基于地震反演的烃源岩定量评价方法——以渤海湾盆地辽西凹陷为例

刘志斌 牛 聪 刘 方

(中海油研究总院 北京 100028)

基于地震反演的烃源岩定量评价方法
——以渤海湾盆地辽西凹陷为例

刘志斌 牛 聪 刘 方

(中海油研究总院 北京 100028)

刘志斌,牛聪,刘方.基于地震反演的烃源岩定量评价方法——以渤海湾盆地辽西凹陷为例[J].中国海上油气，2016,28(5)：16-21.

Liu Zhibin,Niu Cong,Liu Fang.A method to quantitatively evaluate source rocks based on seismic inversion: a case study of Liaoxi sag in Bohai Bay basin[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(5):16-21.

综合地化、测井、盆地模拟等方法，提出了一套基于地震反演的生烃凹陷烃源岩定量评价方法。首先通过Passey经验公式法拟合获取单井有机碳含量数据；再通过交会分析研究地球物理参数对有机碳含量的敏感度，优选出敏感度最强的参数为纵波阻抗，并建立两者的拟合关系式，在地震反演数据的基础上得到有机碳含量数据体；然后参考烃源岩等级划分标准，提取目的层段优质烃源岩的分布面积和地层厚度；最后估算出研究区总生烃量。本文方法在渤海湾盆地辽西凹陷取得了良好的应用效果，达到了定量描述烃源岩的目的，从而为该地区生烃凹陷评价及勘探区块选择提供了参考依据。

地震反演；生烃凹陷；烃源岩；定量评价；辽西凹陷

烃源岩评价是生烃凹陷评价、区块评价的基础，评价参数包括烃源岩规模、烃源岩质量(有机碳含量(TOC)、有机质类型、氯仿沥青“A”含量、总烃含量等)、生排烃量等，其中烃源岩发育规模、有机碳含量和生排烃量是评价凹陷生成油气潜力的重要指标[1]。因此，识别烃源岩、刻画烃源岩的空间分布以及评价烃源岩质量是油气勘探需要关注的重要问题。

在过去的研究中，地球化学分析方法只有在具备岩样和岩屑资料样品的情况下才能进行应用，并且该方法受样品数量和取样间隔的限制，研究成果往往会出现以偏概全的现象[2-3]。近年来，一些专家学者逐步开展了基于地球物理方法的烃源岩评价研究，并取得了一定进展。袁东山、朱振宇 等[4-5]基于测井资料识别，计算了烃源岩层地化参数，弥补了岩样地化分析样品少的缺陷。王鹏、刘震、赵胜 等[6-8]基于地震资料速度谱解释了泥岩厚度，预测了镜质体反射率，为勘探程度较低的盆地早期评价提供了较便捷的方法。刘军、母国妍 等[9-10]开展了烃源岩定量评价应用研究，并取得了相应的效果。但是，上述研究成果目前在如何使用地球物理方法对烃源岩的发育规模、丰度等级和生烃潜力进行评价方面仍比较欠缺。

本文综合地化、测井、盆地模拟等方法，提出了一套基于地震反演的生烃凹陷烃源岩评价方法，并在渤海湾盆地辽西凹陷进行了成功应用，刻画了研究区沙河街组沙三段中下亚段优质烃源岩的空间展布，进而估算了生烃量，达到了定量描述烃源岩的目的。

1 研究区概况

辽西凹陷位于渤海东北部海域，北部与辽河西部凹陷相连，东部是辽西低凸起，总体为北东—南西向展布，由北、中、南等3个洼陷组成。近年来在凹陷内发现了多个大中型油气田，充分说明了辽西凹陷具有良好的勘探前景。辽西凹陷目前已有13口井钻遇沙三段，前人研究表明沙三段烃源岩埋深大，目前处于成熟阶段，有机质类型主要为Ⅱ1型，有较高含量的浮游藻类和有机屑含量，腐泥组和壳质组含量普遍大于80%，是凹陷的主力烃源岩层段[11-13]。但是，由于辽西凹陷周边发育秦皇岛、绥中、兴城等水系，属近源快速沉积，不同学者对该凹陷沙三段烃源岩的发育规模及质量认识不统一，制约着对该凹陷资源潜力的进一步评价[14]。因此，辽西凹陷沙三段优质烃源岩的识别与评价是该凹陷油气勘探面临的首要问题。

