基于拟三维多属性反演的优质烃源岩分布预测

姚 军，乐幸福，陈 娟，苏 旺，张永峰

（中国石油勘探开发研究院西北分院，兰州 730020）

0 引言

总有机碳含量（TOC）是表征有机质丰度的重要参数。目前预测TOC 平面分布的方法有测井分析结合钻井勾绘法，如Mendelzon 等［1］在1985 年出版的运用测井数据的多属性分析来表征烃源岩的专著，李强等［2］于2018 年对川西坳陷优质烃源岩进行测井定量预测，单俊峰等［3］于2017 年对辽河坳陷雷家致密油烃源岩进行评价，蒋德鑫等［4］于2019 年以陆丰凹陷文昌组为例对烃源岩总有机碳含量的测井模型进行了探讨；此外还有地震属性分析法，如Loseth 等［5］于2011 年利用最大波谷振幅属性来预测烃源岩厚度，曹强等［6］于2008 年运用地震属性法在南黄海北部盆地勘探新区对烃源岩厚度进行了预测，李林等［7］于2010 年在涠西南凹陷通过对地震多属性进行优化，找到最佳属性组合，实现了TOC数据体的预测；到目前为止，最为常用的还属地震反演方法，如Leedberg［8］在阿拉斯加北部盆地运用地震反演预测过页岩油的烃源岩分布，秦建强等［9］于2018 年运用三维地震资料通过地震多属性反演方法预测整个地层的有机质丰度，陶倩倩等［10］于2015 年利用分频反演技术预测烃源岩。

运用多属性反演方法预测储层参数是目前较为常用的方法［11］，且多以孔隙度、自然伽马等表征储层的参数预测为主。李金磊等［12］运用该反演方法对烃源岩评价参数如Ro值、TOC 值等进行了有效预测。川西—川中过渡带中只有部分钻井具有岩心实测TOC 值，根据岩心TOC 实测值以常规测井曲线为基础运用多元线性回归算法计算单井TOC 曲线［13-14］。目前研究区只包含二维测线，运用多属性反演来有效预测TOC 常分布只能基于二维地震资料，其常规方法是：逐线进行合成地震记录标定，在此基础上逐线进行多属性反演计算TOC数据体，然后根据表征优质烃源岩的TOC 门槛值对TOC 数据体逐线进行筛选，最后统计符合条件的TOC 值的厚度，完成优质烃源岩分布预测。烃源岩的研究工作通常是区域性的，面积较大，测线较多，按照上述方法做会存在如下几个问题：①二维地震测线较多，逐线进行多属性反演工作量大，耗时长；②距离已钻井较远的二维地震测线无法进行合成地震记录标定，从而无法参与多属性反演，成为废线；③若废线较多，使得参与多属性反演的二维地震测线分布不均匀，难以准确进行反演TOC的平面插值，进一步影响优质烃源岩分布预测结果的准确性。

为了克服上述研究难点，笔者以二维叠后地震资料为基础，根据研究区面积大小，设置合理的线道号间隔，建立三维地震测网；然后将二维地震数据按照追加的方式加载到三维地震测网，形成拟三维地震数据；基于此再进行多属性反演来预测川西—川中过渡带须家河组一、三、五段TOC 的平面分布，以期预测优质烃源岩的平面分布。

1 地质背景

四川盆地川西—川中过渡带位于绵阳市东南部，其须家河组地层分为6 段（图1）：须一段中下部为深灰色泥质云岩夹薄层灰色灰岩，上部为黑灰色页岩夹薄层粉砂岩；须二段为灰白色中细粒砂岩；须三段为灰黑色页岩夹灰色石灰岩，局部具有煤线；须四段为灰白色中细粒砂岩，间夹薄层黑色页岩及煤线；须五段为灰黑色页岩、炭质页岩夹灰色粉砂岩及薄煤层；须六段顶部为铁质砂岩，其余为灰白色含长石石英砂岩。因此须家河组一、三、五段以泥页岩为主，二、四、六段为致密砂岩储层，是典型的“三明治”结构，源储叠置发育，近源充注。致密气的勘探在很大程度上取决于烃源岩的品质和分布。针对气源岩，品质较好的烃源岩即优质烃源岩，一般是有机质丰度较高同时类型较好且成熟度较高的烃源岩。在川西—川中过渡带，须家河组烃源岩平均Ro值大于1.2%，成熟度较高，有机质类型较好，为腐泥型［15-17］，因此有效预测出有机质丰度较高的优质烃源岩的分布成为该区须家河组致密气勘探的关键。

