渤海海域廟西中南洼圍區(qū)烴源巖有機(jī)相與測井評(píng)價(jià)

孫 哲，彭靖淞，江尚昆，葉 濤，郭 穎

（中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459）

0 引言

渤海海域東南部發(fā)育多個(gè)以廟西中南洼為代表的邊緣洼陷。近年來，圍繞此類洼陷的油氣勘探取得了一系列成果，相繼發(fā)現(xiàn)了渤中36-1、墾利6-5等一批大中型油田［1-2］，證實(shí)了相對(duì)于富烴凹陷，邊緣洼陷也具有良好的勘探前景，然而，相較于富烴凹陷“滿凹生烴”的強(qiáng)勁生排烴能力［3-4］，邊緣洼陷由于在盆地演化過程中沉降幅度較小或剝蝕量較大，烴源巖發(fā)育局限、非均質(zhì)性強(qiáng)［5-6］，往往成為油氣成藏要素中的“短板”。因此，在邊緣洼陷的勘探中，關(guān)于烴源巖分布特征和規(guī)律的相關(guān)研究是重中之重。遺憾的是，相較于富烴凹陷豐富的鉆井和地球化學(xué)資料，邊緣洼陷受自身勘探程度低的制約，可用相關(guān)資料較少，這與對(duì)其烴源巖發(fā)育特征認(rèn)識(shí)的高要求形成矛盾。胡志偉等［7］、賈楠等［8］、張宏國等［9］關(guān)于本地區(qū)烴源巖的研究多是應(yīng)用常規(guī)地質(zhì)及地球化學(xué)分析方法，并基于少量鉆井揭示的巖石地球化學(xué)、有機(jī)地球化學(xué)等資料，指明了研究區(qū)烴源巖的主要發(fā)育層系，但忽視了對(duì)邊緣洼陷烴源巖縱向非均質(zhì)性的刻畫，也未指出區(qū)域上烴源巖的橫向分布特征及規(guī)律。

顯然，研究區(qū)烴源巖評(píng)價(jià)目前面臨2 個(gè)主要問題：一是勘探程度低，常規(guī)地球化學(xué)資料少；二是烴源巖非均質(zhì)性強(qiáng)，預(yù)測難度大。Δ logR技術(shù)是利用高分辨率測井信息預(yù)測烴源巖有機(jī)質(zhì)含量的經(jīng)典方法，該技術(shù)最早由埃克森（Exxon）、埃索（Esso）公司和Passey 等［10］開發(fā)，具有資料易獲取、可操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用［11-15］，但也有基線的確定過程繁瑣，受人為因素影響大等缺點(diǎn)。胡慧婷等［16］、劉超等［17-18］、許娟娟等［19］、陳海峰等［20］通過改進(jìn)算法模型，利用變系數(shù)Δ logR技術(shù)將原技術(shù)中的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)改為待定系數(shù)，并結(jié)合誤差分析，依據(jù)研究區(qū)實(shí)際資料厘定待定系數(shù)的值，改善了Δ logR技術(shù)對(duì)烴源巖TOC（總有機(jī)碳）的預(yù)測效果。借助于連續(xù)的TOC數(shù)據(jù)，王飛宇等［21］、王浩等［22］、趙志剛等［23］通過對(duì)渤海灣盆地饒陽凹陷以及二連盆地賽漢塔拉凹陷烴源巖的有機(jī)相進(jìn)行分類，實(shí)現(xiàn)了對(duì)烴源巖的分級(jí)評(píng)價(jià)，很好地解決了烴源巖評(píng)價(jià)中的非均質(zhì)性問題。

此次研究，在系統(tǒng)整合前人烴源巖測井評(píng)價(jià)、有機(jī)相劃分等相關(guān)研究方法的基礎(chǔ)上，從廟西中南洼圍區(qū)單井實(shí)測地球化學(xué)數(shù)據(jù)出發(fā)，應(yīng)用變系數(shù)Δ logR技術(shù)刻畫研究區(qū)烴源巖縱向非均質(zhì)性，并通過井-震標(biāo)定，在研究區(qū)三維地震數(shù)據(jù)格架下明確各類有機(jī)相的地震反射特征，總結(jié)區(qū)域上烴源巖的橫向分布特征及規(guī)律，以期對(duì)油氣勘探部署以及此類邊緣洼陷的烴源巖評(píng)價(jià)有所啟示和借鑒。

