基于地震反演的烃源岩有机质丰度预测方法及其在丽水凹陷的应用*

申雯龙 漆滨汶 许广臣 李 阳

(1.中海石油(中国)有限公司上海分公司 上海 200335； 2.北京师范大学地理科学学部 北京 100875)

烃源岩发育规模和质量是含油气盆地区带评价的基础，决定了盆地的勘探潜力。常规的烃源岩评价是采用有机地球化学或有机岩石学的方法[1-2]，通过大量岩样和岩屑等实物样品的化验结果分析已钻井的烃源岩条件，难以达到预测的目的。20世纪90年代以来，一些学者通过测井方法建立起了烃源岩快速识别技术[3-6]，也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[7-10]。随着烃源岩预测技术的不断发展和完善，结合多种不同数据进行多学科交叉是今后烃源岩预测技术发展的一个大方向。

东海陆架盆地丽水凹陷勘探程度较低，迄今已发现1个油气田和6个含油气构造，说明具备一定的勘探潜力；但近年来钻探的5口井仅获得荧光显示及气测异常，钻后分析认为局部次凹供烃能力不足是主要的失利原因之一，因此亟需对烃源岩进行重新评价。本文首先通过岩石物理分析，建立弹性参数与有机质丰度之间的关系；再利用地震资料包含的大量地质信息，在钻井标定的基础上开展有机质丰度的反演；最后根据烃源岩有机质丰度门槛值在确定有机质丰度分布的同时求取烃源岩的分布。实际应用表明，本文方法可大大提高少井地区烃源岩预测精度，可为油气资源评价和勘探决策提供重要参考依据。

1 研究区概况

丽水凹陷位于东海陆架盆地台北坳陷西南部，是在中生代残留盆地基底上拉张断陷形成的新生代单断箕状凹陷，呈东断西超，内部被灵峰潜山分为东、西、南等3个次凹[11-13]，面积约1.25×104km2。丽水凹陷油气发现集中在古新统，主要烃源岩层段为下古新统月桂峰组，上覆中古新统灵峰组和上古新统明月峰组两套储盖组合。丽水凹陷古新世分割性强，各洼槽厚度差异较大，因此生烃主洼的分布及规模对勘探区带的优选具有重要意义。丽水凹陷钻井较少，钻遇月桂峰组的井仅5口且位于斜坡高部位，凹陷中深层烃源岩的常规预测方法是先根据烃源岩“低频-强振幅”的地震特征在剖面上确定烃源岩位置，再通过估算砂地比得到烃源岩空间分布范围。这种方法不仅存在人为不确定性和精度低问题，而且由于沉积相带的变化砂地比数据在未钻井的区域会存在较大的误差，导致预测结果的准确性较低，同时对烃源岩质量也缺乏定量的评价。

图1 丽水凹陷构造单元划分Fig .1 Tectonic units division in Lishui sag

2 方法原理

本文方法的主要思路是建立总有机碳含量(TOC)与岩石弹性参数的映射关系，利用地震数据预测烃源岩分布。在海上少井地区难以获取大量的实测烃源岩有机质丰度和岩石弹性数据，因此需要应用测井数据在试验数据标定的前提下完成数据的拓展，建立TOC与岩石弹性参数的映射关系，再由钻井出发结合地震数据开展地震反演预测，从而最终得到整个凹陷烃源岩有机碳数据。具体流程包括：

1) 岩石样品的有机质丰度以及纵横波速度、密度等岩石物理参数测量，建立数据驱动的岩石物理模型。

2) 基于实验室数据标定，应用测井曲线求取单井TOC数据。

3) 利用单井TOC预测结果和各井地球物理参数曲线，建立有机质丰度与地球物理参数间的映射关系。

4) 基于有机质丰度与地球物理参数间的映射关系，利用地震数据开展地震反演，由点至面进行预测，从而得到整个凹陷烃源岩有机碳的分布情况。

其中，岩石样品的测定最好能包括不同岩性的测定；测井曲线求取TOC数据应分井进行计算，以消除各井测井曲线环境和仪器导致的差别。同时，单井可以主要针对烃源岩层采用分层段拟合TOC曲线以提高拟合数据的符合率。值得注意的是，不同凹陷的地质和地球物理特征差别较大，须根据各凹陷特征选择不同的参数，或者同一凹陷不同层位选用不同的方法。烃源岩有机质丰度预测结果的准确性受钻井、岩石样品数量和测井、地震数据的质量影响，钻井越多、地震资料品质越好，则预测结果越准确[14-15]。

