测井预测烃源岩有机质丰度——以松辽盆地齐家地区青山口组为例

冯 朗， 徐 娟

(1.西安石油大学地球科学与工程学院，西安 710065; 2.西安石油大学电子工程学院，西安 710065)

0 引言

齐家地区在构造上处于松辽盆地北部的中央凹陷区，包括齐家—古龙凹陷，龙虎泡—大安阶地(图1)。研究区具有萨尔图、葡萄花、高台子、扶余以及杨大城子5个含油层系，中新世沉积了白垩系、古近系、新近系、第四系。近年来在齐家地区高台子的高三、高四油层组中发现了资源潜力巨大的致密油[1-2]。

松辽盆地青山口组一段岩性以泥岩为主，发育多层优质油页岩。青山口组一段底部主要为灰色粗砂岩、中砂岩，灰绿色细砂岩、泥质粉砂岩，为典型水动力较强环境下的水进沉积；其上有灰绿色泥岩、绿色粉砂岩沉积，主要为浅湖沉积；再往上砂岩含量继续减少，泥岩颜色逐渐变深，逐渐过渡为深灰色泥岩，并且发育有数层油页岩，主要为稳定分布的半深湖—深湖油页岩沉积；再往上泥岩颜色又开始变浅，砂岩含量逐渐增多，粒度增大，沉积相又转为浅湖沉积，整体上揭示出水体由浅变深再变浅的规律[3]。

1 测井响应特征

齐家地区烃源岩主要为泥岩、页岩类烃源岩，泥岩、页岩在测井曲线上表现为“五高一低”，即高中子、高声波时差、高电阻率、高自然伽马、高含铀量、低密度，而且有机质含量高的层段自然伽马值相对于一般泥岩较高(表1、表2)[4-5]。

2 计算原理

目前对于有机质丰度的测井评价方法主要基于Passey等所提出的ΔlgR法，其是对声波时差和电阻率曲线进行叠合，在叠合过程中，电阻率使用对数坐标，声波时差使用算术坐标(反标)，移动一条使两条曲线在一定深度处相互叠合，将叠合处设为基线，两条曲线移动的幅度差即为ΔlgR，其可反映地层中TOC含量的变化[6]。

表1 主要岩石测井特征

成熟烃源岩通常具有高异常的电阻率，一般认为与空隙中生成的烃类流体有关；而声波在有机质中的传播速率小，因此，在有机质丰度高的泥岩，其声波时差响应值大。与泥岩的测井电阻率不同，泥岩的声波时差主要反映固态有机碳(干酪根)，在测井上表现为较低的声波响应。因此，对同一套烃源岩，可通过声波时差与电阻率曲线叠合的方法来定量评价有机质丰度。

ΔlgR计算方程为

(1)

式中，R为测井仪器实测电阻率，一般选用RLLD深侧向测井(Ω·m)；Δt为实测声波时差(μs/m)；R基线为所选基线处对应于Δt基线值的电阻率(Ω·m)。

TOC与ΔlgR的经验方程如下：

TOCr=ΔlgR×-0.944Ro+1.537 4+ΔTOC

(2)

式中TOCr表示经ΔlgR法得出的TOC理论值。

泥岩中或多或少都会有一些有机质，所以自然界中的泥岩TOC不可能达到0，所以上述公式还应加上区域背景值ΔTOC，即

TOCr=ΔlgR×-0.944Ro+1.537 4+ΔTOC

(3)

加上ΔTOC之后，使得该计算模型可在实际应用中更符合各不同地区、不同区域背景下的有机质分布情况。

3 方法改进

ΔlgR法在实际操作中，该方法需要各点的成熟度，这个很难操作。而且由于缺乏统一标准，人工叠合声波时差与电阻率曲线的过程中，会产生一些不可避免的误差。为提高该方法在松辽盆地的适用性，对此进行一些改进[7]。

由于ΔlgR与TOC呈线性关系，设

TOCr=aΔlgR+ΔTOC

(4)

式中a为关系参数。

ΔlgR法在预测泥岩TOCr过程中关键在于确定非烃源岩泥质岩的基线值。将公式(1)改为

(5)

其中

ΔlgR′=lgR+0.02Δt

(6)

这样，ΔlgR基线值与非基线值具有同样的表达式，在此基础上对于基线值的确定经过改进可以虚拟一套泥岩，根据已有数据中Rlld电阻率的以10为底的对数值lgR和声波时差Δt以斜率为0.02进行线性拟合。显然，以0.02为斜率的拟合趋势线平移到数据最低点处时直线的y轴截距即为基线的ΔlgR′，即ΔlgR′基线，这样做的优点在于跳过了人工叠置曲线的过程，降低了由于人工叠置而造成的误差。

