深層、超深層致密碳酸鹽巖儲層固態(tài)瀝青測井評價
——以川中地區(qū)上震旦統(tǒng)燈四段為例

宋澤章，柳廣弟，羅冰，曾慶才，田興旺，戴鑫，姜仁，王云龍，李強，趙珺儀，阿比德·阿不拉，臧建鵬

1.油氣資源與探測國家重點實驗室（中國石油大學(xué)（北京）），北京 102249

2.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249

3.中國石油西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院，成都 610041

4.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083

0 引言

儲層瀝青按成因可分為2類：原生—同層瀝青和后生—儲層瀝青[1]。原生—同層瀝青是未能從烴源巖中順利運移出的、相對重質(zhì)餾分原地滯留而成，可用于研究烴源巖排烴有效性。后生—儲層瀝青主要分布在儲層中，是古油藏存在的直接證據(jù)之一，它的成因機制主要有三類：熱裂解、細(xì)菌降解、大氣淡水淋濾作用。本文研究的固態(tài)瀝青為原油裂解機制形成的后生—儲層瀝青，可借助其含量及分布，判斷油氣運移優(yōu)勢路徑、預(yù)測古油藏范圍、確定油氣藏成藏期次和恢復(fù)油氣成藏過程[2-5]。此外，由于瀝青存在會明顯降低儲集層的孔隙度、滲透率，嚴(yán)重影響儲集層的物性及產(chǎn)能，對儲層的瀝青含量進行評價，不僅能有效指導(dǎo)測井資料采集優(yōu)化及試氣選層，還能為氣藏開發(fā)井井位部署提供支撐。

川中古隆起震旦系儲集層內(nèi)瀝青含量豐富[1,6-8]，屬古油藏深埋時在高溫、高壓條件下熱裂解形成的焦瀝青[9-11]，儲層瀝青等效鏡質(zhì)體反射率（Ro）值高（2.06%～3.0%，平均值2.62%）[7]，反映古油藏已基本完全裂解。

前人對川中地區(qū)震旦系燈影組儲層固態(tài)瀝青已進行了大量研究，包括固態(tài)瀝青的巖芯賦存狀態(tài)[12]、鏡下賦存狀態(tài)[12-13]、生物標(biāo)志物[12,14-15]、來源[1,14]、飽和烴氣相色譜特征[12,14]等，但尚未對儲層瀝青進行系統(tǒng)的定量評價。截至目前為止，尚未有文獻對川中地區(qū)上震旦統(tǒng)燈四段儲層固態(tài)瀝青的平面展布及其對成藏的指示意義進行研究。

儲層固態(tài)瀝青的測井定量評價一直是個難題。近幾年，不同學(xué)者嘗試使用不同的方法對含瀝青儲層進行了測井評價。部分學(xué)者直接根據(jù)含瀝青儲層的測井響應(yīng)對儲層瀝青進行定性、半定量評價。叢琳等[16]對塔河油田西部泥盆系和志留系含瀝青砂巖儲層進行研究，討論了瀝青的存在對測井響應(yīng)、儲層物性、測井解釋孔隙度的影響。葛祥等[17]通過對比水層、高黏度油層、瀝青層的測井響應(yīng)，定性識別了中東Y 油田白堊質(zhì)灰?guī)r儲層瀝青，并對瀝青儲層的厚度、分布進行了研究。陳明江等[18]將單GR法與中子密度交會圖法（GR-CNL）求得的泥質(zhì)含量差值作為儲層瀝青相對含量，評價了塔里木盆地泥盆系濱岸相砂巖儲層瀝青相對含量及其對油藏產(chǎn)能的影響。

以上所述均為間接評價，并未直接對儲層瀝青進行分析。在此基礎(chǔ)上，部分學(xué)者直接對儲層瀝青進行實驗室分析，再結(jié)合測井解釋對其進行定量評價。齊婷婷等[19]識別了塔中11井區(qū)志留系柯坪塔格組巖屑砂巖、石英砂巖中的三類瀝青，通過洗油、洗鹽、洗瀝青處理，探討了瀝青對儲層物性、電性和孔隙結(jié)構(gòu)的影響；綜合GR-RT-DEN建立了孔隙度預(yù)測模型，定量評價瀝青。賴強等[20]基于安岳氣田龍王廟組瀝青質(zhì)碳酸鹽巖儲層洗瀝青前后測井響應(yīng)變化，分別采用常規(guī)測井孔隙度—核磁共振孔隙度重疊法、常規(guī)測井孔隙度—橫波測井孔隙度疊合法兩種方法對瀝青分布進行了研究。

通過實驗室?guī)r電分析與孔隙度模型相結(jié)合的手段，對儲層固態(tài)瀝青進行定量評價，效果雖好，但卻需要借助一些先進測井手段，如核磁共振測井、陣列聲波測井等，在實際應(yīng)用中由于許多探井并未完成這些測井項目，使得此類方法往往受到較大的應(yīng)用限制。因此，亟需研發(fā)一種利用常規(guī)測井組合對儲層瀝青進行定量評價的方法。

本文基于前人的研究成果，綜合巖芯觀察、鑄體薄片觀察，使用鑄體薄片圖像分析對固態(tài)瀝青進行定量表征，并用其校準(zhǔn)儲層固態(tài)瀝青含量；建立了多礦物反演模型，使用常規(guī)測井組合定量評價了川中地區(qū)燈四段儲層固態(tài)瀝青；從固態(tài)瀝青的角度，證實了川中古隆起北斜坡的天然氣成藏潛力。

本文所述方法能夠為定量刻畫超深、超老地層中的非常規(guī)油氣富集及演化、資源潛力評價、甜點區(qū)刻畫提供技術(shù)支撐，助力解決非常規(guī)油氣沉積學(xué)所面臨的定量化挑戰(zhàn)，為尋找非常規(guī)油氣資源發(fā)揮重要作用。

