基于广义ΔlgR技术的致密气源岩有机碳测井评价

松辽盆地X地区是深层致密砂砾岩气勘探的主战场，在烃源岩评价方面，前人[1,2]依据地震资料预测了研究区主力气源岩层——下白垩统沙河子组的分布，并利用岩心(岩屑)测试资料开展了烃源岩生烃品质评价。总有机碳质量分数(w(TOC))是评价烃源岩生烃能力最可靠的指标之一，前人[3]对研究区烃源岩w(TOC)的评价主要通过样品采集、测试的方法开展，受烃源岩非均质性和岩心(屑)测试样品有限的双重制约，通过岩心(屑)测试w(TOC)平均值粗略表征烃源岩有机质丰度的方法无法揭示w(TOC)在层序格架内和平面上的发育特征，不能满足研究区致密砂砾岩气勘探及烃源岩评价的精细需求。

利用烃源岩测井评价方法可以快速计算得到井剖面上连续分布的w(TOC) [4]，不仅可以弥补传统取样分析方法样品离散、分辨率低的不足，还可以直观剖析w(TOC)的垂向变化特征[5～7]，进而明确优质烃源岩在空间上的分布特征[8～10]。目前，利用测井资料评价烃源岩w(TOC)的技术已经比较成熟，常见的评价技术包括ΔlgR技术及其改进技术[11～14]，多元回归技术和神经网络技术。其中ΔlgR技术中的模型参数具有明确的地质意义，可操作性较强，在实践中应用最广泛。有学者[14,15]针对ΔlgR技术采用经验参数预测w(TOC)导致预测误差过大，以及人工确定“基线”的繁琐和不确定性，提出并建立了变系数ΔlgR技术。还有学者[16]针对压实作用和较高导电组分导致的陆相深层烃源岩在孔隙度和电阻率曲线上响应不敏感的问题，在保留ΔlgR技术具有削弱孔隙度干扰优势的基础上，利用对深层烃源岩响应相对敏感的自然伽马曲线替代传统模型中的成熟度参数，建立了利用自然伽马、声波时差和电阻率测井曲线预测w(TOC)的广义ΔlgR技术。

笔者利用广义ΔlgR技术评价松辽盆地X地区致密气源岩，依据测井评价结果，结合层序格架的划分，落实烃源岩有机质在垂向和平面上的分布特征，为该区致密砂砾岩气的勘探选区奠定了基础。

1 研究区概况

图1 研究区构造位置和层序地层特征

X地区位于松辽盆地北部，勘探面积约1000km3，呈一凹两凸的构造格局，由侏罗纪晚期-白垩纪早期的NNW、NNE向左旋张扭作用形成。目的层沙河子组以不整合的方式超覆在下白垩统火石岭组之上，地层厚度最大超过1200m，呈西厚东薄的楔状特征，垂向上可划分为2个二级层序、4个三级层序(图1)。沙河子组的沉积类型多样，包括扇三角洲、辫状河三角洲、近岸水下扇、湖底扇等，整体上具有物源近、相变快的特征。沙河子组发育多种岩性，包括泥岩、粉砂岩、砂岩、砂质砾岩、砾岩和煤层，其中暗色泥岩最发育，厚度一般400～800m，暗色泥岩与砂砾岩储层叠置发育，为致密砂砾岩气藏的形成奠定了基础。

2 研究区烃源岩特征

2.1 烃源岩发育特征

沙河子组沉积于断陷扩张的鼎盛时期，随着水体加深和可容纳空间的急剧增大，沉积了一套厚度大、分布广的烃源岩层，形成了断陷内的主力气源岩[2]。活跃的构造运动导致沙河子组沉积期间的水体震荡频繁，烃源岩的岩性、厚度、所含有机质的多少均存在差异，烃源岩表现出较强的非均质性。烃源岩的岩性包括黑色泥岩、灰黑色泥岩、灰色泥岩、灰绿色泥岩等，泥岩含砂或炭屑的现象比较普遍。烃源岩的单层厚度向靠近物源区方向变薄，最薄不足1m；向水体相对稳定的深凹中心呈增厚趋势，单层厚度最厚超过百米。烃源岩的镜质体反射率Ro一般为1.3%～2.4%，处于成熟-过成熟演化阶段；烃源岩有机质主要来源于陆源高等植物，有机质类型主要为Ⅲ型，局部湖相低等浮游生物形成Ⅱ型有机质。烃源岩岩心实测w(TOC)介于0.12%～9.98%之间，不同样品之间w(TOC)相差较大，表现出很强的非均质性。

