基于地化-测井-地震联合反演的优质烃源岩研究方法及其应用＊——以涠西南凹陷为例

徐新德 陶倩倩 曾少军 张迎朝 刘 兵 黄义文

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司）

0 引言

烃源岩的有机碳含量（TOC）是评价凹陷生烃潜力，进而确定有利勘探领域的关键指标之一。因此，TOC空间分布特征以及基于TOC的优质烃源岩空间刻画，是油气勘探研究关注的重要基础问题。目前对于烃源岩TOC的描述主要是基于烃源岩样品的化验资料，受样品数量少、取样间隔较大（通常间隔20～30m，甚至更大）所限，这种“点”分布的数据难以准确体现TOC剖面上的“线”分布特征。前人运用烃源岩地球化学资料与测井资料建立测井地球化学方法，计算得到连续分布的烃源岩TOC数据，很好地解决了烃源岩TOC描述在剖面上不连续分布的缺陷［1-7］。但是，这种方法无法解决烃源岩TOC描述在横向上的连续性问题，导致“一孔”或“多孔”之见的TOC剖面无法准确体现区域尺度（如凹陷、盆地）呈非均质性分布的烃源层有机质丰度“体”的三维空间展布特征，特别是在钻井数量少的区域这个问题尤为突出。

针对上述问题，笔者综合运用地球化学、测井及地球物理资料，首次建立了地球化学-测井-地震联合反演优质烃源岩的研究方法，并应用于北部湾盆地涠西南凹陷流沙港组优质烃源岩的三维立体刻画，取得了可靠的成果。实践证明，烃源岩TOC值三维空间“体”的连续性刻画可有效解决海上少井或无井地区烃源岩评价的缺陷，测井和地球物理反演技术从储层扩展至烃源岩研究，是一个全新的尝试。笔者在此将优质烃源岩定义为总有机碳（TOC）＞2.0%，且达到生烃门限的烃源岩。

1 研究区概况

北部湾盆地是一个在古生代基底上发展起来的新生代裂陷盆地，共经历了张裂、断陷和拗陷等3个发育阶段［8］。涠西南凹陷位于北部湾盆地北部坳陷，面积约3 800km2，是该盆地勘探程度最高且成效最好的凹陷，已证实为富烃凹陷［9-11］（图1）。涠西南凹陷烃源层流沙港组为湖相沉积，其有机质丰度高、类型好，沉积规模大，具有良好的生烃潜力［12-13］；主力烃源层流沙港组二段为中深湖相沉积，其顶、底部各发育一套广泛分布的油页岩，有机质丰度更高，类型以Ⅰ—Ⅱ1型为主。目前涠西南凹陷已有面积约1 770km2的大范围高品质三维地震资料，为本次研究提供了基础保障。

图1 北部湾盆地涠西南凹陷构造区划图

2 基于地化-测井-地震联合反演的优质烃源岩研究方法的建立

建立基于地化-测井-地震联合反演的优质烃源岩研究方法的基本思路是：运用“点”数据的烃源岩TOC分析资料与“线”分布的测井资料，建立测井地球化学方法，计算得到“线”分布的TOC剖面；然后将各TOC剖面与“体”分布的地球物理资料相结合，得到“体”分布的烃源岩TOC体；最后运用优质烃源岩标准（TOC＞2.0%）来刻画优质烃源岩空间展布特征。

2.1 基本原理

成熟烃源岩内部主要由颗粒骨架、有机质、水以及烃类组成，在测井曲线上呈“高自然伽马、高电阻率和高声波时差”特征，且烃源岩TOC与电阻率的对数及声波时差呈线性相关［6-7］。基于此原理，建立了如下计算模型：

式（1）中：TOC为烃源岩总有机碳，%；Δt为声波时差，μs／m；lgR为电阻率的对数；a、b为系数，c为常量。运用多元线性回归方法拟合，得到a、b、c值，即可运用此模型计算烃源岩TOC值。