研究区位于辽西低凸起西部及辽西凹陷北洼(图1)，为三维地震覆盖区，地震资料品质较好，沙三段具有地化取心数据和实测纵横波速度、密度资料，高品质三维地震数据和井数据为利用地球物理技术开展烃源岩评价提供了有利条件。

图1 研究区构造区划图

2 方法流程

基于地震反演的烃源岩定量评价方法，其关键技术是建立地化参数与地球物理参数之间的数学关系，从而得到地化参数数据体，进而达到定量描述烃源岩的目的，具体流程(图2)包括：

1) 单井TOC数据求取。利用测井解释方法拟合地化采样点得到单井TOC数据。

2)TOC拟合公式建立。通过交会分析研究各地球物理参数对TOC的敏感度，优选出敏感度最强的参数，并建立二者的拟合关系式，在叠前反演数据体的基础上计算出TOC数据体。

3) 优质烃源岩面积和厚度预测。参考烃源岩等级划分标准，在TOC数据体上提取目的层段TOC≥2%的优质烃源岩分布面积和地层厚度。

4) 生烃量估算。将得到的各参数代入业内常用公式，估算出研究区的总生烃量。

需要指出的是，不同凹陷的地质和地球物理特征差别很大，需要根据各凹陷特征选用不同的参数和反演方法，或根据同一凹陷不同深度烃源岩的特征选用不同的方法。该方法评估结果的可靠性与研究区基础地质、地震、测井、取心、控制井数和岩石物理规律等资料品质有关，敏感参数识别TOC能力越强、井控数量越多、地震资料品质越好，则应用效果越好。

图2 烃源岩定量评价流程图

3 应用实例

3.1 单井TOC数据求取

烃源岩层内有机碳和充填的孔隙流体具有不同的物理性质，一般情况下烃源岩层的测井曲线主要表现为高自然伽马、高声波时差和高电阻率[15-16]。研究区有钻井在沙三段中亚段钻遇了大套优质成熟烃源岩(TOC>3.0%)，这套优质烃源岩(2 975～3 050 m)的测井响应表现出典型的“三高一低”特征,即高伽马(90～135 gAPI)、高声波时差(100～120 μs/ft)、高电阻率(7～18 ohm·m)和低密度(2.33～2.43 g/cm3)。而该井在沙三段上亚段钻遇了大套纯泥岩(有机碳含量平均值远小于1.0%)，这套纯泥岩(2 650～2 725 m)的测井响应表现为“三低一高”的非成熟烃源岩特征，即低伽马(75～90 gAPI)、低声波时差(80～95 μs/ft)、低电阻率(1～3 ohm·m)和高密度(2.41～2.53 g/cm3)。这说明不同丰度烃源岩的测井响应特征不同，这为利用测井数据评价烃源岩品质提供了依据。研究表明，利用测井数据求取单井TOC的方法较多，有交会图识别法、声波-电阻率重叠法和单一曲线识别法等，本文根据研究区实际情况选择了声波-电阻率重叠法，即Passey经验公式法

TOC=(ΔlgR)10a

(1)

其中

ΔlgR=lg(R/R基线)+0.02(Δt-Δt基线)

(2)

a=2.297-0.168 8LOM

(3)

式(1)～(3)中:ΔlgR是声波-电阻率曲线幅度差；R为电阻率；Δt为声波时差；LOM是表示有机质成熟度的热变指数。通过微调电阻率基线R基线与声波时差基线Δt基线的取值，可使有机碳含量的计算值与实测值一致性更好。统计分析表明，研究区沙河街组电阻率基线取值在2.5 ohm·m左右，声波时差基线取值在92 μs/ft左右，LOM取8时可使计算值与实测值的误差相对最小。

