低勘探领域烃源岩参数早期预测及综合评价

低勘探领域烃源岩参数早期预测及综合评价

随着油气勘探的普遍深入，在成熟的勘探领域要取得新的发现难度越来越大。储量和产量的增加难以满足经济增长和人们生活的需要。扩大勘探领域非常重要。我国深层、深水和新区等低勘探领域油气资源丰富,探明率低,是今后油气增储上产的重要领域,也是目前众多学者研究的热点之一。有没有烃源岩是低勘探领域早期评价要回答的首要问题,烃源岩研究对低勘探领域早期评价的重要性不言而喻。常规烃源岩研究主要分为有机地球化学和有机岩石学两个领域。前者主要采用化学的方法,着重于总体化学性质评价和分子级层次的研究;后者则主要采用光学显微镜方法,着重于显微层次的研究。有机地球化学广泛应用热解色谱质谱、化学降解、各种热分析、热模拟和热解反应动力学等技术研究有机质的类型、丰度、成熟度、热演化史和生烃潜力。而有机岩石学方法主要用透射光、反射光、荧光等对光片和薄片进行分析,从而得到沉积岩中分散有机质的特征参数。目前,以取心点烃源岩参数为约束条件,以测井资料为基础的烃源岩评价方面已经发展了众多的方法、主要有多测井组合法、多参数组合法、C/O能谱测井法、自然伽马法、基于W-S方程的电阻率重叠法和双孔隙度法、声波测井法和孔隙度测井法等[11,12,13,11,12,13]。无论是用有机地球化学方法还是有机岩石学方法对烃源岩进行评价,其所需的资料大都来源于岩心样品的分析化验结果。低勘探领域钻井稀少,取样分析资料缺乏,难以满足用有机地球化学和有机岩石学方法评价烃源岩对资料的要求,因此,对低勘探领域进行烃源岩评价用常规方法难以奏效。而烃源岩评价又是低勘探领域早期评价必不可少的环节。如何对钻井稀少、取样分析资料缺乏的低勘探领域进行烃源岩早期预测就成为勘探家面临的一大难题。对于低勘探程度与烃源岩评价这一对矛盾来讲,低勘探程度是不可改变的现实,而烃源岩评价对油气勘探又不可或缺,解决矛盾的途径只能是改变烃源岩评价所需的资料和方法以适应低勘探程度盆地烃源岩评价的需要。低勘探领域一般最先上马的是二维地震和少量预探井。根据低勘探领域的这种资料条件和层序地层学方法在油气勘探中广泛应用的事实,本文以层序地层框架分析为基础,运用地球物理预测技术对低勘探领域的烃源岩有利发育层段、厚度、和热成熟度进行预测,并在此基础上对低勘探领域烃源岩进行综合评价。1层序格架与烃源岩目前,层序地层学在油气勘探中已得到广泛的应用。然而,其在烃源岩评价中的作用却没有得到足够的重视。就海(湖)平面升降控制沉积环境、沉积相的特征和分布而言,层序地层演化阶段对烃源岩的沉积起着极其重要的控制作用。因此,众多学者[14,15,16,17,18,14,15,16,17,18]探讨了层序格架与烃源岩的关系。尽管不同地区具体特征存在差异,但层序地层格架特征与烃源岩的发育存在密切关系的观点已基本为人们所接受。1.1有机质含量与岩环境的关系湖盆烃源岩有机质主要是湖生浮游生物和部分搬运来的陆源有机质,岩石类型主要是泥(页)岩。以强还原—还原、欠补偿和弱水动力等沉积成岩环境为特征。有机质含量主要受控于沉积物/水体缺氧界面处的沉积速率。一旦缺氧条件具备,主要的控制因素即为沉积速率。沉积速率低,有机碳总量就高;反之,有机碳含量则低。在一定地史时期,沉积物中有机质含量取决于沉积物可容纳空间和陆源碎屑输入量的变化。若相对湖平面上升可容纳空间变大,陆源碎屑向湖岸方向退积,注入湖中碎屑物质减少,相应沉积层段中的总有机质含量提高;反之,有机质含量降低。1.2陆相湖盆的控制作用在一个层序的垂向剖面中,有机质含量的分布具有明显的规律性,凝缩段的有机质含量最高,由凝缩段向上或向下,有机质含量逐渐降低。