海相頁(yè)巖TOC地震定量預(yù)測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用——以四川盆地焦石壩地區(qū)為例

陳祖慶

中國(guó)石化勘探南方分公司

近年來(lái)針對(duì)四川盆地及周緣海相頁(yè)巖層系開(kāi)展了不少研究與勘探工作［1－5］，并已在四川盆地焦石壩地區(qū)取得實(shí)質(zhì)性突破。總有機(jī)碳含量（TOC）是評(píng)價(jià)頁(yè)巖生烴能力的主要指標(biāo)，也是頁(yè)巖油氣藏評(píng)價(jià)中的一個(gè)重要指標(biāo)［6－10］。近年來(lái)，雖然烴源巖評(píng)價(jià)技術(shù)在不斷發(fā)展，但國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中用地震資料直接定量預(yù)測(cè)頁(yè)巖有機(jī)碳含量的報(bào)道很少。目前采用的方法主要以地震屬性與TOC建立數(shù)學(xué)擬合關(guān)系，通過(guò)三維地震數(shù)據(jù)體中提取的地震屬性從而計(jì)算得到三維TOC數(shù)據(jù)體，進(jìn)而對(duì)TOC 進(jìn)行預(yù)測(cè)［11－12］。但是，地震多屬性存在固有的多解性［13－14］，這也是該類方法在TOC 預(yù)測(cè)應(yīng)用上的問(wèn)題所在。因此，還需要在TOC預(yù)測(cè)應(yīng)用上做進(jìn)一步的研究和改進(jìn)。

筆者通過(guò)交會(huì)分析尋找與TOC敏感的巖石物理參數(shù)，并建立兩者的數(shù)學(xué)映射；采用疊前反演最終得到泥頁(yè)巖的TOC，為頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)及資源量的計(jì)算提供準(zhǔn)確的TOC預(yù)測(cè)方法。

1 儲(chǔ)層特征

焦石壩地區(qū)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層分布在下志留統(tǒng)龍馬溪組一段（包含上奧陶統(tǒng)五峰組），巖性為黑色頁(yè)巖、泥巖、碳質(zhì)頁(yè)巖、含粉砂質(zhì)碳質(zhì)泥巖，目前已有多口井在龍馬溪組一段底部?jī)?yōu)質(zhì)頁(yè)巖段鉆獲工業(yè)氣流。

晚奧陶世—早志留世初期，隨著海平面迅速上升，沉積水體快速加深，焦石壩地區(qū)整體位于深水陸棚相區(qū)內(nèi)，處于缺氧環(huán)境，有利于烴源巖的形成。龍馬溪組一段—五峰組發(fā)育大套灰黑色泥巖、含粉砂泥巖，厚度一般大于80m，分布穩(wěn)定連續(xù)，富含有機(jī)質(zhì)和筆石化石，處于深度還原環(huán)境。有機(jī)碳含量介于0.46%～7.13%，平均值大于2.5%，在縱向上均具有向泥頁(yè)巖沉積建造底部層段明顯增大的特征。

圖1 JY1井五峰組—龍馬溪組一段TOC綜合評(píng)價(jià)圖

從JY1井五峰組—龍馬溪組一段TOC綜合評(píng)價(jià)圖（圖1）上可以看出，其2 378～2 415.5m井段（五峰組—龍馬溪組一段底部）為黑色頁(yè)巖，TOC≥2.0%，最高可達(dá)5.89%，平均為3.56%，優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖層連續(xù)累計(jì)厚度達(dá)37.5m。另外在縱向上，整個(gè)儲(chǔ)層段TOC具有自上而下總體呈從小到大變化的特征，進(jìn)一步則可劃分為3個(gè)小“旋回”，表現(xiàn)為與沉積亞相和巖相具有密切相關(guān)的特征。具體表現(xiàn)在五峰組—龍馬溪組一段一亞段和三亞段為2個(gè)相對(duì)高值的小“旋回”（圖中紅色箭頭），龍馬溪組一段二亞段為一個(gè)相對(duì)低值的小“旋回”（圖中藍(lán)色箭頭），但五峰組—龍馬溪組一段一亞段的小“旋回”TOC值明顯最高。