1 地質(zhì)概況

安岳氣田是位于川中古隆起以東的古隆起平緩構(gòu)造區(qū)威遠至龍女寺構(gòu)造群上的特大型海相碳酸鹽巖（白云巖）氣田，其生烴中心受德陽—安岳臺內(nèi)裂陷控制，天然氣近源成藏；圈閉受川中古隆起控制（龍王廟組發(fā)育構(gòu)造—巖性圈閉油氣藏；燈影組發(fā)育構(gòu)造—地層圈閉油氣藏）；勘探目的層為寒武系龍王廟組、上震旦統(tǒng)燈四段、燈二段；具有年代老（震旦—寒武系）、埋藏深（產(chǎn)層中間深度多大于4 500 m）、含氣面積大（有利含氣面積大于7500 km2）、儲量規(guī)模大（探明天然氣地質(zhì)儲量為8 487 億方，三級儲量超萬億立方米，2017年底數(shù)據(jù)）、產(chǎn)能高（龍王廟組和燈影組分別于2017年完成年產(chǎn)110億方和15億方產(chǎn)能建設(shè)）等特點。本文研究的目的層位為上震旦統(tǒng)燈四段。

燈四段頂部發(fā)育小段灰?guī)r，內(nèi)部發(fā)育少量致密的硅質(zhì)巖、砂巖夾層，整體以塊狀、礫狀白云巖為主。硅化作用是導(dǎo)致燈影組儲層物性急劇變差的主要破壞性成巖作用之一[21]。燈四段白云巖儲層發(fā)育受藻丘、顆粒灘亞相及巖溶作用共同控制，大面積層狀分布，孔隙空間以裂縫—孔隙型及裂縫—孔洞型為主。

研究區(qū)5 口井61 樣次全直徑巖芯孔、滲交會圖（圖1）顯示：燈四段為典型的致密碳酸鹽巖儲層，儲層低孔、超低滲，有效孔隙度基本低于5%，平均值為1.6%；有效滲透率多低于0.1×10-3μm2；有效孔隙度和滲透率之間無明顯相關(guān)關(guān)系，反映了致密白云巖儲層較強的非均質(zhì)性。

圖1 研究區(qū)燈四段儲層全直徑巖芯物性測試孔—滲交會圖Fig.1 Porosity-permeability crossplot of the fourth member of Dengying Formation in the research area, obtained by physical testing using full diameter core

研究區(qū)66 口單井燈四上亞段（圖2 左）、下亞段（圖2 右）的測井解釋孔隙度與全直徑巖芯物性測試結(jié)果較為一致——燈四段白云巖儲層的有效孔隙度低于5%，屬于典型的致密碳酸鹽巖儲層。燈四上亞段的白云巖儲層有效孔隙度多低于4%，顯示出兩個明顯的峰值：低于2%和2%～4%；而燈四下亞段的白云巖儲層測井解釋有效孔隙度僅顯示出一個峰值：低于2%。從測井解釋成果來看，燈四上亞段的物性優(yōu)于下亞段。

2 儲層固態(tài)瀝青特征

2.1 沉積特征

燈四段頂部的小段灰?guī)r和內(nèi)部的硅質(zhì)巖夾層整體致密，物性差，罕見瀝青充填；儲層固態(tài)瀝青主要賦存于白云巖儲層中。

雖然白云巖儲層構(gòu)成了燈四段的主體，然而，其巖相卻體現(xiàn)出較強的非均質(zhì)性，還可進一步細(xì)分為6 類：藻凝塊云巖、藻疊層云巖、藻砂屑云巖、細(xì)—粉晶白云巖、泥晶白云巖、角礫云巖。儲層固態(tài)瀝青的含量及賦存狀態(tài)在這六類白云巖中存在較大的差別。

藻凝塊云巖發(fā)育不規(guī)則的團塊狀藻，顏色多為灰白色，溶蝕孔洞、裂縫較為發(fā)育，瀝青呈顆粒狀、脈狀、半充填于溶蝕孔洞、裂縫中（圖3a）。藻紋層白云巖則以明暗相間的條帶為特征，溶蝕孔洞發(fā)育，瀝青呈顆粒狀半充填于溶蝕孔洞中（圖3b）。藻砂屑云巖中的藻多呈不規(guī)則的塊狀或者塊狀—層狀復(fù)合狀；當(dāng)藻砂屑云巖整體呈灰白色時，溶蝕孔洞一般較為發(fā)育，瀝青多呈半充填狀態(tài)分布于溶蝕孔洞中（圖3c）；而當(dāng)藻砂屑云巖整體呈灰黑色時，儲層致密，溶蝕孔洞不發(fā)育，無瀝青充填（圖3d）。

相比于藻白云巖，泥-粉晶白云巖（3f～g）總體物性較差，溶蝕孔洞、裂縫不發(fā)育，少見瀝青充填；僅當(dāng)順層巖溶發(fā)育時，可見瀝青半充填于溶蝕孔洞中（圖3e）。燈四段還發(fā)育較多的角礫云巖（圖3h），其物性較差，致密，無瀝青充填。

綜合巖芯觀察發(fā)現(xiàn)：1）從巖性上看，燈四段儲層固態(tài)瀝青多發(fā)育于生物白云巖（藻凝塊云巖、藻疊層云巖、藻砂屑云巖，形成主要受藍細(xì)菌生物活動控制[22]）的溶蝕孔洞、裂縫中；而暗色粉—泥晶白云巖、角礫云巖儲層致密，物性一般較差，溶蝕孔洞不發(fā)育，巖芯尺度一般觀測不到明顯的瀝青充填現(xiàn)象。2）從賦存狀態(tài)上看，燈四段固態(tài)瀝青顏色深黑，多呈脈狀（充填于裂縫中）、顆粒狀（充填于溶蝕孔洞中），形態(tài)取決于孔隙空間類型；并且，固態(tài)瀝青質(zhì)地堅硬，不染手，反映了其高溫?zé)崃呀獬梢蛱卣鱗7]。3）從含量上看，燈四段儲層固態(tài)瀝青多呈半充填狀態(tài)，約占據(jù)了原始孔隙度的一半左右，極大地降低了有效孔隙空間。

