测井地质学 文献综述

2014－2015学年第一学期 《测井地质学》 文献综述 测井资料在烃源岩分析与评价中的作用 一 前言 石油地球化学因其在研究烃源岩中有机质的性质以及油气生成、运移和聚集等方面具有极其重要的作用，一直是为油气勘探提供有利地区和资源评价的重要技术手段。在常规烃源岩性质的研究中，一般通过对有针对性采集的烃源岩样品（岩心、岩屑和露头样品）的有机地球化学分析，采用一系列系统的参数来评价有机质的丰度、类型以及成熟度，为油气勘探部署和资源评价提供了科学依据。但在研究过程中，烃源岩地球化学研究的缺点也逐渐显现：1、随着技术的发展以及科学研究的需要，烃源岩地球化学分析项目和样品数逐渐增多，但钻井取心井段和岩心（泥岩）样品有限而且分析费用昂贵、分析周期长；2、岩屑样品存在不确定性和不稳定性，分析所得数据可能存在较大误差；3、某些研究区探井取信样品因研究和保存等方面的原因，样品基本不存在或已经无法准确使用；4、某些研究区勘探程度降低，没有很好的井下岩心样品供于研究；5、露头样品因长期暴露于地表，已经不能准确反映烃源岩的原始面貌；6、烃源岩因多种因素使之存在明显的宏观和微观上的非均质性。测井技术的发展使得烃源岩纵向上的连续性、准确性的研究得到了可能，因此常规地球化学研究与测井技术的结合能有效地解决以上问，从而更科学的评价烃源岩[1]。 前人的研究成果表明，大套的暗色泥页岩(即使是处于主力烃源岩层位中)并非都能生成和排出油气为油气成藏做出贡献，只有那些有机质丰度相对高的、经历了生烃过程并有大量烃类排出的细粒沉积岩才对油气成藏有贡献，这种细粒沉积岩称为有效烃源岩[2]。 在勘探初期的盆地中寻找有效烃源岩，可以发现油气聚集区带；在勘探成熟的盆地中研究有效烃源岩的时空分布，可以阐明油气成藏规律，特别是有助于发现隐蔽油气藏的分布规律。因此，不论是在何种类型的盆地，也不论是在何种勘探阶段，有效烃源岩的地质地球化学特征及其分布规律研究都具有很高的油气地质科学理论意义和油气勘探的实际意义[2]。 长期以来 ，地球化学家们评价烃源岩常用的方法是采集岩石或岩屑分析其有机碳含量、干酪根类型 、成熟度以及分子地球化学等信息 ，并建立一套成熟的评价指标和评价方法，为油气勘探和含油气盆地评价提供了重要的参考和支持。这些方法在有岩石 (烃源岩)样品的情况下比较容易展开，而在一些特殊情下，如评价区域没有取心井或取心层段没有烃源岩样品，甚至还没有钻井，烃源岩评价就成为了难题 。尤其是近年来 ，随着研究的深入，发现了烃源岩的非均质性，提出了优质烃源岩的概念，以往以有限的分析样品代表整套厚层烃 源岩的做法，掩盖了有机质丰度高(或低)层段的贡献或影响，有时还可能得出错误的结论。因此，建立一套能够在没有取心样品的情况下仍能够准确评价烃源岩和油气资源量的技术就显得十分必要[2]。 近几十年来，国外学者就注意到可利用测井资料来研究烃源岩。如Schmoker指出高的自然伽马值与烃源岩间的相关性。Herron等提出用C／O中子测井信息来计算地层TOC的含量，Schmoker提出用密度测井信息来估算烃源岩的TOC含量，Meyer和Neder提出了用电阻率、密度和声渡测井组合的方法判别烃源岩，Mann和Muller利用自然伽马能谱、体积密度、声波和电阻率测井组合来评价烃源岩，观察到了以上测井响应参数与烃源岩中TOC值和成熟度的一些经验关系[3]。 二 烃源岩的地球化学特征 为了分析、研究某一沉积盆地生成油气的总量及油气分布规律，有必要研究该盆地烃源岩的分布、体积、产率及成熟状况。 烃源岩也叫生油岩，法国石油地质学家Tissot（1978）等定义烃源岩为：“富含有机质、大量生成油气与排出油气的岩石。” 生油岩通常是在低能环境下沉积的含有有机质的暗色页岩及石灰岩。