从理论上说,凝缩段,尤其是那些在盆地内部由多个凝缩段叠合形成的大型复合凝缩段是沉积盆地中最好的、最重要的潜在生油层。在海相层序中,凝缩段一般对应最大湖泛面。而陆相湖盆同海盆不同,湖盆面积较小。层序特征受构造运动、气候变化、物源供应、湖平面变化等多种因素控制。其中的任何一种因素都可能对烃源岩在层序中发育的具体层段产生重要影响。由于陆相湖盆的规模远小于海盆,低水位时期水体规模小,分割性强,水体偏氧化环境,因此低水位体系域不利于烃源岩的发育。除低位体系域之外,湖侵体系域的底部、中部和上部以及高位体系域底部都可以成为陆相湖盆有利烃源岩的发育层段。具体情况要由层序及体系域的发育特征而定。1.3有利沉积层序地层特征不管烃源岩发育于盆地中的哪个具体部位,烃源岩的有利发育层段与层序格架的具体特征无疑有必然的联系。而层序格架通过低勘探区块比较普遍的地震资料和少量的钻井资料即可以建立起来。因此层序及体系域方法是低勘探领域烃源岩发育层段预测的有力工具。凹陷B深水层序的分析结果表明,层序E湖侵体系域沉积凝缩段位于最大湖泛面的下部(图1a)。二连盆地新区A层序T湖侵体系域厚度很小(图1b),表明整个湖侵沉积期湖盆处于极度饥饿缺氧状态,沉积速率极小。因此纵向上整个湖侵体系域都是烃源岩的有利发育层段。陆相沉积中还原环境的半深湖-深湖相暗色泥岩是主要生油岩。深湖和半深湖一般表现为强震幅-中高连续,低频相,具平行或亚平行反射结构,外部形态多呈席状。但也并非一成不变,例如二连盆地洪浩尔舒特凹陷的深湖-半深湖相在地震反射上就表现为空白相。对于低勘探领域,以地震相和沉积相模式为指导,在深入分析地震反射特征的基础上,对比借鉴邻区或中浅层的沉积相单元与地震反射结构的对应关系,即可确定低勘探区块的有利生油相地震反射特征。通过地震反射特征的追踪对比可以确定有利生油相的平面分布范围。2地震地质条件烃源岩必须达到一定规模才能生成并排出具有商业价值油气,但烃源岩厚度并非越大越好。Tissot(1984)曾提出排烃有效厚度为28m。而微裂隙排烃的支持者认为,烃源岩中心部分因异常高压产生微裂隙,油气可以以微裂隙幕式排烃方式排出。但地球化学资料表明厚层泥岩确实存在未(或较少)排烃层段1。不管烃源岩厚度与生排烃量的具体关系如何,厚度是烃源岩评价的一个重要指标,这是毫无疑问的。地震波通过不同岩性介质的传播速度不同,那么沉积体系域内部岩性和岩相的横向变化应该在地震层速度上有所反映。作为地震资料常规处理中间步骤的速度分析为岩性解释提供了大量的速度谱及叠加速度信息,通过地震速度岩性定量解释技术就可以转换出地层泥岩指数,进而计算出泥岩总厚度。(1)陡倾地层的均方根速度由地震速度分析获得的叠加速度谱提供了大量的叠加速度数据。对于水平层状介质而言,叠加速度等于均方根速度,但是当地层变得陡倾时,叠加速度不等于均方根速度,这时由地震速度谱提供的叠加速度计算均方根速度将按下式求取:Vr=Vscosα(1)或Vr=Vs1+V2sΔt204L2√(2)Vr=Vs1+Vs2Δt024L2(2)此处,Vr为均方根速度,Vs是叠加速度,Δt0是水平间距为L的相邻两道上同一反射同相轴的时差,α为反射界面的倾角。(2)界面双程旅行时间Vint=V2r,nt0,n−V2r,n−1t0,n−1t0,n−t0,n−1−−−−−−−−−−−−−√(3)Vint=Vr,n2t0,n-Vr,n-12t0,n-1t0,n-t0,n-1(3)其中,Vint为层速度,Vr,n和Vr,n-1分别为第n个和第n-1个界面的均方根速度,t0,n和t0,n-1分别是第n个和第n-1个界面的双程旅行时间。