三江盆地浓江凹陷烃源岩热成熟度定量预测

缪志伟， 罗宇鹏， 邹玉涛

(中国石化勘探分公司研究院,成都　610041)



三江盆地浓江凹陷烃源岩热成熟度定量预测

缪志伟， 罗宇鹏， 邹玉涛

(中国石化勘探分公司研究院,成都610041)

三江盆地浓江凹陷的勘探程度低，地震和钻井资料稀少，区内有效烃源岩的分布不明确，严重制约着研究区的油气勘探。针对存在的问题，以怀利公式及孔隙度-镜质体反射率的经验公式为基础，综合应用钻井曲线、叠加速度谱及地震资料，通过改进层速度的求取方法，形成了一套适合研究区的烃源岩热成熟度地震预测技术，并对该区的烃源岩热成熟度平面分布进行了预测，初步落实了该区的勘探潜力，同时为类似新区的早期资源潜力评价提供参考。

三江盆地； 浓江凹陷； 叠加速度谱校正； 有色反演； 烃源岩热成熟度

0　前言

三江盆地位于黑龙江省的东北部，是中新生代的残留叠合盆地，区域上为菱形，沿北东向展布，位于敦密断裂带、依兰-伊通断裂带、佳木斯-牡丹江缝合带和中锡霍特断裂带之间[1]。三江盆地自东向西可以划分为前进坳陷、富锦隆起和绥滨坳陷三个一级构造单元[2～3]。前进坳陷可进一步划分为浓江凹陷和西大林子凹陷两个次级构造单元(图1)。浓江凹陷位于前进坳陷的东北部，沉积地层以古近系沉积为主，自下而上可划分为始新统乌云组、始新统新安村组、始新统达连河组、渐新统宝泉岭组，上覆中新统富锦组和第四系地层。

图1　三江盆地构造分区图Fig.1　Tectonic division map of Sanjiang basin

浓江凹陷的油气勘探始于1959年，勘探程度较低，工区内完钻井少，地震部署网格稀疏，且仅有二维地震资料。在现有的资料情况下，前人在该区进行了大量的研究工作，并初步明确了研究区砂体发育、油气近源成藏的特点[4～5]，但是在烃源岩热成熟度整体评价方面，相关成果较少。2013年，位于该区内的前参2井在达连河组试获0.035 m3/d油，虽未达工业油流标准，但这充分表明在凹陷内部发生过油气的生成及运移。为了进一步落实该区的勘探潜力，提高勘探效率，烃源岩热成熟度分布预测亟待解决。

1　预测技术路线图

常规烃源岩分布的预测主要是通过统计完钻井目的层段的砂地比数据，结合地震相和地化分析数据，运用地层厚度换算推测得知，其精度较低。后期不少学者提出了应用地震资料预测烃源岩成熟度的方法[6～7]，但是其在叠加速度谱校正及剔除砂岩对结果的影响等方面还有待完善。本次研究对前人的方法进行了改进，并提出了图2的技术路线。

图2　烃源岩热成熟度预测流程图Fig.2　Flow diagram of source rock maturity quantitative prediction

研究方法的主体思路是：①综合利用叠加速度谱及地震资料，运算获得绝对速度体；②结合怀利公式，将绝对速度体转换为孔隙度体；③运用实测泥岩孔隙度与烃源岩热成熟度进行幂函数关系交会，确定泥岩孔隙度-烃源岩热成熟度的经验公式的系数；④应用确定的经验公式，将孔隙度体转换为镜质体反射率数据体，并剔除砂岩影响，完成泥岩成熟度的预测。整个技术能否实现的关键在于是否能够获得准确的层速度，同时研究区实测的泥岩孔隙度与镜质体反射率是否符合经验公式的幂函数关系。

2　地层速度的提取

地层速度的求取是烃源岩热成熟度预测的关键，只有获取了相对较高精度的地层速度，才能保证最终预测结果的可靠性。目前，地层速度的求取方法较多，如射线追踪相干反演法、射线追踪逐层反演法和基于瞬时速度三维约束Dix反演层速度的方法等[8～9]，然而浓江凹陷的勘探程度整体较低，地震及地质资料有限，使得这些方法并不能得到很好地应用。根据资料情况，本次研究主要采用叠加速度谱资料、测井曲线及地震资料来对研究区的地层速度进行求取。

