等方法，提出了一套基于地震反演的生烴凹陷烴源巖評價方法，并在渤海灣盆地遼西凹陷進行了成功應用，刻畫了研究區(qū)沙河街組沙三段中下亞段優(yōu)質烴源巖的空間展布，進而估算了生烴量，達到了定量描述烴源巖的目的。

1 研究區(qū)概況

遼西凹陷位于渤海東北部海域，北部與遼河西部凹陷相連，東部是遼西低凸起，總體為北東—南西向展布，由北、中、南等3個洼陷組成。近年來在凹陷內(nèi)發(fā)現(xiàn)了多個大中型油氣田，充分說明了遼西凹陷具有良好的勘探前景。遼西凹陷目前已有13口井鉆遇沙三段，前人研究表明沙三段烴源巖埋深大，目前處于成熟階段，有機質類型主要為Ⅱ1型，有較高含量的浮游藻類和有機屑含量，腐泥組和殼質組含量普遍大于80%，是凹陷的主力烴源巖層段[11-13]。但是，由于遼西凹陷周邊發(fā)育秦皇島、綏中、興城等水系，屬近源快速沉積，不同學者對該凹陷沙三段烴源巖的發(fā)育規(guī)模及質量認識不統(tǒng)一，制約著對該凹陷資源潛力的進一步評價[14]。因此，遼西凹陷沙三段優(yōu)質烴源巖的識別與評價是該凹陷油氣勘探面臨的首要問題。

研究區(qū)位于遼西低凸起西部及遼西凹陷北洼(圖1)，為三維地震覆蓋區(qū)，地震資料品質較好，沙三段具有地化取心數(shù)據(jù)和實測縱橫波速度、密度資料，高品質三維地震數(shù)據(jù)和井數(shù)據(jù)為利用地球物理技術開展烴源巖評價提供了有利條件。

圖1 研究區(qū)構造區(qū)劃圖

2 方法流程

基于地震反演的烴源巖定量評價方法，其關鍵技術是建立地化參數(shù)與地球物理參數(shù)之間的數(shù)學關系，從而得到地化參數(shù)數(shù)據(jù)體，進而達到定量描述烴源巖的目的，具體流程(圖2)包括：

1) 單井TOC數(shù)據(jù)求取。利用測井解釋方法擬合地化采樣點得到單井TOC數(shù)據(jù)。

2)TOC擬合公式建立。通過交會分析研究各地球物理參數(shù)對TOC的敏感度，優(yōu)選出敏感度最強的參數(shù)，并建立二者的擬合關系式，在疊前反演數(shù)據(jù)體的基礎上計算出TOC數(shù)據(jù)體。

3) 優(yōu)質烴源巖面積和厚度預測。參考烴源巖等級劃分標準，在TOC數(shù)據(jù)體上提取目的層段TOC≥2%的優(yōu)質烴源巖分布面積和地層厚度。

4) 生烴量估算。將得到的各參數(shù)代入業(yè)內(nèi)常用公式，估算出研究區(qū)的總生烴量。

需要指出的是，不同凹陷的地質和地球物理特征差別很大，需要根據(jù)各凹陷特征選用不同的參數(shù)和反演方法，或根據(jù)同一凹陷不同深度烴源巖的特征選用不同的方法。該方法評估結果的可靠性與研究區(qū)基礎地質、地震、測井、取心、控制井數(shù)和巖石物理規(guī)律等資料品質有關，敏感參數(shù)識別TOC能力越強、井控數(shù)量越多、地震資料品質越好，則應用效果越好。