图3为研究区A井有机碳含量计算值与实测值对比，两者吻合度较高，趋势一致，且误差较小，说明通过烃源岩地球化学数据与测井解释的结合可计算出连续分布的烃源岩TOC数据，弥补了钻井资料中TOC数据采样点少、在剖面上连续性差的缺点。

图3 研究区A井Passey模型预测与实测TOC值对比

3.2TOC拟合公式建立

通过交会分析确定岩石物理参数对有机碳含量敏感度。图4为研究区A-1井烃源岩层各地球物理属性与有机碳含量的交会图，可见烃源岩有机碳含量对纵波阻抗(PI)、泊松比(σ)、密度(ρ)和纵横波速度比(vp/vs)等参数都有响应，但敏感程度不同。基于误差最小和相关性最大的原则，在目的层段分别运用线性回归模型对各参数的敏感程度进行判别，结果如表1所示，可见纵波阻抗拟合有机碳含量的线性方程具有最大的相关系数(0.75)和最小的误差(1.51)，由此确定研究区沙三段中下亚段有机碳含量对纵波阻抗的敏感度最强。

图4 研究区A-1井沙三段中下亚段有机碳含量敏感参数分析

表1 研究区A-1井沙三段中下亚段有机碳含量-敏感参数拟合分析

Table 1 Fitting analysis ofTOC-sensitive parameters

地球物理参数回归方程相关系数误差ρTOC=-6 65ρ+190 232 24σTOC=-100σ+330 084 88PITOC=-0 0016PI+150 751 51vp/vsTOC=-11(vp/vs)+250 064 07

基于研究区反演纵波阻抗数据体，再利用拟合公式得到TOC数据体。图5为研究区过A-1井的有机碳含量剖面图，其中A-2井为预测井。由图5可以看出，A-2井处的反演结果与实钻结果吻合度高。同时，图5显示研究区沙三段中下亚段整体发育一套有机碳含量较高的烃源岩，从洼陷边缘到深部，烃源岩厚度在逐渐增大，反映出洼陷深部优质烃源岩更为发育。

图5 研究区沙三段中下亚段TOC数据体剖面

图6为基于上述方法得到的研究区沙三段中下亚段有机碳含量平面分布图，可以看出，凹陷边缘地层有机碳含量逐渐变低，因此烃源岩质量也逐渐变差，这与沉积相研究结果相吻合。

图6 研究区沙三段中下亚段TOC数据体平面图

3.3 优质烃源岩面积和厚度预测

参考中国近海湖相生烃凹陷烃源岩评价指标体系[17],将研究区烃源岩划分为3个等级：优质烃源岩(2%≤TOC)、中等烃源岩(1%≤TOC<2%)和差烃源岩(0

图7 研究区沙三段中下亚段烃源岩分级平面图

图8 研究区沙三段中下亚段优质烃源岩厚度预测图

表2 研究区沙三段中下亚段烃源岩预测厚度与钻井结果对比

Table 2 Comparison of predicted thickness of source rocks

井名预测等级预测厚度/m钻井实测厚度/m相对误差/%A⁃1(反演井)优2572483 6A⁃2(验证井)优266289-8 0A⁃3(验证井)优3633406 8

3.4 生烃量估算

结合行业内石油天然气资源量计算方法和研究区的勘探实际，确定该区烃源岩生烃量计算公式为

Q=H×S×ρ×IH×TOC

(4)

式(4)中：Q为计算总生烃量，亿t；H为烃源岩层厚度，m；S为烃源岩分布面积，km2；ρ为烃源岩密度，g/cm3；IH为氢指数，mg/g；TOC为有机碳含量，%。综合该区地化和盆模分析参数，ρ取2.3 g/cm3，IH取450 mg/g，由式(4)可估算出研究区内生烃量为43亿t。