2.1叠加速度谱获取低频速度

低频速度也称背景速度或趋势速度，低频速度分量对地震绝对速度的贡献量可高达60%以上，低频速度的合理构建是地层速度求取的关键环节[6]。由于地震数据为中频带信号，缺失低频成分，另外在稀井条件及勘探程度较低的地区，只能依靠地震叠加速度谱资料构建低频速度模型。

将叠加速度当作低频速度的做法存在概念上的错误，直接将层速度当作低频速度也不合理，因为层速度中包含中频速度信息。为此，首先要对叠加速度进行倾角校正，获取均方根速度，然后利用Dix公式计算地震道的层速度，根据得到的层速度对所有地震道沿地质层位内插获得地震层速度剖面，最后经过低频滤波处理把高于相对速度分量频率范围最小频率的速度分量滤除，通过测井速度曲线校正后得到低频速度模型。

2.1.1叠加速度倾角校正

层速度由均方根速度求取，对于水平层状介质，均方根速度等于叠加速度[10]，但三江盆地盆地浓江凹陷地层的产状并非水平，此时叠加速度并不等同于均方根速度，此时就需要对地震叠加速度谱进行倾角校正，获得均方根速度：

(1)

其中：Vr为均方根速度；Vs为叠加速度；Δt0为水平距离为L的相邻两地震道上同一反射同向轴的单程时差。

2.1.2低频层速度求取

通过倾角校正后，利用Dix公式将均方根速度经过转换获得层速度(图3(a))。层速度的频谱分析表明，其频谱主要为10 Hz以下，为了保证低频模型与相对速度模型叠加获得的绝度速度模型是一个无重复、无缺失完整的的宽频带速度，需要将低频速度模型进行低通滤波处理，将大于地震最低频率(8 Hz)的速度分量去掉。

由于速度谱资料和测井速度获取的方式不同，尽管经过了倾角校正、低通滤波以及沿层插值，由速度谱计算获得的低频速度与实际测井速度的值域范围及速度趋势仍然存在较大的差异(图3(c))。为了提高低频速度的精度，通过提取过井低频速度与测井速度进行交会，拟合两者之间关系，获得关系公式对低频速度进行值域及趋势校正。

图3　低频速度校正前后对比图Fig.3　Contrast diagram of low frequency velocity between before correction and after correction(a)校正前低频速度剖面；(b)校正后低频速度剖面；(c)qc2井校正前及校正后低频层速度曲线与测井速度曲线对比图

(2)

2.2利用有色反演计算相对速度

尽管通过处理后获得的低频层速度已经可以用于烃源岩热成熟度的预测，但是其精度较低，为进一步细化层速度的内部细节，从而提高烃源岩热成熟度的预测精度，本次研究采用低频速度与相对速度分频融合的方法,来获得更为精细的绝对速度。

应用地震资料求取地震速度的常用方法主要有道积分、递推反演及基于模型的地震反演等，道积分可以直接利用叠后地震资料获得相对速度，但是由于无须钻井控制，相对速度多解性强；递推反演及基于模型的地震反演可以直接获得地层速度，但均无法回避地震子波提取问题[11]。

利用有色反演方法进行相对速度的求取，既能有效回避地震子波提取问题，又能综合应用钻井曲线的信息使反演结果客观地反映地下的实际地质情况[12]。有色反演是将有色滤波理论应用于地球物理反演领域而形成的一类方法，该方法只需一个滤波过程即可达到反演目的，无需提取地震子波，无初始模型约束，反演过程人为因素少，能够客观地反映地质现象。有色反演获得相对速度的方法主要分为五个步骤进行：①对区内井的波阻抗数据进行频谱分析；②对井的井旁地震道进行频谱分析；③在频率域设计匹配算子使井和井旁地震道波阻抗能量谱匹配；④施加匹配算子到地震资料直接获得相对波阻抗；⑤应用Gardner公式计算获得相对速度体。Gardner公式为速度和密度的经验公式，针对不同的地区，要通过实测的速度和密度的交会关系，对该式进行修正，否则误差较大。通过对研究区及邻区处于同一构造单元的多口钻井的密度及速度进行交会，最终对Gardner公式进行修正，修正后的公式为式(3)。