圖2 烴源巖定量評價流程圖

3 應用實例

3.1 單井TOC數(shù)據(jù)求取

烴源巖層內(nèi)有機碳和充填的孔隙流體具有不同的物理性質，一般情況下烴源巖層的測井曲線主要表現(xiàn)為高自然伽馬、高聲波時差和高電阻率[15-16]。研究區(qū)有鉆井在沙三段中亞段鉆遇了大套優(yōu)質成熟烴源巖(TOC>3.0%)，這套優(yōu)質烴源巖(2 975～3 050 m)的測井響應表現(xiàn)出典型的“三高一低”特征,即高伽馬(90～135 gAPI)、高聲波時差(100～120 μs/ft)、高電阻率(7～18 ohm·m)和低密度(2.33～2.43 g/cm3)。而該井在沙三段上亞段鉆遇了大套純泥巖(有機碳含量平均值遠小于1.0%)，這套純泥巖(2 650～2 725 m)的測井響應表現(xiàn)為“三低一高”的非成熟烴源巖特征，即低伽馬(75～90 gAPI)、低聲波時差(80～95 μs/ft)、低電阻率(1～3 ohm·m)和高密度(2.41～2.53 g/cm3)。這說明不同豐度烴源巖的測井響應特征不同，這為利用測井數(shù)據(jù)評價烴源巖品質提供了依據(jù)。研究表明，利用測井數(shù)據(jù)求取單井TOC的方法較多，有交會圖識別法、聲波-電阻率重疊法和單一曲線識別法等，本文根據(jù)研究區(qū)實際情況選擇了聲波-電阻率重疊法，即Passey經(jīng)驗公式法

TOC=(ΔlgR)10a

(1)

其中

ΔlgR=lg(R/R基線)+0.02(Δt-Δt基線)

(2)

a=2.297-0.168 8LOM

(3)

式(1)～(3)中:ΔlgR是聲波-電阻率曲線幅度差；R為電阻率；Δt為聲波時差；LOM是表示有機質成熟度的熱變指數(shù)。通過微調(diào)電阻率基線R基線與聲波時差基線Δt基線的取值，可使有機碳含量的計算值與實測值一致性更好。統(tǒng)計分析表明，研究區(qū)沙河街組電阻率基線取值在2.5 ohm·m左右，聲波時差基線取值在92 μs/ft左右，LOM取8時可使計算值與實測值的誤差相對最小。

圖3為研究區(qū)A井有機碳含量計算值與實測值對比，兩者吻合度較高，趨勢一致，且誤差較小，說明通過烴源巖地球化學數(shù)據(jù)與測井解釋的結合可計算出連續(xù)分布的烴源巖TOC數(shù)據(jù)，彌補了鉆井資料中TOC數(shù)據(jù)采樣點少、在剖面上連續(xù)性差的缺點。

圖3 研究區(qū)A井Passey模型預測與實測TOC值對比

3.2TOC擬合公式建立

通過交會分析確定巖石物理參數(shù)對有機碳含量敏感度。圖4為研究區(qū)A-1井烴源巖層各地球物理屬性與有機碳含量的交會圖，可見烴源巖有機碳含量對縱波阻抗(PI)、泊松比(σ)、密度(ρ)和縱橫波速度比(vp/vs)等參數(shù)都有響應，但敏感程度不同?；谡`差最小和相關性最大的原則，在目的層段分別運用線性回歸模型對各參數(shù)的敏感程度進行判別，結果如表1所示，可見縱波阻抗擬合有機碳含量的線性方程具有最大的相關系數(shù)(0.75)和最小的誤差(1.51)，由此確定研究區(qū)沙三段中下亞段有機碳含量對縱波阻抗的敏感度最強。

圖4 研究區(qū)A-1井沙三段中下亞段有機碳含量敏感參數(shù)分析

表1 研究區(qū)A-1井沙三段中下亞段有機碳含量-敏感參數(shù)擬合分析

Table 1 Fitting analysis ofTOC-sensitive parameters

地球物理參數(shù)回歸方程相關系數(shù)誤差ρTOC=-6 65ρ+190 232 24σTOC=-100σ+330 084 88PITOC=-0 0016PI+150 751 51vp/vsTOC=-11(vp/vs)+250 064 07

基于研究區(qū)反演縱波阻抗數(shù)據(jù)體，再利用擬合公式得到TOC數(shù)據(jù)體。圖5為研究區(qū)過A-1井的有機碳含量剖面圖，其中A-2井為預測井。由圖5可以看出，A-2井處的反演結果與實鉆結果吻合度高。同時，圖5顯示研究區(qū)沙三段中下亞段整體發(fā)育一套有機碳含量較高的烴源巖，從洼陷邊緣到深部，烴源巖厚度在逐漸增大，反映出洼陷深部優(yōu)質烴源巖更為發(fā)育。

