地震勘探方法在川東深層富鉀鹵水勘探中的應(yīng)用

閻建國(guó)，侯 磊，趙玉紅，楊曉玉

（成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院，成都 610059）

1 前言

鉀鹽隨著社會(huì)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展被廣泛應(yīng)用，不但用于農(nóng)業(yè)所需的鉀肥，而且廣泛用于一些重要的工業(yè)產(chǎn)品如顯像管、清潔劑、建筑材料和玻璃制造等，需求量日益增大。地表淺層易于發(fā)現(xiàn)與開采的鉀鹽資源日益減少，致使世界范圍的找鉀研究迅速擴(kuò)大，且不斷深入。

鉀鹽礦石工業(yè)類型有很多種，本文主要以地震勘探方法尋找液態(tài)鉀礦石（即深層地下鹵水）。四川盆地海相地層的殘余海水為富鉀鹵水形成提供了可靠的物質(zhì)基礎(chǔ)；厚大的砂泥巖蓋層和較大的埋深是富鉀鹵水能保存至今的良好條件；背斜褶皺和斷裂、裂縫為富鉀鹵水滲流、富集提供了必要的空間[1]。此外，盆地內(nèi)有大量的探井，已發(fā)現(xiàn)并證實(shí)：三疊系下三疊統(tǒng)嘉陵江組和中三疊統(tǒng)雷口坡組為富鉀鹵水層[2]。富鉀鹵水資源在四川盆地已經(jīng)具備生成和儲(chǔ)集的條件。

地震勘探是利用人工激發(fā)的彈性波來定位礦藏，獲取地質(zhì)信息，它的主要優(yōu)勢(shì)在于獲得深部地層信息[3]，故將地震方法運(yùn)用于尋找深部地層富鉀鹵水礦中，把鹵水儲(chǔ)層作為一種特殊的含流體沉積儲(chǔ)層，在儲(chǔ)層特征研究中應(yīng)充分發(fā)揮地震勘探及地球物理方法的優(yōu)勢(shì)和作用，達(dá)到尋找富鉀鹵水的目的。

本文以四川東部某地為探鹵區(qū)，運(yùn)用地震勘探方法尋找深層鹵水，總結(jié)概括出一套能運(yùn)用于該地區(qū)尋找富鉀鹵水的地震勘探方法，確定富鉀鹵水的層段、分布和勘探前景。

2 富鉀鹵水儲(chǔ)層地震資料解釋方法和流程

2.1 川東富鉀鹵水形成條件

川東雷口坡組巖性為白云巖、石灰?guī)r、石膏及泥頁巖的組合并夾雜紫紅色的泥巖和泥灰?guī)r。雷口坡組沉積時(shí)，氣候較干旱、蒸發(fā)強(qiáng)、鹽度不正常，故出現(xiàn)大量的白云巖、石膏和硬石膏沉積，即使在水動(dòng)力較強(qiáng)、沉積砂屑與藻砂屑的地方，鹽度也較高，使粒屑間也多為硬石膏膠結(jié)，這為后期溶蝕作用產(chǎn)生次生融孔，形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層提供了有利條件。

原始沉積鹵水在長(zhǎng)期的深埋條件下，變質(zhì)作用加深，一方面鹵水礦化度增高，穩(wěn)定成分富集，另一方面沉積層中的水被擠出，鹽類結(jié)晶水脫出，這兩類水運(yùn)移到儲(chǔ)層過程中，使鹵水的化學(xué)組成發(fā)生了改造，特別是鹽類物質(zhì)的地?zé)嶙冑|(zhì)脫水溶融，加強(qiáng)了鹽類的熱融和水溶變質(zhì)作用，使可溶鹽組分不斷轉(zhuǎn)入液相，乃至K+、Rb+的加入，使原始鹵水組成發(fā)生了極大的改變，濃度增高，K+、Rb+含量增高，給富鉀鹵水提供了保障。