2 TOC定量預(yù)測(cè)技術(shù)

2.1 預(yù)測(cè)方法

TOC定量預(yù)測(cè)技術(shù)能夠?yàn)轫?yè)巖氣勘探及資源量的計(jì)算提供有效且較精確的參數(shù)。其預(yù)測(cè)方法為：從實(shí)測(cè)有機(jī)碳含量出發(fā)，通過(guò)分析與TOC相關(guān)的地球物理參數(shù)，尋找TOC敏感參數(shù)，并建立敏感參數(shù)與TOC之間的最佳擬合方程，得到該區(qū)的經(jīng)驗(yàn)公式；利用三維地震數(shù)據(jù)，采用疊前反演方法，進(jìn)行精細(xì)地震反演求得敏感參數(shù)體；根據(jù)擬合經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，計(jì)算得到三維分布的TOC數(shù)據(jù)體，從而定量預(yù)測(cè)TOC。

2.2 方法實(shí)現(xiàn)

2.2.1 TOC敏感參數(shù)確定

在實(shí)際研究中發(fā)現(xiàn)焦石壩地區(qū)頁(yè)巖地層的密度參數(shù)與TOC具有很好的相關(guān)性?；趦?yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖具有高TOC的特征，對(duì)該區(qū)多口井進(jìn)行了TOC敏感參數(shù)分析。通過(guò)伽馬、密度、電阻率等常規(guī)測(cè)井結(jié)果以及楊氏模量、泊松比等彈性參數(shù)與TOC的交匯分析（圖2）發(fā)現(xiàn)：只有密度與TOC相關(guān)性較高。其中，當(dāng)TOC＞1%時(shí)，密度值小于2.68g／cm3，TOC值與密度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.87。分析認(rèn)為高TOC的泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)孔隙更為發(fā)育，更有利于頁(yè)巖氣的吸附和儲(chǔ)集，從而導(dǎo)致密度降低。因此，可以通過(guò)TOC與密度之間的相關(guān)性來(lái)完成TOC全區(qū)的預(yù)測(cè)。

2.2.2 TOC與密度經(jīng)驗(yàn)關(guān)系建立

通過(guò)對(duì)該區(qū)多井巖心資料與井資料綜合分析，建立了TOC與密度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式：

式中TOC為有機(jī)碳含量；ρ為巖性密度；a、b為地區(qū)性經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。

圖2 TOC敏感參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析圖

式中經(jīng)驗(yàn)系數(shù)取值是以JY1、JY2、JY3、JY4等共計(jì)4口井為基礎(chǔ)，利用其經(jīng)過(guò)巖心刻度后的TOC實(shí)測(cè)結(jié)果與密度進(jìn)行交會(huì)分析（圖3），得到經(jīng)驗(yàn)常數(shù)a＝－15.8，b＝43.85，最終確定利用實(shí)測(cè)資料計(jì)算總有機(jī)碳含量的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式：

圖3 焦石壩地區(qū)龍馬溪組—五峰組頁(yè)巖巖心分析TOC與密度測(cè)井值交會(huì)圖（4口井）

2.2.3 疊前密度反演

基于前面TOC敏感參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，密度反演是進(jìn)行TOC預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。密度體的獲取主要采用以下2種方法：①利用疊后多屬性分析方法間接獲得；②利用疊前反演方法直接獲得。但疊后多屬性反演多解性較為突出，很多并沒(méi)有明確的物理意義，其求取的密度體經(jīng)過(guò)誤差累積，達(dá)不到精確預(yù)測(cè)TOC的要求。

相對(duì)于疊后多屬性反演，疊前同時(shí)反演的優(yōu)點(diǎn)是反演精度高、穩(wěn)定性好、多解性較少。其使用縱波速度（vp）、橫波速度（vs）、密度（ρ）以及疊前地震方位角道集數(shù)據(jù)作為輸入，對(duì)這些變量加以約束同時(shí)反演得到縱波速度、橫波速度以及密度，使結(jié)果更穩(wěn)定并減少多解性問(wèn)題。因此，本次使用疊前縱橫波同時(shí)反演技術(shù)直接反演密度體。