亨特将烃源岩限定为“曾经产生并排出足以形成工业性油气聚集之烃类的细粒沉积”。由于生油岩其本身固有的物理、化学性质，具有一定的测井响应特征，使其有别于其它岩性的岩石[4]。烃源岩形成于有利于有机质大量繁殖和保存的环境，如浅海相、三角洲相、深水-半深水湖相，它的形成应该具备两个条件：含有大量的有机质即干酪根：达到干酪根转化成油气的门限温度即埋藏深度。从岩石学的观点，烃源岩可以分为两类，一类是细粒碎屑岩，如粘土岩、页岩;另一类是碳酸盐岩[5]。 决定油气形成的有机地球化学要素有三个：即岩石中有机质的丰度和数量；有机质的类型、性质；有机质的成熟度。这同时也是鉴定烃源岩的三个要素。研究烃源岩的有机地球化学特征进而对其进行评价，就是研它们的数量和质量的特性，以确定油气潜能的大小[5]。 1、有机质丰度 有机质丰度主要包括有机碳含量、氯仿沥青/A0含量和生烃潜量（S1+S2）[6]。表征烃源岩有机质丰度的主要指标是有机碳含量（TOC）[7]。TOC的下限值对于鉴定烃源岩有着重要的实际意义。这不仅是因为一定数量的有机质是形成油气的必要基础，而且现代运移学说认为烃源岩中形成的烃类必须在满足了母岩本身吸附容量以后才能被有效地排驱出去。所以烃源岩中有机质丰度也有一个临界值，根据计算大约为0.5%。而>>1.5%的有机碳值可定为较好的烃源岩，好的烃源岩有机碳值一般要大于3%。当然这仅是相对所有烃源岩而言的一个参考值，具体到一些有机碳含量比较高的烃源岩临界值就更高了，大约在40%。所以说确定TOC的临界值要据实际情况而定，不能照搬照抄现有。由图1可以看出，较好的烃源岩有机碳含量多为1%以上，有的高达3%-4%[5]。 图1 中国主要含煤盆地泥岩有机碳分布图 沉积岩中氯仿沥青“A”和总烃含量(HC)对于表征有机质丰度亦有很大的意义[10]。氯仿沥青+A”和总烃可视为油气运移后残留下来的油气。这二者的含量同时反映了有机质向油气转化的程度。因此，以有机碳丰度为基础，结合转化系数，就可以将有机质含量很高，但烃转化率并不高的炭质泥岩和煤层与好的烃源岩区分开。好的烃源岩不仅有机质含量高，而且要有较高的烃转化率 (总有机碳>6%)。一般好的烃源岩的含量为1%-0.2%，非烃源岩氯仿沥青 "A”值低于0.01%。 2、有机质类型 烃源岩的优劣除了与有机质丰度有关外，还与有机质的类型关系密切[7]。决定于干酪根类型的关键因素是其母质来源，腐泥型干酪根主要来自低等水生生物、浮游生物和藻类，这类物质富氢贫氧，表现在生烃能力上就是生烃潜能高。腐植型干酪根主要来自高等植物，此类物质富含芳基结构的木质素、纤维素、丹宁等，相应的生烃潜能低。中间型干酪根是这两类物质在不同程度上的混合，我国陆相烃源岩大部分属于这一类。 3、有机质成熟度 成熟度是指有机质成烃的演化程度，是烃源岩评价的又一重要指标。按照干酪根成烃理论，只有当有机质的成熟度达到一定程度时，干酪根才能大量成烃，而且只有在适当的成熟度下，产物才会是油。评价成熟度的地球化学指标有很多，常用的有Tmax值、镜质体反射率等。 三 烃源岩的测井响应特征及评价原理 富含有机碳的烃源岩具有密度低和吸附性强等特征。假设富含有机碳的烃源岩由岩石骨架 、固体有机质和孔隙流体组成，非烃源岩仅由岩石骨架和孔隙流体组成(见图 2a)，未成熟烃源岩中的孔隙空间仅被地层水充填(见图 2b)，而成熟烃源岩的部分有机质转化为液态烃进入孔隙，其孔隙空间被地层水和液态烃共同充填(见图2c)。测井曲线对岩层有机碳含量和充填孔 隙的流体物理性质差异的响应，是利用测井曲线识别和评价烃源岩的基础[8]。 图2 岩石组成示意图 虽然现有的某一种测井方法还不能直接探测岩石的有机质含量，但通过多测井方法的测井信息结合可以间接地反映出地层的岩性及其所含流体性质等特征[2]。