烃源岩测井响应特征及定性识别方法
——以川东南地区茅一段为例

程 丽 严 伟 王 昆

中国石油化工股份有限公司勘探分公司

0 引言

国外学者利用测井资料评价烃源岩始于20 世纪40 年代，一直到80 年代后期，都在尝试应用自然伽马测井曲线识别烃源岩[1-5]。后来国内外学者除了对单一测井曲线的相关性分析外，张志伟[6]等（2000 年）用重叠法快速识别烃源岩和非烃源岩段或非储集层段；Meyer[7]（1984 年）等提出通过密度—电阻率交会图、声波时差—电阻率交会图等方法，可将声波时差相对高或体积密度相对低且电阻率相对较高的数据段认为是烃源岩；Autric 和Dumesnil[8]（1985 年）指出利用电阻率、密度和伽马交会图法可识别烃源岩；王贵文[9]等（2002 年）提出伽马—时差交会图可区分烃源岩和非烃源岩；高松洋[10]（2016 年）在岩心资料刻度下采用交会图法优选岩性敏感参数建立岩性识别图版，并提取典型图版程序化，建立了一种快速实用的测井岩性自动识别方法。综合分析前人研究成果，目前，利用测井资料对烃源岩进行定性识别的方法[11-15]大多为测井曲线的叠合法和多参数的交会图法。这类方法多适用于岩性相对单一且稳定的地层，而川东南地区中二叠统茅口组茅一段烃源岩地层非均质性较强，现有方法识别效果较差，精度不高。

笔者基于川东南地区茅一段烃源岩地层[16-17]岩心观察、实验分析资料等，在分析研究各类烃源岩的测井响应特征的基础上，综合对比分析前人研究的烃源岩识别方法，针对川东南地区茅一段优选敏感曲线，进一步提出了敏感参数比值法，更快速有效地识别出不同类型烃源岩。

1 烃源岩基本特征

川东南地区茅一段烃源岩地层横向上分布面积广、厚度稳定，总体为富含有机质地层，具有较好的生烃潜力[18-20]。地层岩性主要由不同灰泥比形成的瘤状结构的灰泥石灰岩为主，且矿物成分和含量差异较大，同一岩性岩石结构特征、源岩特征也不尽相同，造成岩石类型多样，非均质性极强，测井识别困难。

根据X-1 井岩心观察及薄片鉴定分析资料，将研究区烃源岩划分为灰泥石灰岩、灰泥瘤状石灰岩、泥晶瘤状石灰岩与泥晶石灰岩4 大类。其中灰泥石灰岩和灰泥瘤状石灰岩为较优质的烃源岩类型，对应岩心孔隙度最高达6.08%，平均值为2%，岩心渗透率最高达4.75 mD，平均为0.57 mD，呈低孔、低渗特征。据扫描电镜和铸体薄片分析，储集空间类型主要分为有机质孔、矿物粒间孔、晶间孔和微裂隙，其中以有机质孔和微裂缝发育最具储集意义。据岩心有机碳含量的测定分析，有效烃源岩占80.7%（TOC＞0.5%），中—好烃源岩（TOC＞0.8%）占46.3%，总体反映中—高有机碳含量特征，有机质类型较好。

在常规测井曲线中，自然伽马值与烃源岩的敏感性相对较差；三孔隙度曲线中，中子整体表现为中高值；密度有一定程度减小，但密度曲线受井眼条件影响较大；声波时差在一定程度上能反映不同烃源岩类型的变化，且随着泥质含量的增加，声波时差具有增大趋势，与烃源岩敏感性相对较好。电阻率曲线对茅一段烃源岩具有更高的敏感性：在致密层段电阻率的变化主要反映岩性的变化；在富含有机质的烃源岩段，电阻率受岩性、储层物性及流体的综合响应表现为整体减小的特征，由于研究区茅一段岩心孔隙度发育段均与泥质层段叠合，因此电阻率曲线仍能够反映岩性差异。

综合分析认为，研究区优质的烃源岩（灰泥石灰岩），整体具有高声波、高中子、低密度、低电阻率的“二高二低”特征；中低阻的灰泥瘤状石灰岩次之；中高阻的泥晶瘤状与灰泥瘤状石灰岩结构较为相似，由于其泥质含量介于灰泥瘤状石灰岩与泥晶石灰岩之间，对应电性呈中高阻特征；泥晶灰岩为较致密的块状石灰岩，泥质含量较低（表1）。

表1 研究区各类烃源岩的测井响应特征对比表

2 烃源岩测井定性识别方法及应用

根据前文所述，研究区优质烃源岩高声波、高中子、低密度、低电阻率的“二高二低”特征，利用与烃源岩较敏感的测井曲线进行叠合法、交会图法和比值法等开展烃源岩定性识别。

2.1 叠合法

叠合法是利用三孔隙度曲线(通常优选声波时差曲线)与电阻率曲线进行叠加,选择基质孔隙和有机质相对不发育的致密岩石地质为基准岩性，且将其孔隙度曲线与电阻率曲线重合作为基准岩性刻度，根据两条曲线之间存在的差异来辨别是否为富含有机质的烃源岩。导致两条叠合曲线分离差异的因素，主要是由于富含有机质的烃源岩段对应的孔隙度曲线主要表现为“低密度”和“高声波”的干酪根的响应,在未成熟的富含有机质的烃源岩中还没有油气生成,叠合曲线的差异主要是由孔隙度曲线响应造成的；在成熟的烃源岩中,除了孔隙度曲线响应之外,因为有烃类的存在,电阻率增加,使两条叠合曲线产生的差异（或间距）更大。