圖2 研究區(qū)燈四段上亞段（左）、下亞段（右）儲層有效孔隙度（測井）頻率分布直方圖（66 口井）Fig.2 Porosity histogram of the upper (left) and lower layer of of the fourth member of Dengying Formation,obtained from logging interpretation of 66 wells

圖3 燈四段巖芯固態(tài)瀝青觀察（a）磨溪8井，5 160.08～5 160.22 m，燈四段，灰色藻凝塊云巖，孔洞和裂縫均很發(fā)育，縫形態(tài)不規(guī)則，縫壁不平整，延伸約20 cm，縫寬1 mm左右，裂縫和孔洞中均有瀝青充填；（b）磨溪8井，5 111.93～5 112.03 m，燈四段，灰色藻疊層云巖，孔洞發(fā)育，瀝青半充填；（c）磨溪8井，5 112.50～5 115.72 m，燈四段，藻砂屑云巖，孔洞發(fā)育，孔洞直徑多小于3 mm，孔洞中瀝青半充填；（d）磨溪8井，5 158.23～5 158.45 m，燈四段，藻砂屑云巖，發(fā)育白色條帶狀藻，溶孔不發(fā)育，未見明顯瀝青充填；（e）磨溪41井，5 185.56 m，燈四段，灰白色粉—細(xì)晶白云巖，順層溶蝕孔洞發(fā)育，孔洞中瀝青呈半充填狀態(tài)；（f）磨溪8井，5 155.52～5 155.75 m，燈四段，灰白色泥—粉晶云巖，溶蝕孔洞、裂縫不發(fā)育；（g）磨溪8井，5 171.8 m，燈四段，灰黑色泥晶白云巖，儲層致密，溶蝕孔洞和裂縫均不發(fā)育，未見明顯瀝青充填；（h）磨溪8井，5 108.46～5 108.52 m，燈四段，灰黑色角礫云巖，儲層致密，角礫充填，溶孔不發(fā)育Fig.3 Observation of solid bitumen in the cores from the fourth member of Dengying Formation

2.2 儲層固態(tài)瀝青鏡下分布特征

為進一步研究瀝青微觀賦存狀態(tài)，對燈四段白云巖儲層鑄體薄片進行鏡下觀察：1）藻白云巖基質(zhì)以顆粒白云石為主，溶蝕孔洞、裂縫均很發(fā)育（圖4a～b），瀝青充填于孔隙中：圖4a 中藻白云巖發(fā)育明顯的微裂縫和溶蝕孔洞，瀝青幾乎完全充填微裂縫和溶蝕孔洞；圖4b 中的溶蝕孔洞較圖4a 更為明顯，瀝青幾乎完全充填了所有溶蝕孔洞，而微裂縫也只保留了少量孔隙空間；2）砂質(zhì)云巖（圖4c）重結(jié)晶作用明顯，基質(zhì)以白云石顆粒和石英顆粒為主，顆粒粒度較粗、自形，發(fā)育溶蝕孔，微裂縫不太發(fā)育；瀝青主要存在于溶蝕孔隙中，部分完全充填于較小的孔隙中，部分半充填于大孔內(nèi)部和邊緣；3）細(xì)粉晶白云巖（圖4d）的基質(zhì)主要為泥晶白云石，可見明顯微生物作用，發(fā)育溶蝕孔，瀝青完全充填于部分相對小的孔中，或者部分充填于大孔的邊緣。

鑄體薄片觀察結(jié)果從側(cè)面反映了燈四段固態(tài)瀝青定量評價的難點——細(xì)粉晶白云巖在巖芯尺度上未觀測到明顯的瀝青充填，但在鏡下觀測到了。

通過巖芯和鑄體薄片鏡下觀察可以推測：川中磨溪—高石梯地區(qū)上震旦統(tǒng)燈四段白云巖儲層孔隙空間中很可能普遍存在固態(tài)瀝青，僅僅是因為含量的多少和觀察尺度限制，有些未能在巖芯上得到體現(xiàn)。類似地，田興旺等統(tǒng)計了川中地區(qū)高科1井等取芯井樣品發(fā)現(xiàn)，完全不含固態(tài)瀝青的樣品不足10%，固態(tài)瀝青在地層剖面中廣泛分布[7]，與本文所述觀點一致。

2.3 儲層固態(tài)瀝青定量評價

為進一步定量評價儲層固態(tài)瀝青，借助圖像分析處理技術(shù)，對鑄體薄片的面孔率（有效面孔率）、儲層固態(tài)瀝青面孔率進行評價，流程如下：1）瀝青提?。鹤x取圖像后，將RGB 圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖，設(shè)定灰度值范圍，對固態(tài)瀝青進行提取并計算其像素值；2）有效孔隙空間提取：對圖像進行聚類分析，提取鑄體并計算其像素值；3）計算有效孔隙空間面孔率和儲層固態(tài)瀝青面孔率，將儲層固態(tài)瀝青面孔率近似當(dāng)做瀝青體積分?jǐn)?shù)，用于標(biāo)定測井固態(tài)瀝青含量；結(jié)果如表1所示。

