利用测井曲线反演计算烃源岩有机碳质量分数——以准噶尔盆地东部为例

刘俊榜 （中国石油勘探开发研究院，北京100083）

刘震，景晓凤 （油气资源与探测国家重点实验室 （中国石油大学 （北京）），北京102249）

李培俊，贺凯 （中石油新疆油田分公司准东勘探开发研究所，新疆 阜康831511）

烃源岩是油气成藏的物质基础，也是含油气系统研究的核心，长期以来国内外学者进行了多方面的研究工作，为烃源岩地球化学研究奠定了坚实的理论和方法基础。但是，由于受钻井取心长度和常规实验分析费用的限制，作为表征烃源岩丰度的重要参数——有机碳质量分数 （w（TOC））在垂向上经常难以获得连续的数据，从而直接影响了烃源岩有机质丰度以及烃源岩评价结果的可靠程度。近年来，国内外学者对烃源岩地球化学参数与测井信息二者之间的关系进行了广泛而深入的探讨，在烃源岩识别［1，2］、烃源岩有机质丰度和成熟度的定量解释［3～8］以及烃源岩测井评价［9～12］等方面提出了多种研究方法，推动了测井资料在烃源岩研究中的应用。虽然现今烃源岩的测井评价方法还不如储层测井评价方法那样成熟，但其作为一种经济、有效的烃源岩评价手段也正在不断发展和获得认可。

准噶尔盆地是在前寒武系结晶基底和寒武系－石炭系褶皱基底双层基底结构上长期发展形成的大型叠合盆地［13］。在沉积演化过程中经历了晚石炭世－中二叠世前陆盆地联合阶段、晚二叠世－古近纪坳陷盆地阶段和新近纪－现今晚期前陆盆地阶段等3个演化阶段。受沉积构造演化的控制，准噶尔盆地东部石炭系－第四系中发育了石炭系、二叠系、三叠系和侏罗系共4套烃源岩，这些烃源岩主要分布于阜康凹陷、东道海子北凹陷、五彩湾凹陷、吉木萨尔凹陷。其中，二叠系平地泉组 （P2p）、三叠系小泉沟群（T2－3xq）和侏罗系八道湾组 （J1b）是研究区的主要烃源岩层系，它们为准东地区的油气聚集提供了丰富的物质基础［14］。

准噶尔盆地的勘探和研究表明，盆地东部地区是该盆地的油气富集区帯之一。对于准噶尔盆地东部地区上述3套主要烃源岩，前人仅确定了烃源岩的展布范围和厚度，对于烃源岩的整体认识还不够深入。与此同时，受该区钻井取心长度和分析化验样品数量的限制，烃源岩评价的重要参数之一——w（TOC）数据十分有限，使用常规地球化学方法难以获得很全面、客观的认识。因此，结合研究区地球化学资料有限、测井资料丰富的特征，综合利用多种测井曲线反演求取w（TOC），进而在平面上确定出主要烃源岩层系的w（TOC）分布，为后续烃源岩评价奠定了基础。

1 测井曲线反演计算w （TOC）基本原理

测井曲线是井筒周围一定范围内地质体某一物理特征的综合响应。一般情况下对于泥岩而言，声波时差测井曲线值随其埋藏深度的增加而减小，而当地层中含有机质或油气时，就会造成地层声波时差测井曲线值增大；同时，泥岩一般表现为电阻率测井曲线值较低，但富含有机质的泥岩层，电阻率测井曲线值总是比相同条件下不含有机质的地层要高；此外，烃源岩的密度小于不含有机质的泥岩密度，且地层密度随有机质含量的变化也存在差异，因此泥岩密度与有机质含量存在一定的函数关系。

与此同时，成熟度也会对测井曲线响应特征产生一定的影响。相对于相同条件下未成熟烃源岩而言，成熟烃源岩段声波时差和电阻率测井曲线值都会增大，若将其声波和电阻率测井曲线值反向刻度，则这2条叠加曲线的幅度差增大；对于相同成熟度的烃源岩，其所对应的声波时差和电阻率测井曲线值越高、密度测井曲线值越低，则有机质含量则越高，反之越低［5，9，10］。

