扎哈泉地区上干柴沟组致密油烃源岩测井评价方法

郑　茜，张小莉，王国民，杜江民，4，张子介，钟高润

（1.西北大学大陆动力学国家重点实验室，西安710069；2.西北大学地质学系，西安710069；3.中国石油青海油田分公司勘探开发研究院，甘肃敦煌736202；4.石家庄经济学院资源学院，石家庄050031）

扎哈泉地区上干柴沟组致密油烃源岩测井评价方法

郑茜1，2，张小莉1，2，王国民3，杜江民1，2，4，张子介1，2，钟高润1，2

（1.西北大学大陆动力学国家重点实验室，西安710069；2.西北大学地质学系，西安710069；3.中国石油青海油田分公司勘探开发研究院，甘肃敦煌736202；4.石家庄经济学院资源学院，石家庄050031）

柴达木盆地扎哈泉地区新近系上干柴沟组下段近年来发现了大规模分布的致密油藏，但其源储配置关系尚不明确，急需建立有效的烃源岩评价方法。综合分析烃源岩岩心实验室分析资料及其常规测井响应特征，优选声波时差、电阻率及铀为反映烃源岩有机质丰度的敏感参数，利用ΔlgR法与铀-TOC回归拟合法建立了烃源岩定性及TOC含量定量解释模型；同时，探索了利用特殊测井系列岩性扫描测井技术计算地层有机碳含量的方法。研究表明，铀-TOC回归拟合模型可以准确反映扎哈泉地区上干柴沟组下段烃源岩TOC含量的变化趋势，且计算简便，能够为该区致密油烃源岩评价提供可靠依据；岩性扫描测井方法在该区计算TOC含量精度稍低，但该方法不受环境因素控制，可以广泛应用于不同地区油藏岩性及烃源岩精细解释。

致密油藏；烃源岩；测井响应；解释模型；上干柴沟组下段；扎哈泉地区；柴达木盆地

0　引言

致密油是指以吸附或游离状态赋存于富有机质且渗透率极低的暗色页岩、泥质粉砂岩和砂岩夹层系统中的自生自储、连续分布的石油聚集［1］，往往具有连续性分布的致密储层与生油岩紧密接触的源储配置关系［2］，因此烃源岩的生烃能力对致密油藏的油气分布具有控制作用［3］，烃源岩评价也成为致密油测井“七性”关系评价中的重要组成部分。由于烃源岩中的有机质具有特殊的物理性质，故其在测井曲线上有明显的响应。20世纪40年代以来，国内外学者提出了多种识别、评价烃源岩的测井方法，其中比较常用的是自然伽马、密度、电阻率和声波时差等测井组合法以及ΔlgR法等［4-6］。不同油区由于地质情况以及测井资料的差异性，所适用的烃源岩测井评价方法也有所不同。

扎哈泉地区位于柴达木盆地西部南区，包括跃东构造、扎哈泉构造及乌南—绿草滩斜坡3个三级构造，面积约200 km2。其中，扎哈泉—切克里克生烃凹陷新近系上干柴沟组（N1g）发育湖相烃源岩，为该区致密油的形成奠定了物质基础。扎哈泉地区致密油主力层系为N1g中下部，厚度约300 m，主要属滨浅湖相沉积，其间夹有少量半深湖相重力流沉积，其中半深湖相烃源岩和与其互层或其附近的滨浅湖及半深湖相砂体构成了有利的源储组合［7-8］。前人对于柴达木盆地西南部的烃源岩有一定研究［9-11］，但受限于地质条件复杂及烃源岩分析样品较少，未能建立该区有效烃源岩的评价方法。笔者综合分析研究区N1g中下部地层烃源岩地质特征及测井响应特征，采用声波时差-电阻率重叠图法及铀参数线性回归法形成定性识别烃源岩及定量计算烃源岩有机质丰度的测井评价方法，并结合特殊测井系列岩性扫描测井（Litho Scanner）方法计算有机碳含量，以期为该区致密油藏烃源岩测井评价提供依据。

