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由于受北美页岩气勘探开发成功经验的启示,中国国内学者开始关注页岩气这种非常规油气资源,并使其在近些年来逐渐成为油气资源研究的热点领域。当前,中国页岩气研究尚处于起步摸索阶段,依据其复杂的地质条件和构造背景,以及国内页岩气与北美相比存在着很大的差异性,因而要成功实现大规模页岩气开发和生产并非易事。与常规油气藏相比,页岩气赋存方式较多,储层岩石成分复杂,有机质类型丰度变化较大,非均质性较强,孔隙空间多样,这些特点决定了页岩气的解释和评价与常规油气藏存在较大差别,对其评价思路和方法提出更高的要求。目前国内研究主要集中在页岩气成藏模式和条件、储层地质和资源潜力评价方面,在页岩气地球物理建模和预测研究方面涉及较少,现有地球物理建模与预测研究还远远不够,这为在该方面的深入研究留下了巨大的空间。因此,本论文选择焦石坝地区龙马溪组作为实例对页岩气地球物理建模方法和应用进行深入研究。研究区主要位于四川盆地焦石坝地区斜坡带焦页1井周缘区,区域面积约为56.1 km2,区内有3口直井和多口水平井。研究的目的层位是下志留统龙马溪组下部(含五峰组)的页岩气地层。论文研究主要针对页岩气含气性评价这一主题,通过分析页岩气地质特征,结合研究区目的层页岩气评价实例,建立了一套适合该区页岩气含气性评价的地球物理建模与预测方法和流程。具体研究从页岩气地质特征和主控因素调研开始,在掌握焦石坝地区龙马溪组地质特征的基础上,以焦页1井为例采用测井建模方法对页岩气地质主控参数进行了单井建模和评价,基于测井曲线特征和岩石物理参数分析结果,建立了本区页岩气岩石体积模型,进行了单井岩石物理建模和叠前AVO正演模拟,并着重分析了主要地质参数与岩石物理参数和AVO响应的变化关系,最后采用地震反演和多属性分析方法对主要地质参数(即富集参数)的分布进行了横向预测,并将富集参数进行叠合显示分析来实现对页岩气含气性分布的预测。通过对上述内容的分析和研究,取得了以下主要成果和认识：(1)采用单井建模方法着重对本区焦页1井进行单井评价,评价结果如下：①矿物的重量百分含量：龙马溪组下部QFM(石英+长石+云母)含量为4.8%-61.2%,平均为52.04%；碳酸盐含量为0-11.4%,平均为3.8%；粘土含量为20.8%-68.5%,平均为42.8%;黄铁矿含量为0-4.5%,平均为1.34%。②总有机碳含量(TOC)为1%-4.5%,平均为2.1%-3.1%。③有效孔隙度为3%-7%,平均为4.8%-5.6%。④镜质体反射率(Ro)为1.5-2.5%,整体上变化不大。(2)重点研究了TOC的单井建模方法,对伽马能谱元素法进行了改进,建立了由密度、GR与铀元素含量共同参与的TOC预测模型。研究基于TOC与测井曲线参数的相关分析对伽马能谱元素含量预测TOC的方法进行了改进,即引进密度、GR两个参数与铀元素含量一起参与TOC的预测,建立了密度-伽马元素含量对TOC的预测模型。预测效果分析认为,该预测模型的应用效果较好,适合本区龙马溪组下部页岩的TOC单井评价所用。(3)从测井曲线特征和岩石物理参数分析出发,对焦页1井总有机碳含量和孔隙度进行了岩石物理模拟,研究认为：①本区目的层的测井曲线变化表现为明显的“三段性”特征,从曲线形态和密度与纵、横波速度的交会上能明显识别出来。②TOC和孔隙度的岩石物理建模表现出一定的规律性：其一,密度、纵横波速度整体上随TOC的增大呈减小趋势,泊松比随TOC的增大呈增大趋势；其二,密度、纵横波速度整体上都随孔隙度的增大呈单调减小趋势,而泊松比都随孔隙度的增大呈增大趋势。(4)着重对本区焦页1井的目的层进行了AVO正演模拟,模拟结果表明：①该页岩层顶界的反射系数极性为负,且随角度的增大而呈负向减小趋势,AVO截距P为负,斜率G为正。②页岩的AVO响应会随着TOC、孔隙度和页岩厚度的变化而变化,并表现出一定的变化特征,即随着TOC的增大,截距P减小,斜率G增大,P-G交会样点由第Ⅲ象限向第Ⅱ象限转化；随着孔隙度增大,截距P减小,斜率G增大,P-G交会样点都处于第Ⅱ象限；随着厚度增大,P-G交会样点由第Ⅳ象限经第Ⅲ象限向第Ⅱ象限转化,其中当厚度增大至一定数值时,P-G交会样点的变化轨迹会出现返转现象。(5)采用地震反演和属性分析方法对本区目的层的页岩厚度和含气富集参数进行了横向分布预测,预测结果如下：①目的层页岩厚度为80-118 m,且在焦页3井周缘厚度较大。②TOC分布为0.86%-4.2%,垂向上第3、4小层较大,横向上在焦页2井周缘及其与焦页3井之间区域较大。③孔隙度分布为1.87%-7%,垂向上第3、8小层较大,横向上在焦页2井周缘区域及其与焦页3井之间区域较大。④Ro分布为1.05%-3.4%,垂向上第3、4小层较大,横向上与孔隙度分布特征相一致。(6)采用多参数叠合显示方式圈定了页岩气含气有利富集区带,并结合页岩厚度进行了综合评价,综合评价认为：①将TOC和Ro作为叠合参数以TOC>2.15%, Ro>1.82%的门槛标准来圈定含气性富集区带是有效的。②本区含气性分布规律为：越靠近焦页3井的区域含气性越好,垂向上龙马溪组下部第1小段的含气性比第2、3小段较好,横向上在焦页2井与焦页3井之间区域的含气性最好。在上述成果和认识中,由于单井评价、岩石物理建模和AVO模拟方面主要围绕焦页1井来进行,其结论和认识可能在焦页2、3井以及其他区域会存在某些差异。此外,井震对比可知,研究区页岩厚度、富集参数和含气性预测的总体效果较好,只在部分区域和小层上具有一定的误差。