圖4 研究區(qū)燈四段儲層瀝青鏡下特征觀察（Por：孔隙；Bit：瀝青；Frac：裂縫；Dol：白云石）（a）高石20井，5 182.30 m，燈四段，細(xì)粉晶白云巖，發(fā)育一條裂縫，裂縫最大直徑54.79 μm，亦可見溶蝕孔隙，瀝青幾乎完全充填溶蝕孔隙和裂縫；（b）高石7井，5 296.07～5 296.14 m，燈四段，藻白云巖，溶蝕孔隙、微裂縫均發(fā)育，瀝青幾乎完全充填溶蝕孔隙和微裂縫；（c）高石20井，5 204.13 m，燈四段，砂質(zhì)云巖，溶蝕孔較發(fā)育，最大直徑為631.76 μm，瀝青半充填于溶蝕孔隙中；（d）高石20井，5 186.96 m，燈四段，細(xì)粉晶白云巖，發(fā)育多條構(gòu)造縫，但大多被白云石晶體后期充填，白云石晶體后期又被溶蝕形成溶蝕孔洞，視域中相對較小的溶蝕孔隙幾乎被瀝青完全充填，正中心的溶蝕孔洞最大直徑為632.62 μm，邊緣可見瀝青Fig.4 Microscopic features of solid bitumen of the fourth member of Dengying Formation on thin section

圖5 固態(tài)瀝青鑄體薄片圖像分析處理（Bit：瀝青；Dol：白云石）（a）原始圖片；（b）固態(tài)瀝青分布；（c）鑄體分布（有效孔隙空間分布）Fig.5 Image processing for analysis of solid bitumen on thin section image

值得引起注意的是，由于鏡下觀察的視域只反映“局部”的情況，所得的儲層固態(tài)瀝青面孔率有可能顯著偏大或者偏小。以圖4a～4b為例，雖然該視域很好地展示了藻白云巖儲層固態(tài)瀝青充填裂縫、溶孔的情況，然而，圖像分析結(jié)果顯示，瀝青對孔隙空間的充填率分別達到了99.49%和94.83%（折算瀝青體積分別達到7.24%和5.15%），顯著高于該深度點的實際瀝青充填程度。針對這種情況，在實際評價中，需要在一張鑄體薄片中選定多個區(qū)域進行評價后取算數(shù)平均值，所得瀝青面孔率算數(shù)平均值方可用于后續(xù)固態(tài)瀝青測井定量評價的標(biāo)定。

表1 孔隙空間固態(tài)瀝青圖像處理計算Table 1 Image Processing for calculation of Solid Bitumen in Pore Space

3 固態(tài)瀝青測井評價

3.1 傳統(tǒng)思路評價固態(tài)瀝青的局限性

基于燈四段巖性組成，依照傳統(tǒng)測井評價思路，儲層固態(tài)瀝青測井定量評價應(yīng)遵循以下流程：1）確定白云巖儲層所在位置：根據(jù)測井響應(yīng)和巖性之間的關(guān)系，使用圖版法對燈四段的巖性進行識別（白云巖—灰?guī)r—硅質(zhì)巖三大類），剔除致密的硅質(zhì)巖、灰?guī)r段，尋找白云巖儲層段；2）含固態(tài)瀝青白云巖儲層的測井識別（定性判斷）：對比含瀝青、不含瀝青的白云巖儲層的測井響應(yīng)之間的差別，定性判斷瀝青對儲層測井響應(yīng)的影響；3）綜合巖—電實驗、測井響應(yīng)，建立孔隙度模型，定量評價瀝青。

以高石18 井為例，對燈四段不同巖性的測井響應(yīng)進行對比（圖6）。從四個交會圖可以看出，CNL、RT、GR對三類巖性的辨識能力均不太理想，DEN略好，總體能反映出硅質(zhì)巖和白云巖儲層的密度比灰?guī)r大，但不足以區(qū)分三類巖性；前人使用較多的CNLGR、AC-RT、DEN-GR、CNL-GR等圖版在本研究區(qū)劃分三類巖性效果均不太理想。前人在工作中提出的硅質(zhì)巖的“兩降兩升”測井響應(yīng)：DEN、CNL降低，AC、RT增大，在幾類圖版中未能體現(xiàn)。因此，使用傳統(tǒng)方法，依據(jù)CNL、AC、DEN、RT、GR交會圖識別白云巖儲層存在一定的困難。

進一步對白云巖儲層段進行深入研究。同樣以高石18井為例（圖7），選取藻白云巖（有瀝青充填）、泥晶云巖（有瀝青充填）、泥晶云巖（無瀝青充填）、硅質(zhì)巖層段，綜合巖芯觀察和測井響應(yīng)，對儲層固態(tài)瀝青測井響應(yīng)進行探索。

前人對儲層固態(tài)瀝青測井響應(yīng)較為一致的認(rèn)識是：固態(tài)瀝青的存在會導(dǎo)致儲層測井響應(yīng)呈現(xiàn)“三升兩降”特征——聲波時差普遍增大（AC/DTC略微增大，而DTS增大幅度較大）、RT、GR增大（GR增大明顯，無鈾自然伽馬GRKTh增大不明顯，高鈾特征明顯），CNL、DEN降低。

對比巖性相同（二者均為泥晶云巖）、取芯深度接近、瀝青充填差異明顯的巖芯b（瀝青充填）和巖芯c（無瀝青充填），含瀝青儲層AC更低，與前人認(rèn)識不一致；與含瀝青的泥晶云巖（巖芯b）相比，含瀝青的藻白云巖（巖芯a）孔、滲更好，含有更多的固態(tài)瀝青，但其GR、GRKTh更低，而DEN、CNL更高，與前人認(rèn)識相悖；硅質(zhì)巖無瀝青充填，卻體現(xiàn)出高阻（RT、RXO）、低CNL、DEN等含瀝青儲層的測井響應(yīng)特征；含瀝青的藻白云巖（巖芯a）與巖芯尺度不含瀝青的泥晶云巖（巖芯c）相比，放射性（GR、GRKTh）更低、CNL更大，AC、DEN基本一致，與前人認(rèn)識不一致。這些差異說明：簡單地以測井響應(yīng)值的高低來判斷儲層是否含有瀝青不太可靠，巖相等其他因素造成的測井響應(yīng)差異可能更大。

