煤系烃源岩有机碳含量测井响应特征与定量预测模型

Abstract:Coal-bearing strata are rich in organic rocks,which can result in complex logging response. Based on the determined TOC data,the logging response characteristics of organic carbon content in coal,carbonaceous mudstone and mudstone were analyzed. It was found that the organic carbon content and parameters of the electrical resistivity log,acoustic log,natural gamma log,density log and neutron porosity log were well correlated. According to previous analysis, multiple regression and Δlog R models for calculating the organic carbon content of source rocks with different lithologies in coal measures were obtained. Combined with the study formation,single factor model,binary regression model,five variables regression model and the overlapping model were respectively established. Moreover,the models mentioned above were used for calculating the TOC content and the error analysis were conducted. Results show that the calculation error of five variables regression model is the smallest,but is larger at the intervals where there are no measured TOC data;the calculation error of overlapping method is the largest,while the predicted TOC content value is more consistent with the lithological characteristics over the whole interval. The study of organic carbon content prediction in coal measures aims to provide a reference for the comprehensive evaluation of the geochemical parameter in coal-bearing source rock,which also has some referential value for related application research in the future. Key words:coal-bearing measures;hydrocarbon source rocks;TOC;well logs;multiple regression;Δlog R
Weltics and quantitative prediction model of organic carbon content of hydrocarbon source rocks in coal-bearing strata measures
图 1 煤系烃源岩典型测井曲线示意 Fig． 1 Schematic guide for the typical logging curves of
coal measures source rock
为了更好地分析测井曲线与有机碳含量的相关 性,根据上述煤系烃源岩的物性特征,做出实测 TOC 含量与测井信息的交会图(图 2)。
第 41 卷第 4 期 2016 年 4 月
煤 炭 学 报 JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETY
Vol. 41 No. 4 Apr. 2016
杜文凤,王攀,梁明星,等. 煤系烃源岩有机碳含量测井响应特征与定量预测模型[ J] . 煤炭学报,2016,41(4) :954 -963. doi:10. 13225 / j. cnki. jccs. 2015. 0827 Du Wenfeng,Wang Pan,Liang Mingxing,et al. Well logs response characteristics and quantitative prediction model of organic carbon content of hydrocarbon source rocks in coal-bearing strata measures [ J] . Journal of China Coal Society,2016,41 ( 4 ) :954 - 963. doi:10. 13225 / j. cnki. jccs. 2015. 0827