3 应用效果

3.1 单井TOC预测

丽水凹陷勘探程度较低，全区内仅有5口井钻遇主力烃源岩月桂峰组，实物样品比较有限，不足以建立起有机质丰度与地球物理参数间的映射关系，须以实物样品的岩石物理试验数据为标定，开展单井有机碳丰度预测。目前主要有以下3种单井预测方法：

1) ΔlgR法。利用声波时差与电阻率测井曲线重叠法，计算单井TOC曲线，公式为

ΔlgR=lg(R/R基线)+K(Δt-Δt基线)

(1)

w(TOC)=10(2.297-0.168 8LOM)ΔlgR+TOCbackground

(2)

式(1)、(2)中：R为深侧向电阻率测井曲线值；R基线为深侧向电阻率曲线基线值；Δt为声波时差测井曲线值；Δt基线为声波时差测井曲线基线值；LOM为热变指数；TOCbackground为背景TOC含量；K为叠合系数。

通过实测TOC厘定不同烃源岩发育层段ΔlgR法关键参数LOM，从而预测烃源岩层段TOC。

2) 多元线性回归。通过对实测TOC数据与测井曲线之间的相关性分析，找到与实测TOC相关性(正相关或负相关)较好的测井曲线，并作为自变量引入多元线性回归方程(即式(1))。筛选出自然伽马、声波时差、密度、中子孔隙度、电阻率等5种测井曲线(图2)，建立多元线性回归模型进行预测，公式为

(3)

式(3)中：bi、cj、d为常数；Mi是与TOC呈正相关的测井曲线；Nj是与TOC含量呈负相关的测井曲线。

3) 基于MIV(Mean Impact Value)值的BP神经网络预测。MIV值能够反映神经网络中权重矩阵的变化情况，是神经网络方法中评价各个输入自变量对于输出因变量影响程度的最佳指标，其绝对值大小代表自变量对因变量影响的相对重要性[16-18]。主要计算步骤为：①在 BP 神经网络训练结束后，训练样本的每一个输入自变量按调节率分别增加和减少，获得2个新的训练样本；②利用已经训练好的网络对以上2组新的训练样本进行预测， 得到各自的预测输出数据；③求出两组预测数据之间的差值，视其为原输入自变量变动后对输出因变量的影响值，即为IV( Impact Value)；④将每一个自变量获得的IV值按实际样本数目取均值，得到各个自变量影响值的平均值，即为MIV值。

图2 丽水凹陷烃源岩实测TOC与测井曲线的相关性Fig .2 Correlation between TOC and logging curves of source rocks in Lishui sag

根据计算得到的丽水凹陷烃源岩声波时差、中子孔隙度、电阻率等曲线的MIV值如表1所示，发现井径、密度、中子孔隙度、声波时差、自然伽马、电阻率曲线对于烃源岩TOC的影响较大，自然电位曲线影响最小，因此优选声波时差、中子孔隙度、自然伽马、地层电阻率、井径测井、自然电位、密度等6个测井参数作为输入变量，利用神经网络技术计算得到TOC曲线。

表1 丽水凹陷烃源岩不同测井曲线的MIV值Table 1 Mean Impact Value of logs of source rocks in Lishui sag

综合对比不同方法的预测结果(图3)，可以看出:ΔlgR技术预测结果偏大，且准确度略低;回归分析方法得到的是平均值，会对较低值估计过高而对较高值估计过低，预测结果变化较为平缓;人工神经网络法预测值接近平均值，能够更多地反映出地层中TOC的变化。