由图2平移后的趋势线的截距，可确定ΔlgR′基线的值为2.34，根据松辽盆地北部非烃源岩TOC背景值在0.2%～0.4%[7]，可取ΔTOC=0.3%，根据ΔlgR与TOC之间数值上的大体关系可取a=4.5，即松辽盆地齐家地区ΔlgR与TOC之间的关系为

TOCr=4.5ΔlgR+0.3

(7)

其中

ΔlgR=lgR+0.02Δt-2.34

(8)

在此关系式下根据XQ1井测井数据计算其TOC的理论值TOCr，与XQ1井取心实测TOC含量进行对比(图3，图4)。

图2 XQ1井泥岩声波时差和电阻率对数关系图Figure 2 Logarithmic relationship between mudstone sonic differential time and resistivity in well XQ1

从图3中可看出，对于XQ1井，根据公式(7)所得TOC理论值(TOCr)与XQ1井岩心实测TOC趋势吻合，少量数据虽然并没有分布在TOCr曲线上，但也符合曲线的总体趋势。说明该公式对于XQ1井可获得较好的TOCr预测结果。

图3 XQ1井测井评价TOC与实测数据对比Figure 3 Comparison of well logging assessed TOC content and measured data in well XQ1

为保证该公式的普遍适用性，将此公式推广至齐家地区其他井加以验证，以EX76井为例。

如图4所示，该公式在EX76井也获得了较好的预测结果，其他井由于TOC取心实测TOC数据较少，不作为证据，不在此展示。但其他井在该公式下得出的理论TOCr数据也与实测TOC数据相互吻合。这说明该公式可用于松辽盆地齐家地区青山口组有机质丰度测井评价。

4 TOC分布特征

4.1 单井分布特征

以公式(7)为基础，对齐家地区青山口组其他井烃源岩TOCr进行计算。以XJ43井为例(图5)。

从图5可看出，齐家地区青山口组烃源岩TOC主要分布于1.0%～2.0%以及>2.0%两个级别。其中青二、青三段烃源岩TOC含量显著低于青一段烃源岩。而在青二、青三段内部，总体上也呈现出上部TOC含量较低，下部含量较高的特点。而这种变化也可认为是由于青二、青三段沉积时期沉积中心偏移，水体变浅造成的。

4.2 剖面分布特征

图6中深紫色井段表示青二、青三段，黄色井段表示青一段，深灰色表示泥岩。在该图中可明显看出齐家地区青二、青三段泥岩质不纯，其中夹有砂岩条带，或出现砂泥岩互层，而相比之下青一段几乎全部由好烃源岩构成，其中很少出现沙质沉积，并且连通性很好，说明齐家地区青一段属于深湖相沉积。而从地层厚度来说，XT708井青二、青三段厚度明显高于其余三口井，因此在青二、青三段的沉积时期，XT708井所在位置更靠近沉积中心。

4.3 平面分布特征

研究区烃源岩在平面上的分布与泥岩在平面上的分布关系密切(图7)，泥岩越厚的地方，TOC>2%的烃源岩分布越厚。泥岩厚度高值区主要分布在齐家古龙凹陷，与青山口组沉积时湖盆水体深度有关，泥岩厚度与TOC>2%的烃源岩厚度的极高值反映了沉积中心的位置。

图4 EX76井测井评价TOC与实测数据对比Figure 4 Comparison of well logging assessed TOC content and measured data in well EX76

图5 XJ43井TOCr分布图Figure 5 Well XJ43 TOC distribution

图6 齐家地区部分井连井剖面Figure 6 Cross well section of partial wells in Qijia area

(a.青一段泥岩分布图； b.青二、青三段泥岩分布图； c.青一段TOC>2%的烃源岩分布图； d.青二、青三段TOC>2%的烃源岩分布图)图7 齐家地区青山口组泥岩及TOC>2%的烃源岩平面分布图Figure 7 Qingshankou Formation mudstone and source rock with TOC>2% planar distribution in Qijia area

5 结论

通过对ΔlgR方法的改进，在研究区的烃源岩有机质丰度的预测中有较好的作用，可以用来预测未取心井的烃源岩分布情况和有机质丰度。

通过对该地区烃源岩分布的研究发现，青一段烃源岩有机质丰度普遍高于青二、青三段，生烃潜力大于青二、青三段，而青二、青三段烃源岩中砂质夹层较为发育，利于排烃。

从平面上来看，该地区的TOC>2%的烃源岩多分布于湖盆中部沉积中心处，烃源岩厚度与泥岩厚度成正比。