图1 为研究区X-1 井茅一段电阻率分别与声波曲线、自然伽马曲线的叠合图。选取1 320.0 ～1 325.0 m 较致密的灰泥瘤状石灰岩段为基准岩性段，调整电阻率和声波曲线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）岩性相对致密，AC和RT两条曲线间隔幅度较大，且AC曲线在电阻率曲线的左边，称为“负差异”，在下部（13 20.0 ～1 37.00 m）曲线间隔幅度相对大，且AC曲线在电阻率曲线右边，称为“正差异”。

图1 X-1 井叠合法识别烃源岩效果图

根据X-1 井岩心刻度测井资料可知，“正差异”井段对应的地层为优质岩性石灰泥灰岩段（自然伽马与电阻率曲线叠合绿色充填段、声波时差与电阻率曲线叠合黄色充填段），“负差异”对应致密泥晶灰岩段，评价结果与X-1 井岩心分析结果对比，对于较优质的灰泥灰岩较为一致，符合率为75%。在其他灰泥灰岩含量相对较少，泥质含量相对较高的烃源岩地层，识别程度不高。

2.2 交会图法

交会图法与叠合法原理相似，选取对烃源岩敏感的敏感曲线测井值直接进行交会分析，以较为典型的烃源岩对应的敏感曲线值分布在交会图中的区域为标准，根据实际数据点在交会图中的分布特征来判别烃源岩的一种方法。这类方法的不足是，除较典型的岩性外，对于介于各典型岩性测井值之间的岩性的边界不明显，识别效果不好。

如图2 为研究区X-1 井茅一段电阻率与声波交会图，根据各类烃源岩测井响应特征可知，当电阻率小于50 Ω·m，声波时差大于70 μs/ft 时为灰泥石灰岩；当电阻率介于50 ～300 Ω·m 之间，声波时差在50 ～70 μs/ft 之间时为灰泥瘤状石灰岩；当电阻率介于300 ～2 000 Ω·m 之间，声波时差介于50 ～60 μs/ft 时为泥晶瘤状石灰岩；当电阻率大于2 000 Ω·m，声波时差小于60 μs/ft 时为泥晶石灰岩。由此可根据声波—电阻率交会图推测，当声波时差增高且电阻率较低时为较优质烃源岩。然而，对于泥晶瘤状石灰岩与灰泥瘤状石灰岩重叠区难以准确区分，实际应用效果较差。

图2 X-1 井交会图法烃源岩识别效果图

2.3 比值法

基于叠合法和交会法识别烃源岩和非烃源岩的原理，在前文分析优质烃源岩整体具有高声波、高中子、低密度、低电阻率的“二高二低”特征，且由于密度受井径影响较大，而声波时差与电阻率能够较好地反映研究区烃源岩地层岩性变化特征的特点，采用模糊数学关系原理，将烃源岩类型与敏感测井曲线电阻率和声波之间的渐变关系用数学关系的方式进行转换表达（式1、式2）。结合岩心刻度，获取不同类型烃源岩的声波与电阻率比值归一化的取值基线范围，作为识别模型划分各类烃源岩的筛选条件，通过程序数学运算，实现快速精细划分烃源岩类型、深度分布及准确地评价出优质烃源岩的有效厚度。

敏感测井参数比值关系函数为：

式中f(x1,x2)表示敏感测井参数的比值关系函数，x1、x2分别表示地层岩性敏感测井曲线值。

对比值关系函数进行行归一化处理，形成定性—半定量识别模型为：

式中H表示对f(x1,x2)函数归一化后的岩性识别指数值，H∈[0,1]；x1、x2分别表示地层岩性敏感测井曲线值；m、n分别表示比值法取对数后最大最小值。

在研究区，烃源岩类型与敏感测井曲线电阻率和声波之间敏感性最好。图3 为应用敏感曲线比值法对研究区3 口井的烃源岩进行了识别和评价，评价结果认为，根据敏感曲线（AC）与电阻率（RT）比值以0.03、0.15 和1.5 边界线可有效识别茅一段4 类主要岩性：当AC/RT＞1.5 时为优质烃源岩灰泥石灰岩段（Ⅰ类），当AC/RT介于0.15 ～1.5 时为相对优质的烃源岩灰泥瘤状石灰岩段（Ⅱ类），当AC/RT介于0.03～0.15时为泥晶瘤状石灰岩（Ⅲ类），当AC/RT＜0.03 时为较致密的泥晶石灰岩。比值法能精确识别单井纵向上优质烃源岩和各类泥质含量较高的烃源岩，评价结果与岩心分析结果一致，识别精度较高，符合率达92%（表2）。

图3 X-1 井、S1 井、Y1 井比值法识别岩性效果图

表2 X-1 井比值法识别烃源岩与岩心分析结果对比表

3 结论

1）川东南地区茅一段优质烃源岩具有高声波、高中子、低密度、低电阻率的“二高二低”特征。其中声波时差与电阻率能够较好地反映研究区烃源岩地层岩性变化特征。

2）叠合法、交会图法可进行烃源岩的测井识别，方法简单易行。但针对非均值较强、泥质含量较高的烃源岩，利用测井敏感曲线比值法识别岩性精度更高，应用效果更好。