1　烃源岩地质特征

付锁堂等［7］的研究表明，上干柴沟组沉积时期湖平面处于上升阶段并且达到高峰，是柴西地区N1g烃源岩形成的主要时期。岩心观察发现，烃源岩以深灰色或灰绿色含钙泥岩及泥灰岩为主，发育水平层理，与储层呈薄互层状分布。

有机质丰度、有机质类型和有机质成熟度是烃源岩评价的主要地球化学指标［12］。柴达木盆地古近系—新近系烃源岩具有丰度较低和烃转化率较高的特征，柴西上干柴沟组有效烃源岩TOC质量分数一般为0.4%～0.8%［7］。有机质丰度指标主要包括总有机碳含量、氯仿沥青“A”含量、总烃含量和生烃潜量4个参数。在扎哈泉地区N1g下段获取到了除总烃以外的其他3种实验分析数据，根据柴达木盆地西部南区古近系—新近系湖相烃源岩有机质丰度评价标准（表1），扎哈泉地区N1g下段烃源岩有机质丰度中等（表2）；干酪根镜下鉴定有机质类型以Ⅱ1和Ⅱ2型为主；镜质体反射率一般为0.8%～1.3%，平均为1.1%。有机质类型较好，且处于生油高峰期。根据扎哈泉地区N1g下段的资料状况，选取总有机碳作为测井评价烃源岩有机质丰度的主要指标。

表1　柴达木盆地西部南区古近系—新近系咸水湖相烃源岩有机质丰度评价标准［11］Table1　Organic matter abundance evaluation criteria of Paleogene-Neogene saline lacustrine facies source rocks in south area of western Qaidam Basin

表2　扎哈泉地区上干柴沟组下段烃源岩有机质丰度Table2　Organic matter abundance of source rocks in the lower member of Upper Ganchaigou Formation in Zhahaquan area

2　烃源岩测井评价

测井资料具有纵向分辨率高及连续性好的特点［13］。利用录井和岩心资料对测井资料进行标定，再优选出敏感参数，进而以单井分析为基础展开烃源岩的识别与评价。以扎哈泉地区系统取心的重点井ZP1井为例，探讨利用测井资料系统评价烃源岩的技术方法。

2.1烃源岩测井响应特征

扎哈泉地区N1g下段烃源岩主要由含钙泥岩和泥灰岩组成。含钙泥岩有机质含量偏低，在测井曲线上具有高无铀伽马、高铀及高声波时差的“三高”特征；泥灰岩有机碳及灰质含量均较高，在测井曲线上具有低无铀伽马、低声波时差、高铀及高电阻率的“两低两高”特征（图1）。研究区密度测井普遍受井眼扩径的影响，曲线失真较严重，不能反映地层实际情况，故不能用于烃源岩的评价，而部分砂岩层段由于灰质含量较高，其电阻率高值较为突出，因此作为烃源岩的含钙泥岩高阻特征并不明显。

图1　扎哈泉地区ZP1井上干柴沟组下段烃源岩测井响应特征Fig.1　Logging response characteristics of source rocks of the lower member of Upper Ganchaigou Formation in ZP1 well in Zhahaquan area

2.2烃源岩定性识别方法

Passey等［14］提出的ΔlgR法是一种国内外普遍使用的测井评价烃源岩的经典方法，既适用于碳酸盐岩烃源岩，又适用于碎屑岩烃源岩。该方法将声波时差曲线与深感应电阻率曲线重叠，若2条曲线在非烃源岩的泥岩段完全重合，则将该段视为纯泥岩段；若2条曲线有幅度差，将幅度差记为ΔlgR，并视该段为烃源岩段［5］。将ZP1井的声波时差及电阻率曲线按照上述原则做重叠图，可以看出烃源岩部位均显示有幅度差，因此在岩性解释的基础上，可以利用重叠图定性识别烃源岩发育层段（参见图1）。