1 研究區(qū)概況

廟西中南洼位于渤海海域的東南部海域（圖1），西鄰渤南低凸起，東靠膠遼隆起，北鄰廟西南凸起，洼陷呈北東向狹長形展布，面積約1 090 km2。研究區(qū)位于郯廬斷裂東支南段，構(gòu)造環(huán)境復(fù)雜，油氣勘探程度低，鉆井?dāng)?shù)量較少，且鉆井多位于高部位，從揭示地層來看，目前僅2 口探井（PL25-A 井和PL25-B井）揭示了洼陷主力烴源巖，對(duì)研究區(qū)普遍存在的沙三段（Es3），特別是沙四段（Es4）主力烴源巖鉆遇較少，導(dǎo)致對(duì)其烴源巖的發(fā)育狀況與特征認(rèn)識(shí)不清，極大地制約了該洼陷的油氣勘探。

圖1 廟西中南洼圍區(qū)構(gòu)造區(qū)劃簡圖Fig.1 Structure regionalization diagram of the study area

2 烴源巖縱向非均質(zhì)性刻畫

2.1 烴源巖有機(jī)相劃分依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)

有機(jī)相的概念最初由Rogers［24］和Jones［25］提出，此后，烴源巖有機(jī)相在石油勘探中得到了廣泛的應(yīng)用［26-27］。在有機(jī)相的劃分上，國內(nèi)外學(xué)者根據(jù)實(shí)際研究的需要和使用范圍，采用不同的指標(biāo)，提出了許多分類方案［28-29］。本文主要參考了Pepper等［30］和Evenick 等［31］對(duì)有機(jī)相的定義和劃分方案，并將該區(qū)烴源巖有機(jī)相劃分為A，B，C，D/E，F(xiàn) 等5類（表1）。

有機(jī)相的劃分主要考慮烴源巖的有機(jī)質(zhì)來源、沉積環(huán)境，以及干酪根類型等因素，然而，在實(shí)際勘探過程中，定性指標(biāo)的劃分往往難以操作和應(yīng)用。為了建立有機(jī)相劃分的定量指標(biāo)，通過統(tǒng)計(jì)研究區(qū)烴源巖樣品TOC 與干酪根顯微組分以及HI（氫指數(shù)）與干酪根的類型關(guān)系發(fā)現(xiàn)，隨著TOC 的增加，烴源巖有機(jī)質(zhì)來源逐漸由陸源有機(jī)質(zhì)向水生低等生物變化［圖2（a）］；隨著HI的增加，干酪根類型由Ⅲ型漸變?yōu)棰裥停蹐D2（b）］。TOC 和HI定量表征了烴源巖有機(jī)質(zhì)來源和干酪根類型，因此將研究區(qū)烴源巖有機(jī)相的表征簡化為TOC 和HI層段的劃分，再結(jié)合沉積環(huán)境相關(guān)研究，可以較為完善地劃分有機(jī)相。

表1 有機(jī)相定義及劃分方案［30］Table 1 Definition and division scheme of organic facies

圖2 廟西中南洼圍區(qū)沙三段烴源巖TOC 與干酪根顯微組分的關(guān)系（a）及沙三段烴源巖HI 與干酪根類型關(guān)系（b）Fig.2 Relationship between TOC and kerogen macerals（a）and relationship between HI and kerogen types（b）of source rocks of Es3 in the study area

對(duì)于中低成熟度泥質(zhì)烴源巖來說，TOC 與HI存在很好的正相關(guān)性［22］，邊緣洼陷多位于盆地邊緣，沉降幅度較小或剝蝕量較大，烴源巖成熟度低，這種相關(guān)性表現(xiàn)得更為明顯。通過統(tǒng)計(jì)、整理廟西中南洼圍區(qū)共計(jì)200 余個(gè)巖石熱解數(shù)據(jù)（樣品深度為1 600～3 500 m，平均深度為2 611.5 m，研究區(qū)生烴門限約2 700 m）表明，烴源巖的HI與TOC 的含量具有很好的相關(guān)性，在未成熟—低成熟階段，HI隨TOC 含量的增大而增大，當(dāng)TOC 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于3%時(shí)，HI值達(dá)到最大值后趨于平緩（圖3）。

據(jù)此，參考Pepper 等［30］對(duì)有機(jī)相的定性劃分方案，并利用研究區(qū)大量的實(shí)測TOC 和HI數(shù)據(jù)建立了本區(qū)烴源巖有機(jī)相的定量劃分標(biāo)準(zhǔn)（表2），即TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2%，HI均值約600 mg/g 的烴源巖對(duì)應(yīng)的有機(jī)相為C 相；TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%～2%，HI均值約350 mg/g 的烴源巖對(duì)應(yīng)的有機(jī)相為D/E 相；TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%～1.0%，HI均值約170 mg/g 的烴源巖對(duì)應(yīng)的有機(jī)相為F 相。

圖3 廟西中南洼圍區(qū)TOC 與HI 相關(guān)關(guān)系統(tǒng)計(jì)Fig.3 Correlation of TOC and HI of source rocks in the study area

