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测井方法在评价烃源岩的应用概述
摘要
烃源岩是油气生成和成藏的基础，但由于其非均质性和样品的制约，其预测和评价具有一定的困难。测井信息可以间接地反映出地层的岩性及其流体性质，利用自然伽马、电阻率、声波时差等常规测井曲线对有机质的不同响应，可以建立测井信息与有机质丰度之间的对应关系，直接获取烃源岩有机质丰度等评价参数，从而定性、定量地评价烃源岩。测井信息自身具有连续性好、纵向分辨率高的特点，依据测井信息得到纵向连续分布的有机碳含量数据，弥补了因分析资料不足而造成在区域范围内识别与评价烃源岩的困难。本文主要归纳了烃源岩的性质，常用测井方法的测井响应及解释方法以及烃源岩的主要评价参数。 关键词：烃源岩；测井；有机质丰度
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引言
烃源岩是油气藏和输油气系统研究的基础，其质量决定着盆地的勘探潜力，具有良好的油气源岩是沉积盆地形成油气聚集的首要条件。烃源岩评价的认识是勘探决策的重要依据，随着勘探技术发展及勘探程度的提高，对油气资源评价精度及勘探决策水平的要求也不断提高。受构造变动、气候变化、沉积充填等导致的沉积环境变迁的影响，烃源岩及其中有机质的发育、分布存在明显的非均质性。
随着陆相生油理论研究的深入以及石油勘探的实践，石油地质工作者认识到，并不是所有的暗色泥岩都有生油潜质，也不是所有的烃源岩都是有效的，优质烃源岩对大型油气藏的形成具有举足轻重的作用，是提高油气资源评价精度及勘探决策水平的要求。而受样品来源和分析经费所限，实验室能够得到的分析数据有限，因此常以有限的样品的平均值来代表整套厚层烃源岩的有机碳含量值，并以此为据来分析评价某层段烃源岩生烃潜力的大小，确定烃源岩的厚度及体积。传统的实验分析方法不仅分析费用昂贵，往往样品分析周期也较长，而且忽略烃源岩的非均质性对烃源岩评价的影响，评价结果受分析样品代表性影响较大，掩盖了局部高（低）丰度对与烃源岩评价的影响。特别在缺少取芯且岩屑又受到污染的情况下，生烃岩的评价将受到严重制约，显然，这难以满足精细评价和勘探的需要。
利用测井技术所得的地球物理勘探资料对烃源岩进行预测与评价具有非常优越的条件。利用测井信息纵向分辨率高的特点以及有机质在测井曲线上的特殊响应特征，可以建立起测井资料与烃源岩有机质含量间的定量关系模型，进而计算出烃源岩段有机碳含量的连续分布值。这可以有效地弥补实验室测样的不足，为烃源岩的评价研究提供更加准确、合理的参数值，弥补了因分析资料不足而造成在区域范围内识别与评价烃源岩的困难，同时具有经济、快捷的特点。测井技术在烃源岩识别和提取其有机地化指标等方面也取得了丰富成果。其中，可得到纵向连续的高分辨率有机碳含量数据，这与层序地层学结合起来则可得到有机质丰度的成因解释，并对做出整体预测及资源评价有广泛的意义。这无疑弥补了因取心不足而造成在区域范围内识别与评价烃源岩的困难。
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1 烃源岩评价的国内外发展现状
1.1 国外进展
利用测井资料评价烃源岩的主要方面是确定烃源岩中的有机碳含量。早期关于烃源岩评
价的研究主要集中在国外，1945年Beer就尝试应用自然伽马曲线识别和定量分析有机质丰度。Murry等（1968）作区块分析时得出异常大的地层电阻率是由于生烃岩中已饱和了不导电的烃类。Swamson将自然伽马异常归因于与有机质相关的铀，他指出铀与有机质存在一定关系。在七十年代末期由Fertl（1979）、Lventual（1981）等人相继找出放射性铀与有机质含量间的经验公式，这期间的研究主要以定性分析为主。Herron（1986）将c/o能谱测井信息用于求解烃源岩的有机质丰度，但该方法误差较大并未真正应用到实际评价中。Schmoker在八十年代做了许多关于烃源岩的研究，他指出高的自然伽马值与烃源岩间的相关性、用密度测井信息来估算烃源岩有机碳含量、埋藏成岩作用引起的孔隙度减小过程就是一个热成熟过程、碳酸盐岩和砂岩的孔隙度之间呈幂函数等观点。Meyer（1984）等利用自然伽马、密度、声波和电阻率测井结合来评价烃源岩，总结出了测井响应参数与有机碳含量的岩石判别函数。上面这些国外学者虽然提出了一些计算有机碳含量的经验公式，但是并没有建立定量的数学模型。直到1990年，Passey研究出了对碳酸盐岩烃源岩和碎屑岩烃源岩都适用的方法，能够计算出不同成熟度条件下的有机碳含量值。目前该方法依然被很多学者作为研究烃源岩的基础模型。Lang等（1994）研究认为在泥页岩正常压实带，实测镜质体、反射率与声波时差间存在很好的半对数关系。但是，由于反射率与声波时差的关系受许多地质因素影响，阻碍其普遍应用。Mallick（1995）将实测的有机碳含量与地层密度用最小二乘拟合发现它们呈反比关系。
