[科普中国]-烃源岩测井分析

烃源岩的测井晌应

1.地层的组成

地层可分为非源岩层和源岩层两大类，其中源岩层又可分为成熟源岩层和非成熟源岩层。假设富含有机碳的岩石由三部分组成：岩石骨架，固体有机质和孔隙流体。非生油岩仅由两部分组成：岩石骨架和孔隙流体。在未成熟的生油岩中固体部分包括固体有机质和岩石骨架，地层水充填孔隙空间( φt=φw)，。当生油岩成熟时，一部分有机质转化为液态烃，并且运移进孔隙中( φog)替代了地层水。此时，总孔隙度φt=φw+φog。这种组成的差异是利用测井曲线求取TOC 的基础。

在上述生油岩体积模型中，同常规模型相比，增加了固体有机质(干酪根)部分，并将其作为岩石骨架的一部分设置。固体有机质具有低速度、低体积密度和高含氢含量的物理化学性质(ρ=1.0g/cm3， Δt=60－170us 之间，通常最高值与任意压实状态下的富含有机质的页岩有关)。

因此，固体有机质有高声波时差，低体积密度和高中子孔隙度的测井响应。这些测井响应使由中子，密度，声速测井计算的孔隙度产生增值，同时，不因孔隙度的增值降低电阻率值，即不因孔隙度的增值降低电阻率测井值。不仅如此，伴随有机质成熟度生烃，使生油岩中的含油饱和度上升，引起生油岩的电阻率增加。

2.基本原理

由于源岩层含有固体有机质，这些有机质富含有机碳，而有机质具有密度低和吸附性强等特征。因此，源岩层在许多测井曲线上具有异常反应。在正常情况下，含碳越高的源岩层，其测井曲线上的异常反应就越大。通过测定异常值的高低，就能反算出含碳量的大小。

对源岩有异常反应的测井曲线主要有：

(1)自然伽马曲线。在该曲线上表现为高异常。这是因为富含碳的源岩层往往吸附有较多的放射性元素铀。

(2)密度和声波时差曲线。富含碳的源岩层，其密度低于其它岩层，因而在密度曲线上表现为低异常，在声波时差曲线上表现为低(高时差)异常。

(3)电阻率曲线。成熟的岩层由于含有不易导电的液态烃类，因而在该曲线上表现为高异常。利用这一特征可识别源岩层成熟与否。1

烃源岩的测井识别1.烃源岩的单一测井方法分析

1)自然伽马测井

根据地球各圈层放射性物质丰度，沉积层基底和沉积层中不同岩性的放射性元素平均含量以及含油盆地中铀与生油物质(有机质)的关系，可认为油田放射性异常的主要物质来源是生油岩。众多研究表明，富含有机质的生油岩，常伴随着高的放射性元素。因此，生油岩常有高的自然伽马值。

用自然伽马测井的优点是受井眼的影响较小，以及在垂向上对非均质页岩可进行连续采样。但是，Schmoler 注意到他研究地区的总自然伽马法明显的降低了某些层段的有机质含量。因此，在大范围内用它来定量解释有机质是必须小心的，它不是生油岩的有机质含量的良好的定量指示器。

在一般沉积岩中，主要是固体骨架中的粘土中的钾使页岩具有放射性，少量的钍也可以影响页岩骨架的放射性。具有一定含水孔隙度的不含有机质的页岩是一种特定的骨架组成，并且，其单位重量的放射性是不变的。例如：如果含水孔隙度随深度的增加而下降，则放射性随岩石密度的增加而增加，那么最终记录的放射性数值是不变的。因此，沿着不同的不含有机质的泥岩层可以确定一条放射性基线。这就是为什么自然伽马测井曲线可作为泥质砂岩中泥质含量的指示曲线的原因。

2)自然伽马能谱测井

近几年来，自然伽马能谱测井的应用显著增加。由于铀和有机质之间又很好的经验关系(Swanson，1960).Fertl(1980)，建议用自然伽马能谱测井来有效的确定有机质丰度，并且认为，比值法(钍/铀，钾/牡钍)由于其考察了岩性(即泥质含量的变化)，并且对这种变化自动补偿，所以更可靠。但遗憾的是，它们之间也没有通用性，靠经验统计随地区变化较大。

3)密度测井

因为固体有机质的密度( ρo =1.0g/cm3)比周围岩石骨架密度( ρm=2.3～2.7g/cm3)要低，所以，Schmoker(1979)建议用密度测井来估计有机碳含量。有机质体积百分数=(ρo一ρs)/( ρsh- ρo)，并且指出FDC(补偿密度)探测器的垂向分辨率为2ft(60cm)。泥岩密度在2.25g/cm3 以上时，密度测井曲线反映有机质的最低限度为1%.但在有重矿物(黄铁矿)存在和井眼不规则时，密度测井就不可能是有机质的可靠的指示器(FDC 为贴井壁仪器，受井眼影响较大)。

