0 引言

近年来，随着世界能源结构升级以及相关油气勘探开发技术的进步，针对页岩油气藏的研究蓬勃发展，先后在美国、中国等地获得巨大突破，揭示了非常规油气巨大的资源潜力，是油气勘探的重要发展方向^[1-2]。计智锋等^[3]对于近十年来全球油气勘探的特点和未来的发展趋势进行了统计研究，发现自1990年以来全球新增非常规油气储量230亿吨油当量，成为全球油气储量增长的重要组成部分。在非常规勘探领域，关于美国东部—墨西哥湾沿岸、中国川西地区等区域的页岩气已实现商业开发，极大地推动了世界范围内非常规油气勘探热潮。

作为传统的油气富集区，中东各国近年来逐步开展了非常规油气资源、特别是非常规天然气的研究和探索。Husain等^[4]、Wu等^[5]和Whittle等^[6]报道了科威特、阿联酋的非常规油气勘探实践。与美国、中国和阿根廷等成熟的页岩气区相比，中东地区非常规油气勘探具有独特性，主要表现在赋存层系几乎全部为碳酸盐岩，岩石强度大、脆性高^[7]。迄今为止，中东地区非常规油气研究尚处于起步阶段，尚未形成完善的“甜点区评价—甜点段选择—甜点体改造”配套技术体系，仍处于传统的地层参数获取和早期盆地级别评价阶段。

本文以阿联酋西部侏罗系Diyab组地层为研究对象，依托钻井、测井、岩心以及地震资料，开展了次盆地级别的靶区优选—优势甜点区预测技术探索。综合利用盆地模拟、岩石物理建模、叠前反演以及裂缝预测、应力—应变地震模拟等技术，开展“地质—工程”甜点精细评价。该技术成功应用于阿联酋地区的非常规页岩气勘探实践，指导钻探部署，首次在阿联酋Diyab组中获得商业发现，预测结果与实钻一致性较好，证明了该套技术体系的有效性，能够为中东类似盆地的非常规天然气勘探提供技术指导。

1 研究区地质概况及研究思路

研究区位于阿联酋西部，目的层系为侏罗系Diyab组，岩性主要为含泥—泥质灰岩，局部泥质含量稍高。该套地层沉积于上侏罗统被动大陆边缘的碳酸盐岩浅海陆棚环境，从东往西表现为台地边缘—斜坡—盆地沉积。西部的台间盆地区有机质含量高，是侏罗系—白垩系的主要烃源岩层系，总有机碳含量（TOC）平均值超过1.5%。研究区北部处于生油高峰期—晚生油期，南部成熟度稍高，处于湿气阶段（图 1）。

研究区远离阿联酋主要油气富集区，钻井零星分布，除区域地质资料外，仅有测井、录井等揭示Diyab源岩层的相关信息，缺乏岩心地化、物性以及岩石力学相关实验分析资料。为全面、综合评价区内Diyab组非常规页岩气勘探潜力，本研究借鉴中国页岩气综合评价技术方法^[7]，从地质—地球物理两个方面开展技术探索，具体流程见图 2。

（1）针对研究区开展次盆地级别的定量模拟以整体评价Diyab组非常规页岩气潜力：首先，利用邻区岩心资料标定本区测井曲线，基于测井数据完成单井源岩评价；结合地震解释结果和地震相认识，基于单井源岩特征完成研究区烃源岩特征（如：厚度、TOC、埋深等）立体研究；然后，开展定量盆地模拟，分析Diyab烃源岩地层“沉积—埋藏—生烃—排烃—油气运移”等五个方面的演化特征，明确该套地层的生排烃动态过程以及源岩滞留烃分布。

（2）围绕Diyab组生排烃—滞留烃富集区，开展“地质—工程甜点”预测：首先，基于潜力区原始地震数据开展地震资料的道集优化，为“甜点”参数精细表征提供资料基础；然后，以邻区岩心资料为基础，开展岩石物理建模，构建甜点参数（TOC、脆性、孔隙度）与岩石物理参数的关系；最后，开展叠前弹性参数反演，同时基于地震资料开展多尺度裂缝预测和应力—应变场分析。