另外，研究区致密油藏烃源岩有机质含量中等，且呈薄层状分布，因此影响了利用常规资料识别烃源岩层的精度。烃源岩中的有机质含量与地层中铀元素的放射性强度密切相关［15］。由图1可以看出，烃源岩层均表现出“高铀”的特征，将铀曲线与实测TOC数据拟合对比发现，二者基本呈正相关关系，因此，初步认为铀含量高的部位，可能是烃源岩发育的部位。

2.3烃源岩有机质丰度定量计算方法

2.3.1敏感参数优选

利用常规测井方法计算烃源岩有机质丰度时，应当在岩心精确归位后，分析烃源岩实测有机质丰度的测井响应特征，并选取铀含量、声波时差、电阻率及密度等对有机质有特殊响应的测井敏感参数［6］，建立有机质丰度测井解释模型。从图2（a）可以看出铀含量与TOC含量密切相关。图2（b）和图2（c）反映了声波时差和电阻率均有随TOC含量增加而升高的趋势，但相关性较低。这是由于扎哈泉地区烃源岩岩性较为复杂，其中的灰质成分和泥质成分变化大，对声波时差和电阻率产生了一定影响，使其对有机质的响应特征较不明显。密度测井由于探测深度较浅，局部受井眼扩径的影响，曲线失真较为严重。从图2（d）可以看出，密度值不能反映有机质丰度的高低，甚至出现了随着TOC含量升高密度值也升高的错误趋势，因此不适合作为TOC定量评价参数。综合分析后，最终选择声波时差与电阻率组合构建的ΔlgR参数以及铀参数作为定量计算烃源岩有机质丰度的2种敏感参数。

图2　扎哈泉地区ZP1井实测TOC含量与铀含量（a）、声波时差（b）、电阻率（c）及密度（d）交会图Fig.2　The crossplot of measured TOC and Uranium content（a），acoustic time（b），resistivity（c）and density（d）in ZP1 well in Zhahaquan area

2.3.2ΔlgR法

利用经典的ΔlgR公式计算出声波时差-深感应电阻率重叠幅度差［16］，即

式中：R和R基线分别为目的层和非烃源岩层的电阻率，Ω·m；Δt和Δt基线分别为目的层和非烃源岩层的声波时差，μs·m-1；K为互溶刻度的比例系数，无量纲。将计算的ΔlgR值与212块样品的71个实测TOC层点平均值进行交会，显示出随着TOC含量的增大，ΔlgR值具有一定的增大趋势（图3）。依据ΔlgR法得到计算TOC含量的公式［16］为

式中：LOM为反映有机质成熟度的指数；TOC0为非烃源岩的TOC含量，说明TOC含量应与ΔlgR呈线性关系，并且是成熟度的函数（式2），但该区的计算结果显示二者仅具有相同的增大趋势，却并不呈线性关系，且相关系数较小（图3），未能达到定量计算TOC含量的精度要求。因此，ΔlgR法不适用于研究区烃源岩的定量评价，只适用于定性识别，需要选取其他参数建立TOC计算模型。

图3　扎哈泉地区ZP1井实测TOC含量与ΔlgR交会图Fig.3　The crossplot of measured TOC and ΔlgR in ZP1 well in Zhahaquan area

2.3.3铀参数线性回归法

扎哈泉地区大部分井均有自然伽马能谱测井资料，因此，利用岩心实验室数据刻度自然伽马能谱的铀曲线，再通过回归拟合分析可以得到计算TOC含量的经验公式。铀参数与实测TOC含量交会图［参见图2（a）］显示，随着TOC含量增高铀含量也相应增高，二者的拟合相关系数可达到0.82，符合建立解释模型的精度要求，因此，可以利用铀参数与实测TOC含量拟合建立计算TOC含量的模型。由于不同区域地层放射性基值有所差异，且不同的测井仪器或测井系列也可能产生系统误差，因此构建参数ΔU来消除这种误差。将ΔU与实测TOC含量进行回归拟合，得到定量计算TOC含量的公式，即