4)中子测井

通常，岩石中的大量氢并不属于孔隙水，页岩骨架和干酪根(或油气)两者的氢含量都很高，并且相互替换，在中子测井中不会有明显的差异。故不是油气良好的指示器。同时井壁对中子测井的影响也很大。但当孔隙中含气时，中子测井会由于挖掘效应，易于识别。

5)脉冲中子能谱测井

连续的中子测井在评价生油岩中有机碳含量时有局限性(Herro，1986，1988)。但这一方法的优点是对低含量的有机碳反映敏感，且不需要做岩石校正，但需要做无机碳校正。

6)电阻率测井

电阻率测井在理论上可以用来评价烃源层。因为烃源层多呈页状，电性上呈各向异性。用球状电源测井时，会增加电阻率值。不含有机质页岩的电阻率取决于：

(1)它们的骨架类型和特征；

(2)充满孔隙的原生水的电阻率；

(3)孔隙度的大小。

即使前面两种因素不变，页岩的电阻率变化并不遵循阿尔奇公式。因为岩石骨架是导电的。认为唯一的电阻率效应是含水孔隙度增加时，岩石电阻率降低。富含有机质岩段的电阻率比周围的不含有机质的页岩的电阻率高(有时为10 倍以上)。这是因为不导电的干酪根和油气置换了部分导电的泥质骨架或部分原生水，甚至是置换了两者。Meissner 认为电阻率测井是成熟度的指示，而不是TOC的指示。尽管他没有提出一个定量的方法确定有机质丰度，但是利用电阻率曲线确定成熟生油岩的位置，是值得借鉴的。

7)声波测井

声波测井可以弥补密度测井不可靠时的不足。由于有机物的低密度性，使声波时差相对升高对应着有机质含量较高的层。当密度曲线受井壁不规则或黄铁矿存在影响时，声波时差曲线可能比密度曲线更可靠。当声波速度相对减小，电阻率增加，表明为非渗透沉积岩中的富含有机质层。有机质的声速比任何一种沉积物的声速都低得多。声波在页岩中的传播速度大于4km/s，碳酸盐岩中约为6km/s，石油中约为1.2～1.25km/s，在干酪根中则不超过1.5Km/s。

因此，沉积岩的△t 在150～200us/m 之间，有机质的△t 约为600us/m。骨架岩石与其中所含有机质的速度差(约为4)比密度(约为2.5)要大。因而声波测井与岩石有机质含量的相关性比密度测井大得多。实际上通常是将两种测井结合起来用。由于层速度受水/有机质比率、矿物成分、碳酸盐岩/粘土含量比值、粒间压力等因素影响，不能单独用声波测井来估算烃源层的有机质含量，但若与密度测井、岩心并用，声波测井仍然有效。

2.用交会图识别烃源岩

1)自然伽马一声波测井交会图Dellenbach(1983)提出，利用声波时差和自然伽马曲线提出了一个参数Ix，它与有机质丰度呈线性相关。生油岩的声波时差相对较长而自然伽马强度相对较高(如图)。这里，不含有机质的页岩具有放射性，但其放射性与孔隙度和骨架密度无关，其放射性接近于一个常数值，形成泥岩基线(GR1)。

在整个岩层中， Ix 应被认为是总有机质含量的相对量度，由相同深度的岩屑或岩心得到的干酪根，油气的测量数据相加得到有机质的总含量。利用有机质的重量来刻度Ix是有可能的。伽马放射性对固体有机质相当敏感，而时差对油气十分敏感。所以，低d(GR)高d ( Δt )的层段应有一些气；而高 d(GR)低 d( Δt )应含有较多的固体有机质；中间则是两者的混合段。

2)电阻率一自然伽马交会图

纯地层或略含泥质的地层落在图的下面。在某一自然伽马值(GR)之上的层段都是页岩层：富含有机质或不含有机质的页岩。当它们的放射性增高并偏离高电阻率常数时，可推断骨架中含有有机质；自然伽马值随着电阻率增加而增加，则这些孔隙中肯定含有油气及干酪根。

3)电阻率一声波时差交会图

删去纯地层，保留下来的泥质或泥岩的自然伽马值都高，可以确定三种类型的层段：

(1)当孔隙度增加时，不含有机质的泥岩和页岩层段电阻率减小；

(2)含干酪根页岩段，电阻率随孔隙度略有变化；

(3)含干酪根、油气的页岩段，电阻率随孔隙度增加。

3.声波一电阻率曲线重叠法

Passey(1989)研究了一种可以适用于碳酸盐岩和碎屑岩生油岩的技术。据介绍能够精确预测不同成熟条件下的TOC。这一方法便是将声波和电阻率曲线重叠。在应用时，时差曲线和电阻率曲线刻度为每两个对数电阻率刻度对应的声波时差为-100us/ft，把非生油岩曲线叠在一起作为基线，当两条曲线在一定深度范围内一致或完全重叠时为基线。确定基线以后，用两条曲线的距离来识别富含有机质的层。两条曲线的距离为Δ lg R，每一个深度增量测一次。