ρ=0.3253 v0.2402

(3)

其中：v为纵波速度；ρ为密度。运用以上五个步骤计算获得最终的相对速度，从图4可以看出，通过有色反演获得的相对速度，具有较高的精度和可信度。

图4　过qc2井xjh-12-ew846线相对速度剖面Fig.4　Relative velocity profile of line xjh-12-ew846 through qc2 well

2.3低频速度与相对速度融合获取绝对速度

通过有色反演可以获得相对速度体，但是相对速度仅能够反映地层速度的相对大小，要想反映地层的真实速度变化特征，就必须将能够反映地层速度变化趋势的低频速度分量与其进行融合，获得频带适中的地震绝对速度体。

图5　qc2井合成地震记录Fig.5　Synthetic seismogram of qc2 well

低频速度分量由叠加速度谱换算、校正、滤波后获得，频带在0 Hz～8 Hz之间；相对速度由地震资料通过有色反演等方法获得，频带在8 Hz～75 Hz之间。以8 Hz为界限，将低频速度与相对速度融合，可以合成既包含低频又包含中频成分的地震绝对速度(图6(a))。

在过井处提取时间域的绝对速度曲线，运用合成记录(图5)的时-深关系进行换算，获得深度域的绝对速度曲线。通过井旁道绝对速度、测井声波速度曲线对比(图6(b))，绝对速度尽管在地层岩性突变区，误差偏大，但其整体保留了层速度的趋势，并且比层速度更接近测井声波速度，这充分表明运用此方法获得的绝对速度具有更高的精度。

3　烃源岩热成熟度预测

3.1预测模型建立

有机质成熟度是评价烃源岩最重要、最基本的参数之一，R0是表征有机质成熟度的常用且最有效的指标，只有R0≥0.5%，烃源岩才开始产生烃类，才有可能成为有效烃源岩[13]。为了摸清浓江凹陷的勘探潜力，就必须对其R0的平面分布进行预测。 目前，除了对钻井取心直接进行地化分析测得R0以外，一般主要利用时间-温度指数(TTI)计算烃源岩R0[14]，此种方法需要的参数难以在探井资料缺少的新区得到，借用邻区和相似地区的参数又在一定程度上影响计算精度。作者主要采用怀利公式及参考文献[7]提出的φ-R0的经验公式来进行有机质成熟度的地震预测：

图6　绝对速度剖面及过井井旁道绝对速度与测井声波速度曲线对比图Fig.6　Absolute velocity profile and contrast diagram of seismic absolute velocity between seismic trace near borehole and acoustic velocity(a)绝对速度剖面；(b)井旁道绝对速度与测井声波速度曲线对比图

R0=aφb

(4)

其中：vint为地层速度；vf为流体速度；vma为骨架颗粒速度；R0为镜质体反射率；φ为泥岩孔隙度，a、b均为常数。

一般情况下，vf和vma的变化远远小于vint的变化，故可将vf和vma视为常数，通过对研究区的钻井曲线及岩性数据资料进行分析，vf可取值为1 500 m/s，vma可取值为5 500 m/s。经验公式中a、b两个参数的确定，也是有机质成熟度预测的关键，如果通过对已有分析化验资料进行分析，实测数据不满足经验公式所表明的交会关系，或者相关系数不高，那么该经验公式将不能在研究区得到应用。

为了确定经验公式的可行性，同时确定a、b两个参数的取值，选取研究区及位于同一二级构造单元的相邻区的多口井的R0实测值与其对应的泥岩孔隙度值φ进行交会分析，交会图表明(图7)，两者符合经验公式所表现的关系，同时具有很高的相关系性，相关系数可达0.87，表明了该经验公式在研究区具有非常好的适用性。在交会分析的基础上，可以确定a、b的取值分别为1.800 6和-0.373。