2 单井TOC 曲线计算

运用多属性反演方法预测TOC 值，须要参与反演的钻井具有TOC 曲线，但实际上TOC 曲线无法通过现有测井技术直接测得。因为TOC 在自然伽马（GR）、电阻率（Rt）、声波时差（AC）、中子孔隙度（CNL）、补偿密度（DEN）等地球物理测井参数上有一定的反映［18-23］，因此须要根据四川盆地川西—川中过渡带部分钻井在须家河组的岩心测试TOC 值结合测井曲线进行拟合。如图2 所示，研究区须家河组烃源岩的测井响应特征为：高自然伽马、低电阻率、低声波时差、高补偿中子、低补偿密度（图中实测TOC 值为红色杆状标记）。

通过交会图（图3）分析发现，各曲线对TOC 值的相关性由高到低分别为：补偿密度、声波时差、自然伽马、补偿中子、电阻率，但各曲线与TOC 值的相关系数均低于0.55。因此运用单一测井曲线去拟合TOC 曲线的准确度较低。为达到后续TOC 值平面预测的要求，须要找到一种方法能够综合并且尽可能放大各常规测井曲线与实测TOC 值相关性大的部分，同时尽可能去除相关性小的部分，最终达到准确拟合TOC 曲线的目的。

多元线性回归算法就是能够满足上述要求的一种常用的数学方法。该方法可以通过多个变量（常规测井曲线）之间的加权求和来最大程度保留变量与目标值相关性大的部分，实现多个变量的最优组合来共同预测或估计目标值（TOC），预测结果有效且符合实际。根据川西—川中过渡带现有钻井资料，优选前4 种常规测井曲线运用多元线性回归算法得到TOC 曲线的计算公式。

运用该公式计算的QL2 井TOC 值与实测TOC值相关系数达到0.805（图4），吻合度良好。鉴于川西—川中过渡带构造平缓，须家河组起伏较小，针对所有钻穿目的层且具有上述4 种常规测井曲线的钻井分别运用该公式计算出单井TOC 曲线。经钻井实测TOC 值与其拟合的TOC 曲线对比，相关系数均大于0.750。

3 拟三维工区的建立

四川盆地川西—川中过渡带须家河组由北西向南东方向逐渐升高，但整体表现平缓，褶皱强度小，最大高差约为800 m。从须一段到须六段构造形态呈继承性发育，纵向上变化较小。川西—川中过渡带共有二维地震测线92 条，间距约800～3 800 m，面积约4 400 km2，钻穿须家河组并且具有计算TOC曲线的钻井共计30 余口，分布不均匀（图5）。二维地震测线的密度和间距能够满足川西—川中过渡带区域性研究对地震资料的要求。

川西—川中过渡带须家河组烃源岩主要存在于须一段、须三段、须五段。图6 为QL10 井的过井地震剖面及合成地震记录标定。从自然伽马曲线可看出：须家河组含烃源岩的地层中，烃源岩单层厚度较小，虽然含量较多，但其与砂岩以互层形式存在，而地震反射剖面受其自身分辨率的影响，单层烃源岩的反射特征无法明确表示。但总体上看，以烃源岩为主的局部地层为波谷反射，如图6 中2 800～2 900 m，3 140～3 190 m 处。因此，须要通过地震反演技术来更为准确地预测优质烃源岩的分布。

四川盆地川西—川中过渡带二维地震测线较多，根据现有反演软件的计算流程只能单线逐线进行多属性反演，并且需要每条地震测线都进行合成地震记录标定和多属性反演计算TOC 值；区内钻井分布不均匀，很多地震测线距离钻井较远，在多属性反演当中无法进行钻井合成地震记录标定（工区西南部和东南部部分测线），从而无法参与多属性反演，成为废线。废线太多会严重影响优质烃源岩分布预测结果的准确性。

川西—川中过渡带须家河组整体比较平缓，并无大的构造变化。在这种背景下，二维地震单线逐线进行多属性反演与二维地震测线融合成为拟三维地震数据之后再进行多属性反演的精度基本是相同的。因此，若将二维地震测线融合后运用拟三维多属性反演在克服上述难点的同时还能够保证预测结果的准确度，能够满足川西—川中过渡带优质烃源岩区域性研究的精度要求。如图7（a）所示，二维地震测线逐线进行多属性反演只有well 井周边的3 条测线可以利用，其他测线由于无法进行合成地震记录标定而成为废线，无法参与多属性反演；若将二维地震数据整合成1 个拟三维地震数据，那么可以通过地震数据的相互连接，通过井旁地震测线的合成地震记录标定将钻井信息传递到所有的测线［图7（b）］，从而使所有地震测线能够参与多属性反演。此外，二维逐线反演，图7（a）中能够参与多属性反演的3 条地震测线需要与well 井分别进行合成地震记录标定，而拟三维多属性反演只须图7（b）中well 井旁的地震测线进行一次合成地震记录标定即可。