圖6 燈四段不同巖性測井響應(yīng)對比（高石18 井）Fig.6 Logging responses of different rock-types of the fourth member of Dengying Formation (Gaoshi-18 well)

圖7 燈四段含固態(tài)瀝青儲層典型測井響應(yīng)（高石18 井）（a）藻白云巖，溶孔發(fā)育，可見裂縫，瀝青充填溶孔較明顯，GR（10.0 API）、GRKT（h5.0 API）、AC（46.5 μs/m）、DEN（2.73 g/cm3）、CNL（3.86%）、RT（8900 Ω·m）、RXO（5026 Ω·m），測井解釋孔隙度較好（2.9%）；（b）泥晶云巖，可見明顯裂縫，瀝青充填裂縫，GR（22.0 API）、GRKT（h9.8 API）、AC（43.3 μs/m）、DEN（2.70 g/cm3）、CNL（3.05%）、RT（7163 Ω·m）、RXO（2836 Ω·m），測井解釋孔隙度差（0.49%）；（c）泥晶云巖，不發(fā)育溶孔、裂縫，未觀測到瀝青充填，致密，GR（12.8 API）、GRKTh（5.8 API）、AC（46.6 μs/m）、DEN（2.74 g/cm3）、CNL（3.57%）、RT（1665 Ω·m）、RXO（813 Ω·m），測井解釋孔隙度較好（2.5%）；（d）硅質(zhì)巖，可見石英條帶，無瀝青充填，致密，GR（6.1 API）、GRKT（h3.8 API）、AC（46.18 μs/m）、DEN（2.72 g/cm3）、CNL（1.13%）、RT（99990 Ω·m）、RXO（99990 Ω·m），測井解釋孔隙度差（0.7%）Fig.7 Typical logging responses of solid-bitumen-bearing reservoir of the fourth member of Dengying Formation (Gaoshi-18 well)

綜合以上研究可以發(fā)現(xiàn)，川中地區(qū)深層、超深層致密白云巖儲層固態(tài)瀝青測井定量評價存在以下的困難：

1）白云巖儲層段測井識別困難，很難依據(jù)傳統(tǒng)的交會圖法，使用測井曲線組合對儲層段進行識別。2）瀝青帶來的測井響應(yīng)變化微弱，很難依據(jù)測井響應(yīng)的數(shù)值差異直接判斷儲層是否含有固態(tài)瀝青。3）巖相引起的測井響應(yīng)變化與瀝青帶來的測井響應(yīng)變化孰強孰弱很難界定，給測井定量評價增加了難度。4）儲層是否含瀝青不易界定，難以找到一段“干凈”的、不含固態(tài)瀝青的儲層段用于對比。由于觀測尺度的原因，雖未在巖芯尺度上觀測到泥晶云巖中有瀝青充填，但鑄體薄片卻證實了瀝青的存在（圖4d）?？碧綄嵺`證明，燈四段儲層普遍含氣，從成藏的角度來看，古油藏很可能曾在燈四段普遍分布，造成瀝青普遍分布。

以上所述限制了傳統(tǒng)的固態(tài)瀝青測井半定量、定量評價，因此，使用傳統(tǒng)的方法建立巖性識別模板，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)瀝青所帶來的測井響應(yīng)變化對瀝青進行半定量、定量評價在本研究區(qū)存在一定的困難。

3.2 多礦物體積模型反演法計算瀝青含量

鑒于使用常規(guī)思路進行儲層固態(tài)瀝青測井定量評價存在以上難題，本文嘗試使用多礦物體積模型反演法、基于常規(guī)測井曲線組合對儲層固態(tài)瀝青進行定量評價，其意義體現(xiàn)在如下幾個方面：

從本質(zhì)上說，儲層測井響應(yīng)直接受控于儲層的礦物和流體組成，借助多礦物體積模型反演儲層固體瀝青含量理論上是可行的；碳酸鹽巖儲層的礦物組成相比碎屑巖地層（如頁巖儲層）簡單，使用多礦物體積模型反演效果更好；多礦物體積模型反演不僅能夠定量評價縱向上瀝青含量的變化，還能呈現(xiàn)礦物組成、流體、孔隙度的連續(xù)變化。此外，目前較有效的ECS（元素俘獲測井）、核磁共振測井等不屬于常規(guī)測井項目，在許多井中并無此類測井項目，且該類測井項目造價較高，經(jīng)濟性低。因此，利用常規(guī)測井資料，使用多礦物反演模型，根據(jù)礦物和流體的理論測井響應(yīng)參數(shù)反向求解各組分體積分?jǐn)?shù)，對地層的組分進行研究，不僅能夠定量評價儲層固態(tài)瀝青含量，還能為沉積相研究、層序地層格架建立、儲層精細(xì)刻畫提供支撐，具有重要的現(xiàn)實意義，能夠為油田節(jié)能、增產(chǎn)提供助力。

碳酸鹽巖多礦物反演需要先建立地層體積物理模型和測井響應(yīng)方程，而后使用常規(guī)測井資料進行最優(yōu)化解釋，從而實現(xiàn)礦物組分反演，總體上，可以分為以下幾個步驟（圖8）：

