地震反演預測頁巖有機質成熟度的研究

潘仁芳 (油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室(長江大學),湖北荊州434023)

徐乾承 (長江大學地球科學學院,湖北荊州434023)

有機質成熟度是評價頁巖氣的主要參數之一。鏡質體反射率(Ro)作為有機質成熟度指標是目前常用且最有效的方法,在盆地分析、油氣資源預測和評價、煤質預測等方面得到廣泛應用。由于頁巖層在原先勘探開發中不作為目的層,相應的實測Ro數據有限,用現有資料和方法估算Ro又有很大困難,所以筆者通過地震反演獲取鄂西渝東地區東岳廟段泥頁巖段的速度場數據,再轉化為泥頁巖的孔隙度,進而預測Ro,從而獲得頁巖有機質成熟度。

1 地震速度場數據的獲取

地震反演的主要功能是對井數據資料進行橫向預測,得到井與井之間區域的相關信息,為頁巖有機質成熟度預測提供相關研究區域的速度場數據。

1.1 層位標定和解釋

層位的解釋工作包括2部分:①層位標定。通過制作合成地震記錄進行時深關系轉換,在地震同相軸上確定解釋目的層。②層位追蹤。通過追蹤目的層同相軸并達到閉合以得到層位解釋數據,為后續的反演工作提供層位控制作用以及用于沿層切片的提取。

1.2 地震反演獲取速度場

通過地震反演得到速度場,再沿目的層位提取速度切片,就可得到目的層的平均速度。在實際操作過程中,忽略目的層的平均速度與層速度之間的差異,并認為兩者是近似相同的。基于模型反演方法的操作過程分為以下步驟:①獲取聲波和密度測井曲線。聲波和密度測井曲線必須經過環境校正和井資料處理,盡可能地排除環境干擾和誤差。②提取地震子波。使用合成地震記錄所選的統計子波。③建立初始模型。所選用的聲波和測井曲線最好是經過時深對比校正或通過合成地震記錄制作所得,此外還可以通過剔除異常井來優選井組合,這樣得到初始模型與實際地震剖面更接近。④迭代反演。由于反演過程中井資料還起到約束作用,因而約束條件應采用硬約束以保證反演過程的穩定性。

鄂西渝東地區東起湖北利川,西至重慶萬縣-豐都一帶,位于四川盆地東部和方斗山地西部。研究區為鄂西渝東地區的建南構造,位于鄂西渝東的石柱復向斜上,目的層為東岳廟段,面積約2400km2。研究區內X1井的反演速度剖面如圖1所示。在圖1中,縱向曲線為X1井的聲波曲線,從上到下分布有5個解釋層位。從圖 1可以看出,該工區目的層速度分布的最低值約為3000m/s、最大值約為6500m/s。

2 有機質成熟度的預測

根據層速度、孔隙度和Ro三者之間的關系,利用地震資料求取Ro值。

圖1 X1井反演速度剖面

2.1 泥巖孔隙度轉換

雙相介質的孔隙度與層速度之間遵循懷利公式[1],即:

式中,Vint為層速度,m/s;Vf為流體速度,m/s;Vma為骨架顆粒速度,m/s;φ為孔隙度。

一般情況下Vf和Vma的變化遠遠小于Vint的變化,故可將其視為常數。通常Vma取5500m/s,Vf取1600m/s。

2.2 孔隙度與成熟度關系的確定

Schmoker研究指出,巖石孔隙度與其中有機質成熟度存在如下關系[2]:

式中,M為成熟度,包括Ro等;a、b為常數。

由式(2)可知,有機質成熟度與巖石孔隙度呈冪函數關系,并由此得出如下公式[3]:

式中 ,a′、b′為常數 。

圖2 東岳廟段實測φ與實測Ro的擬合關系圖

3 現場應用

將露頭剖面樣品分析化驗得到的孔隙度和Ro進行交會分析,經對比選用擬合程度最高的冪函數關系(見圖2)。由圖2可知,對鄂西渝東地區東岳廟段,a′取 1.1332,b′取 -0.1051。在 a′、b′系數確定后, 即可求出Ro值。對所生成的成熟度數據體沿目的層位提取相應的切片就能最終得到目的層的Ro值。

將Ro的計算值與實測值進行對比 (見圖3)。從圖3可以看出,Ro的計算值與實測值的符合度較高,說明這種計算的Ro值的方法是有效的。經過以上預測過程,就可對得到的Ro值進行成圖 (見圖4)。從圖4可以看出,鄂西渝東地區東岳廟段頁巖的成熟度范圍在0.8%～1.39%之間。且大部分區域為有利成熟帶 (Ro值大于0.95%的區域)。通過上述分析,認為對該研究區Ro的預測是可行的。

圖3 建南構造東岳廟段實測與計算Ro對比圖

圖4 建南構造東岳廟段Ro分布圖

4 結 語

通過地震反演獲取鄂西渝東地區東岳廟段泥頁巖段的速度場數據,再轉化為泥頁巖的孔隙度,進而預測鏡質體反射率,最終獲得頁巖有機質熱成熟度。實踐證明,通過地震反演速度場預測Ro值與實測Ro比較符合,說明在勘探早期利用地震手段來評價頁巖有機質成熟度的方法是有效的。因此,該方法對于勘探程度較低尤其是鉆井稀少的地區有著較高的實用價值。

[1]章成廣,江萬哲,潘和平.聲波測井原理與應用[M].北京:石油工業出版社,2009.

[2]Schmoker J W.Sand porosity as a function of thermal maturity[J].Geology,1988,16(11):1007-1010.

[3]趙勝,劉磊,付東陽.基于地震資料的烴源巖早期評價研究[J].石油天然氣學報,2007,29(5):76-79.