煤系烃源岩有机碳含量测井响应特征与定量预测模型
杜文凤,王 攀,梁明星,周刘军,林 朋
( 中国矿业大学( 北京) 煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京 100083)
摘 要:煤系地层富含有机岩石,导致测井响应特征复杂。 以实测 TOC 含量数据为基础,分析了煤 系烃源岩中煤岩、炭质泥岩和泥岩有机碳含量的测井响应特征,发现电阻率、声波时差、自然伽马、 密度和中子孔隙度等测井参数与有机碳含量相关性较高,并基于此建立了针对不同岩性煤系烃源 岩有机碳含量计算模型,即多元回归模型和 Δlog R 模型。 结合研究层段,分别建立了一元、二元、 五元线性回归模型及重叠法模型,进行 TOC 含量计算并做了误差分析。 结果表明:五元回归模型 的计算误差最小,但在没有实测 TOC 含量数据层段计算误差较大;重叠法计算误差最大,但其整个 层段的 TOC 含量预测值更符合岩性特征。 煤系地层有机碳预测研究旨在为后续煤系烃源岩综合 评价提供参考。 关键词:煤系地层;烃源岩;有机碳含量;测井;多元回归;Δlog R 中图分类号:P631． 8 文献标志码:A 文章编号:0253-9993(2016)04-0954-10
从图 2 可以看出,敏感的测井参数针对不同含量 的有机碳岩层具有不同的响应特征:
(1) 炭质泥岩颗粒小,比面大,吸附性强,而有机 质含量与放射性元素含量具有一定的正相关关系,因 此,炭质泥岩中 TOC 含量与自然伽马亦成正相关关 系,且表现为高值异常。 与炭质泥岩相比,由于煤层 的腐殖质含量降低,吸附放射性元素的能力减弱,且 整体都表现为低值异常[10] 。 泥岩腐殖质含量的降低 同样使自然伽马值降低,但泥岩的自然伽马整体表现 为中高值异常,如图 2( a) 所示,需要特别提出的是: 炭质泥岩自然伽马 GR 与 TOC 含量的相关性分析与 整体规律相左,呈现这一现象的原因是:源岩中腐殖 质含量与源岩成熟度密切相关,随着源岩的成熟度逐 渐变高,腐殖质含量递减,相反则说明该区域的炭质
1 煤系烃源岩测井响应特征
烃源岩中有机碳含量的多寡影响着测井响应,利 用不同含量的有机碳岩层在测井曲线上产生的差异 响应,是测井曲线识别和评价烃源岩的基础。 烃源岩 按岩性可分为煤系烃源岩、碳酸盐岩烃源岩和泥页岩 烃源岩,笔者的应用区为侏罗系煤系烃源岩,所以将 按煤系烃源岩的测井响应特征展开讨论[4-6] 。
表 1 不同岩性测井曲线特征及有机碳含量 Table 1 Logging curve characteristics and TOC content in different lithology
岩性 自然伽马 GR / API 密度 DEN / ( g·cm-3 ) 声波时差 AC / ( μs·m-1 ) 中子孔隙度 CNL / % 深侧向电阻率 RT / ( Ω·m) TOC 含量 / %
煤层 炭质泥岩
泥岩 砂岩
<80 80 ~ 105 75 ~ 120
<100
<1． 7 1． 7 ~ 2． 3
<2． 1 2． 2 ~ 2． 6
>350 300 ~ 340 270 ~ 330
<380
>40 20 ~ 50 30 ~ 45
<30
>40 10 ~ 40
<30 <80
>45 8 ~ 45 0． 4 ~ 8 <0． 4
收稿日期:2015-06-08 修回日期:2015-12-02 责任编辑:韩晋平 基金项目:国家重大科学仪器设备开发专项资助项目(2012YQ030126) ;国家自然基金煤炭联合资助项目( U1261203) ;中国地质调查局资助
项目(12120115102101) 作者简介:杜文凤(1963—) ,女,吉林扶余人,副教授,博士。 E-mail:duwf66@ 126. com
第4 期
杜文凤等:煤系烃源岩有机碳含量测井响应特征与定量预测模型
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残余有机碳含量是烃源岩评价中的一个重要参 数,然而用有限的样品分析数据难以得到 TOC 含量 在地质剖面上的连续分布值。 此外,受到复杂沉积环 境的影响,烃源岩表现为非均质性特点,其有机碳含 量变化较大,若通过样品取平均值代替整段烃源岩有 机碳含量,则会出现弊端,即富含有机碳的烃源岩层 段的贡献不能体现,会偏离真实情况[1-2] 。 基于实测 TOC 含量数据,结合测井曲线纵向连续、分辨率高的 特点,可以通过建立有机碳含量与测井信息之间的关 系,来计算烃源岩有机碳含量。 煤系地层烃源岩富含 有机岩石[3] ,岩性差异较大,致使测井响应特征变化 较大,测井计算有机碳含量变得复杂。 为获得较可靠 的有机碳含量预测结果,立足于煤系地层岩性特点, 分析煤、炭质泥岩及泥岩的有机碳含量与测井信息的 相关关系,再依据实测 TOC 含量数据建立不同岩性 的煤系烃源岩有机碳含量计算模型,并将模型应用于 研究层段,最后分析模型的计算质量以获得较理想的 计算模型。 通过测井资料建立的计算模型能够较好 地预测煤系烃源岩地层有机碳含量,可运用于煤系地 层烃源岩评价。