（3）在地质—工程甜点定量参数表征的基础上，进行甜点区、甜点段综合评价，优选孔隙发育、有机质含量高、脆性大的层段进行井位部署。

2 特色技术方法及应用

本文针对碳酸盐岩非常规油气低勘探认知区开展“盆地综合评价圈定有利靶区、地质—工程甜点参数预测、定量表征甜点区—甜点段特征”系列研究，具体配套技术分别描述如下。

2.1 盆地综合评价 2.1.1 烃源岩有机质测井评价

烃源岩特征、特别是有机质丰度的定量评价对于认识各类型源岩地层的生烃潜力、储层产能潜力具有重要意义，也是自生自储非常规天然气勘探的重要工作^[8]。获取烃源岩参数最直接可靠的方法是采用热解法对样品进行地球化学分析，但大范围应用的成本巨大、时间周期长，因此在实际勘探开发评价过程中的应用局限性大^[9]。

针对研究区钻井稀疏、井资料年代跨度大、地震资料品质差异性强等特点，对于Diyab层的烃源岩有机质丰度预测采用ΔlogR与自然GR相结合的方法^[10-12]。这主要是因为Diyab层的高含硫性导致电阻率异常高，因此采用更新后的ΔlogR法进行有机质丰度预测，并结合邻区井源岩实验室热解数据进行约束，可取得较好的预测效果。

2.1.2 盆地定量模拟

盆地模拟技术是油气资源评价的重要手段之一，该方法应用多信息综合数值模拟定量评价源岩演化，开展盆地“五史：地史、热史、生烃史、排烃史、运聚史”特征研究，为立体、动态评价研究烃源岩的演化提供了重要依据^[13]。

该研究模拟方法基于“盆地是原型的组合”这一基本原理，建立合理的地质模型，选定相应的沉降模型和热模型，建立因构造—热演化的变化引起的盆地地质作用与油气响应之间的动态关系。具体来说，就是从地质演化史、埋藏史、热史、生烃史、排烃史和运聚史等方面进行模拟^[14]。前三个因素是对盆地形成的地质作用和过程的模拟，后三个因素是对地质作用控制下的油气系统动态反应的模拟。埋藏史主要恢复了盆地的沉降史、沉积史，基础数据来源于钻井资料和地震层位，是整个模拟工作的基础。

研究区沉积过程稳定、连续，没有明显的剥蚀或构造反转，因此埋藏史主要考虑地层的压实效应。热史主要重建研究区的古热流和古地温史，是影响模拟烃类成熟度的重要因素，本研究参考了ADNOC与Shell的区域参数。在热史研究过程中，根据大地热流值随时间的变化计算古地温场的演化，再根据古地温场计算时间域温度并求取TTI，进一步得到成熟度。生烃史、排烃史和运聚史可以认为是烃类产生、排出以及向有利储集空间运移、聚集的过程，输入参数包括地表温度、大地热流、岩石物理参数及烃源岩的厚度以及分布范围等（图 3）。

总体来看，Diyab组烃源岩从早白垩世开始成熟，晚白垩世进入高峰生油阶段，晚古近纪进入生气阶段。热演化程度自南向北推进，目前研究区西北部处于生油阶段晚期，西南部处于湿气阶段。生排烃模拟揭示，Diyab主要的生气中心位于研究区盆地南部，现今地层峰值生烃强度和排烃强度分别为25 bcf/km²和20 bcf/km²，局部滞留气强度达到5 bcf/km²，是非常规油气勘探最有利的靶区（图 4）。

2.2 地质—工程甜点预测 2.2.1 地震道集优化

基于地震资料的甜点预测对于原始地震资料的信噪比和分辨率要求较高。通过对目标三维区地震原始CRP道集、共炮检距剖面、叠加剖面和切片开展质量评价，发现该地震资料含较强的随机噪声、线性噪声以及多次波干扰。不同炮检距处子波形态差异明显，局部道集还存在同相轴未校平的现象，因此需要对地震原始道集进行优化处理。

首先，进行空间随机噪声消除、线性噪声衰减；然后，优化RMS速度场，更新各向异性特征，完成时差校正；最后，均衡远近道振幅分布，增强不同炮检距道子波的一致性特征，进行远近道反射拉平校正。