其中

式中：U为自然伽马能谱测井中的铀曲线值，g·t-1；Umin为纯泥岩段铀曲线最小值，g·t-1；Umax为烃源岩段铀曲线最大值，g·t-1。

利用上述公式得出研究区另外3口取心井的计算TOC含量，并与其22块岩心样品的实测TOC含量进行比较，二者相关性较好（图4）；同样，得到扎哈泉地区其余5口未取心井的计算TOC含量，其质量分数主要为0.2%～0.8%，平均为0.67%，与实测数据吻合较好，拟合度为0.96。这说明该模型精度较高，满足烃源岩评价的要求，可以在扎哈泉地区N1g下段致密油藏烃源岩评价中推广应用。

图4　扎哈泉地区实测TOC含量与计算TOC含量对比Fig.4　Comparison between measured TOC and calculated TOC in Zhahaquan area

2.3.4岩性扫描测井计算烃源岩有机碳含量

岩性扫描成像测井仪是在元素俘获能谱测井仪的基础上推出的高分辨率岩性扫描测井仪，能够分析复杂岩性地层的矿物成分及总有机碳含量，并可形成连续的地层矿物剖面。目前，这种仪器已经成功地应用于北美和南美的大型页岩气田及常规油气田，在中国的页岩气及致密油勘探领域也开展了应用。

岩性扫描测井技术通过同时探测并记录非弹性散射伽马谱和俘获伽马谱，然后计算出二者所测量地层中各种元素的相对含量，再将2种不同谱获得的相同元素的相对含量进行归一化，并准确计算出各种元素的含量，进而依据氧化物闭合原理得到地层中各种矿物的含量。非弹性散射伽马谱能够测量地层中的总碳含量，在精细分析得到地层中各种矿物成分后，用总碳含量减去碳酸盐等矿物中的无机碳含量，便可得到地层中的有机碳含量。

图5反映了利用岩性扫描方法得到的扎哈泉地区ZP1井上干柴沟组TOC含量计算结果。从图5可以看出，计算值与实测值分布范围基本一致，可以反映烃源岩有机质丰度的分布趋势，但部分层段计算结果有较大误差。由于该方法在形成矿物剖面时需要依据主要元素选取适宜模型，且模型计算出的无机碳含量的准确性会对有机碳含量计算结果产生较大影响，加之扎哈泉地区致密油地层所含主要矿物类型及含量变化均较大，因此要精确求取有机碳含量有一定难度，但总体来看，利用该方法得到的TOC含量计算结果基本满足致密油评价的要求。

图5　扎哈泉地区ZP1井岩性扫描测井计算TOC含量与实测TOC含量对比Fig.5　Comparison between measured TOC and calculated TOC values by Litho Scanner in ZP1 well in Zhahaquan area

3　结论

（1）扎哈泉地区N1g下段烃源岩主要由含钙泥岩和泥灰岩组成，在测井曲线上分别具有高无铀伽马、高铀及高声波时差的“三高”特征以及低无铀伽马、低声波时差、高铀及高电阻率的“两低两高”特征。密度测井由于受井眼扩径的影响，曲线失真较严重，不能用于烃源岩评价。

（2）通过敏感参数优选，认为常规测井中声波时差与电阻率构建的ΔlgR参数及铀参数对烃源岩有机质丰度反应较灵敏，而铀含量的高低能够更有效地反映该区烃源岩有机碳含量。优选铀含量构建ΔU参数，并与实测TOC含量回归拟合建立TOC定量解释模型，经验证该模型精度较高，满足烃源岩评价的要求，可以在扎哈泉地区推广应用。

（3）利用特殊测井系列岩性扫描测井方法可以有效计算地层中的有机碳含量，且不受地区经验公式的限制，目前在国内外非常规油藏评价中均有应用。由于扎哈泉地区致密油藏岩性变化快，计算精度受到一定影响，但基本满足致密油评价的要求，因此该方法可有效应用于研究区烃源岩单井评价。

（References）：

［1］林森虎，邹才能，袁选俊，等.美国致密油开发现状及启示［J］.岩性油气藏，2011，23（4）：25-30.