1.2 国内进展
鉴于烃源岩研究的重要性，国内学者也进行了一系列研究工作。谭延栋等（1988）应用测井资料对干酪根的响应特征来识别泥岩系中富含干酪根的生烃岩。郭永华等（1993）最早尝试利用地层电阻率确定生烃岩有机质的成熟度。赵彦超等（1994）借鉴国外研究对Herron的方法进行改进，把c/o测井和密度测井结合来识别泥质烃源岩。之后他又以w-s方程为基础使用电阻率重叠法和双孔隙法定性识别烃源岩。陈增智等（1994）建立了碳酸盐岩自然伽马测井资料与有机碳含量相关性的数学模型，估算碳酸盐岩地层剖面中的有机质丰度分布。李国平等（1996）利用含油气饱和度法推算烃源岩的有机质含量。张小莉等（1998）采用多测井组合法来识别煤系烃源岩。许晓宏等（1998）较早的修正passey的模型，应用于国内烃源岩的评价。张志伟等（2000）以此模型为基础区分烃源岩与非烃源岩，定性评价烃源岩的等级。张立鹏等（2001）提出地层弹性参数、铀/钍等几个参数可以反映有机碳含量。在这期间也有学者尝试新的方法，朱振宇等（2002）利用人工神经网络在非结构性计算机问题上的优势对烃源岩测井评价作出了新的尝试。胡佳庆等（2002）依靠地球物理测井资料用人工智能方法自动识别烃源岩有机质丰度。王栋等（2004）研究了核磁共振测井资料评价烃源岩的可行性。张寒等（2007）用地震信息资料可以确定烃源岩的空间展布。陆巧焕（2006）等用测井资料计算有机碳含量和岩石热解生烃潜能来评价生烃岩。钱克兵（2006）等建立有机质热演化程度与埋藏深度预测模型。于翔涛等（2009）将有机质含量计算公式加入了密度考虑因子。王鹂等（2009）绘制了烃源岩层厚度与暗色泥质岩类总厚度关系及烃源岩层总厚度与有效厚度关系。刘景东等（2010）提出了综合考虑生烃岩成熟度和各种测井响应的“反
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推ΔlgR”的新方法。卢双舫等（2012）以实际区块研究为基础，确定了优质烃源岩的下限标准。总体来说，国内开展的烃源岩评价工作主要集中在对原有方法的改进和建立测井资料与烃源岩之间关系的经验公式上。
2 烃源岩主要分类及其特征
2.1 烃源岩主要分类
（1）泥质岩类烃源岩
主要包括泥岩、页岩、粘土等，是在一定深度的稳定水体中形成的。环境安静乏氧，浮游生物和陆源有机胶体能够伴随粘土矿物的大量堆积、保存并向油气转化。因这些粒细的泥质岩类富含有机质及低铁化合物，颜色多呈暗色。泥质岩类烃源岩是我国最主要的烃源岩类型，已探明油气的大部分储量来自这类源岩。其分布层位从中、上元古界至第四系，几乎遍布我国内陆和沿海海域的沉积盆地。 （2）碳酸盐岩类烃源岩
以低能环境下形成的富含有机质的石灰岩、生物灰岩和泥灰岩为主，如沥青质灰岩、隐品灰岩、豹斑灰岩、生物灰岩、泥质灰岩等。常含泥质成分，色暗。其分布范围从中、上元古界至三叠系，第三系也有小范围分布。海相碳酸盐岩主要分布于我国南方、华北以及塔里木等。
（3）煤系烃源岩
煤系有机质主要为Ⅲ型干酪根，来自各种门类的植物遗体，以陆生高等植物为主，低等植物占次要地位。形成于还原、弱还原的沼泽或海陆交互相沉积环境。在热力条件下，煤化作用过程中生成以烃类气为主的天然气。煤系烃源岩是大、中型气田形成的重要源岩，我国煤系源岩的层位分布主要是石炭-二叠系、上三叠统-侏罗系和第三系。
2.2 烃源岩的物理性质
2.2.1 烃源岩的放射性
烃源岩含有丰富的有机质，地层中铀含量与有机质含量有一定的正相关关系，因此，其放射性较高，自然伽马测井值比一般非烃源岩的高。常用异常高的自然伽马测井值及铀含量确定生烃岩。
2.2.2 烃源岩的导电性
由于泥岩层的导电性较好（岩石骨架及孔隙内地层水均导电），所以，在地层剖面上此类地层一般表现为低阻（含钙质地层除外）。但富含有机质的泥岩层，由于导电性较差的干酪根和油气的出现，其电阻率总是比不含有机质的同样岩性的地层电阻率高。
2.2.3 烃源岩的密度
由于有机质的密度较小（接近于1g/cm3）而粘土质矿物的骨架密度约2.7g/cm3。因此当烃源岩取代岩石骨架时就会使地层密度减小。
2.2.4 烃源岩的声波时差
一般情况下，泥岩、页岩的声波时差随其埋藏深度的增加而减小（地层压实程度增加）。但地层中含有机质或油气时，由于干酪根（或油气）的声波时差（570μs/m）大于岩石骨架声波时差，因此，就会造成地层声波时差增加。地层出现高压异常（地层孔隙压力大于地层孔隙的正常压力）时，地层声波时差也会增大。但电阻率与富含有机质时地层电阻率的变化
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