研究表明，不同有机质丰度的烃源岩与地震属性有着不同的相关性［14-16］。本次研究根据较小误差和较高相关性原则，优选出平均频率、波阻抗、地震道X坐标、积分绝对振幅、优势频率和道积分等6种属性开展多属性分析。其中，平均频率、波阻抗为岩性指示属性，可以区分砂岩和泥岩；地震道X坐标为地震道的X坐标值，用来增加其他各种属性在X方向的变化趋势；积分绝对振幅、优势频率为岩性和有机质指示属性，用来区分砂、泥岩和判断有机质含量高低；道积分相当于90°相移，将砂、泥岩界面相移至砂岩或泥岩层，更加有利于区分砂、泥岩。通过建立上述6种地震属性与基于测井地球化学方法的TOC之间的线性关系，运用叠后地震体中多种属性反演就可以得到TOC数据体。基于此，建立下述模型开展反演：

式（2）中：L（toc）为反演得到的 TOC；Ai为第i种属性；wi为第i种属性对应的权重。

需要说明的是，该反演模型中属性数量既不能太多也不能太少，属性数量太少时得到的结果不可信，说明目标曲线与地震数据相关性较差；属性数量太多时会出现过分拟合，使验证误差加大。

2.2 技术路线

依据上述原理，创建了优质烃源岩研究方法流程，如图2所示。首先，根据实测样品的TOC值和测井电阻率与声波时差资料，运用多元线性回归方法建立受沉积相控制的烃源岩TOC-测井参数相控模型，据此计算出烃源岩TOC值，建立基于测井地球化学的单井烃源岩TOC剖面。然后，采用2种不同路径刻画优质烃源岩的空间展布：①路径1（插值法）——建立联井TOC剖面，以优质烃源岩TOC＞2.0%的标准统计各井优质烃源岩厚度及平均TOC值，插值编制等值线图。由于这种路径实际上并不具备横向连续性数据，只能算“准三维”，因此本研究未采用此路径。②路径2（地球物理反演法）——在单井TOC剖面的基础上，运用测井约束波阻抗和地震多属性进行地震反演建立TOC反演体，再以优质烃源岩TOC＞2.0%的标准过滤进行优质烃源岩空间展布刻画。由于此路径得到的数据具真正三维空间连续性，因此本次研究采用此方法。

图2 基于地化-测井-地震联合反演的优质烃源岩研究方法流程图

3 在涠西南凹陷的应用

3.1 测井地球化学方法计算流沙港组TOC值

3.1.1 TOC-测井参数相控模型的建立

在重点参考沉积相、岩性等因素的基础上，根据各烃源岩数据点的声波时差Δt、电阻率的对数lgR及烃源岩TOC实测值，以TOC=aΔt＋blgR＋c为模型，运用多元线性回归方法对凹陷范围内24口井大量数据点进行拟合，计算出各变量的系数a、b、c，分别建立流沙港组一、二、三段TOC与Δt及lgR之间的对应模型（表1）。

表1 涠西南凹陷流沙港组各层段烃源岩TOC-测井参数相控模型及可靠性对应表

流沙港组二段为以中深湖相沉积为主的大套泥岩，其相关系数最高，达到0.867 2；流沙港组三段由各种混杂相带（河流相、冲积扇、扇三角洲）组成，砂泥岩互层较多，其相关系数较低，但也达到0.678 2。各层段模型具有较好的相关性，这为涠西南凹陷流沙港组烃源岩连续性TOC值的计算提供了可靠的依据。

分别运用不同层段的相控模型计算出流沙港组一、二、三段烃源岩TOC值，并编制了涠西南凹陷24口井的基于测井地球化学方法的TOC剖面图，为下一步地球物理反演提供井控资料。

3.1.2 模型抽井检验与单井烃源岩TOC值计算

用未参与建立相控模型的8口井对上述模型进行抽井检验，结果表明烃源岩TOC计算值与实测值具有良好的一致性（图3）。分别运用不同层段的相控模型计算出流沙港组一、二、三段烃源岩TOC值，并编制了涠西南凹陷32口井的基于测井地球化学方法的TOC剖面图。这32口井的测井地球化学TOC曲线将作为控制井被应用于涠西南凹陷流沙港组TOC值的地球物理反演。

图3 基于测井地球化学方法的WZ11-8-1井烃源岩TOC剖面图

3.2 地球物理方法反演流沙港组烃源岩TOC体

3.2.1 测井约束波阻抗反演

利用测井约束波阻抗反演得出的反演体可以有效区分流沙港组泥岩、砂岩和油页岩：高阻抗代表砂岩，低阻抗代表泥岩（图4a）；区域性分布的流沙港组二段顶、底部油页岩的测井曲线特征呈低阻抗、箱状（图4b）。选取32口代表井开展测井约束波阻抗反演，得到的波阻抗体又可以作为外部属性进行地震多属性分析。