Lin Senhu，Zou Caineng，Yuan Xuanjun，et al.Status quo of tight oil exploration in the United States and its implication［J］.Lithologic Reservoirs，2011，23（4）：25-30.

［2］贾承造，邹才能，李建忠，等.中国致密油评价标准、主要类型、基本特征及资源前景［J］.石油学报，2012，33（3）：343-350.

Jia Chengzao，Zou Caineng，Li Jianzhong，et al.Assessment criteria，main types，basic features and resource prospect of the tight oil in China［J］.Acta Petrolei Sinica，2012，33（3）：343-350.

［3］石玉江，李长喜，李高仁，等.特低渗透油藏源储配置与富集区优选测井评价方法［J］.岩性油气藏，2012，24（4）：45-50.

Shi Yujiang，Li Changxi，Li Gaoren，et al.Well logging evaluation method for hydrocarbon source rock-reservoir collocation and oil enrichment area optimization of low permeability reservoirs［J］. Lithologic Reservoirs，2012，24（4）：45-50.

［4］王艳茹，刘洛夫，杨丽萍，等.鄂尔多斯盆地长7烃源岩有机碳测井评价［J］.岩性油气藏，2013，25（4）：78-82.

Wang Yanru，Liu Luofu，Yang Liping，et al.Logging evaluation of carbon content of Chang 7 source rocks in Ordos Basin［J］.Lithologic Reservoirs，2013，25（4）：78-82.

［5］杨涛涛，范国章，吕福亮，等.烃源岩测井响应特征及识别评价方法［J］.天然气地球科学，2013，24（2）：414-422.

Yang Taotao，Fan Guozhang，Lü Fuliang，et al.The logging features and identification methods of source rock［J］.Natural Gas Geoscience，2013，24（2）：414-422.

［6］雷涛，周文，杨艺，等.塔里木盆地塔中地区海相烃源岩测井评价方法［J］.岩性油气藏，2010，22（4）：89-94.

Lei Tao，Zhou Wen，Yang Yi，et al.Logging evaluation method for marinesourcerocksinmiddle TarimBasin［J］.LithologicReservoirs，2010，22（4）：89-94.

［7］付锁堂，张道伟，薛建勤，等.柴达木盆地致密油形成的地质条件及勘探潜力分析［J］.沉积学报，2013，31（4）：672-682.

Fu Suotang，Zhang Daowei，Xue Jianqin，et al.Exploration portential and geological conditions of tight oil in the Qaidam Basin［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2013，31（4）：672-682.

［8］杜金虎，何海清，杨涛，等.中国致密油勘探进展及面临的挑战［J］.中国石油勘探，2014，19（1）：1-9.

Du Jinhu，He Haiqing，Yang Tao，et al.Progress in China's tight oil exploration and challenges［J］.China Petroleum Exploration，2014，19（1）：1-9.

［9］朱扬明，苏爱国，梁狄刚，等.柴达木盆地西部第三系咸水湖相原油地球化学特征［J］.地质科学，2004，39（4）：475-485.

Zhu Yangming，Su Aiguo，Liang Digang，et al.Geochemical characteristics of Tertiary saline lacustrine oils in the Qaidam Basin［J］. Chinese Journal of Geology，2004，39（4）：475-485.

［10］金强，查明，赵磊.柴达木盆地西部第三系盐湖相有效生油岩的识别［J］.沉积学报，2001，19（1）：125-129.

Jin Qiang，Zha Ming，Zhao Lei.Identification of effective source rocks in the Tertiary evaporate facies in the Western Qaidam Basin［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2001，19（1）：125-129.

［11］李洪波，张敏，张春明，等.柴达木盆地西部南区第三系烃源岩评价［J］.石油天然气学报（江汉石油学院学报），2006，28（6）：41-43.

Li Hongbo，Zhang Min，Zhang Chunming，et al.Evaluation of source rock in Tertiary，southwest Qaidam Basin［J］.Journal of Oil and Gas Technology（Journal of Jianghan Petroleum Institute），2006，28（6）：41-43.

