用大功率長偏移距瞬變電磁測(cè)深圈定深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層

何青松，石艷玲，宋群會(huì)，曾凡桂

(1.太原理工大學(xué)，煤科學(xué)與技術(shù)教育部及山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西太原 030024;2.中國石油東方地球物理公司，河北涿州 072751)

1 引言

電磁測(cè)深作為一種不可或缺的物探方法，在基礎(chǔ)地質(zhì)、礦產(chǎn)勘查、地?zé)峒肮こ炭碧降鹊厍蛭锢砜碧街袀涫芮嗖A(劉光鼎，2002;趙國澤等，2007;趙殿棟，2009)。在油氣勘探中電磁測(cè)深則同重磁力勘探方法一起被稱為非地震類，而入另冊(cè)。然而，21世紀(jì)以來，電磁測(cè)深法在地震方法難以奏效的地區(qū)，如玄武巖覆蓋區(qū)、逆掩推覆帶以及深層目標(biāo)油氣勘探中均取得了成功(Strack et al.，1990;呂友生等，1994)。其中大功率固定源法(LOTEM)采用200kW大功率發(fā)射系統(tǒng)、24位電磁采集站，其勘探精度較常規(guī)電磁法有明顯提高(樸化榮，1990)，在近年來的油氣目標(biāo)勘探與研究中取得良好的效果，而受到廣泛報(bào)道和應(yīng)用(賈進(jìn)斗等，1998;何展翔等，2001)，本文將要介紹的LOTEM在中國西部T盆地ZY構(gòu)造帶地區(qū)深層儲(chǔ)層研究就是其中之一例。

關(guān)于T盆地奧陶統(tǒng)白云巖儲(chǔ)層特征與成因類型有很多探討和論述，對(duì)該區(qū)白云巖儲(chǔ)層的沉積環(huán)境以及控制作用都進(jìn)行了大量研究(顧家裕，2000;蔣裕強(qiáng)等，2000;楊威等，2000;劉忠寶等，2004;杜耀斌等，2005;焦存禮，2011)。沈昭國等(1995)早在1995年就對(duì)該盆地古生界白云石化成因機(jī)理及模式進(jìn)行了探討，后來邵龍義等(2002)又對(duì)該盆地西部隆起寒武系及奧陶系白云巖類型及形成機(jī)理進(jìn)行了研究，王祺等(2001)則論述了該盆地西部碳酸鹽巖成巖環(huán)境特征及其對(duì)儲(chǔ)層物性的控制作用;安曉璇(2010)對(duì)該盆地塔中地區(qū)寒武－奧陶系白云巖儲(chǔ)層特征進(jìn)行了研究，指出了該地區(qū)奧陶系古潛山型油氣藏成藏條件和中上奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖層序發(fā)育對(duì)同生期巖溶作用的控制，對(duì)該區(qū)油氣勘探前景，特別是下古生界白云巖儲(chǔ)層油氣勘探前景作了中肯的評(píng)價(jià)，展示出了良好油氣勘探潛力(康玉柱，2006;鄭和榮等，2007)。2010年我國西部T盆地ZY構(gòu)造帶地區(qū)部署的深井－TY2井在下奧陶統(tǒng)白云巖段獲得高產(chǎn)工業(yè)油氣流，這一突破證實(shí)了前人的研究成果，白云巖儲(chǔ)層的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著中國西部T盆地白云巖是一個(gè)現(xiàn)實(shí)的油氣勘探領(lǐng)域。

但由于下古生界白云巖與灰?guī)r的波阻抗差很小，加之目標(biāo)地層埋深較大，地表地質(zhì)條件較復(fù)雜，因而僅僅依靠地震資料研究深部構(gòu)造及進(jìn)行巖性對(duì)比效果不太理想，經(jīng)過攻關(guān)也未能取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。在研究產(chǎn)氣層電測(cè)井資料時(shí)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)氣層電阻率相當(dāng)?shù)?，而且產(chǎn)量與電測(cè)電阻率大小成反比;進(jìn)一步研究表明高阻碳酸巖中的這類產(chǎn)氣白云巖段往往具有較大的孔隙度和較圍巖低得多的電阻率，因此針對(duì)這種物性特征采用電磁測(cè)深進(jìn)行勘探無疑是最佳選擇，而大功率LOTEM因其所具有的勘探精度和勘探深度又成為首選。盡管物性條件頗佳，但該探區(qū)地表覆蓋巨厚流動(dòng)沙丘，地下目標(biāo)深度大，厚度小，這對(duì)于LOTEM法是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。對(duì)于該探區(qū)低阻白云巖儲(chǔ)層的研究無疑是一種積極的、有意義的探索。