正常情况下，有机碳含量越高的岩层在测井曲线上的异常越大，测定异常值就能反算出有机碳含量。测井曲线对烃源岩的响应主要有： 1 在自然伽马曲线和能谱测井曲线上表现为高异常，原因是烃源岩层一般富 含放射性元素，如吸附特殊元素U； 2 烃源岩层密度低于其它岩层，在密度曲线上表现为低密度异常。密度测井 测量的是地层的体积密度，包括骨架密度和流体密度。地层含流体越多，孔隙性就越好。由于烃源岩的密度小于不含有机质的泥岩密度，同时地层密度的变化对应于有机质丰度的变化，因此密度与有机质含量存在一定的函数关系； 3 在声波时差曲线上表现为高时差异常。一般情况下，泥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），但当地层中含有有机质或油气时，由于干酪根（或油气）的声波时差大于岩石骨架的声波时差，因此会造成地层的声波时差变大。 4 成熟烃源岩层在电阻率曲线上表现为高异常。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特征（含钙质地层除外）。但当泥岩层富含有机质时，由于干酪根和油气的导电性较差，其电阻率总是比不含有机质的同样岩性的地层电阻率高，因此可以将电阻率作为衡量成熟烃源岩有机质丰度的一个指标。 （a） （b） 图3 测井曲线与烃源岩有机碳分析对比图 以东濮凹陷Es3段地层的测井曲线为例[9]。岩性主要为泥岩、砂岩，根据东濮凹陷烃源岩有机碳分析数据与自然伽马、电阻率、声波时差等测井曲线对应关系分析结果，表明当地层中干酪根含量增加时引起烃源岩自然伽马增大，电阻率增大、声波时差增大和岩石密度减小（图3）。 四 烃源岩的测井识别方法  有机碳含量(TOC)是反映岩石有机质丰度最主要的指标。对岩心 、岩屑样品进行有机地球化学分析，可获得有机质丰度和转化率等系列参数。然而，岩心样品有限分析费用昂贵且费时，特别是岩屑分析结果可能不准确。利用测井曲线估算地层有机碳含量，既可以克服以上缺点，同时容易得到区域范围的地层有机碳含量数据，为资源量估算及油气勘探决策提供地质依据[8]。 4．1 多测井组合法 张小莉和沈英采用多测井组合来识别煤系烃源岩[10] 。煤层在测井曲线上表现为“三高三低”的特征，即子、高声波时差、高电阻率、低密度、低自然电位、低自然伽马(煤层的放射性弱)；碳质泥岩和暗色泥岩则表现为“五高一低”，即高中子、高声波时差、高电阻率(高于围岩泥岩)、高自然伽马、高铀含量、低密度，并且有机碳含量高的层段其自然伽马和铀曲线值相对较高。 4．2 多参数组合法 针对泥页岩的测井响应特征，张立鹏等提出了由测井资料导出的4个地层参数的组合来识别泥页岩烃源岩的方法[13]。 (1)弹性参数  由于有机质的存在，使烃源岩的地层密度较低，而声波时差较高，因此，表征地层纵波传播速度的平方与体密度的关系的弹性参数B将会更突出这一特征，B的关系式为： 式中，?t为声波时差， 为体密度。 （a）测量的TOC与B的关系 （b）计算的TOC与B的关系 图4  TOC与B的对应关系图 图4是某盆地一口取心井（X3井）的泥岩地层的弹性参数B与泥岩地层的TOC的关系图，随着地层中有机碳含量的增加，泥岩地层的弹性参数减小。 (2) ?GR  自然伽马能谱测井能提供地层总自然伽马和去铀伽马计数率，两者之差(即 ?GR)反映了地层中的铀含量， ?GR的计算公式为 ?GR=HSGR-HCGR 式中，HSGR为总自然伽马测井值，API；HCGR为去铀自然伽马测井值，AP1。 大量的研究表明 铀含量与有机质丰度之间有较好的相关关系，因此，?GR间接反映了有机质丰度。采用 ?GR/ HSGR或 ?GR/ HCGR的比值可消除井眼扩径的影响。 (3)铀钍比  砂泥岩剖面中，伽马射线几乎全是由铀、钍和钾等核素所产生，而泥页岩骨架的原生放射源 和Th在一定的地层中相对稳定，因此，自然伽马强度的变化主要反映铀含量的变化而地层中铀的聚集主要与有机质有关，所以，铀钍比反映了有机质丰度。并考虑了岩性 ，即泥质含量的变化[13]。 (4)井径差值  井径曲线上，泥页岩层常显示扩径，常用测量的井径值与钻头直径之差来表示扩径大小，记为?CAL ?CAL=CAL-BITS 式中，CAL为井径测量值，BITS为钻头直径。 弹性参数B反映了地层的机械强度，有机质的存在使地层的机械强度更低，因而泥页岩烃源岩层的井眼扩径会更严重。综上所述，泥页岩烃源岩表现为“三高一低”的特征，即高铀／钍比、高井径差值?CAL、高?GR、低弹性参数B[10]（如图5）。 4．3 人工神经网络( ANN )法 人工神经网络( ANN )在许多方面有着广泛的应用，特别是在那些输人、输出之间的关系很难用显示的函数方程来表达的非结构性的计算问题方面，表现出很大的优越性。将ANN引入烃源岩的测井评价中，正是利用了ANN的这种优越性，来弥补传统方法的不足[11]。 用于烃源岩分析的ANN模型 在烃源岩测井评价的过程中，测井参数 与烃源岩 的映射关系不是一种单值的对应关系，即 及其某一邻域内的测井参数模式都对应 ，因此，我们 可以把测井参数空间8分解为若干子空间8i，H8iG8i= （iXj）。 图5 X3井测井参数曲线 我们把 或其所属的8i中的某个参数测井向量Xic和Yi构成一个映像对，如果待判模式落在8i内，那么网络就输出模式Yi。本文用一个基于距离的自组织竞争网络D---KohonenNN完成测井参数向量模式特征的提取，用一个基于距离的多层前向网络D- BPNN作为测井参数到烃源岩的映射分类识别器。 （1）D---Kohonen NN测井参数向量模式特征提取器 这是一个以 Kohonen算法为基础的自组织特征映射网络。向量模式间的相似程度将测井向量空间的云点聚集成不同的区域。在网络的学习训练过程中，输出节点的个数是变化的，每个节点代表一类测井向量模式学习训练结束后，阿络输出节点的总个数即为最后测井向量的总类数。各节点的输出即为相应测井的参数模式向量。 （2） 烃源岩的识别分类器 D-BPNN 在 ANN理论研究中，Hecht-Nielsor已经证明，当隐节点数可以根据需要自由设置时，对于任意的 >0，可以用三层具有 Sigmoid形状的 I／O特性的网络，以 均方差的精度逼近任何非线性函数，并可形成复杂的分类决策区域。本文以 Rumelhart的BP算法为基础，构造了一个由输入层、隐层 、输出层组成的三层网络 D—BPNN作为由测井参数到烃源岩的识别分类器（如图6）。 图6 烃源岩测井评价人工神经网络示意图 塔里木地区碳酸盐岩的钾、铀、钍含量比较低，实验表明，有机碳含量与铀、铀/钾、钍铀没有相关关系，因此，可利用自然伽马并结合声波和电阻率作为人工神经网络输入参数，求烃源岩有机碳含量。图7是TZ10井的烃源岩测井分析成果图，研究中将目标井段划分为烃源岩段和非烃源岩段。为了消除误差，首先对已知烃源岩分布井段的测井数据进行归一化处理，作为训练样本的输入；经过反复迭代，使实际输出与期望输出之间的最大平均绝对误差小于0.01；然后用训练得到的各节点之间的权值预测本经的其它井段。图7中TOC一栏中的曲线凸起部分为烃源岩段，圆点为检验样本点[8]。 图7  TZ10井人工神经网络法识别烃源岩成果图 五 烃源岩的测井解释方法 烃源岩的测井研究工作最早开始于20世纪40年代，早期主要涉及于烃源岩层段的识别以及有机质丰度的预测，目前利用测井资料研究烃源岩的有机质丰度、类型和成熟度的研究均可见，但是烃源岩岩性的复杂性（泥页岩烃源岩、碳酸盐岩烃源岩和煤系烃源岩）以及烃源岩的成熟程度都对测井资料评价烃源岩提出挑战，但也取得了重大进展[1]。 