Δ lgR 与TOC 线性相关，并且是成熟度的函数。如果可以确定成熟度(单位为LOM；Hood，1975)，那么利用Δ lgR-TOC 关系图可以把Δ lgR 直接换算成TOC。成熟度LOM 可以从大量的样品分析中得到(如热变指数R。)，或从埋藏史和热史的评价中得到。如果成熟度LOM 估算不对，那么TOC 绝对值将有误差，但仍正确反映TOC 的垂向变化。

3.生油岩的多元地质统计

如果存在两个或更多个与应变量密切相关而它们本身又并不相关的自变量，那么多元回归结果都可能都优于单变量的结果。多元回归方程是根据每个数据组的相关矩阵来计算的。

4.测井层序中有机质变化模式

用测井曲线求有机质含量，已有很多研究成果。但与层序地层结合起来，得到成因解释，并对作出整体预测有广泛的意义。右图是有机质在层序地层中的变化模式，说明有机质最富集的部位是最大水位面附近高水位体系域的底与水进体系域的顶。平面上在盆地边角。在水进体系域的底初次水泛面也会发育次一级丰度的有机质。这样，在评价盆地生油能力、生油量及运移时，就要在纵向上牢牢抓住有机质最富集的期(年代单位，地层单位则为段)及平面上有机质最富集的区域(即油源区)。1

生油岩的测井评价参数1.生油岩含油气饱和度

关于饱和度的计算，已经有许多经典的阐述，这里也不再赘述。研究表明，好的已经成熟的油气源岩中，不但含有丰富的残余有机物(干酪根)，而且含大量的尚未运移出去的油气。这些残余的油气，是测井评价生油岩的重要标志，它不仅反映生油气岩的有机质丰度，而且反映了生油气岩的成熟度。因此，它是有机质丰度和成熟度的综合指标。油气从生成开始，便在各种地质应力的作用下，以不同的相态从油气源岩向外运移。但是，无论是早期运移，还是晚期运移，无论是以水溶相态运移，还是以游离相态运移，油、气、水从源岩中被部分挤出后，残留在源岩中的饱和度不变。排短作用并不降低源岩的含油饱和度。不仅如此，随着埋藏深度的增加压实排短作用的进程，源岩的孔隙度和含水量进一步减少。因此，源岩孔隙中的含油饱和度随埋深的增加而增加。

源岩中的含油气饱和度不但随埋深的增加而增加，而且与有机物质的丰度成正比，并与有机质类型和成熟度有直接的关系。因此，油气源岩的含油饱和度，直接反映了油气源岩的生油潜力。

2.生油气岩总孔隙度和有效孔隙度

生油气岩的总孔隙度反映了生油气岩的压实排烃状况。高孔隙度的生油气岩标志着压实.程度低，排烃不充分，对油气聚集贡献小称之为无效的生油气岩；低孔隙度的生油气岩标志着源岩生成的油气已经随埋深压实产生了油气的初次运移，已对油气初次运移作出了贡献。称之为有效的生油气岩。

当已知短源岩的生油气门限深度时，根据各层生油气岩的总孔隙度和门限处的总孔隙度的差值，结合含油气饱和度计算各层生油气岩的排烃量。这次排烃量是研究油气富聚规律的关键参数。生油气岩的有效孔隙度，反映了生油气岩的次生孔隙和裂缝的发育状况，它反映了生油气岩自身排烃的物理条件，对研究油气的初次运移有参考价值。

3.生油气岩剩余先圣含量VHC

生油气岩的剩余烃含量，指的是残留于油气源岩孔隙中的油气含量，VHC 的大小，与生油气岩有机质的类型、丰度、成熟度和产烃率有关。有机质丰度高，成熟度高，则VHC 值大；反之或是有机质丰度低，或是成熟度低，VHC都表现为低值。因此，VHC 是反映生油气岩是否已经生成油气和生油气量大小的一个参量。VHC 是区别有效生油气岩和无效生油气岩的指标。

另外，当生油气岩尚未成熟时，VHC 的大小只是由有机质对孔隙度测井的响应引起的，与电阻率关系不大。这时VHC 随有机质的变化仅有较小的变化。当生油气岩成熟后，VHC的大小由孔隙中的油气和有机质对孔隙度测井和对电阻率测井的响应共同引起。这时VHC的值将有明显的变化，成熟度越高，VHC 幅度越大。1