1）對測井曲線進行環(huán)境校正、均一化，優(yōu)選校正后的、能夠真實反映目的層地質(zhì)特征的測井曲線組合；2）確定多礦物體積模型，建立測井響應(yīng)方程，優(yōu)選區(qū)域性地質(zhì)解釋參數(shù)；3）建立多礦物反演地質(zhì)約束條件；4）反演各測井曲線理論測井值并與實際測井曲線進行比較；建立目標(biāo)函數(shù)，借助最優(yōu)化求解不斷調(diào)整參數(shù)值，當(dāng)反演測井曲線與實測測井曲線逼近時，求得的礦物組成即為實際地層礦物組成。

圖8 多礦物體積模型反演流程Fig.8 Flow diagram of inversion interpretation using multi-minerals-volumetric model

3.2.1 簡化的多礦物反演體積模型

建立多礦物反演體積模型是進行礦物反演的基礎(chǔ)。建立模型的過程中，并不需要將所有礦物組分都納入模型中，也不需要將9條常規(guī)測井曲線均用于反演。反演的測井曲線并不是越多越好，相反，當(dāng)選擇的測井曲線過多時，反而會降低模型的準(zhǔn)確性。本論文優(yōu)選了DEN、RT、RXO、AC、CNL五條測井曲線進行反演。

燈四段致密白云巖儲層礦物組成以白云石（DOL）、方解石（CAL）、石英（Qtz）為主，泥質(zhì)含量很低；與以往的測井解釋體積模型略微不同，本研究中并未將固態(tài)瀝青（Bitumen）作為流體的一部分，而是作為基質(zhì)的一部分進行研究；而孔隙流體則由水（Water）和天然氣（Gas）構(gòu)成。綜上，確定了如圖9所示的多礦物測井響應(yīng)體積模型。

3.2.2 多礦物反演體積模型響應(yīng)方程

使用線性模型對多礦物響應(yīng)進行研究，響應(yīng)方程具有如下通用形式：

其中：Vi為某種組分的體積百分?jǐn)?shù)，%；Ri為該組分體積為100%時的測井響應(yīng)。

與測井響應(yīng)體積模型相對應(yīng)的，對每一個深度點，均有如下測井響應(yīng)方程組：

圖9 四川盆地上震旦統(tǒng)燈四段碳酸鹽巖地層多礦物測井響應(yīng)體積模型Fig.9 Multi-mineral-volumetric model for logging response of the fourth member of Dengying Formation,Upper Sinian, Sichuan Basin

式中：RE代表反演重構(gòu)曲線，DEN為補償密度測井，g/cm3；RT和RXO分別代表原狀地層、沖洗帶地層電阻率，Ω·m；AC為聲波時差，μs/ft；CNL為補償中子測井，v/v或%；Φ為有效孔隙度，%；V為體積百分比，%。

由于四川盆地上震旦統(tǒng)燈影組和下寒武統(tǒng)龍王廟組具有共同的烴源巖（筇竹寺組），在燈四段和龍王廟組中均普遍發(fā)育固態(tài)瀝青，此外，二者層位臨近、埋藏演化史相近，雖然在地球化學(xué)等微觀指標(biāo)上，二者存在一些差別，但地球物理響應(yīng)可近似等價處理。因此，在文獻調(diào)研的基礎(chǔ)上，直接采用賴強等[20]對安岳氣田龍王廟組固態(tài)瀝青所做的巖電實驗結(jié)果進行儲層多礦物體積模型反演——瀝青的密度為1.3 g/cm3，聲波時差為393.7 μs/ft。由于本地區(qū)瀝青演化程度高，含氫指數(shù)低，故以45%進行計算；而電阻率為異常高值，以燈四段的RT響應(yīng)高值進行計算，90 000 Ω·m；其他測井響應(yīng)參數(shù)參考Schlumberger公司的礦物測井響應(yīng)參數(shù)。

從本質(zhì)上說，多礦物體積模型反演過程是線性或者非線性約束條件下的最優(yōu)化求解過程，最優(yōu)化算法的選擇對于反演結(jié)果影響較大。最優(yōu)化求解的過程，是建立目標(biāo)函數(shù)、求解反演測井響應(yīng)與實際測井響應(yīng)之間的偏差、并不斷調(diào)整參數(shù)使這種偏差最小化的過程。此外，在最優(yōu)化求解過程中，還需要設(shè)定一些邊界條件/限制條件，使得模型求解的結(jié)果符合地質(zhì)規(guī)律：

1）礦物和流體的體積比均需在（0,1）區(qū)間內(nèi)，并且，礦物和流體體積總和為1；2）理論上，多礦物體積模型的孔隙度需在（0,1）區(qū)間內(nèi)，而本研究區(qū)白云巖儲層測井孔隙度主峰位于0～5%之間，因此，增設(shè)反演限定條件：將孔隙度模型中的孔隙度上限設(shè)置為5%（個別井如果出現(xiàn)異常，可適當(dāng)調(diào)整）；目標(biāo)函數(shù)（Min）和約束條件可以表示為：

式中，M 為懲罰因子，Min 指代求解最小值，RE（reconstructed）為重建的理論測井響應(yīng)值。

3.2.3 反演模型標(biāo)定

從本質(zhì)上看，多礦物體積模型反演法屬于數(shù)理統(tǒng)計方法中的概率統(tǒng)計法的一種，其結(jié)果存在多解性，即存在數(shù)學(xué)統(tǒng)計角度的多種“正確”的結(jié)果。因此，需要使用多手段對求解結(jié)果進行標(biāo)定，多角度驗證模型的地質(zhì)有效性。以磨溪9井為例，反演結(jié)果如圖10所示，可以從以下幾個方面來標(biāo)定、評估模型的有效性。

（1）重構(gòu)測井曲線標(biāo)定

從圖10 可以直觀看出，重構(gòu)的測井曲線（DEN、CNL、AC、RT、RXO）均與原始測井曲線“貼合”良好，指示重構(gòu)曲線的精度較高。為進一步定量評價，借助散點圖，以DEN為例，對重構(gòu)的測井曲線（DEN_RE）與原始測井曲線（DEN）之間的關(guān)系進行分析（圖11）。散點圖顯示擬合曲線的斜率達到0.83，確定系數(shù)達到95.4%，指示重構(gòu)精度良好。