图2 沙河子组烃源岩测井响应特征

2.2 烃源岩测井响应特征

传统观点认为，成熟烃源岩层具有“三高”的测井响应特征，即高自然伽马、高声波时差和高电阻率。而研究区烃源岩的测井响应特征具有“一高、两平”的独特性(图2)，具体表现为：烃源岩层对应的自然伽马曲线较高，呈正异常特征；受强烈压实作用的影响，烃源岩层对应的孔隙度曲线相对平直，不能很好地反映有机质丰度的波动；此外，陆相烃源岩相对富含泥质、束缚水、毛细管水等导电组分，含量较高的导电组分导致烃源岩层对应的电阻率曲线平缓，整体呈中-低值，电阻率曲线也不能很好地反映有机质丰度的波动。

3 研究区烃源岩测井评价

3.1 烃源岩测井评价模型的选取

从前文分析可知，研究区烃源岩不仅非均质性明显，而且埋深大、导电组分含量高，因此烃源岩测井特征也比较特殊，不适合利用传统的评价技术预测烃源岩w(TOC)。广义ΔlgR技术[7]利用“叠合法”有利于削弱孔隙度干扰的优点，同时，引入了对深层烃源岩测井响应相对敏感的自然伽马曲线，克服了声波时差和电阻率曲线对深层烃源岩响应不敏感的问题，而且多条测井曲线蕴含的烃源岩w(TOC)信息更丰富，预测结果的稳定性也较好。为此，选用广义ΔlgR技术评价烃源岩w(TOC) ，其拟合公式为：

ΔlgR=log(ρt/ρb)+0.02(Δt/Δtb)

(1)

w(TOC)=(a×qAPI+b) ×ΔlgR+Δw(TOC)

(2)

式中：ρt为电阻率；ρb为电阻率曲线的基线值；Δtb为声波时差曲线的基线值；a和b为拟合公式的系数；Δw(TOC)为w(TOC)的背景值。

3.2 测井解释模型的建立

优选研究区3口烃源岩系统取样井(WZ1井、WZ2井和WZ3井)的241个数据点标定模型内关键系数a和b的值：首先，根据基线的概念，分别将3口井的声波时差曲线和对数电阻率曲线叠合在细粒非烃源岩处重合，分别读取Δtb和ρb，计算ΔlgR；然后，在上述操作的基础上，结合岩心实测w(TOC)数据，得到“基线”处对应的w(TOC)约为0.3%，因此，令Δw(TOC)=0.3%；最后，以3口井的实测w(TOC)数据为基础，以式(2)计算w(TOC)和实测w(TOC)的误差最小为目标，求取a、b的最优解。

按照上述操作方法得到研究区w(TOC)的预测公式为：

w(TOC)=(0.018×qAPI+0.15)×ΔlgR+0.3

(3)

利用式(1)和式(3)计算上述3口井的w(TOC)与实测w(TOC)的平均相对误为17.4%(图3)，计算值与实测值符合较好；将式(1)和式(3)用于研究区WZ5等5口具有实测w(TOC)数据的井以验证模型的效果，结果表明，模型预测w(TOC)与实测w(TOC)的平均相对误差为20.1%(图3(b))，证明笔者所建立的模型可靠。

图3 广义ΔLgR技术w(TOC)预测效果(a)及效果验证(b)