5.1 有机质丰度的测井评价 有机质丰度是评价烃源岩生烃能力的最重要、最基础的参数。虽然现有的某一种测井方法还不能直接探测岩石的有机质含量 ，但是通过多测井方法的测井信息结合可以间接地反映出地层的岩性及其所含流体性质等特征。 1．C／O能谱测井[10] C／O能谱测井同时提供了C／O和 Si／Ca曲线。Herron最早将其用于求解烃源岩的有机质丰度，由于误差较大，赵彦超等对Herron的方法作了适当改进，即 首先 ，根据校正过的C／O曲线确定地层中的总碳含量，计算公式为 然后，利用 曲线求取地层中无机碳含量 ，计算公式为： 式中， ， 分别为地层骨架、流体的氧含量，%； 为地层总孔隙度，%； 、 、 分别为流体、骨架、地层(测井值)的密度； 为地层骨架的硅含量，%。 因此，烃源岩的有机质丰度(总有机碳含量TOC)即为 与 之差。该方法利用C／O能谱测井和地层密度测井，只适用于泥质岩烃源岩。 2．自然伽马法[10]     以往的自然伽马法只适用于泥质岩烃源岩，多采用自然伽马强度与实测TOC的关系。陈增智等介绍了一种适用于碳酸盐岩烃源岩的自然伽马法[12]。他们认为碳酸盐岩中泥质含量与有机质丰度之间存在必然联系，两者呈正相关性。由于自然伽马测井是准确估算泥质含量最为常用的方法之一。因此，采用泥质含量的自然伽马公式求取碳酸盐岩的泥质含量 ： 式中，C为地区性经验常数； ； 、 分别为最大最小自然伽马强度，API。 通过线性回归分析建立泥质含量( )与有机质丰度TOC间的数学关系： 建立 与TOC的统计关系是该方法的关键，应充分考虑沉积、沉岩背景和有机质演化对碳酸盐岩有机质丰度的影响。 3．密度测井[10] 烃源岩中有机质的密度 (1.03~1.1 )明显低于围岩基质的密度(粘土骨架的密度为2.3~3.1 碳酸盐岩的更高)，使烃源岩密度测井值降低。富含有机质的低孔泥页岩中，地层密度的变化对应于有机质丰度的变化一。Mallick和Raju采用最小二乘拟合法，对印度上Assam盆地碳质页岩的有机质丰度(TOC)和地层密度 (由测井获得)的关系进行了研究，发现TOC和 存在反比关系（如图8）。与Schmoker和 Hester的方程形式完全相同，仅仅两系数有所差异。 图8 有机质丰度与地层密度的反比关系 4．基于 W-S方程的电阻率重叠法[1] [8] [10] 和双孔隙度法[1] 泥质岩烃源岩都可以看成是一种特殊的泥质砂岩，符合W—S方程基于泥质砂岩地层的基本条件。基于W—S方程，赵彦超等提出了2种解释方法：电阻率重叠法和双孔隙度法。 电阻率重叠法的基本思想是：在饱含水的非烃源泥页岩中，不含有机质的电阻率 与实测电阻率 曲线可以彼此重叠；而在富含有机质的泥页岩中，由于干酪根分散于岩石的骨架之中，造成实测电阻率增大，特别是当烃源岩趋于成熟时，大量的烃生成，占据了泥页岩中的大部分孔隙，造成泥页岩的 明显增大，使 、 的重叠间距(△1g R)增大，△1g R越大，反映烃源岩中有机质丰度越高。 双孔隙度法的基本思想是：烃源岩的有机质高声波时差、低密度、高氢指数，在声波、中子和密度测井的体积模型中，有机质可以看成是孔隙的一部分。同时，有机质的电阻率较高，在电阻率的体积模型中可以看成是骨架的一部分。烃源岩的总孔隙度 (包含有机质的体积)采用三孔隙度测井的平均值；选用 W-S方程计算烃源岩的电阻率孔隙度   (不含有机质的体积)和非烃源泥页岩的电阻率Ro。 与 的差值( )代表了有机质总体积的大小， 越大，则有机质丰度越高。相关的计算公式为： 式中， 为地层电阻率， ； 为地层水的电阻率， ； 利用交会图技术求取。 △1g R和 都反映了烃源岩的有机质丰度(体积)，与丰度TOC 间有良好的线性关系，利用△1g R、 与实测 TOC之间的回归模型，可计算烃源岩的有机质丰度。