可见，测井曲线中包含了反映有机质丰度及成熟度的相关信息，因此，可借用包含这一信息的特征测井曲线进行反演，进而求得有机质丰度等相关参数。

2 w （TOC）求取的数学模型

在利用测井资料研究烃源岩丰度的方法中，目前主要存在2种计算模型，即Passey等提出的ΔlogR法［5］和金强所提出的修改后的ΔlogR法［11］（简称金强法）。

2．1 ΔlogR法

Passey等提出了一项可以用于较宽的成熟度变化范围内碳酸盐岩和碎屑岩烃源岩的测井评价方法——ΔlogR法，并用以求取不同成熟度条件下的w（TOC）［5］。该方法将声波时差测井曲线值线性刻度，同时将电阻率测井曲线值对数刻度，并以深度为纵坐标将电阻率测井曲线值和声波时差测井曲线值按一定刻度关系进行叠合，当2条曲线在某一深度一致 （在较长的深度段内重合或具有十分相似的形态）时为基线，基线确定后，2条曲线的间的幅度差即为ΔlgR。根据声波时差、电阻率测井曲线值综合求取ΔlgR的方程为：

式中：ΔlgR为声波时差和电阻率测井曲线间的幅度差；ρ为实测电阻率，Ω·m；ρbl为基线电阻率，Ω·m；Δt为实测声波时差，μs／ft；Δtbl为基线声波时差，μs／ft。ΔlgR与w（TOC）线性相关，同时也是镜质体反射率的函数。由ΔlgR计算w（TOC）的定量关系式是：

式中：Ro为烃源岩的镜质体反射率，%。

2．2 金强法

金强在利用测井资料反演w（TOC）的研究中考虑了岩层的物性参数［11］，把密度资料与ΔlogR法结合，并将w（TOC）的计算公式修改如下：

式中：K 为系数。将式（1）代入式（3）中可得：

将上式简写为：

由于优质烃源岩具有相对高声波时差、高电阻率和低密度测井曲线值的特征，即密度与w（TOC）呈反比关系，因此进行密度校正时将公式改为：

式中：d为密度测井曲线值，g／cm3；a、b、c为系数，均可通过对研究区系统采集样品分析，采用最小二乘法拟合获得。上述2种方法在烃源岩丰度研究中已经广泛使用，但是对这2个模型的精度及可靠性的对比研究相对较少。

3 模型应用效果对比分析

对准噶尔盆地东部3套主要烃源岩，依据研究区实测w（TOC）数据和测井资料，应用上述2种模型对w（TOC）进行了反演求取，并在此基础上对2种模型的计算精度进行了对比分析。研究中，首先对准噶尔盆地东部地区相关测井数据进行了直方图标准化处理，以消除不同时期和不同测井系列以及测井环境所造成的系统误差。

在此基础上，对准东地区318个实测w（TOC）数据及相应深度的声波时差和电阻率测井曲线值按照ΔlogR法应用式 （1）和式 （2）进行计算，得到w（TOC）计算值。最终计算结果与实测w（TOC）值相关性分析 （图1）显示，相关系数为0．6322，相关性总体较差。

其次，应用相同的实测数据并综合考虑密度因素，将与实测的w（TOC）值对应深度的声波时差、电阻率和密度测井曲线值按照式（6）对系数a、b、c进行回归分析，求得系数a＝6．3，b＝0．12，c＝－12．5。再据修改后的ΔlogR模型求取w（TOC）。计算结果与实测值对比结果显示 （图2），该模型计算求取值和实测值的相关系数为0．8631，与上述ΔlogR法计算精度相比，金强法计算结果与实测值更为接近。

因此，研究优选修改后的ΔlogR法作为研究区求取w（TOC）的最终方法。并取阜10井作为检验井，将该方法计算w（TOC）值与实测值w（TOC）值进行了比较，结果显示该方法反演计算求取的w（TOC）值平均相对误差为6．03% （表1），相对误差较小。

图1 准东地区烃源岩w（TOC）实测值与计算值散点图 （ΔlogR法）

图2 准东地区烃源岩w（TOC）实测值与计算值散点图 （金强法）

表1 阜10井w （TOC）预测模型计算结果误差分析表

4 准东地区烃源岩w （TOC）预测

应用金强法，笔者对研究区3套主要烃源岩w（TOC）值进行了求取和平面成图，并借此对准东地区主要烃源层的w（TOC）进行了预测。

4．1 P2p烃源岩

烃源岩预测结果显示，除研究区东南部因构造抬升遭受剥蚀外，P2p烃源岩整体分布较为广泛。该套w（TOC）很高，高丰度烃源岩 （2%＜w （TOC）＜4%）在绝大部分地区都有发育；中高丰度烃源岩（1%＜w （TOC）＜2%）主要发育于研究区西北部的东道海子北凹陷和白家海凸起以及吉木萨尔凹陷局部地区 （图3）。