4 结束语

利用本文提出的基于地震反演的生烃凹陷烃源岩定量评价方法对渤海湾盆地辽西凹陷研究区内沙三段中下亚段优质烃源岩的厚度进行了预测，对其空间分布及横向变化规律进行了刻画，并结合地化和盆模分析参数成功估算了生烃量，达到了定量描述烃源岩的目的，从而为该地区生烃凹陷评价及勘探区块选择提供了参考依据。

[1] 中国海洋石油总公司.Q/HS 1068-2015海上凹陷生烃潜力评价规范[S].北京:中国海洋石油总公司,2015. China National Offshore Oil Corporation.Q/HS 1068-2015 The specification of hydrocarbon generation potential of depressions in offshore[S].Beijing:China National Offshore Oil Corporation,2015

[2] 顾礼敬,徐守余,苏劲,等.利用地震资料预测和评价烃源岩[J].天然气地球科学,2011,22(3):554-560. Gu Lijing,Xu Shouyu,Su Jin,et al.Muddy hydrocarbon source rock prediction and evaluation with seismic data[J].Natural Gas Geoscience,2011,22(3):554-560

[3] 徐新德,陶倩倩,曾少军,等.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[J].中国海上油气,2013,25(3):10-15. Xu Xinde,Tao Qianqian,Zeng Shaojun,et al.A method to evaluate high-quality source rocks based on geochemistry-logging-seismic joint-inversion and its application:a case of Weixinan sag in Beibuwan basin [J].China Offshore Oil and Gas,2013,25(3):10-15

[4] 袁东山,王国斌,汤泽宁,等.测井资料评价烃源岩方法及其进展[J].石油天然气学报,2009,31(4):192-203. Yuan Dongshan,Wang Guobin,Tang Zening,et al.Methods for evaluation source rocks by well-logging data and its progress[J].Journal of Oil and Gas Technology,2009,31(4):192-203

[5] 朱振宇,刘洪,李幼铭.ΔlogR技术在烃源岩识别中的应用与分析[J].地球物理学进展,2003,18(4):647-649. Zhu Zhenyu,Liu Hong,Li Youming.The analysis and application of ΔlogRmethod in the source rock’s identification [J].Progress in Geophysics,2003,18(4):647-649

[6] 王鹏,钟建华,张宝权,等.虚拟三维地震技术在绥滨拗陷油气勘探中的应用[J].石油地球物理勘探,2011,46(增刊1):97-101. Wang Peng,Zhong Jianhua,Zhang Baoquan,et al.Hypothesized 3D seismic application in oil exploration of Suibin Depression[J].Oil Geophysical Prospecting,2011,46(S1):97-101

[7] 刘震,常迈,赵阳,等.低勘探程度盆地烃源岩早期预测方法研究[J].地学前缘,2007,14(4):159-167. Liu Zhen,Chang Mai,Zhao Yang,et al.Method of early prediction on source rocks in basins with low exploration activity[J].Earth Science Frontiers,2007,14(4):159-167

[8] 赵胜,刘磊,付东阳.基于地震资料的烃源岩早期评价研究[J].石油天然气学报,2007,29(5):76-81. Zhao Sheng,Liu Lei,Fu Dongyang.On early evaluation of hydrocarbon source rocks based on seismic data[J].Journal of Oil and Gas Technology,2007,29(5):76-81

[9] 刘军,汪瑞良,舒誉,等.烃源岩TOC地球物理定量预测新技术及在珠江口盆地的应用[J].成都理工大学学报(自然科学版),2012,39(4):415-419. Liu Jun,Wang Ruiliang,Shu Yu,et al.Geophysical quantitative prediction technology about the total organic carbon in source rocks and application in Pearl River Mouth Basin,China[J].Journal of Chengdu University of Technology(Science & Technology Edition),2012,39(4):415-419

[10] 母国妍,钟宁宁,刘宝,等.湖相泥质烃源岩的定量评价方法及其应用[J].石油学报,2010,31(2):218-226. Mu Guoyan,Zhong Ningning,Liu Bao,et al.The quantitative evaluation method of lacustrine mudstone source rock and its application[J].Acta Petrolei Sinica,2010,31(2):218-226