圖5 研究區(qū)沙三段中下亞段TOC數(shù)據(jù)體剖面

圖6為基于上述方法得到的研究區(qū)沙三段中下亞段有機碳含量平面分布圖，可以看出，凹陷邊緣地層有機碳含量逐漸變低，因此烴源巖質量也逐漸變差，這與沉積相研究結果相吻合。

圖6 研究區(qū)沙三段中下亞段TOC數(shù)據(jù)體平面圖

3.3 優(yōu)質烴源巖面積和厚度預測

參考中國近海湖相生烴凹陷烴源巖評價指標體系[17],將研究區(qū)烴源巖劃分為3個等級：優(yōu)質烴源巖(2%≤TOC)、中等烴源巖(1%≤TOC<2%)和差烴源巖(0

圖7 研究區(qū)沙三段中下亞段烴源巖分級平面圖

圖8 研究區(qū)沙三段中下亞段優(yōu)質烴源巖厚度預測圖

表2 研究區(qū)沙三段中下亞段烴源巖預測厚度與鉆井結果對比

Table 2 Comparison of predicted thickness of source rocks

井名預測等級預測厚度/m鉆井實測厚度/m相對誤差/%A?1(反演井)優(yōu)2572483 6A?2(驗證井)優(yōu)266289-8 0A?3(驗證井)優(yōu)3633406 8

3.4 生烴量估算

結合行業(yè)內(nèi)石油天然氣資源量計算方法和研究區(qū)的勘探實際，確定該區(qū)烴源巖生烴量計算公式為

Q=H×S×ρ×IH×TOC

(4)

式(4)中：Q為計算總生烴量，億t；H為烴源巖層厚度，m；S為烴源巖分布面積，km2；ρ為烴源巖密度，g/cm3；IH為氫指數(shù)，mg/g；TOC為有機碳含量，%。綜合該區(qū)地化和盆模分析參數(shù)，ρ取2.3 g/cm3，IH取450 mg/g，由式(4)可估算出研究區(qū)內(nèi)生烴量為43億t。

4 結束語

利用本文提出的基于地震反演的生烴凹陷烴源巖定量評價方法對渤海灣盆地遼西凹陷研究區(qū)內(nèi)沙三段中下亞段優(yōu)質烴源巖的厚度進行了預測，對其空間分布及橫向變化規(guī)律進行了刻畫，并結合地化和盆模分析參數(shù)成功估算了生烴量，達到了定量描述烴源巖的目的，從而為該地區(qū)生烴凹陷評價及勘探區(qū)塊選擇提供了參考依據(jù)。

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(編輯：馮 娜)

A method to quantitatively evaluate source rocks based on seismic inversion: a case study of Liaoxi sag in Bohai Bay basin

Liu Zhibin Niu Cong Liu Fang

(CNOOCResearchInstitute,Beijing100028,China)

A quantitative evaluation method of hydrocarbon source rocks based on the seismic inversion is proposed by comprehensively integrating geochemistry, logging and basin modeling. Firstly, theTOClog curve is fitted with Passey formula; secondly, impedance, the most sensitive parameter which can identifyTOC, is found with the application of petrophysical analysis; and then through the fitting relationship between impedance andTOC,TOCvolume is obtained based on seismic inversion; finally, according to the classification criteria of different source rocks, the distribution area and thickness of high-quality hydrocarbon source rocks are extracted, and the total amount of hydrocarbon generation in the study area is estimated. Research result shows that the method has obtained a good application effect in Liaoxi sag, achieving the purpose of quantitative description of source rocks. The proposed method can provide a reference to assess resources and guide exploration in the research area.

seismic inversion; hydrocarbon generation sag; source rocks; quantitative evaluation; Liaoxi sag

劉志斌，男，教授級高級工程師，2008年畢業(yè)于中國科學院地質與地球物理所固體地球物理專業(yè)，獲博士學位，主要從事地球物理方法研究與勘探項目管理工作。地址：北京市朝陽區(qū)太陽宮南街6號院(郵編：100028)。E-mail:liuzhb@cnooc.com.cn。

1673-1506(2016)05-0016-06

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.05.003

TE132.1

A

2016-01-07 改回日期：2016-03-05