烴源巖測井響應特征及定性識別方法
——以川東南地區茅一段為例

程 麗 嚴 偉 王 昆

中國石油化工股份有限公司勘探分公司

0 引言

國外學者利用測井資料評價烴源巖始于20 世紀40 年代，一直到80 年代后期，都在嘗試應用自然伽馬測井曲線識別烴源巖[1-5]。后來國內外學者除了對單一測井曲線的相關性分析外，張志偉[6]等（2000 年）用重疊法快速識別烴源巖和非烴源巖段或非儲集層段；Meyer[7]（1984 年）等提出通過密度—電阻率交會圖、聲波時差—電阻率交會圖等方法，可將聲波時差相對高或體積密度相對低且電阻率相對較高的數據段認為是烴源巖；Autric 和Dumesnil[8]（1985 年）指出利用電阻率、密度和伽馬交會圖法可識別烴源巖；王貴文[9]等（2002 年）提出伽馬—時差交會圖可區分烴源巖和非烴源巖；高松洋[10]（2016 年）在巖心資料刻度下采用交會圖法優選巖性敏感參數建立巖性識別圖版，并提取典型圖版程序化，建立了一種快速實用的測井巖性自動識別方法。綜合分析前人研究成果，目前，利用測井資料對烴源巖進行定性識別的方法[11-15]大多為測井曲線的疊合法和多參數的交會圖法。這類方法多適用于巖性相對單一且穩定的地層，而川東南地區中二疊統茅口組茅一段烴源巖地層非均質性較強，現有方法識別效果較差，精度不高。

筆者基于川東南地區茅一段烴源巖地層[16-17]巖心觀察、實驗分析資料等，在分析研究各類烴源巖的測井響應特征的基礎上，綜合對比分析前人研究的烴源巖識別方法，針對川東南地區茅一段優選敏感曲線，進一步提出了敏感參數比值法，更快速有效地識別出不同類型烴源巖。

1 烴源巖基本特征

川東南地區茅一段烴源巖地層橫向上分布面積廣、厚度穩定，總體為富含有機質地層，具有較好的生烴潛力[18-20]。地層巖性主要由不同灰泥比形成的瘤狀結構的灰泥石灰巖為主，且礦物成分和含量差異較大，同一巖性巖石結構特征、源巖特征也不盡相同，造成巖石類型多樣，非均質性極強，測井識別困難。

根據X-1 井巖心觀察及薄片鑒定分析資料，將研究區烴源巖劃分為灰泥石灰巖、灰泥瘤狀石灰巖、泥晶瘤狀石灰巖與泥晶石灰巖4 大類。其中灰泥石灰巖和灰泥瘤狀石灰巖為較優質的烴源巖類型，對應巖心孔隙度最高達6.08%，平均值為2%，巖心滲透率最高達4.75 mD，平均為0.57 mD，呈低孔、低滲特征。據掃描電鏡和鑄體薄片分析，儲集空間類型主要分為有機質孔、礦物粒間孔、晶間孔和微裂隙，其中以有機質孔和微裂縫發育最具儲集意義。據巖心有機碳含量的測定分析，有效烴源巖占80.7%（TOC＞0.5%），中—好烴源巖（TOC＞0.8%）占46.3%，總體反映中—高有機碳含量特征，有機質類型較好。

在常規測井曲線中，自然伽馬值與烴源巖的敏感性相對較差；三孔隙度曲線中，中子整體表現為中高值；密度有一定程度減小，但密度曲線受井眼條件影響較大；聲波時差在一定程度上能反映不同烴源巖類型的變化，且隨著泥質含量的增加，聲波時差具有增大趨勢，與烴源巖敏感性相對較好。電阻率曲線對茅一段烴源巖具有更高的敏感性：在致密層段電阻率的變化主要反映巖性的變化；在富含有機質的烴源巖段，電阻率受巖性、儲層物性及流體的綜合響應表現為整體減小的特征，由于研究區茅一段巖心孔隙度發育段均與泥質層段疊合，因此電阻率曲線仍能夠反映巖性差異。

綜合分析認為，研究區優質的烴源巖（灰泥石灰巖），整體具有高聲波、高中子、低密度、低電阻率的“二高二低”特征；中低阻的灰泥瘤狀石灰巖次之；中高阻的泥晶瘤狀與灰泥瘤狀石灰巖結構較為相似，由于其泥質含量介于灰泥瘤狀石灰巖與泥晶石灰巖之間，對應電性呈中高阻特征；泥晶灰巖為較致密的塊狀石灰巖，泥質含量較低（表1）。

表1 研究區各類烴源巖的測井響應特征對比表

2 烴源巖測井定性識別方法及應用

根據前文所述，研究區優質烴源巖高聲波、高中子、低密度、低電阻率的“二高二低”特征，利用與烴源巖較敏感的測井曲線進行疊合法、交會圖法和比值法等開展烴源巖定性識別。

2.1 疊合法

疊合法是利用三孔隙度曲線(通常優選聲波時差曲線)與電阻率曲線進行疊加,選擇基質孔隙和有機質相對不發育的致密巖石地質為基準巖性，且將其孔隙度曲線與電阻率曲線重合作為基準巖性刻度，根據兩條曲線之間存在的差異來辨別是否為富含有機質的烴源巖。導致兩條疊合曲線分離差異的因素，主要是由于富含有機質的烴源巖段對應的孔隙度曲線主要表現為“低密度”和“高聲波”的干酪根的響應,在未成熟的富含有機質的烴源巖中還沒有油氣生成,疊合曲線的差異主要是由孔隙度曲線響應造成的；在成熟的烴源巖中,除了孔隙度曲線響應之外,因為有烴類的存在,電阻率增加,使兩條疊合曲線產生的差異（或間距）更大。