3.2 地震数据TOC预测

利用单井TOC预测结果和各个测井地球物理参数曲线，建立烃源岩TOC与地球物理参数间的映射关系。通过分析单井预测得到烃源岩有机碳含量曲线与相关地球物理参数之间的关系，发现密度曲线和纵波阻抗曲线与烃源岩有机碳含量之间存在较好的函数拟合关系(图4)。

图3 丽水凹陷WZ26-1-1井TOC预测曲线Fig .3 Predicted TOC curves of Well WZ26-1-1 in Lishui sag

因此，先利用地震剖面开展叠后地震反演，得到叠后纵波阻抗剖面；再将叠后地震纵波阻抗剖面转化成为TOC剖面，从而完成由“点”至“线”的TOC含量预测(图5)。

3.3 烃源岩质量及分布预测

根据反演得到的TOC数据体，利用反距离加权法得到整个丽水凹陷烃源岩TOC平面分布(图6)。从纵向分布上看，烃源岩TOC含量最高的层段为月桂峰组，其次为灵峰组下段。从平面分布上看，月桂峰组总体属中等—好烃源岩，其中西次凹烃源岩TOC为0.8%～3.5%，最高值3.5%位于西次凹中北部；东次凹烃源岩TOC为0.8%～1.5%。灵峰组下段烃源岩质量稍差，以中等烃源岩为主，但是烃源岩质量相对较高的区域仍在西次凹，TOC为0.8%～2.5%，最高值2.5%也位于西次凹中北部。

以WZ26-1-1井点为例，实测平均TOC约1.5%，月桂峰组西次凹沉积厚度远大于东次凹，基本地质认识是西次凹烃源条件优于东次凹，预测结果也显示西次凹有机质丰度更大，与井点的实测数据相符合，同时平面分布也符合地质规律和认识。

月桂峰组和灵峰组烃源岩演化处于成熟阶段，有机质类型以腐殖型为主，根据烃源岩地球化学定量评价规范[19]，TOC大于0.5%为中等及以上烃源岩。反演数据体以TOC等于0.5%为门槛，累计计算TOC大于0.5%的地层厚度，能够得到中等以上烃源岩的厚度。

计算结果表明：月桂峰组烃源岩主要分布于西次凹，呈条带分布向北逐渐增厚，其中中北部烃源岩厚度为200～500 m，厚度最大的区域位于西次凹北部(最厚约550 m)；东次凹北部较厚(最厚约200 m)。灵峰组下段烃源岩集中于西次凹北部，厚度为200～400 m(图7)。因此，丽水凹陷有利勘探区带为西次凹紧邻优质烃源岩的有利储层发育带。

图4 丽水凹陷烃源岩预测TOC与纵波阻抗交会图Fig .4 Cross plot between TOC and P-impedance of source rocks in Lishui sag

图5 丽水凹陷烃源岩TOC预测剖面(位置见图1)Fig .5 TOC section distribution of source rocks in Lishui sag(see Fig.1 for location)

图6 丽水凹陷烃源岩TOC平面分布Fig .6 TOC plane distribution of source rocks in Lishui sag

图7 丽水凹陷烃源岩厚度图Fig .7 Isopach map of source rocks in Lishui sag

4 结论

1) 综合运用地球化学分析、岩石物理分析、地震反演等手段，建立了一套海上少井地区基于地震反演的TOC定量计算方法：首先，建立数据驱动的岩石物理模型；然后，基于实验室数据标定，应用测井数据，采用混合概率密度网络训练，完成单井TOC的预测；最后，建立烃源岩TOC与弹性参数的映射关系，借助地震反演技术间接得到烃源岩TOC分布数据体，进而得到整个凹陷烃源岩TOC与厚度分布。

2) 本文方法在东海陆架盆地丽水凹陷的应用结果表明：古新统月桂峰组烃源岩有机质丰度最高，其次为灵峰组下段；月桂峰组总体属中等—好烃源岩，灵峰组下段以中等烃源岩为主；月桂峰组优质烃源岩主要分布于西次凹，灵峰组下段烃源岩集中于西次凹北部；有利勘探区带应为西次凹紧邻优质烃源岩的有利储层发育带。本文方法可大大提高少井地区烃源岩预测精度，可为油气资源评价和勘探决策提供重要参考依据。