［12］柳广弟.石油地质学［M］.北京：石油工业出版社，2009：157-165.

Liu Guangdi.Petroleum geology［M］.Beijing：Petroleum Industry Press，2009：157-165.

［13］张小莉，沈英.吐哈盆地侏罗系煤系地层烃源岩的测井研究［J］.测井技术，1998，22（3）：183-185.

Zhang Xiaoli，Shen Ying.Study on the source rock of jurassic coal measure strata in Tulufan-Hami Basin by logs［J］.Well Logging Technology，1998，22（3）：183-185.

［14］PasseyQR，CreaneyS，KullaJB.Apracticalmodelfororganicrichness from porosity and resistivity logs［J］.AAPG Bulletin，1990，74（5）：1777-1794.

［15］赵政璋，杜金虎，邹才能，等.致密油气［M］.北京：石油工业出版社，2012：117-119.

Zhao Zhengzhang，Du Jinhu，Zou Caineng，et al.Tight oil and gas［M］.Beijing：Petroleum Industry Press，2012：117-119.

［16］胡慧婷，卢双舫，刘超，等.测井资料计算源岩有机碳含量模型对比及分析［J］.沉积学报，2011，29（6）：1199-1205.

Hu Huiting，Lu Shuangfang，Liu Chao，et al.Models for calculating organic carbon content form logging information：Comparison and analysis［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2011，29（6）：1199-1205.

（本文编辑：于惠宇）

Logging evaluation methods of source rocks of tight oil of Upper Ganchaigou Formation in Zhahaquan area

ZHENG Xi1，2，ZHANG Xiaoli1，2，WANG Guomin3，DU Jiangmin1，2，4，ZHANG Zijie1，2，ZHONG Gaorun1，2
（1.State Key Laboratory for Continental Dynamics，Northwest University，Xi'an 710069，China；2.Department of Geology，Northwest University，Xi'an，710069，China；3.Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Qinghai Oilfield Company，Dunhuang 736202，Gansu，China；4.College of Resources，Shijiazhuang University of Economics，Shijiazhuang 050031，China）

In recent years，there have been found large-scale distribution of tight oil reservoir in the lower member of Upper Ganchaigou Formation（N1g）in Zhahaquan area of Qaidam Basin，but the source-reservoir configuration is not clear.So it has an urgent need to establish effective source rock evaluation method.Based on source rock coring materials and comparative analysis of laboratory data with conventional logging response，the resistivity，acoustic and Uranium are proved to be the sensitive parameters reflecting the organic matter abundance of source rocks.ΔlgR method and Uranium-TOC regression method were used to establish qualitative and quantitative interpretation model. At the same time，the method of evaluating the organic matter abundance through Litho Scanner was explored.The quantitative interpretation model according to Uranium-TOC regression method is proved to be the most efficient way to reflecting the change trend of TOC of the lower member of Upper N1g in Zhahaquan area，and the calculation issimple and convenient，so it can provide a reliable basis for evaluating the source rocks of the tight oil in this area. The calculation accuracy of TOC according to Litho Scanner is slightly lower affected by the geological condition of this area，but this method is not controlled by regional environmental factors，and can be widely used in fine interpretation of lithology and source rocks of reservoirs in different areas.

tight oil reservoir；source rock；loggingresponse；interpretation model；lower member ofUpper Ganchaigou Formation；Zhahaquan area；QaidamBasin

P618.13

A

1673-8926（2015）03-0115-07

2015-01-27；

2015-02-25

国家重点基础研究发展计划（973）项目“中国陆相致密油（页岩油）形成机理与富集规律”（编号：2014CB239000）资助

郑茜（1990-），女，西北大学在读硕士研究生，研究方向为测井资料处理与解释。地址：（710069）陕西省西安市碑林区太白北路229号西北大学地质学系。E-mail：zheng_xi_nwu@126.com

张小莉（1968-），女，教授，博士生导师，主要从事测井与石油地质方面的教学及科研工作。E-mail：xiaoli_nwu@163.com。