图3 准噶尔盆地东部P2p烃源岩w（TOC）等值线图

4．2 T2－3xq烃源岩

T2－3xq烃源岩在研究区东南部、中北部以及中部局部地区因遭受抬升剥蚀而缺失。该套烃源岩在大部分地区为中高丰度，在白家海凸起及昌吉凹陷北部发育中丰度 烃 源 岩 （0．5% ＜w（TOC）＜1%），石树沟凹陷北部、火烧山、沙南地区及三台凸起发育高丰度烃源岩 （图4）。

图4 准噶尔盆地东部T2－3xq烃源岩w（TOC）等值线图

4．3 J1b烃源岩

J1b烃源岩在研究区东南部和中部隆起区因地层抬升遭受剥蚀而缺失。该套烃源岩分布范围较广，在准噶尔盆地东部大部分地区为中高丰度烃源岩，高丰度烃源岩主要发育于研究区东北部的克拉美丽山前地区和南部的博格达山前凹陷的局部地区，中等丰度的烃源岩分布最广，主要发育在研究区东北部以及阜东斜坡的中部和南部 （图5）。

图5 准噶尔盆地东部J1b烃源岩w（TOC）等值线图

5 结论

1）在现有利用测井资料反演计算w（TOC）的方法中，准东地区的应用表明：金强法要比ΔlogR法具有更高的精度，能够更为客观地反映烃源岩的丰度。

2） 准 东 地 区w（TOC）最高、高丰度烃源岩分布最广的是P2p烃源岩；T2－3xq和J1b的烃源岩以中高丰度的烃源岩为主。就烃源岩丰度来看，P2p烃源岩是准东地区最好的烃源岩。

［1］Meyer B L，Nederlof M H．Identification of source rocks on wireline logs by density／resistivity and sonic transit time／resistivity crossplots［J］．AAPG Bulletin，1984，68 （2）：121～129．

［2］王贵文，朱振宇，朱广宇 ．烃源岩测井识别与评价方法研究 ［J］．石油勘探与开发，2002，29（4）：50～52．

［3］Schmoker J W．Determination of organic matter content of appalachian devonian shales from gamma ray logs ［J］．AAPG Bulletin，1981，65 （11）：1295～1298．

［4］Fertl H，Chillnger G V．Total organic carbon content determined from well logs［J］．SPE Formation Evaluation，1988，3 （2）：407～419．

［5］Passey Q R，Creaney S．A practical model for organic richness from porosity and resistivity logs［J］．AAPG Bulletin，1990，74（12）：1777～1794．

［6］黄海平，卢松年 ．测井资料与烃源岩有机碳含量的定量关系研究 ［J］．江汉石油学院学报，1998，20（3）：8～1．

［7］Lang W H．The determination of thermal maturity in potential source rocks using interval transit time interval velocity ［J］．The Log Analyst，1994，35 （6）：47～5．

［8］Mallick R K，Raju S V．Thermal maturity evaluation by sonic log and seismic velocity analysis in parts of upper Assam Basin，India ［J］．Organic Geochemistry，1995，23 （10）：871～879．

［9］Herrson S L，Letendre I，Dufour M．Source rock evaluation using geochemical information from wireline logs and cores［J］．AAPG Bulletin，1988，72 （9）：1007．

［10］张志伟，张龙海 ．测井评价烃源岩的方法及其应用效果 ［J］．石油勘探与开发，2000，27（3）：84～88．

［11］朱光有，金强，张林晔 ．用测井信息获取烃源岩的地球化学参数研究 ［J］．测井技术，2003，27（2）：104～146．

［12］朱光有，金强 ．利用测井信息评价烃源岩的地球化学特征 ［J］．地学前缘，2003，10（2）：11～12．

［13］李德生，姚永耘，陈蟒蛟 ．中国西部地区含油气盆地的地质特征 ［J］．石油勘探与开发，1991，18（2）：1～10．

［14］王屿涛 ．准噶尔盆地油气形成与分布论文集 ［M］．北京：石油工业出版社，2003．