3.2.2 地震多属性分析

将测井约束反演得到的波阻抗体作为外部属性导入。首先，对平均频率、波阻抗、地震道X坐标、积分绝对振幅、优势频率和道积分等6种属性进行线性加权，使其验证误差降至最低，抽井检验之后的相关系数达到0.73，表明运用这6种地震属性反演烃源岩TOC体的可靠性较高（图5）；其次，将多属性分析的结果应用于原始地震体反演，得到各种岩性的“TOC体”。以波阻抗8 200（g／cm3）（m／s）为门槛值（大于该值的为砂岩），剔除TOC体中的砂岩，剩下的即为泥岩和油页岩TOC反演体。该方法本次应用的工区面积大（约1 800km2），相关性较好，表明结果具有较高的可靠性。对于范围更小、井数更多以及构造相对简单的地区，该方法的可靠性将会更高，得出的结果将更加可信。当然，该方法的可靠性还取决于地震资料品质。

3.3 流沙港组二段优质烃源岩展布特征

图6为典型的涠西南凹陷A洼陷流沙港组二段烃源岩TOC反演剖面，可以很清楚地看出：流沙港组二段顶、底部油页岩有机质丰度高，泥质优质烃源岩主要分布于流沙港组二段下层序。以TOC＞2.0%的标准开展优质烃源岩厚度和TOC空间分布统计，综合分析后认为流沙港组二段发育3个次一级优质烃源岩层段，分别是流沙港组二段顶部油页岩、底部油页岩和流沙港组二段顶、底部之间的泥质优质烃源岩，它们是涠西南凹陷油气资源重要的贡献者。其中，流沙港组二段顶部油页岩厚度较小，分布于7～47m之间，绝大部分小于20m，平均厚度16m，TOC主要分布于3%～5%之间，局部高于5%；流沙港组二段底部油页岩厚度较大，分布在15～98m之间，大部分大于30m，平均厚度46m，TOC较顶部油页岩高，主要分布于4%～8%，局部高于8%（图7）；流沙港组二段顶、底部油页岩之间的泥质优质烃源岩厚度主要在100～400m之间，在A、B洼的中心部位厚度更大，其约占流沙港组二段地层体积的30%，TOC主要分布于2%～3%之间（图8）。

图6 过涠西南凹陷A洼陷地震反演得到的典型TOC剖面图

图7 涠西南凹陷流沙港组二段顶部和底部油页岩厚度（m）及TOC（%）分布图

图8 涠西南凹陷流沙港组二段泥质优质烃源岩厚度（m）及TOC（%）分布图

4 结束语

综合运用地球化学、测井及地球物理资料，首次建立了基于地化-测井-地震联合反演的优质烃源岩研究方法。该方法在涠西南凹陷的应用，明确了凹陷内流沙港组二段发育3个次一级的优质烃源层段，分别是流沙港组二段顶、底部油页岩及该2套油页岩之间的泥质优质烃源岩，它们是涠西南凹陷油气资源的重要贡献者。本文建立的基于地化-测井-地震联合反演的优质烃源岩研究方法对烃源岩TOC值三维空间“体”的连续性刻画可以有效解决海上少井或无井地区烃源岩评价的缺陷，这种将测井和地球物理反演技术从储层扩展至烃源岩的研究对于海上油气勘探是一个全新的尝试。

需要强调的是，本文提出的基于地化-测井-地震联合反演的优质烃源岩研究方法的可靠性受以下因素控制：①岩性变化对测井资料准确性有影响，因此，根据测井参数计算得到的烃源岩TOC值在大套泥岩段中可靠性高，而在砂、泥岩互层段中可靠性相对较低；②地震反演的可靠性取决于地震资料的品质、工区面积、控制井数和构造面貌的复杂程度，地震资料品质越好、工区面积越小、控制井数越多、构造面貌越简单，应用效果就越好，可靠性也就越高；反之则可靠性相对较低。

致谢：胡林、谢瑞永、李旭红等参加了此项研究，特别是中国石油大学（北京）钟宁宁教授为本文提供了宝贵的修改意见，在此一并表示感谢！

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