2 大沙漠區(qū)LOTEM工作方法

LOTEM法采用長直導(dǎo)線(AB)向地下供入強(qiáng)大的方波電流(100A)，在一定距離(收發(fā)距R=6～15km)處的剖面上，通過磁棒接收方波激發(fā)后產(chǎn)生的純二次場(chǎng)，圖中T為激發(fā)信號(hào)周期(s)(圖1)。首先，將發(fā)射點(diǎn)A、B選擇在潮濕低凹處，用推土機(jī)將浮砂推開，直到出現(xiàn)濕砂為止，采用鐵板作為接地;A、B之間采用四組電纜并聯(lián)，以降低電路電阻，AB供電極一般長6～10km。接收采用磁棒，挖坑垂直埋置，并用浮砂覆蓋以免風(fēng)動(dòng)干擾。由于供電電流可達(dá)100A，因而資料信噪比相當(dāng)高。

圖1 LOTEM勘探示意圖Fig.1 Sketch of LOTEM sounding

3 提高信噪比的預(yù)處理方法

由于激發(fā)周期可以人為控制，因此一般每個(gè)排列都要記錄64～128個(gè)周期的信號(hào)，在室內(nèi)處理中可以采用地震法常用的一些處理方法來進(jìn)一步消除噪聲干擾，提高信噪比，以便有效地提取異常信息、突出電性異常剖面上的標(biāo)志。按處理的先后可分為疊前處理、疊加處理和疊后處理。疊前處理包括數(shù)據(jù)記錄的回放顯示、頻譜分析，用來了解干擾水平和強(qiáng)干擾噪聲的頻率特征，對(duì)個(gè)別周期的無規(guī)則的干擾可以直接刪除該周期的記錄，對(duì)具有一定頻率特性的干擾，則采取疊前濾波的方法去除該頻率的信號(hào);然后，就可進(jìn)行疊加處理，即對(duì)去除干擾后野外重復(fù)采集的周期信號(hào)進(jìn)行疊加，因此，可使隨機(jī)噪聲的均方誤差減至最小，疊加后各得到一套衰減曲線;疊后處理的信號(hào)可能還包含有一些噪聲，可以進(jìn)一步進(jìn)行平滑和濾波，最后，為了消除采集系統(tǒng)響應(yīng)，需要對(duì)疊后信號(hào)進(jìn)行反褶積等。經(jīng)過這些處理后可以得到信號(hào)曲線E(t)，其信噪比大大提高，一般能達(dá)到0.1% ～0.5%。為了消除裝置響應(yīng)還要利用關(guān)系式F(t)=K×t×E(t)，求出標(biāo)準(zhǔn)化曲線F(t)。式中:K為裝置系數(shù);t為時(shí)間。

4 獲取高精度剖面異常的處理方法

首先是高分辨率剩余異常場(chǎng)的求取，這是借鑒于地震亮點(diǎn)技術(shù)，通過各種運(yùn)算來突出局部電性異常，尤其是通過分離局部強(qiáng)振幅異常和有關(guān)的波形來實(shí)現(xiàn)。具體方法是，首先采用簡單層狀模型擬合求出一個(gè)等效的層狀介質(zhì)模型場(chǎng)響應(yīng)，然后計(jì)算實(shí)測(cè)響應(yīng)F(t)與模型之差的一階或二階導(dǎo)數(shù)，做出一階或二階高分辨率剩余異常場(chǎng)δf'(t)剖面圖。其中一階導(dǎo)數(shù)剖面圖的特點(diǎn)是，強(qiáng)振幅對(duì)應(yīng)于電性界面，振幅為正時(shí)，對(duì)應(yīng)于低－高阻分界面;振幅為負(fù)時(shí)，對(duì)應(yīng)于高－低阻分界面。顯然二階導(dǎo)數(shù)剖面圖上零界點(diǎn)就是電性界面，振幅為正時(shí)對(duì)應(yīng)于高阻層，振幅為負(fù)時(shí)，對(duì)應(yīng)于低阻層。

第二步采用全區(qū)視電阻率求取方法，將處理后的曲線F(t)轉(zhuǎn)換成視電阻率曲線ρ(t)或視電導(dǎo)曲線S(t)。

第三步是獲得深度剖面:當(dāng)電磁波向地下傳播時(shí)，其速度主要取決于介質(zhì)的導(dǎo)電率，根據(jù)地表不同測(cè)點(diǎn)記錄信號(hào)到達(dá)的時(shí)間及相應(yīng)的視電導(dǎo)值S(t)，便可將對(duì)應(yīng)的高分辨率剩余異常場(chǎng)δf'(t)剖面圖轉(zhuǎn)換成深度剖面δf'(h)。