2.2 解釋方法與流程圖

結(jié)合川東地區(qū)儲(chǔ)鹵地層特征，按照油鉀兼探的指導(dǎo)思路，在對(duì)儲(chǔ)層特征進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，以尋找油氣儲(chǔ)層的實(shí)際方法為手段，結(jié)合流體沉積儲(chǔ)層的特殊性，對(duì)所獲得的三維地震資料解釋采用人機(jī)聯(lián)作、縱橫時(shí)間剖面相結(jié)合、相干屬性、水平時(shí)間切片、層拉平技術(shù)、波阻抗反演等手段，對(duì)研究區(qū)塊的儲(chǔ)鹵層進(jìn)行構(gòu)造精細(xì)解釋和儲(chǔ)層識(shí)別與預(yù)測(cè)。

根據(jù)前人的研究成果[4]，川東地質(zhì)構(gòu)造高陡，有良好的圈閉條件，同時(shí)根據(jù)沉積環(huán)境分析認(rèn)為，研究區(qū)的嘉陵江組特別是雷口坡組地層是主要的儲(chǔ)鹵層。受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及古沉積環(huán)境的約束，裂縫發(fā)育區(qū)及古凹陷區(qū)將是尋找富鉀鹵水的有利區(qū)域。

根據(jù)以上所述的研究思路和研究方法，筆者等總結(jié)了川東地區(qū)三疊系富鉀鹵水勘探地震資料解釋方法的流程圖（見圖1），從地震屬性和古構(gòu)造分析以及反演等三方面探討儲(chǔ)鹵構(gòu)造，并預(yù)測(cè)儲(chǔ)鹵有利區(qū)塊。

圖1 資料解釋方法流程圖Fig.1 Data interpretation method flow chart

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 工區(qū)地層概況

該地區(qū)下、中三疊統(tǒng)嘉陵江組和雷口坡組地層巖性組合為碳酸鹽巖與蒸發(fā)巖互層，其中的斷裂、褶皺及其總體構(gòu)造形變特征等與鹵水的富集有著極為密切的關(guān)系，該層段為主要含鹵層段。

三維地震數(shù)據(jù)體包含豐富的地層、巖性等信息，對(duì)三維數(shù)據(jù)體進(jìn)行層位拾取，地震時(shí)間層位解釋剖面（見圖2）上，自上而下四條層位分別為X1底（雷口坡頂）、L2、J5、J4。X1底到J4層段之間巖性主要為白云巖、石灰?guī)r、石膏及泥頁巖的組合并夾雜紫紅色的泥巖和泥灰?guī)r，有時(shí)夾雜雜鹵石。

圖2 層位解釋剖面圖Fig.2 Horizon interpretation section

3.2 地震剖面特征

川東三疊統(tǒng)嘉陵江組和雷口坡組地層在地震剖面上反映為一系列復(fù)雜的斷壘、斷塹及其復(fù)合形式的構(gòu)造、斷裂極發(fā)育，且斷裂多與上下構(gòu)造層不相通。地震剖面L2—J5層段間，同相軸斷點(diǎn)多而雜，并且繞射縱橫交錯(cuò)，各種波長(zhǎng)交叉疊置，巖層內(nèi)部繞射波異常豐富，繞射尾巴長(zhǎng)，能量強(qiáng)（見圖3）。

圖3 L2—J5層段地震剖面Fig.3 The seismic section of L2—J5 layers

除此以外，結(jié)合川東地質(zhì)構(gòu)造特征，X1底到J4層段之間主要儲(chǔ)集類型以裂縫和裂縫-孔隙性為主，地震剖面（見圖2）上斷層發(fā)育明顯，斷層之間交錯(cuò)發(fā)育，具有良好的儲(chǔ)滲關(guān)系。

3.3 構(gòu)造及裂縫特征

在對(duì)三維數(shù)據(jù)體層位拾取的基礎(chǔ)上，繪制出中部L2層構(gòu)造圖和深部J4層構(gòu)造圖，L2層構(gòu)造圖（見圖4）斷裂發(fā)育復(fù)雜，斷裂有前后期之分，前期斷裂主要呈現(xiàn)北東-南西走向，后期斷裂主要從北西-南東走向切割早期斷層，形成現(xiàn)在的復(fù)雜斷裂發(fā)育。局部看來C25井附近斷裂構(gòu)造較為復(fù)雜，B2井與DW3井附近斷裂相對(duì)發(fā)育簡(jiǎn)單，斷裂主要呈北東-南西走向。