图 5为道集优化结果。总体来看，经优化处理后道集信噪比明显增大，原始噪声得到了有效去除，远近道之间的同相轴被拉平，同时不同炮检距子波的一致性也较好。

2.2.2 岩石物理建模

岩石物理建模是地质与地震信息之间的桥梁，是构建岩石物理参数与甜点参数（TOC、脆性、孔隙度）之间表征关系的重要过程^[15-16]。

针对研究区测井曲线较早、岩心岩石物理分析数据缺乏等现状，本文尝试开展矿物组分拟合、横波估算及相关弹性参数预测、敏感性分析等。邻区Diyab组岩心XRD（X射线衍射分析技术）结果揭示，该套地层主要组成矿物包括方解石、石英、钾长石、白云石、伊利石/蒙脱石、云母以及黄铁矿（图 6），主体矿物方解石含量超过60%，局部层段粘土矿物含量稍高，超过20%。因为缺乏元素捕获测井的必要信息，对研究区—邻区曲线进行整体校正，再采用多元线性拟合方法对邻区参数井矿物组成进行估算^[16]，应用实测矿物数据进行约束，确定拟合曲线及相关参数，并推广到整个研究区。

在岩石矿物组分模型的基础上，横波估算决定其他弹性参数估算的精确度。同样，以邻区参数井为约束，对比分析Xu-white、Xu-Payne以及Gassmann等不同岩石物理模型结果，最终选取了与本区匹配关系最好的Unconsolidated Model进行横波估算，计算得到纵波阻抗、横波阻抗、杨氏模量、剪切模量等相关弹性参数。

基于以上模型分析，开展了TOC、矿物组分、孔隙度与弹性参数之间的敏感性分析。通过定量改变TOC、孔隙度以及矿物组分（粘土矿物）含量，观察弹性参数的变化（图 7）。总体而言，弹性参数按照敏感性可以分为三类：①高敏感性参数：E×ρ、E、λ、λ×ρ、μ、μ×ρ；②中等敏感性参数：I_p、I_s；③低敏感性参数：Pr、V_p/V_s。其中，ρ为地层密度，I_p、I_s分别为纵波阻抗和横波阻抗，E为杨氏模量，μ为剪切模量，λ为拉梅系数，Pr为泊松比，V_p/V_S为纵横波速度比。

在敏感性分析的基础上，应用敏感性较高的弹性参数，构建了地质甜点参数与弹性参数的关系

$ \left\{\begin{array}{l}\mathrm{T}\mathrm{O}\mathrm{C}=20.4701-6.8531\rho -0.0170365\lambda \rho \left({\sigma }^{2}=0.87\right)\\ \mathrm{B}\mathrm{R}\mathrm{I}=0.379406-0.000320775\lambda \rho +\mathrm{ }0.0574956{I}_{\mathrm{P}}+0.0171374E-0.00786921\rho \left({\sigma }^{2}=0.92\right)\\ \mathrm{P}\mathrm{o}\mathrm{r}=102.872-39.3996\mu \rho +19.8151E\rho -63.5249\rho +103.311\mu +16.3648{I}_{\mathrm{s}}-53.1942E+\\ \;\;\;\;\;\;\;\;22.6465\lambda -8.42309\lambda \rho \left({\sigma }^{2}=0.94\right)\end{array}\right. $

式中：BRI表示脆性指数；Por表示储层孔隙度；$ {\sigma }^{2} $表示均方根误差。

2.2.3 叠前反演甜点参数预测

地震叠前反演是非常规天然气地质甜点预测的重要手段^{[2, 7]}。针对非常规储层，基于地震数据实现储层地质甜点预测是现在应用最广泛的方法。采用优化处理后的角道集数据（近道1°~11°，中道8°~18°，远道15°~25°），结合岩石物理模拟得到纵波、横波、密度等井数据，开展叠前同时反演。