（2）反演巖性剖面標(biāo)定

圖10 磨溪9 井燈四段多礦物反演重構(gòu)曲線特征Fig.10 The features of reconstructed logging curves of the fourth member of Dengying Formation, Moxi9 well

圖11 重構(gòu)測井曲線（DEN_RE）與原始測井曲線（DEN）交會圖Fig.11 Cross-plot of reconstructed logging curve (DEN_RE)versus original logging curve (DEN)

從反演的巖性剖面可以看出，除了頂部有一小段巖性組成以石灰石為主，燈四段主體以顯著的白云石主導(dǎo)為特征。這與燈四段“除頂部有一小段灰?guī)r，整體為白云巖儲層”的地質(zhì)認(rèn)識是相符的。多礦物體積模型反演所得的巖性剖面與錄井巖性剖面匹配度達到95%以上。此外，反演巖性剖面還反映出燈四段中含有較多“富石英”夾層。這些“富石英”夾層與錄井剖面所識別的硅質(zhì)巖夾層匹配性較好，進一步說明了多礦物體積模型反演的巖性剖面能夠較好地反映縱向巖性變化。值得一提的是，反演所得硅質(zhì)巖層段儲層致密、反演孔隙度低、儲層固態(tài)瀝青含量低，與實際情況相符。

（3）反演孔隙度校正

反演所得的有效孔隙度與全直徑巖芯實測孔隙度匹配度高（圖10 右數(shù)第三道），驗證了模型的有效性。

（4）反演含氣性標(biāo)定

反演結(jié)果顯示：燈四段整體含氣，上亞段含氣性優(yōu)于下亞段，這與磨溪9井的含氣性測試所反映的結(jié)果一致。

（5）反演固態(tài)瀝青含量標(biāo)定

對磨溪9 井5 044.7 m、5 047.2 m 兩個深度的鑄體薄片進行鏡下觀察，并分別挑選5個典型鏡下照片進行圖像法固態(tài)瀝青定量分析，將分析結(jié)果取平均值，用于標(biāo)定測井反演所得的固態(tài)瀝青含量。對比結(jié)果（如表2）顯示，兩個深度的測井反演固態(tài)瀝青含量與圖像法求得的固態(tài)瀝青含量較為接近，絕對誤差分別為0.27%和0.36%?？紤]到固態(tài)瀝青分布的強非均質(zhì)性，該結(jié)果能夠較好地證明多礦物反演體積模型預(yù)測固態(tài)瀝青含量的有效性。

（6）瀝青含量縱向分布規(guī)律

磨溪9 井燈四上亞段的瀝青含量總體高于下亞段，這與研究區(qū)油氣來源主要為燈四段頂部的筇竹寺組、油氣充注在垂向上的方向為自上而下倒灌有關(guān)。從油氣充注成藏的角度來看，模擬結(jié)果符合地質(zhì)規(guī)律。磨溪9井燈四段儲層固態(tài)瀝青含量（圖12）最大可達7.73%，平均值為0.64%。值得注意的是，2 626 個數(shù)據(jù)點的75%分位點在0.87%，而90%分位點在2.36%，指示磨溪9井縱向上約有10%的層段儲層固態(tài)瀝青含量高于2.36%。由于該井燈四段有效孔隙度平均值為1.93%（最大值10.87%，最小值0.01%），固態(tài)瀝青在孔隙空間平均占比約為31%。該統(tǒng)計結(jié)果與鏡下、巖芯觀察得到的瀝青處于半充填狀態(tài)的地質(zhì)認(rèn)識是一致的。

圖12 磨溪9 井燈四段固態(tài)瀝青含量（體積百分?jǐn)?shù)）頻率分布直方圖Fig.12 Histogram of solid bitumen content (volumetric fraction) of the fourth member of Dengying Formation, Moxi9 Well

通過以上6 個方面的驗證，一方面，證明了在本研究區(qū)使用多礦物體積模型反演儲層固態(tài)瀝青含量的可靠性；另一方面，也凸顯出使用多礦物體積模型反演相比于其他測井方法評價儲層固態(tài)瀝青的優(yōu)越性：不僅能夠反演儲層固態(tài)瀝青含量，還能同時提供縱向連續(xù)的地層礦物組成、孔隙度、含氣性等信息，支撐深層、超深層致密碳酸鹽巖儲層甜點區(qū)評價、非常規(guī)油氣成藏與資源潛力評價等方面的研究，推動非常規(guī)油氣沉積學(xué)理論在深層、超深層領(lǐng)域的發(fā)展[23]。

4 瀝青平面分布

利用建立的多礦物體積模型對研究區(qū)74口井進行反演，計算儲層固態(tài)瀝青含量。以楊躍明等[24]制作的燈四段沉積微相展布圖為底圖，繪制研究區(qū)儲層固態(tài)瀝青體積含量平面分布圖（圖13）。目前普遍將磨溪以北地區(qū)稱為川中古隆起北斜坡，從馬奎等[25]制作的構(gòu)造圖來看，基本可以將磨溪22井—磨溪23井一線以北地區(qū)視為川中古隆起北斜坡地區(qū)，而南部為繼承性古隆起區(qū)（主體為高石梯—磨溪—龍女寺地區(qū)）。繼承性古隆起區(qū)于加里東期定型后，繼承性發(fā)育，古油藏原油聚集成藏并于燕山期原位裂解、原位聚集形成天然氣藏[9]，保存至今[24]。川中古隆起北斜坡與繼承性古隆起區(qū)在印支晚期前構(gòu)造演化基本一致，而在印支晚期—喜馬拉雅期發(fā)生了明顯分異[25]，逐漸形成了當(dāng)今的構(gòu)造格局。