图4 研究区沙河子组暗色泥岩w(TOC)等值线图

3.3 研究区w(TOC)测井评价结果

利用所建立并经过验证的模型，完成了研究区35口井烃源岩层的w(TOC)预测，得到了井剖面上连续分布的w(TOC)。在该基础上，剖析了烃源岩w(TOC)在平面上的分布特征和高w(TOC)烃源岩在层序格架内的分布规律。

从平面上看，由单井暗色泥岩层计算w(TOC)的加权平均值绘制的等值线图(图4)可知，沙河子组不同沉积位置w(TOC)存在明显差异，发育有2个w(TOC)高值中心：一个位于断陷中心DS16井区，该井区沉积水体相对稳定，暗色泥岩比较发育，泥地比接近90%，主要对应有利于有机质沉积和保存的深湖-半深湖环境，暗色泥岩w(TOC)平均值为3.57%；另一个位于断陷东侧近洼斜坡带的SS4井区，该井区的泥地比达为82%，对应相对有利于有机质沉积和保存的浅湖-半深湖环境，暗色泥岩w(TOC)平均值达到2.54%。其他井区的暗色泥岩w(TOC)平均值一般在2.0%以下，断陷边部的暗色泥岩w(TOC)多数在1.0%以下，原因是断陷边部主要发育扇三角洲平原或辫状河三角洲平原沉积，其较强的水动力条件和偏氧化的沉积环境不利于有机质的沉积和保存。

对于常规的“下生上储”型油气藏勘探而言，只要落实烃源岩宏观展布和地球化学指标的整体特征，即可对油气勘探起到重要的指示作用。而对于页岩油气、致密砂岩油气等近源成藏的非常规油气勘探而言，邻近烃源岩的致密储存具有优选成藏和形成“甜点”的优势，因此，烃源岩层内局部发育的富集w(TOC)优质层段对油气富集的控制意义更大，烃源岩内部非均质性刻画显得尤为重要。研究区砂砾岩层储层与暗色泥岩互层发育并且普遍含气，具有明显近源成藏的特征，同时砂砾岩储层压裂后的产能差别很大。因此，落实研究区富集w(TOC)烃源岩在空间上的分布，对该区致密砂砾岩气勘探区域的选取和探井部署都具有重要的指导意义。

高分辨率的烃源岩w(TOC)测井评价结果和层序地层格架研究成果，为落实富集w(TOC)优质层在凹陷内的空间分布特征提供了有效手段。分析表明，同一层序内部和不同层序之间烃源岩w(TOC)均存差异，以南北方向的连井剖面为例(图5)，由层序发育相对较全的DS16井可知，该井 SQ4层序的计算w(TOC)曲线呈漏斗形，SQ3层序的计算w(TOC)曲线的上半部呈钟形、下半部呈漏斗形，表明同一层序内和不同层序之间均存在波动，证明了烃源岩w(TOC)在层内和层间均存在非均质性。此外，对比不同层序烃源岩发育水平可知，除了SQ1没有井钻遇外，SQ4中上部和SQ3中部烃源岩的w(TOC)相对较高，w(TOC)多数可达到2.0%以上，平均值分别达到3.1%和2.4%，SQ2对应的w(TOC)平均值为1.8%，相对偏低。可见，研究区富集w(TOC)的烃源岩主要发育在SQ4中上部和SQ3中部。

图5 研究区烃源岩测井评价结果连井图

4 结论

1)优选广义ΔlgR技术，通过利用研究区实测w(TOC)数据重新厘定模型内关键参数，建立并验证了了适合研究区的烃源岩w(TOC)测井评价模型，实现了研究区35口井暗色泥岩w(TOC)的准确预测，平均相对误差不超过20.1%。

2)测井评价结果表明，松辽盆地X地区暗色泥岩w(TOC)多数在2.0%以下，部分超过3.0%。平面上w(TOC)存在2个高值区——DS16井区和SS4井区。纵向上w(TOC)相对较高的暗色泥岩主要发育在SQ4中上部和SQ3中部，w(TOC)均值分别达到3.1%和2.4%。