显然，这两种方法都可以定性地识别烃源岩。 5. 声波-电阻率曲线重叠法 把刻度合适的孔隙度曲线（声波时差曲线）叠加在电阻率曲线上，由于两条曲线都对应于地层孔隙度变化，在饱含水但缺乏有机质的岩石中，两条曲线彼此平行，并重合在一起；而在含油气储集岩或富含有机质的非储集岩中，两条曲线存在差异[14][16]。 在应用时，电阻率曲线刻度为两个数量级的对数电阻率刻度，对应的声波时差为100μs/ft（328μs/m）的间隔。两条曲线在一定深度范围内“一致”或完全重叠时即为基线。确定基线之后，用两条曲线之间的间距来识别富含有机质的层段。两条曲线的间距记为△logR，图9在选择基线时，每一口井应按地层的变化和曲线的响应情况进行分段重叠，即一口井可能有多段基线。在移动曲线刻度时，一般保持声波曲线不动，移动电阻率曲线，但应保持电阻率曲线刻度为每两个数量级对数电阻率刻度对应声波时差为100μs/ft（328μs/m）间隔的原则。 从图10可以看到，富含有机质层段的特征可见于F、H、I和C层。未成熟层C的△logR间距完全是由声波曲线响应造成的，而成熟层F的△logR间距则是由声波和电阻率曲线响应共同造成的。 图9 用?logR评价烃源岩的典型实例 图10 ?logR叠合图上各种特征的解释示意图 6．含油气饱和度法[10] 烃源岩的测井评价，国内外的众多研究者都将目光投向烃源岩中残留的固态有机质丰度。李国平等将目光转向烃源岩的含油气饱和度。他们认为，烃源岩中，随埋深的增加而增大的含油气饱和度与有机质丰度成正比。并与有机质的成熟度和类型有直接关系。 烃源岩中剩余烃含量( )是指残留于烃源岩孔隙中的油气含量(体积 %)，它与有机质的丰度、成熟度、类型以及产烃率有关 式中， 为烃源岩的总孔隙度，%，采用中子 一密度交会技术计算； 为烃源岩的含油气饱和度，% ，用阿尔奇公式求解。 因为烃源岩的含油气饱和度与有机质丰度成正比，所以，从剩余烃含量( )可以转换得到有机质丰度TOC）。转换公式为： 式中， 为干酪根和油气的混合密度， ； 为地层密度 ， 。 7．核磁共振测井[10] [15] 核磁测井技术经过多年的发展，可以提供十分丰富的地层信息，能够定量地确定有效孔隙度、自由流体孔隙度、束缚水孔隙度、孔径分布以及渗透率等参数，且测量结果不受泥浆泥饼及侵入的影响。NMR测井有3种测量模式，即TR，TE和T2标准测井。其中，T2标准测井是目前运用比较成熟的一种模式，可测得T2分布、有效孔隙度、毛管束缚水孔隙体积和渗透率等曲线．核磁测井的测量结果主要受地层孔隙流体中氢核的影响，岩石固体骨架中的氢对它无影响。这一独特的特征使得井眼中的NMR测井不受烃源岩中固体有机质的影响，即测量结果与岩性无关。也就是说，NMR测井解释不受有机质丰度的影响，既适用于泥质岩又适用于碳酸盐烃源岩评价。因此，可以较精确地测得烃源岩的有效孔隙度和含油饱和度等。 烃源岩通常是指含有大量有机质的泥页岩和石灰岩。非烃源岩也含有有机质，但一般数量不大。假设富含有机质的岩石由3部分组成：岩石骨架、固体有机质和充填孔隙的流体，非烃源岩仅由2部分组成：岩石骨架和充填孔隙的流体。在未成熟的烃源岩中，固体部分包括有机质和岩石骨架，地层水充填孔隙= = 。当烃源岩成熟时，一部分固体有机质转化为液态(或气态)烃，并运移到孔隙中，此时总孔隙 = + 。上述烃源岩模型与其它生油气模型的不同之处在于，在烃源岩概念模型中增加了固体有机质部分，并将它视为岩石骨架的一部分(图)，固体有机质部分具有低体积密度、高烃含量的物理化学特征。 利用核磁测井求取烃源岩含油饱和度的原理如下：当2种流体油和水并存于孔隙中的时候， 会表现出与单一流体不同的特征。假设孔隙是水润湿性的，油的弛豫值与其自由体积的驰豫值相同，而水则表现出表面驰豫值。