表2 圖像法標(biāo)定測井反演固態(tài)瀝青含量Table 2 Calibration of Solid Bitumen Content Obtained by Logging Inversion Using Image Processing Method

圖13 研究區(qū)燈四段固態(tài)瀝青含量平面展布圖（基于文獻[24]）Fig.13 Plane distribution of solid bitumen content of the fourth member of Dengying Formation in the research area(modified from reference[24])

4.1 繼承性古隆起區(qū)瀝青分布特征

總體上，繼承性古隆起區(qū)燈四段儲層普遍含有固態(tài)瀝青，這是由天然氣的原油裂解成因決定的，說明原油在地史時期曾普遍分布于研究區(qū)燈四段儲層。瀝青含量最大可達4.62%，平均為2.20%。

從東—西向來看，西側(cè)鄰近德陽—安岳裂陷槽的臺緣帶礁灘體固態(tài)瀝青含量普遍較高，而東側(cè)的臺內(nèi)含氣區(qū)固態(tài)瀝青含量則相對較低。一方面，這可能與德陽—安岳裂陷槽的烴源巖與高石梯—磨溪地區(qū)的臺緣礁灘體形成側(cè)接式匹配、油氣在平面上自西向東充注有關(guān)；另一方面，臺緣礁灘體的物性普遍較優(yōu)，導(dǎo)致固態(tài)瀝青含量在臺緣礁灘體普遍較高。此外，除整體展現(xiàn)出來的規(guī)律之外，含氣區(qū)存在個別固態(tài)瀝青高值點、臺緣礁灘體存在個別固態(tài)瀝青低值點，體現(xiàn)了儲層的強非均質(zhì)性。

從南—北向來看，在磨溪—高石梯地區(qū)，不論是臺緣礁灘體還是臺內(nèi)含氣區(qū)，固態(tài)瀝青含量并無明顯南北差異。這從側(cè)面上進一步證實了油氣充注成藏以自西向東為主，造成了南北分異較小。

4.2 川中古隆起北斜坡瀝青分布特征

隨著安岳氣田龍王廟、燈影組氣藏開發(fā)逐漸深化，亟需尋找天然氣接替領(lǐng)域—與古隆起緊鄰的斜坡帶。川中古隆起北斜坡（磨溪地區(qū)以北）成為當(dāng)前勘探的重點區(qū)域。從加里東至印支晚期，斜坡區(qū)同樣處于構(gòu)造高部位，是油氣長期運移的優(yōu)勢方位；繼續(xù)探索斜坡區(qū)的古油藏分布、規(guī)模、成藏機制對深化川中地區(qū)超深層油氣勘探開發(fā)具有重要理論和實踐意義。

從圖13 可以看出，緊鄰磨溪的北斜坡南側(cè)地區(qū)燈四段普遍含有固態(tài)瀝青，鉆井也證實了其含氣性。偏北的磨溪56井、南充1井、立探1井等，由于尚未鉆至燈影組，導(dǎo)致無法進行測井固態(tài)瀝青定量評價。然而，這些井的龍王廟組均揭示固態(tài)瀝青充填嚴(yán)重[24]，證實了古油藏的形成。研究區(qū)龍王廟組、燈影組儲層中的天然氣均源于筇竹寺組，這些井的龍王廟組含氣性好、固態(tài)瀝青充填嚴(yán)重，從一定程度上可以預(yù)示其燈影組也具有較好的含氣性。此外，北斜坡的廣探2井燈四段固態(tài)瀝青含量為1.77%，這不僅直接證實了川中古隆起北斜坡古油藏的存在；還從側(cè)面上印證了馬奎等[24]關(guān)于研究區(qū)構(gòu)造分異模擬的結(jié)論——川中古隆起北斜坡在印支晚期之前均形成了古油藏，只是在印支晚期之后并發(fā)生了油氣裂解并且構(gòu)造分異。通過對川中古隆起北斜坡固態(tài)瀝青分布的分析，本文從瀝青的角度證實了北斜坡震旦系燈四段古油藏的存在，印證了北斜坡的油氣成藏潛力。

5 結(jié)論

（1）通過建立多礦物體積模型（以白云石、方解石、石英、固態(tài)瀝青為基質(zhì)，以天然氣和地層水為流體），優(yōu)選常規(guī)測井曲線組合（DEN-RT-RXO-CNL-AC）對儲層固態(tài)瀝青進行反演，不僅能克服深層、超深層致密碳酸鹽巖儲層的強非均質(zhì)性，精確計算儲層固態(tài)瀝青含量；還能同時提供縱向連續(xù)的地層礦物組成、孔隙度、含氣性等信息，支撐儲層其他方面的研究。

（2）燈四段瀝青多以半充填狀態(tài)存在于孔隙中，儲層固體含量可達4.62%，平均為2.20%；縱向上，燈四段上亞段固態(tài)瀝青含量普遍高于燈四段下亞段。

（3）高石梯—磨溪地區(qū)與德陽—安岳裂陷槽緊鄰的臺緣礁灘體是古油藏聚集的有利區(qū)域，儲層固態(tài)瀝青含量普遍高于東側(cè)的含氣區(qū)。

（4）受自西向東油氣充注控制，高石梯—磨溪地區(qū)南北向固態(tài)瀝青含量無明顯差異。古隆起北斜坡多口井固態(tài)瀝青的存在證實了北斜坡古油藏的存在，從側(cè)面印證了北斜坡的油氣成藏潛力。從固態(tài)瀝青的角度，肯定了繼續(xù)深化川中古隆起北斜坡深層、超深層油氣勘探的必要性。