表2 廟西中南洼圍區(qū)烴源巖有機(jī)相定量劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Organic facies classification criteria of source rocks in the study area

2.2 烴源巖測井地球化學(xué)評(píng)價(jià)

邊緣洼陷勘探程度低，且海上鉆井作業(yè)取心資料有限，實(shí)測烴源巖TOC 數(shù)據(jù)稀少，不足以支持單井上對(duì)烴源巖的精細(xì)有機(jī)相劃分。Δ logR技術(shù)是利用測井資料預(yù)測烴源巖TOC 的有效方法，該方法利用電阻率和聲波時(shí)差曲線識(shí)別烴源巖和定量計(jì)算烴源巖TOC，其公式如下：

式中：R為電阻率，Ω·m；R基線為基線電阻率，Ω·m；Δt為聲波時(shí)差，μs/m；Δt基線為基線聲波時(shí)差，μs/m；K為疊合系數(shù)，取K=0.02。

式中：TOC 為總有機(jī)碳含量，%；A，B均為常數(shù)。

根據(jù)Δ logR值與實(shí)測TOC 擬合的線性關(guān)系，最終可以計(jì)算出全井段泥巖的TOC。國內(nèi)有很多學(xué)者也應(yīng)用此方法對(duì)烴源巖進(jìn)行評(píng)價(jià)，并取得了很好的效果，但是，在具體應(yīng)用時(shí)則發(fā)現(xiàn)公式中給定的疊合系數(shù)K是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，即K=0.02。現(xiàn)以PL25-B 井為例（圖4），當(dāng)取K=0.02 時(shí)，實(shí)測TOC與Δ logR的擬合關(guān)系較差，當(dāng)以一定步長移動(dòng)K值，動(dòng)態(tài)擬合實(shí)測TOC 時(shí)，隨著K值的不斷增加，相關(guān)系數(shù)表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，當(dāng)K=0.032時(shí)，相關(guān)系數(shù)（R2=0.828）達(dá)到最高值，那么此時(shí)的疊合系數(shù)即為最優(yōu)疊合系數(shù)（圖4，圖中1 ft=30.48 cm，在英尺進(jìn)制下經(jīng)驗(yàn)系數(shù)取0.02）。

圖4 廟西中南洼圍區(qū)不同K 值對(duì)應(yīng)擬合系數(shù)R2變化Fig.4 Variation of fitting coefficient R2corresponding to different K values in the study area

采用這種最優(yōu)疊合系數(shù)下的Δ logR技術(shù)，優(yōu)選了研究區(qū)4 口資料齊全的探井進(jìn)行了TOC 測井預(yù)測。結(jié)果表明，實(shí)測TOC 與預(yù)測TOC 整體吻合較好。

借助于泥巖縱向連續(xù)TOC 數(shù)據(jù)，對(duì)沙三段烴源巖進(jìn)行單井有機(jī)相劃分，這樣就實(shí)現(xiàn)了烴源巖非均質(zhì)性的直觀描述。從單井上看（圖5）：C 相烴源巖在PL25-A 井區(qū)沙一段和沙二段均較為發(fā)育，厚度為42 m，沙三段和沙四段以及孔店組均不發(fā)育；PL25-B 井揭示的C 相烴源巖厚度最大，約360 m，沙一段和沙二段以及沙三段整體上為一套品質(zhì)較好的烴源巖；BZ36-A 井沙三中段烴源巖質(zhì)量較好，C 相烴源巖厚度為260 m，沙三下段烴源巖品質(zhì)變差；KL6-A 井沙三中下段烴源巖品質(zhì)較好，C 相烴源巖厚度為210 m，上部沙三上段及沙一段和沙二段烴源巖品質(zhì)逐漸趨于一般。

圖5 廟西中南洼圍區(qū)烴源巖單井有機(jī)相劃分Fig.5 Organic facies division of source rocks of single well in the study area

3 烴源巖平面發(fā)育特征

3.1 有機(jī)相地震反射特征及展布

根據(jù)單井有機(jī)相劃分結(jié)果，通過井-震結(jié)合，在地震數(shù)據(jù)格架下對(duì)各類有機(jī)相的地震反射特征進(jìn)行了識(shí)別（圖6）。PL25-B 井沙三段由上至下烴源巖有機(jī)相變化為C-D/E-C 相，地震反射特征整體為中低頻—連續(xù)—強(qiáng)振幅；PL25-A 井縱向上烴源巖有機(jī)相變化為C-D/E-F 相，地震反射特征由頂部的中低頻—連續(xù)—強(qiáng)振幅逐漸變化為中高頻—斷續(xù)—弱振幅的特征；KL6-A 井縱向上烴源巖有機(jī)相變化為F-D/E-C 相，地震反射特征由頂部的中高頻—斷續(xù)—弱振幅，逐漸變化為中低頻—連續(xù)—強(qiáng)振幅；BZ36-A 井烴源巖有機(jī)相變化為F-D/E-C-D/E 相，地震反射特征由頂部的中高頻—斷續(xù)—弱振幅，逐漸變化為中低頻—連續(xù)—強(qiáng)振幅。可以看出有機(jī)相的變化與剖面上地震反射特征有著很好的吻合性，同時(shí)也明確了中低頻—連續(xù)—強(qiáng)振幅是優(yōu)質(zhì)烴源巖即C 相的典型地震反射特征。