一般情况下，自由流体与水、轻质油的 值相等，所以当地层中含有水和非润湿相的轻质油时，测量的 分布将表现出双峰模式，低 值对应着水，高 值对应着油。通过选择合适的门槛值 ，就可将油水信号分开。 可通过NMR岩心分析确定，不同的地区有不同的门槛值 。油水峰下包围的面积分别是含油、含水的体积 ， ，总的面积反映孔隙中总的流体数量。 根据前述的核磁共振原理，可以看到核磁测井的测量值与岩性无关，利用它可以较准确地求得烃源岩的含油饱和度如图11。从图中可以看到由核磁共振求得的烃源岩含水饱和度和孔隙度比用未作处理的阿尔奇公式及利用密度公式求得的响应数值要合理。 图11 核磁共振测井和常规测井测得的孔隙度和含水饱和度对比图 5.2 有机质成熟度的测井解释方法 研究者们很早就注意到有机质成熟度在测井响应上有间接反映，郭永华等最先提出成熟度的电阻率测井解释方法。至今，虽然成熟度的测井解释方法取得了重大进展，但都是利用成熟度与埋深的关系和测井响应(或参数)与埋深的关系，以埋深的牵线搭桥而建立成熟度与测井响应(或参数)的数学关系[10]。 1．声波测井[10] 烃源岩的有机质热成熟演化史与其压实作用和成岩作用过程相对应。有机质成熟度是有机质颗粒受时间和温度综合作用的结果，随着埋深的增大而增大，同一地质剖面中，表征泥岩的压实程度和成岩状况的声波时差一般随着埋深的增加而减小。为此，Lang认为成熟度与声波时差间存在必然的相关关系。其研究实例表明：在泥页岩的正常压实带，实测镜质体反射率( )与声波时差( ?t)问存在很好的半对数关系。Mallick和Raju在Lang的研究基础上作了深人研究，发现印度上 Assam盆地的 与?t间不是半对数关系，而是较理想的反线性关系： ，相关系数 。McTavish研究北海页岩时，察到更好的反线性关系： , ；碳质页岩中 , 由于 与?t的关系受许多地质因素的影响，因此，上述经验关系并没有普遍应用的意义。 2．孔隙度测井[10] 大量研究资料证实：成熟度与表征岩石压实程度的孔隙度之间存在显着的相关关系。Schmoker指出,埋藏成岩作用引起孔隙度减小的过程就是一个热成熟过程，碳酸盐岩和砂岩的孔隙度与成熟度之间均呈幂函数关系 式中， 为岩石的总孔隙度；a、b均为幂函数系数；M为成熟度。 成熟度和孔隙度都是埋深和所经历地质时间的函数，只是函数的具体形式有所差异而已。孔隙度与成熟度之间的经验关系中，以幂函数关系为最佳。式的幂函数中，孔隙度的取值是关键。常规测井的孔隙度解释或多或少存在一定偏差，因此，要充分利用3种孔隙度测井资料，采用克莱姆法则求解孔隙度，大大提高了其解释精度。成熟度参数的选取也很重要。LOM(有机质变质作用程度)是一种独立的成熟度衡量标准，是埋深的线性函数。而岩石孔隙度与埋深密切相关，并随着埋深的增加而减小。因此，LOM与孔隙度 的组合，将使孔隙度与成熟度间的幂函数关系更为理想。则式可转化为 根据上式和孔隙度测井即可以求出有机质的成熟度。系数a,b可以根据已有的岩心资料拟合得到。 六  结论 从目前情况看，烃源岩的研究仍以地球化学手段为主，但在研究中日益突出的问题要求在烃源岩的研究中要结合其他研究手段，利用测井资料能够快速、准确地识别烃源岩，定量确定有机质的丰度和成熟度。烃源岩的测井评价，是测井地质学和有机地球化学的相互渗透与融合，不仅为烃源岩的研究提供了新的技术，扩展了测井评价应用的领域，更为资源评价提供了一种快速、准确的方法，为盆地模拟提供了更加合理的参数。 参考文献 [1] 袁东山，王国斌等.测井资料评价烃源岩方法及其进展.石油天然气学报，2009，31（4）：192-203. 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