[11] 张功成,梁建设,徐建永,等.中国近海潜在富烃凹陷评价方法与烃源岩识别[J].中国海上油气,2013,25(1):13-18. Zhang Gongcheng,Liang Jianshe,Xu Jianyong,et al.An evaluation method of potential hydrocarbon-rich sags and their source rock identification[J].China Offshore Oil and Gas,2013,25(1):13-18

[12] 芦刚,林畅松,刘景彦,等.辽西凹陷沙河街组低凸起带物源分析[J].成都理工大学学报(自然科学版),2014,41(2):171-176. Lu Gang,Lin Changsong,Liu Jingyan,et al.Provenance analysis of low uplift of Shahejie Formation,Liaoxi sag,China[J].Journal of Chengdu University of Technology(Science & Technology Edition),2014,41(2):171-176

[13] 梁建设,张功成,苗顺德,等.辽东湾辽西凹陷沙河街组烃源岩评价及油源研究[J].沉积学报,2012,30(4):739-737. Liang Jianshe,Zhang Gongcheng,Miao Shunde,et al.Evaluation of Shahejie source rock and oil source research in the Liaoxi depression,Liaodong bay,China[J].Acta Sedimentologica Sinica,2012,30(4):739-737

[14] 朱筱敏,董艳蕾,杨俊生,等.辽东湾地区古近系层序地层格架与沉积体系分布[J].中国科学D辑:地球科学,2008,38(增刊1):1-10

[15] 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. Wang Guiwen,Zhu Zhenyu,Zhu Guangyu.Logging identification and evaluation of Cambrian-Ordovician source rocks in syneclise of Tarim basin[J].Petroleum Exploration and Development,2002,29(4):50-52

[16] 于翔涛.测井技术在烃源岩评价中的应用[J].长江大学学报(自然科学版),2009,6 (2):198-201. Yu Xiangtao.Application of well logging technology to source rocks evaluation[J].Journal of Yangtze University(Natural Science Edition),2009,6(2):198-201

[17] 马行陟,庞雄奇,姜福杰,等.辽东湾地区下第三系有效烃源岩分布定量研究[J].西南石油大学学报(自然科学版),2011,33(1):64-70. Ma Xingzhi,Pang Xiongqi,Jiang Fujie,et al.Quantitative research on effective source rocks of Palaeogene Liaodong bay area[J].Journal of Southwest Petroleum University(Science & Technology Edition),2011,33(1):64-70.

(编辑：冯 娜)

A method to quantitatively evaluate source rocks based on seismic inversion: a case study of Liaoxi sag in Bohai Bay basin

Liu Zhibin Niu Cong Liu Fang

(CNOOCResearchInstitute,Beijing100028,China)

A quantitative evaluation method of hydrocarbon source rocks based on the seismic inversion is proposed by comprehensively integrating geochemistry, logging and basin modeling. Firstly, theTOClog curve is fitted with Passey formula; secondly, impedance, the most sensitive parameter which can identifyTOC, is found with the application of petrophysical analysis; and then through the fitting relationship between impedance andTOC,TOCvolume is obtained based on seismic inversion; finally, according to the classification criteria of different source rocks, the distribution area and thickness of high-quality hydrocarbon source rocks are extracted, and the total amount of hydrocarbon generation in the study area is estimated. Research result shows that the method has obtained a good application effect in Liaoxi sag, achieving the purpose of quantitative description of source rocks. The proposed method can provide a reference to assess resources and guide exploration in the research area.

seismic inversion; hydrocarbon generation sag; source rocks; quantitative evaluation; Liaoxi sag

刘志斌，男，教授级高级工程师，2008年毕业于中国科学院地质与地球物理所固体地球物理专业，获博士学位，主要从事地球物理方法研究与勘探项目管理工作。地址：北京市朝阳区太阳宫南街6号院(邮编：100028)。E-mail:liuzhb@cnooc.com.cn。

1673-1506(2016)05-0016-06

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.05.003

TE132.1

A

2016-01-07 改回日期：2016-03-05