图7　三江盆地前进坳陷交会图Fig.7　Intersection map of Qianjing depression in Sanjiang basin

3.2烃源岩热成熟度分布预测

在获得绝对速度体的基础上，通过怀利公式以及R0-φ模型进行换算，最终获得R0数据体，通过R0预测结果与单井实测结果的交会(图8)，预测结果与实际测试结果对应关系良好，综合分析两者相对误差都在8 %以内，这充分证明了预测结果的准确性。

只有当R0≥0.5%时，烃源岩才能有效生烃，为了较为准确且清晰的对浓江凹陷的有效烃源岩的分布进行分析，在运算获得R0的数据体的基础上，应用波阻抗反演获得的岩性数据体，对砂岩进行剔除，获得纯泥岩R0的数据体(图9)。在R0预测剖面上，R0≥0.5%的范围主要为红、黄色，小于0.5%的部分为深蓝色，值域的分布与构造埋深具有一定的对应关系，也表明了其预测的准确性。从剖面看来，浓江凹陷在宝泉岭一段以下烃源岩才开始进入成熟阶段，且整体以低熟为主，在乌云组局部成熟度相对较高，局部可达0.8%。

浓江凹陷的最大值平面分布图(图10)揭示：在浓江凹陷前参2井所在的主凹内达连河组进入低熟阶段(R0>0.5%)，R0值最大可达0.8%。通过综合分析平面及剖面的分布规律，可初步确定，浓江凹陷的烃源岩整体处于低熟阶段，且烃源岩的分布范围非常有限，qc2井的钻探未获得工业气流并非井点位置不利，而是对于整个凹陷而言，烃源岩生烃量并不大。

4　结论与探讨

1)烃源岩热成熟度预测表明，三江盆地浓江凹陷第三系烃源岩间于0.5%～0.8%，整体处于低熟阶段，且有效烃源岩的分布有限，生烃量少，勘探潜力不大，qc2井的钻探也证实了这一点。

图8　前参2井实测值与预测值对比Fig.8　Contrast diagram of value between actual measurement and prediction of qc2 well

图9　过前参2井去除砂岩后预测剖面Fig.9　The vitrinite reflectance prediction profile through qc2 well which remove the sandstone

图10　浓江凹陷最大值平面分布图Fig.10　Division map of the max value of Nongjiang sag

2)在盆地勘探早期，地震及钻井资料有限的情况下，可以充分应用速度谱、钻井及地震资料的信息，结合怀利公式及预测经验公式对研究区的有效烃源岩分布进行初步评价，为后续的勘探工作提供参考。

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Source rock maturity quantitative prediction in Nongjiang sag, Sanjiang basin

MIAO Zhi-wei， LUO Yu-peng， ZHOU Yu-tao

(Exploration Research Institute，Branch of Sinopec，Chengdu，Sichuan610041，China)

The exploration degree of Nongjiang sag in Sanjiang basin is low, in which the seismic data and drilling wells are rare. Meanwhile the distribution of effective source rocks in this area is not clear which seriously restrict the oil and gas exploration. In view of the existing problems, on the basis of the Wylie formula and the empirical formula of porosity and vitrinite reflectance, through comprehensive application of seismic data, drilling curve and stack velocity spectrum and improving the method of getting speed, an integrated technology of source rock maturity quantitative prediction suitable for the study area has been formed. This technology is used to predict the distribution of source rock maturity quantitative in Nongjiang sag, and the exploration potential is initially identified, which can provide a reference for the early resource potential assessment in similar area.

Sanjiang basin; Nongjiang sag; stack velocity spectrum correction; colored inversion; source lock maturity quantitative

2015-05-07改回日期：2015-07-01

中石化科技部项目(P14015)

缪志伟(1987-)，男，硕士，工程师，主要从事构造解释及储层预测的研究生产工作，E-mail:mzw495342920@163.com。

1001-1749(2016)04-0518-07

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2016.04.13