圖4 L2層構(gòu)造圖Fig.4 The structure diagram of L2 layer

J4層構(gòu)造圖（見圖5）斷裂相對(duì)不發(fā)育，僅存在北東-南西向斷裂，構(gòu)造條件較簡(jiǎn)單。常規(guī)三維地震資料解釋（三維數(shù)據(jù)體的二維解釋）的工作量很大，而且很難得到隱藏在三維地震數(shù)據(jù)體中關(guān)于斷層和特殊巖性體的清晰且準(zhǔn)確的直觀圖像。相干數(shù)據(jù)體通過道間相似性等屬性的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)三維振幅數(shù)據(jù)體向三維相似系數(shù)等屬性體的轉(zhuǎn)換[3]。

從L2層位的相干屬性切片（見圖6）中能夠看出，深色區(qū)域?yàn)榱芽p發(fā)育區(qū)域，在北東-南西方向有兩條大的裂縫帶，北西-南東方向也有較小的裂縫帶發(fā)育，整體發(fā)育復(fù)雜，呈現(xiàn)十字交叉狀，以北東-南西方向發(fā)育為主，C25井、B2井、DW3井也均處在深色區(qū)域，即裂縫發(fā)育區(qū)域。

圖5 J4層構(gòu)造圖Fig.5 The structure diagram of J4 layer

圖6 相干屬性體的L2層切片F(xiàn)ig.6 The L2 layer section of coherent attribute body

從J4層位的相干屬性切片（見圖7）能夠看出裂縫發(fā)育的走向已經(jīng)從北西-南東向與北東-南西向的走勢(shì)變?yōu)閮H有的北東-南西向裂縫，C25井、B2井、DW3井已基本處于裂縫邊緣地帶。兩層裂縫發(fā)育方向發(fā)生急劇變化，L2—J4層段之間可能發(fā)育有裂縫性儲(chǔ)層。

3.4 古構(gòu)造恢復(fù)

層拉平方法是在層序地層學(xué)和物探新技術(shù)上發(fā)展起來的一種比較簡(jiǎn)單直觀的古地貌恢復(fù)方法[5]，本文運(yùn)用層拉平方法恢復(fù)古地貌，尋找古地貌特征，查找有利儲(chǔ)層區(qū)域范圍。

圖7 相干屬性體的J4層切片F(xiàn)ig.7 The J4 layer section of coherent attribute body

另一方面，殘留可容納空間是物源水系進(jìn)入盆地后的主要運(yùn)輸空間，控制著沉積體系乃至儲(chǔ)集體的宏觀分布[6]。促使筆者等使用古構(gòu)造恢復(fù)方法探測(cè)地下是否存在上述的殘余可容納空間。

本文主要采用層位拉平技術(shù)將頂層拉平，觀察其下層地質(zhì)特征：由圖8能夠看出拉平X1底，在C25井與B2井所處區(qū)域的古地貌存在地質(zhì)古凹陷，即上文所提到的殘余可容納空間。

圖8 拉平X1層剖面圖Fig.8 The flatten of X1 layer section

拉平L2層（見圖9）剖面圖上，在C25井和B2井附近仍存在這個(gè)局部古凹陷。拉平J5層（見圖10）剖面圖上，J4層古凹陷已經(jīng)不能夠被觀察，而現(xiàn)今構(gòu)造中的X1底、L2層突起已經(jīng)顯現(xiàn)，根據(jù)此種現(xiàn)象以及鉆井等地質(zhì)資料可以確定儲(chǔ)鹵區(qū)域?yàn)長(zhǎng)2—J5層段。

圖10 拉平J5層剖面圖Fig.10 The flatten of J5 layer section

3.5 反演預(yù)測(cè)

