声波时差资料在页岩成熟度预测中的应用

孟江辉，潘仁芳

（非常规油气湖北省协同创新中心 （长江大学））长江大学地球科学学院，湖北武汉 430100

宋换新 （非常规油气湖北省协同创新中心 （长江大学），湖北 武汉 430100）

金吉能 （长江大学地球科学学院，湖北 武汉 430100）

非常规油气藏和隐蔽油气藏将是未来石油天然气能源的重要接替者。页岩气作为一种非常规天然气资源，具有资源量大，含气面积广、生产寿命长、产量稳定等特点。随着世界能源需求量的增长，页岩气勘探将越来越重要［1］。页岩有机质成熟度是评价页岩气资源潜力的重要参数，高产且经济效益好的页岩气储层往往具有适中的热演化程度［2］。镜质体反射率 （Ro）是目前常用且最有效评价有机质成熟度的指标，在盆地分析、油气资源预测和评价、煤质预测等方面应用广泛。

由于页岩层在以往勘探开发中不作为目的层，相应的实测Ro数据有限，并且Ro的测定费用高、周期长、测定结果受仪器和人为因素影响较大。因此，笔者试图通过测井资料预测页岩Ro值，为页岩气的勘探降低成本、缩短周期。

1 方法基础

部分学者早在20世纪70、80年代就注意到有机质成熟度在测井响应上有间接反映［3］。郭永华等［4］最先提出有机质成熟度的电阻率测井解释方法，指出24℃下的地层电阻率 （ρ）与Ro之间存在良好的双对数线性关系。而现今，利用声波时差 （Δt）来解释有机质成熟度被广泛应用。Lang［5］认为随着埋深的增加，烃源岩有机质热演化史与压实作用和成岩作用过程关系密切，而页岩的压实程度和成岩状况可以通过Δt来表征。刘震和武耀辉［6］的研究进一步证实了该观点，在同一地质剖面中，有机质成熟度随着埋深的增加而增大，页岩Δt随着埋深的增加而减小，两者之间存在着必然的相关关系。Lang［5］通过大量数据研究表明，在页岩的正常压实带，实测Ro与Δt之间存在较好的对数关系。Mallick和Raju［7］在Lang研究基础上对Ro和Δt的相关性做了深入研究，发现印度Assam盆地的Ro和Δt之间不是对数关系，而是较理想的反线性关系。McTavish和Jersey［8］认为页岩组分 （碳酸盐或黏土矿物含量）的差异可能会导致Δt的变化，因此将北海盆地古生界页岩划分为碳质页岩和泥质页岩，分别研究其Ro和Δt的相关关系。结果表明，碳质页岩Ro和Δt的相关关系与Mallick和Raju的研究结果一致，表现为良好的反线性关系：Ro＝3.68－0.036Δt，相关系数高达－0.948 （图1 （a）），而泥质页岩Ro和 Δt同样为反线性关系：Ro＝2.73－0.018Δt，相关系数为－0.956 （图1 （b））。

值得注意的是，尽管某些地区的页岩Ro和Δt的相关系数非常好，但并无普遍应用的价值，无法以相同的准确度在全球通用［5～8］。由于不同地区页岩的矿物组成不同，在使用Δt预测Ro时，需对逐个盆地或盆地内的不同构造带进行相关系数的调整。

图1 北海盆地古生界页岩Ro与Δt关系图

2 应用实例

2.1 松辽盆地古龙凹陷青山口组

松辽盆地古龙凹陷位于该盆地北部中央坳陷区的西部，是一个长期发育的继承性凹陷，该凹陷的下白垩统发育泉头组 （K2qt）、青山口组 （K2qs）、姚家组 （K2yj）和嫩江组 （K2nj）。K2qs沉积时期是古龙凹陷水体最深、分布面积最广的时期之一，沉积了大套暗色泥页岩，被认为是页岩气成藏最有利的层段。笔者在古龙凹陷收集了英15井和英31井2口井的23个K2qs泥质页岩样品实测Ro数据，与其对应深度的Δt做交会图（图2），发现K2qs泥质页岩Ro与Δt具有较好的反线性关系，相关系数为－0.844。Ro与Δt的关系式为：

依据式 （1）计算了英16井泥质页岩的Ro（图3）。从图3可以看出，该井泥质页岩Ro计算值与实测值符合度较高，绝对误差不超过0.07%，相对误差不超过7% （表1），说明利用该方法计算Ro是有效的，Δt可以用于确定页岩有机质成熟度。根据研究区的Ro预测模型，计算出英13井、英53井、英80井、古11井、古682井等的K2qs页岩Ro分布于0.75%～1.57%，处于成熟－高成熟的热演化阶段，展示了较好的页岩气资源潜力。

图2 松辽盆地古龙凹陷K2qs泥质页岩Ro与Δt关系图

图3 古龙凹陷英16井K2qs泥质页岩Δt计算Ro值与实测Ro值对比图

表1 古龙凹陷英16井K2qs泥质页岩Ro，c与Ro，a误差分析表

2.2 东营凹陷沙四下亚段

图4 东营凹陷莱64井Es L4泥质页岩Ro与Δt关系图

对比发现，式 （2）和式 （1）的斜率和截距均差别较大，说明即使岩性相同，不同盆地、不同凹陷内的页岩Ro与Δt相关关系也不尽相同。依据式 （2）计算了东营凹陷东风5井、牛5井等多口井E泥质页岩的Ro值，与实测Ro值进行误差分析，发现两者之间符合度较高，多数样品的绝对误差低于0.08%，相对误差低于10% （表2）。根据该Ro预测模型，计算了整个东营凹陷E泥质页岩Ro值，分布于0.21%～0.83%，平均值为0.49%，说明该区页岩成熟度相对较低，页岩气资源潜力有限。

表2 东营凹陷Es L4泥质页岩Ro，c与Ro，a误差分析表

3 结论

1）Δt是定量确定页岩有机质成熟度的有效指标，Ro与Δt之间存在较理想的反线性关系。

2）页岩组分的差异可能会导致Δt的变化，利用Δt预测页岩Ro之前首先要进行岩性划分。

2）不同地区的页岩组分不同，导致与Ro相关的Δt变化较大，因此不存在一个全球通用的相关系数。在使用Δt预测Ro时，需要对逐个盆地或盆地内的不同构造带进行相关系数的调整。

4））在凹陷范围内和岩性划分的基础上，Δt对页岩成熟度的预测是有效的，通过该方法可以准确、快捷地预测出区域内无实测数据井的页岩Ro。

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［编辑］ 邓磊