根据川西—川中过渡带二维地震测线的分布情况，确定拟三维工区主测线间和联络测线间间隔距离为20 m，通过式（2）—（3）计算出主测线数为4 214，联络测线数为2 745。

式中：Num_line 为主测线数，条；Num_trace 为联络测线数，条；Max_x为x坐标最大值，m；Min_x为x坐标最小值，m；Max_y为y坐标最大值，m；Min_y为y坐标最小值，m；Inter_line 为主测线间距，m；Inter_trace 为联络测线间距，m。

在拟三维测网建立的基础上，将二维地震数据逐线以追加的方式加载到拟三维测网当中形成1个三维地震数据体。为保证拟三维地震数据体的统一以及钻井信息能够传递到每一条测线，加载到拟三维测网中的二维地震数据须进行闭合差较正和采样率统一化，并且将独立的二维地震测线（与其他任意测线无交点）去除。

4 拟三维多属性反演

以拟三维地震数据体为基础，以30 余口钻井合成记录标定为前提，运用多属性反演当中的神经网络算法［24］，优选了5 个地震属性（振幅包络、瞬时振幅导数、积分绝对振幅、瞬时频率、余弦相位）反演钻井TOC 值，把部分钻井TOC 曲线与反演结果进行对比，得出总相关系数达到了0.705，说明钻井反演结果准确可靠。将通过神经网络算法得出的这5 个地震属性与钻井TOC 值的非线性关系运用到整个拟三维地震数据，最终反演出TOC 数据体。如图8 所示，NC2 井曲线为计算出的TOC 曲线，地震反演结果与TOC 曲线吻合良好，准确度高。

5 优质烃源岩分布预测

根据测井资料分析，四川盆地川西—川中过渡带须家河组烃源岩的泥质质量分数大于44.0%。前期研究结果表明，当TOC 质量分数大于1.5%的时候，烃源岩为优质烃源岩［25-30］。因此，川西—川中过渡带须家河组优质烃源岩须同时满足2 个必要条件：泥质质量分数大于44.0%、TOC 质量分数大于1.5%。按照拟三维多属性反演预测TOC 分布的技术方法对泥质含量的分布也进行了预测（图9，NC2井曲线为计算出的泥质含量曲线）。首先以泥质含量反演体为参考，在TOC 反演体上去除泥质质量分数小于44.0% 的数据，然后在TOC 反演体上去除TOC 质量分数小于1.5%的数据，最终的筛选结果如图10 所示，即为优质烃源岩TOC 值（NC2 井曲线为计算出的TOC 曲线）。

对筛选后的TOC 反演体根据合成地震记录标定的时深关系进行深度域转换，然后逐道进行采样点统计，最终将统计出的每道符合条件的样点个数与深度域采样率相乘得到优质烃源岩的厚度分布（图11）。

运用上述方法统计优质烃源岩厚度是直接基于符合条件的样点之上的，较以往通过地震属性与钻井统计厚度拟合关系及其他地质统计学的厚度计算方法准确度更高，误差更小。在此基础上结合无测线区钻井统计的优质烃源岩厚度通过平面插值最终完成研究区须家河组一、三、五段优质烃源岩分布图。图12 为川西—川中过渡带须一段优质烃源岩分布图，须一段优质烃源岩厚度为10～150 m，总体由北西向南东减薄，符合该区须一段沉积前西边凹地东边逐渐变高的地貌特征和沉积规律。基于此，对其上部须二段储层进行了目标评价工作，最终在川西—川中过渡带中北部须一段优质烃源岩较厚的区域成功部署了2 口预探井well1 和well2。

6 结论

（1）四川盆地川西—川中过渡带二维地震测线较多，钻井较少且分布不均匀，在这种条件下采用常规二维多属性反演方法来预测优质烃源岩的分布须要逐线进行合成记录标定及多属性反演，工作量大；在无井区的二维地震测线因不能进行合成记录标定而无法利用，从而影响预测结果的准确性。拟三维多属性反演方法将所有具有交点的二维测线合并成一个拟三维数据体，单井合成记录标定及多属性反演只须进行1 次，能够高效而准确地达到该区优质烃源岩分布预测的目的。

（2）通过在深度域直接对反演结果符合条件的样点进行统计来计算优质烃源岩厚度，较以往通过地震属性与钻井统计厚度拟合关系及其他地质统计学的厚度计算方法准确度更高，误差更小。

（3）该方法对所有基于叠后地震资料的反演技术均适用，流程简单，可操作性强，结果可靠。

致谢：在本文完成过程中，中国石油西南油气田分公司勘探开发研究院吴长江高级工程师给予了悉心指导，在此表示感谢！