根据(3)式,可以将地层均方根速度转换为层速度,层速度才是可以直接用于泥岩厚度计算的有用地层信息。(3)地震速度岩性分析法根据时间平均方程,砂泥岩地层的层速度与泥岩相对含量以及纯砂岩和纯泥岩的速度之间的关系可以用下式表达:Vint=PmVm+1−PmVs(4)Vint=ΡmVm+1-ΡmVs(4)其中,Vm和Vs分别为某一深度点的纯泥岩和纯砂岩的速度,由测井声波时差压实模型求得;Vint为该处的层速度,由地震速度求得;Pm为泥岩指数或泥岩百分比。对于地下给定的任一点,只要给定一个层速度值,就可以从(4)中求得相应的泥岩百分比。Hm=H总Pm(5)其中,H总为某一层的地层总厚度,Pm为该层的泥岩指数,任一层段的地层总厚度H总与泥岩指数Pm相乘即可求出这一层段的泥岩总厚度。二连盆地新区A洼陷内没有一口探井,腾一层序湖侵体系域作为主力烃源岩层段,其泥岩厚度分布是重要的油气评价因素。因此,利用地震速度岩性分析法获得腾一层序湖侵体系域泥岩厚度分布图是非常有必要的。二连盆地新区A洼陷腾一层序湖侵体系泥岩厚度预测结果(图2)表明,湖侵体系域东西两个湖心深洼区泥岩厚度最厚,中部有分割。东次洼的泥岩厚度略小于西次洼,厚层泥岩的发育部位与湖心位置相吻合。地震速度岩性分析法计算泥岩总厚度充分利用了地震速度谱资料,在一定程度上克服了少井甚至无井给烃源岩评价带来的困难。虽然速度谱资料的纵向分辨率略低于钻井资料,但在低勘探领域的烃源岩评价中仍不失为一种有效的方法。需要指出的是,地震速度岩性分析法预测的泥岩不一定是烃源岩,也可能是红层。这种情况要根据沉积相展布特征和其他相关资料将红层剔除,尽可能避免多解性的发生。3层序湖侵体系域烃源岩热成熟度Schmoker(1984)提出碳酸盐岩孔隙度与镜质体反射率之间为乘方关系。Schmoker(1988)又指出砂岩孔隙度与其相邻的泥岩有机质热成熟度也有一定的关系。Hayes(1991)研究了泥岩成岩作用演化阶段与镜质体反射率的关系后指出,由镜质体反射率可以预测泥岩孔隙演化的阶段。刘震(1997)指出,泥岩压实程度与热成熟度之间存在密切联系,泥岩孔隙度和泥岩镜质体反射率实际上都是埋藏历史对时间的积分。泥岩孔隙度与泥岩热成熟度之间很可能是幂函数形式的经验关系:Ro=aϕb(6)其中Ro为镜质体反射率,ϕ为泥岩孔隙度,a,b均为常数。双相介质的孔隙度与层速度之间遵循怀利公式,即1Vint=ϕVf+1−ϕVma(7)1Vint=ϕVf+1-ϕVma(7)其中,Vint为泥岩层速度,ϕ为孔隙度,Vf为流体速度,Vma为泥岩骨架颗粒速度。一般情况下Vf和Vma的变化远远小于Vint的变化,故可将它们视为常数。由于低勘探区块无井或少井,实测镜质体反射率数据极少。但是可以在与其演化特征相似的区域获得一定数量的数据,如在深层区块可以从中浅层取得Ro数据;深水区块可以在相邻的浅水区块获得相关数据;在勘探新区也可以用相邻凹陷的数据。这样,利用镜质体反射率(Ro)实测值与对应的泥岩孔隙度值交会,按公式(5)进行拟合,即可得出镜质体反射率(Ro)与孔隙度(ϕ)的具体关系。由图3可以看出,济阳坳陷东营凹陷中浅层、珠江口盆地凹陷B北部边缘隆起和二连盆地新区A洼陷邻区镜质体反射率预测模型拟合公式相关系数均较高,相关系数的平方分别达到了0.8606、0.9118和0.7304。表明烃源岩热成熟度预测具有较大的可靠性。在预测数学模型建立之后,若已知低勘探区某一点任意深度的泥岩速度时,即可获得该深度附近的泥岩的有机质热成熟度。由测井声波时差资料和地震速度谱资料均可获得泥岩速度。