图 8为基于弹性参数公式得到的任意线剖面有机质丰度和脆性参数。总体而言，Diyab组下段有机质丰度分布连续、稳定，优质源岩TOC为1.5%~2.3%，局部超过3.0%。上段优质源岩仅在研究区南部发育。与有机质分布特征相反，Diyab组上段脆性参数特征较强，矿物组成主要为方解石；下段因为泥质含量升高，脆性参数相对变弱。总体而言，Diyab组全井段脆度在0.7以上；全井段孔隙度偏低，平均值约为3%~4%，其中研究区南部孔隙度相对偏高，这与该区域靠近Diyab组陆棚斜坡区的沉积背景相关。

2.2.4 多尺度地震属性裂缝预测

不同频带范围的地震数据可反映不同尺度的裂缝和断层信息^[17]：低频带数据反映较大断裂和裂缝信息；中频带数据信噪比高，反映中等规模断裂信息；高频带数据反映微细断裂信息，但由于信噪比低，因此据此数据推测的裂缝信息可靠性较低^[18]。对地震数据开展原始频带分析，可进行分频（10~20 Hz、20~45 Hz、45~60 Hz）处理。在构造导向滤波处理后数据的基础上，提取不同频段地震数据的曲率类属性，通过曲率融合和RGB显示（图 9），刻画断裂分布规律。一般而言，RGB融合图中亮色代表全频带范围内均发育的断裂或者裂缝，可靠性较高。由图 9可见，研究区断裂呈NE-SW走向，在裂缝玫瑰图上可以明显识别两个裂缝条带（图 9g中红色虚线圈定的区域），其中北侧条带与区域构造剪切作用有关，南侧条带则是受深部盐隆构造控制。

3 应用实例

根据以上研究结果，在甜点参数（有机质丰度、脆度、孔隙度）预测及裂缝刻画的基础上，围绕“孔隙度高、脆度强、裂缝发育”等标准展开甜点区评价、优选，部署实施了探井H2。该井于2019年上半年开钻，下半年针对目的层中下段直井段进行水力压裂改造，获得商业气流发现。H2井的成功证实了Diyab组具有非常规天然气资源潜力，推动了阿联酋乃至中东地区碳酸盐岩地层的非常规天然气资源的勘探，为类似地层的勘探实践提供了宝贵的经验和参数。此外，该井实钻参数与钻前预测基本一致，证实了本文技术方法的适用性。

与传统页岩气地层相比，Diyab组具有较高的碳酸盐岩矿物组分。XRD矿物组分统计表明，方解石含量占比达49%~96%，白云石为1%~11%，黄铁矿为1%~7%，均为常见矿物组分。此外，石英和长石含量整体偏低（普遍小于5%），粘土矿物（主要是伊利石—云母和伊利石—蒙脱石）含量偏低，但在该套地层的下段，局部粘土矿物含量可高达36%（图 10）。围绕高粘土含量段，地层层理发育，含气足，也是测试效果最理想的层段。

此外，岩心的岩石力学测试结果表明：Diyab组具有高—极高的静态和动态杨氏模量（E_静态=3~8 MPa，E_动态=7~11 MPa）；静态泊松比为0.23~0.33，动态泊松比为0.27~0.32。整体而言，阿联酋Diyab组碳酸盐岩地层表现出比美国页岩气地层更高的弹性模量^[21]。

4 结论

基于地质—地震—测井和岩心资料的非常规油气地层综合评价技术成功应用于阿联酋西部碳酸盐岩烃源岩地层并获得商业发现，揭示了阿联酋乃至中东地区以碳酸盐岩为主要烃源岩层系的非常规天然气的资源潜力。该套技术集合了基于盆地定量模拟的盆地评价、基于岩石物理—叠前同时反演的地质甜点评价及多尺度裂缝预测，适用于碳酸盐岩地层非常规页岩气的早期评价，对中东类似盆地和地层的非常规天然气资源评价具有借鉴意义。

在非常规天然气评价的早期阶段，资料的可靠性至关重要。岩石物理建模过程中相关模型参数的选择以及弹性参数的预测对于整体评价具有重要影响。此外，基于地震资料的甜点评价对于原始道集的质量提出了要求，高品质资料是保证研究结果的重要基础。

本次研究揭示了阿联酋西部Diyab组碳酸盐岩矿物含量高、脆度大，富黏土段整体有机质含量高，层理特征不明显，具有高弹性模量和泊松比，页岩气勘探潜力巨大。