圖1 為研究區X-1 井茅一段電阻率分別與聲波曲線、自然伽馬曲線的疊合圖。選取1 320.0 ～1 325.0 m 較致密的灰泥瘤狀石灰巖段為基準巖性段，調整電阻率和聲波曲線刻度使其在此井段重合。由于上部（1 260.0 ～1 270.0 m）和中部（1 310.0 ～1 320.0 m）巖性相對致密，AC和RT兩條曲線間隔幅度較大，且AC曲線在電阻率曲線的左邊，稱為“負差異”，在下部（13 20.0 ～1 37.00 m）曲線間隔幅度相對大，且AC曲線在電阻率曲線右邊，稱為“正差異”。

圖1 X-1 井疊合法識別烴源巖效果圖

根據X-1 井巖心刻度測井資料可知，“正差異”井段對應的地層為優質巖性石灰泥灰巖段（自然伽馬與電阻率曲線疊合綠色充填段、聲波時差與電阻率曲線疊合黃色充填段），“負差異”對應致密泥晶灰巖段，評價結果與X-1 井巖心分析結果對比，對于較優質的灰泥灰巖較為一致，符合率為75%。在其他灰泥灰巖含量相對較少，泥質含量相對較高的烴源巖地層，識別程度不高。

2.2 交會圖法

交會圖法與疊合法原理相似，選取對烴源巖敏感的敏感曲線測井值直接進行交會分析，以較為典型的烴源巖對應的敏感曲線值分布在交會圖中的區域為標準，根據實際數據點在交會圖中的分布特征來判別烴源巖的一種方法。這類方法的不足是，除較典型的巖性外，對于介于各典型巖性測井值之間的巖性的邊界不明顯，識別效果不好。

如圖2 為研究區X-1 井茅一段電阻率與聲波交會圖，根據各類烴源巖測井響應特征可知，當電阻率小于50 Ω·m，聲波時差大于70 μs/ft 時為灰泥石灰巖；當電阻率介于50 ～300 Ω·m 之間，聲波時差在50 ～70 μs/ft 之間時為灰泥瘤狀石灰巖；當電阻率介于300 ～2 000 Ω·m 之間，聲波時差介于50 ～60 μs/ft 時為泥晶瘤狀石灰巖；當電阻率大于2 000 Ω·m，聲波時差小于60 μs/ft 時為泥晶石灰巖。由此可根據聲波—電阻率交會圖推測，當聲波時差增高且電阻率較低時為較優質烴源巖。然而，對于泥晶瘤狀石灰巖與灰泥瘤狀石灰巖重疊區難以準確區分，實際應用效果較差。

圖2 X-1 井交會圖法烴源巖識別效果圖

2.3 比值法

基于疊合法和交會法識別烴源巖和非烴源巖的原理，在前文分析優質烴源巖整體具有高聲波、高中子、低密度、低電阻率的“二高二低”特征，且由于密度受井徑影響較大，而聲波時差與電阻率能夠較好地反映研究區烴源巖地層巖性變化特征的特點，采用模糊數學關系原理，將烴源巖類型與敏感測井曲線電阻率和聲波之間的漸變關系用數學關系的方式進行轉換表達（式1、式2）。結合巖心刻度，獲取不同類型烴源巖的聲波與電阻率比值歸一化的取值基線范圍，作為識別模型劃分各類烴源巖的篩選條件，通過程序數學運算，實現快速精細劃分烴源巖類型、深度分布及準確地評價出優質烴源巖的有效厚度。

敏感測井參數比值關系函數為：

式中f(x1,x2)表示敏感測井參數的比值關系函數，x1、x2分別表示地層巖性敏感測井曲線值。

對比值關系函數進行行歸一化處理，形成定性—半定量識別模型為：

式中H表示對f(x1,x2)函數歸一化后的巖性識別指數值，H∈[0,1]；x1、x2分別表示地層巖性敏感測井曲線值；m、n分別表示比值法取對數后最大最小值。

在研究區，烴源巖類型與敏感測井曲線電阻率和聲波之間敏感性最好。圖3 為應用敏感曲線比值法對研究區3 口井的烴源巖進行了識別和評價，評價結果認為，根據敏感曲線（AC）與電阻率（RT）比值以0.03、0.15 和1.5 邊界線可有效識別茅一段4 類主要巖性：當AC/RT＞1.5 時為優質烴源巖灰泥石灰巖段（Ⅰ類），當AC/RT介于0.15 ～1.5 時為相對優質的烴源巖灰泥瘤狀石灰巖段（Ⅱ類），當AC/RT介于0.03～0.15時為泥晶瘤狀石灰巖（Ⅲ類），當AC/RT＜0.03 時為較致密的泥晶石灰巖。比值法能精確識別單井縱向上優質烴源巖和各類泥質含量較高的烴源巖，評價結果與巖心分析結果一致，識別精度較高，符合率達92%（表2）。

圖3 X-1 井、S1 井、Y1 井比值法識別巖性效果圖

表2 X-1 井比值法識別烴源巖與巖心分析結果對比表

3 結論

1）川東南地區茅一段優質烴源巖具有高聲波、高中子、低密度、低電阻率的“二高二低”特征。其中聲波時差與電阻率能夠較好地反映研究區烴源巖地層巖性變化特征。

2）疊合法、交會圖法可進行烴源巖的測井識別，方法簡單易行。但針對非均值較強、泥質含量較高的烴源巖，利用測井敏感曲線比值法識別巖性精度更高，應用效果更好。