圖4為利用疊前縱橫波同時(shí)反演技術(shù)得到的過(guò)JY1—JY2—JY4井密度剖面圖，對(duì)比測(cè)井曲線密度值與井旁反演結(jié)果可知兩者吻合程度較高，龍馬溪組—五峰組頁(yè)巖氣藏段密度分布于2.4～2.75g／cm3。同時(shí)從剖面上可以看出，JY1井到JY4井低密度泥頁(yè)巖穩(wěn)定展布，與該區(qū)沉積特征及井上分析情況一致，說(shuō)明了反演結(jié)果的可靠。

圖4 過(guò)JY1—JY2—JY4連井疊前密度反演剖面圖

2.2.4 TOC定量預(yù)測(cè)

基于前述式（1）～（2）所示的TOC與密度的關(guān)系，計(jì)算得到TOC數(shù)據(jù)體。圖5為JY1、JY2、JY4井聯(lián)井TOC反演剖面，黃紅色為優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖對(duì)應(yīng)的相對(duì)高TOC值，整個(gè)儲(chǔ)層（五峰組—龍馬溪組一段）段相對(duì)于上下地層來(lái)說(shuō)，其分布特征明顯，橫向上展布穩(wěn)定。同時(shí)也可以看到，在儲(chǔ)層內(nèi)部縱向上TOC高的優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖層有2套，中間夾1套TOC相對(duì)低的泥頁(yè)巖，且2套優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖越接近底部，TOC值更高，最大均高于4%，與前面井上分析結(jié)果對(duì)應(yīng)一致。結(jié)合五峰組—龍馬溪組TOC平面預(yù)測(cè)圖綜合分析（圖6），4口井控制的區(qū)域優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖整體發(fā)育，展布穩(wěn)定，顯示了該區(qū)良好的勘探前景。

3 應(yīng)用效果

JY1井到JY4井TOC值有增大趨勢(shì)，焦石壩主體部位最大TOC值均大于4%，優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖整體穩(wěn)定發(fā)育。從研究區(qū)東北JY1井區(qū)到西南JY4井區(qū)，TOC值增大，反演結(jié)果與鉆井分析化驗(yàn)結(jié)果一致。

圖5 過(guò)JY1—JY2—JY4井連井TOC反演剖面圖

圖6 焦石壩地區(qū)龍馬溪組—五峰組平均TOC預(yù)測(cè)平面圖

從圖6中可以看出，預(yù)測(cè)結(jié)果平均TOC均高于2.5%，優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖整體發(fā)育穩(wěn)定。其中JY2井區(qū)及JY 4井 預(yù) 測(cè) 平 均TOC較 高 ，JY 2井 為2.9% ，JY 3井區(qū)相對(duì)較低；JY1、JY2、JY3、JY4井的預(yù)測(cè)TOC與實(shí)測(cè)結(jié)果基本一致，相對(duì)誤差小于1.5%（表1）。實(shí)踐顯示這項(xiàng)技術(shù)在四川盆地海相頁(yè)巖氣勘探中具有廣闊的前景，可以加以推廣應(yīng)用。

表1 JY1、JY2、JY3、JY4井預(yù)測(cè)值TOC與實(shí)測(cè)值對(duì)比表

4 結(jié)論

1）該區(qū)對(duì)TOC敏感的地球物理參數(shù)為密度，參數(shù)之間具有很好的相關(guān)性，通過(guò)建立兩者之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，可實(shí)現(xiàn)對(duì)TOC的定量預(yù)測(cè)。

2）利用疊前同時(shí)反演直接求得的密度體避免了累計(jì)誤差，穩(wěn)定好，多解性少，結(jié)果可靠，為精細(xì)定量預(yù)測(cè)TOC提供了基礎(chǔ)保證。

3）預(yù)測(cè)TOC值與實(shí)測(cè)值相對(duì)誤差小，吻合程度高，說(shuō)明該技術(shù)在四川盆地海相頁(yè)巖氣勘探中存在廣闊的應(yīng)用前景，具有借鑒和推廣的重大現(xiàn)實(shí)意義。

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