前人在川西地區(qū)鹵水勘探中應(yīng)用波阻抗反演、電阻率反演、伽馬反演等得出川西富鉀鹵水儲(chǔ)層具有低（速）阻抗、低電阻率、高伽馬的地球物理響應(yīng)特征。在川東地區(qū)，筆者等對(duì)研究區(qū)塊有利層段進(jìn)行波阻抗反演。川東研究區(qū)L2—J5層段之間巖性主要為白云巖、灰?guī)r和硬石膏，其巖性特征與前人研究的川西儲(chǔ)鹵層巖性類似，川西儲(chǔ)鹵區(qū)波阻抗反演特征為低阻抗特性[7]，從圖11中能夠看出，圍繞C25井周圍波阻抗特性也為低值。故此，川東富鉀鹵水儲(chǔ)層也具有低阻抗特性，并且印證川東富鉀鹵水主要儲(chǔ)集在L2—J5層段，由于本文重點(diǎn)在利用地震屬性和層拉平技術(shù)尋找有利鹵水富集，對(duì)于反演的應(yīng)用就不再贅述。

3.6 儲(chǔ)鹵有利區(qū)分析

根據(jù)C25井鉆井資料，富鉀鹵水產(chǎn)出于3251.1～3269.3 m井段內(nèi)，其具體出鹵部位有3段：a.3251.1～3251.5 m，巖性為薄層白云巖夾硬石膏巖；b.3258.0～3261.1 m和 3263.9～3269.3 m，其巖性為大套石灰?guī)r夾具針孔狀溶孔的粒屑云巖，后兩套出鹵段厚度較大，為C25井主要出鹵段，出鹵段在鉆井分層數(shù)據(jù)上對(duì)應(yīng)著L2和J5層，所以主要出水段在L2底界和J5頂界之間。

圖11 波阻抗反演剖面Fig.11 The inversion section of wave impedance

測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的結(jié)果與地震相干屬性、反演得到的結(jié)果一致，川東富鉀鹵水主要儲(chǔ)存于以L2為蓋層的L2—J5層段。

綜合地震相干屬性與層拉平結(jié)果，有利區(qū)塊的預(yù)測(cè)是通過拉平X1底，得到J5的古構(gòu)造顯示，淺灰色及其中間深色區(qū)域?yàn)楣虐枷輩^(qū)域，該區(qū)域呈現(xiàn)條帶狀分布，這與時(shí)間厚度圖（見圖12）相互呼應(yīng)，該區(qū)域現(xiàn)今厚度較大，古構(gòu)造為凹陷區(qū)塊，再結(jié)合裂縫區(qū)域預(yù)測(cè)結(jié)果，這是塊呈北東-南西走向的亮色區(qū)域?yàn)閮?chǔ)鹵有利區(qū)塊，該區(qū)鹵水儲(chǔ)層發(fā)育主要位于L2與J5之間，具有可觀的預(yù)測(cè)儲(chǔ)量，應(yīng)當(dāng)加快勘探步伐。預(yù)測(cè)的有利區(qū)帶（圖13黑框區(qū)），其中包括已經(jīng)查明具有鹵水資源的C25井和B2井。

圖12 L2—J5層段時(shí)間厚度圖Fig.12 The time-thickness map between L2 and J5 layer

4 結(jié)語

圖13 川東有利區(qū)塊預(yù)測(cè)圖Fig.13 The prediction map of sweet area in East Sichuan

通過在四川東部某區(qū)應(yīng)用地震勘探方法尋找富鉀鹵水儲(chǔ)層，已經(jīng)探明該區(qū)儲(chǔ)鹵構(gòu)造主要為鹽盆（石膏層中夾雜有鹽巖[8]）儲(chǔ)水，富鉀鹵水儲(chǔ)層具有低阻抗特征，川東地區(qū)具有兩頭高、中間低的隆升特征，與本文所得到的主要富集為古地理坳陷一致，裂縫為主要的滲流通道，鹵水的分布主要受控于裂隙和古凹陷系統(tǒng)。

本文通過地震勘探方法對(duì)四川東部某區(qū)塊富鉀鹵水儲(chǔ)層的探索性勘探，總結(jié)出了一套關(guān)于尋找四川東部深層富鉀鹵水的地震勘探方法，即通過地震剖面上地震反射軸的變化特征并結(jié)合該地區(qū)地質(zhì)特征確定可能層段，再通過地震屬性、層拉平技術(shù)、反演技術(shù)，結(jié)合測(cè)井響應(yīng)特征，確定具體儲(chǔ)鹵層段，最后利用之前得到的富鉀鹵水地質(zhì)特征，預(yù)測(cè)該區(qū)勘探遠(yuǎn)景。

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