由声波时差获得泥岩速度精度较高,而地震速度谱资料在横向连续性上具有优势,两者各有千秋。不管怎样,只要有上述两种资料之一即可对烃源岩的热演化程度进行初步预测(图3)。凹陷B深水区钻井很少,大部分井集中在北部浅水区的低隆起带上,分布极为不均,不足以控制整个工区。如果单纯依靠井资料对烃源岩热成熟度进行预测,所得结果未免有失偏颇。因此,本文采用井资料和地震速度谱资料相结合的方法对凹陷B深水层序湖侵体系域烃源岩热成熟度进行预测。以层序W为例,湖侵沉积期,由于湖平面上升较快,北部番禹低隆起物源供给减少,为主凹深湖盆中深湖相烃源岩发育创造有利条件。层序W湖侵体系域白云主洼烃源岩成熟度大于1.6,已经达到过成熟阶段,主要以生气为主。西北部低隆起与其他地区相比成熟度较高,并且沿物源方向向盆地内部越来越高(图4a)。二连盆地新区A洼陷腾一层序湖侵体系域作为主力烃源岩层段,其泥岩热成熟度分布是重要的油气评价参数。由于洼陷内没有一口探井,因此,本次研究利用与新区A演化特征相似的洪浩尔舒特凹陷烃源岩热成熟度与孔隙度的关系预测新区A洼陷腾一层序湖侵体系域的烃源岩热成熟度。二连盆地新区A阿尔善层序湖侵体系域90%以上的烃源岩都已成熟(图4b),只有东次洼靠近北坡的一小块烃源岩成熟度低于0.5。总体上烃源岩成熟度不高,Ro值一般不大于0.6,处于低成熟阶段。东营凹陷沙三段镜质体反射率实测数据较多,而深层沙四上段实测数据极少。如果单纯依靠实测数据对烃源岩热成熟度进行横向预测,可靠程度明显不足。本次研究中利用声波时差速度求取孔隙度,然后,利用烃源岩热成熟度与孔隙度的关系将声波时差孔隙度转化为烃源岩热成熟度,实现热成熟度数据的向下“延伸”。使烃源岩热成熟度进行横向预测的资料要求得到满足。由图4c可以看出,凹陷南部介于樊105井和柳参2井之间的部位Ro值大于0.5%的范围大致同洼陷的中心部位重叠,并且从洼陷中心向周围扩展,范围也较大。镜质体反射率最大值在0.65%以上,已经进入生烃期。而北部的牛11井附近和靠近东北边界断层的位置Ro值大于0.5%的范围却并不和洼陷的深洼区相重合,均偏离洼陷的最深部位,牛11井附近的有效烃源岩范围偏离于洼陷西侧,近东北边界断层有效烃源岩范围明显比洼陷中心偏北。4烃源岩厚度预测和评价烃源岩综合评价是一项涉及多学科,极具挑战性的工作。不同勘探区块特征千差万别,加之可用于烃源岩评价的方法多种多样,因此,如何选择适合研究区资料条件的预测评价方法和思路显得尤为重要。根据低勘探领域的实际资料条件,本文选择了如图5所示的预测评价方法和思路。采用层序地层格架分析法预测烃源岩的有利发育层段;采用地震速度岩性分析法对烃源岩厚度进行预测;用镜质体反射率地震预测法估算烃源岩成熟度。最后,结合烃源岩空间展布特征和质量对烃源岩做出综合评价。凹陷B的烃源岩质量与分布主要受埋藏深度,层序发育特征和沉积体系展布三种因素控制。埋藏深度较深层序W烃源岩已达过成熟阶段,而其上的层序E烃源岩仍处于生烃高峰。凹陷B烃源岩最有利的发育层段是湖侵体系域。优质烃源岩的分布与半深湖-深湖相有较好的对应关系。从烃源岩厚度来看,二连盆地新区A腾一层序湖侵体系域东西两次洼相差不多,而东次洼的烃源岩成熟度要略高于西次洼。另外,东次洼烃源岩分布位置明显向南偏,靠近凹陷南侧断层系,因此通道条件优于西次洼,综合各种因素来看,腾一层序烃源条件是东次洼优于西次洼。综合评价结果是东次洼略好于西次洼,但相差不多。总体上讲,东营凹陷各主要洼陷深层沙四上段烃源岩都已达到成熟,可以为有效圈闭供烃,但成熟度不高,还未达到生烃高峰。5层序地层格架分析方法对低勘探盆地烃源岩预测的价值(1)本文