圖6 廟西中南洼圍區(qū)各類有機(jī)相的地震反射特征Fig.6 Seismic reflection characteristics of various organic facies in the study area

在地震數(shù)據(jù)格架下，根據(jù)單井標(biāo)定識(shí)別的各類有機(jī)相的地震反射特征，綜合考慮區(qū)域地層展布與沉積體系特征，對(duì)研究區(qū)沙三段和沙四段烴源巖展開了橫向上的有機(jī)相追蹤，刻畫出各類有機(jī)相的展布范圍（圖7）。

3.2 C 相烴源巖展布特征

從已鉆井烴源巖有機(jī)相（厚度）出發(fā)，在地震數(shù)據(jù)建立的地質(zhì)格架下，根據(jù)烴源巖測井地球化學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果，綜合考慮地層的厚度與沉積相，采用相關(guān)網(wǎng)格化成圖軟件編制出研究區(qū)沙三段和沙四段C 相烴源巖（TOC 質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2%）厚度圖（圖8）。從圖8 可以看出，沙三段C 相烴源巖在廟西中南洼的北次洼、黃河口東洼及萊州灣東北洼廣泛發(fā)育，廟西中南洼南次洼相對(duì)不發(fā)育；沙四段C 相烴源巖分布相對(duì)局限，僅在廟西中南洼南次洼發(fā)育，其他地區(qū)均不發(fā)育。

邊緣洼陷烴源巖生排烴能力較富烴洼陷弱，油氣運(yùn)聚成藏多以近源為主。因此，圍繞優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育區(qū)尋找近源的有利構(gòu)造目標(biāo)，是研究區(qū)下一步的主要勘探方向。研究表明：廟西中南洼南次洼和黃河口東洼結(jié)合區(qū)的沙三段和沙四段C 相烴源巖都很發(fā)育，是下一步的主要勘探靶區(qū)；南部的萊州灣東北洼缺失沙四段，但沙三段烴源巖較為發(fā)育，圍區(qū)以沙三段為主要供烴來源的構(gòu)造目標(biāo)也是較好的靶區(qū)；廟西中南洼的北次洼沙三段和沙四段優(yōu)質(zhì)烴源巖均不發(fā)育，因此勘探風(fēng)險(xiǎn)較大，這也很好地解釋了近年來北次洼多個(gè)勘探目標(biāo)失利的主要原因。

圖7 廟西中南洼圍區(qū)烴源巖有機(jī)相展布特征Fig.7 Distribution characteristics of organic facies of source rocks in the study area

圖8 廟西中南洼圍區(qū)C 相烴源巖厚度Fig.8 Thickness of C-facies source rock in the study area

4 結(jié)論

（1）應(yīng)用變系數(shù)Δ logR技術(shù)結(jié)合有機(jī)相劃分刻畫了廟西中南洼圍區(qū)烴源巖的縱向非均質(zhì)性。通過井-震結(jié)合，在研究區(qū)三維地震數(shù)據(jù)格架下明確了各類有機(jī)相平面展布特征，綜合考慮地層厚度與沉積相，明確了研究區(qū)高豐度烴源巖發(fā)育特征，形成了針對(duì)邊緣洼陷烴源巖預(yù)測評(píng)價(jià)的新方法及流程。該方法解決了邊緣洼陷烴源巖評(píng)價(jià)中鉆井稀少和采樣分析資料缺乏的問題，對(duì)于低勘探程度地區(qū)烴源巖評(píng)價(jià)行之有效。

（2）廟西中南洼圍區(qū)沙三段烴源巖以C 相為主，烴源巖品質(zhì)整體較好，但也有一定的非均質(zhì)性。優(yōu)質(zhì)烴源巖主要分布于廟西中南洼南次洼以及黃河口東洼東部與廟西中南洼結(jié)合部，廟西中南洼北次洼分布相對(duì)局限；沙四段烴源巖質(zhì)量稍差，優(yōu)質(zhì)烴源巖主要分布于廟西中南洼南次洼。廟西中南洼南次洼是沙三段和沙四段優(yōu)質(zhì)烴源巖疊合發(fā)育區(qū)，是下一步勘探應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的有利區(qū)帶。