5 深度剖面的標(biāo)定與解釋方法

上面所獲得的高精度深度剖面δf'(h)能反映出地下電性微弱的相對(duì)變化規(guī)律，但其分辨率仍是有限的，而且也難以對(duì)深度剖面做出合理的地質(zhì)解釋，必須尋找一把合適的尺子。故此，我們對(duì)電測(cè)井曲線做如下處理，首先在深度域作高通空間濾波處理，濾波窗口設(shè)置為小于125m左右，相當(dāng)于獲得了電測(cè)井曲線上小的薄層信息，同時(shí)，對(duì)電測(cè)井曲線作低通空間濾波(濾波器的窗口大于500m)處理，得到地層背景電性變化的曲線。然后，從實(shí)際電測(cè)井曲線中減去上述兩次濾波處理的曲線，得到除去了背景和過薄微層的測(cè)井微電性曲線。經(jīng)驗(yàn)表明，上面濾波窗口的設(shè)置要根據(jù)剖面分辨率來做調(diào)整，另外濾波次數(shù)也要視電測(cè)曲線采樣點(diǎn)的稀密來確定。最后，將獲得的測(cè)井微電性曲線與LOTEM井旁測(cè)深曲線進(jìn)行對(duì)比，即對(duì)圖2中610和612為LOTEM測(cè)點(diǎn)測(cè)深曲線進(jìn)行標(biāo)定，確定剩余異常場(chǎng)深度剖面的層位和深度。

圖2 井旁測(cè)深曲線標(biāo)定Fig.2 Calibration of near－well sounding curves

從標(biāo)定的LOTEM井旁測(cè)深點(diǎn)出發(fā)，進(jìn)行強(qiáng)界面對(duì)比追蹤，結(jié)合地質(zhì)、地震、鉆井等已知資料，進(jìn)行剖面地質(zhì)解釋，獲得了兩個(gè)比較明顯的的地質(zhì)界面:奧陶系灰?guī)r頂、奧陶系白云巖低阻儲(chǔ)層。圖3為一條剖面的解釋結(jié)果。

圖3 T99－527測(cè)線解釋剖面Fig.3 Interpretation section of the line T99 －527

獲取剖面特征參數(shù):為了對(duì)儲(chǔ)層特性進(jìn)行描述，我們綜合探區(qū)鉆井電測(cè)資料獲得了電阻率和孔隙度剖面，并計(jì)算了儲(chǔ)層有效厚度。

(1)電阻率剖面:LOTEM剩余異常場(chǎng)二階導(dǎo)數(shù)深度剖面反映的是地層電性的相對(duì)變化，雖然強(qiáng)弱界面差異明顯、對(duì)比性強(qiáng)，但還不是剖面電性變化的直觀反映。

根據(jù)前面的標(biāo)定我們知道，經(jīng)過處理可以得到測(cè)井微電性曲線，測(cè)井微電性曲線與LOTEM剖面電性相對(duì)變化是基本一致的，但剖面中電性背景被濾除，不能反映真實(shí)電阻率變化，為此，我們利用測(cè)區(qū)及其周邊35口井的低通空間濾波后的測(cè)井電測(cè)曲線，通過井間插值和外推，建立全區(qū)電測(cè)井電阻率背景值。然后，在LOTEM求得的剩余異常剖面中疊加上這一背景值，即獲得能客觀反映剖面地電特征的電阻率。

(2)孔隙度剖面:孔隙度是評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的重要參數(shù)。研究儲(chǔ)層特征，首先就要研究孔隙度的分布特征。這里主要根據(jù)測(cè)井孔隙度與電阻率關(guān)系，從上面的電阻率剖面中求取孔隙度剖面。

根據(jù)電測(cè)井曲線與巖石物性的對(duì)比，可以得出孔隙度與電阻率成反比關(guān)系，即:孔隙度增大，電阻率降低;孔隙度減小，電阻率升高。于是我們對(duì)下古生界測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到了孔隙度與電阻率的關(guān)系式(圖4)，就把LOTEM電阻率剖面轉(zhuǎn)換為孔隙度剖面。

(3)儲(chǔ)層有效厚度:為了提取能反映客觀儲(chǔ)層特征的厚度參數(shù)，我們引入臨界孔隙度Φ0，并且認(rèn)為:當(dāng)Φ＜Φ0時(shí)，該巖層段厚度不計(jì)入儲(chǔ)層厚度;當(dāng)Φ＞Φ0時(shí)，巖層才具有儲(chǔ)集能力，該巖層段厚度計(jì)入儲(chǔ)層有效厚度。

圖4 孔隙度與電阻率的關(guān)系Fig.4 Relationship between porosity and resistivity

確定臨界孔隙度:①收集區(qū)內(nèi)深井的奧陶系白云巖儲(chǔ)層埋深及厚度數(shù)據(jù);②列出井旁LOTEM點(diǎn)儲(chǔ)層的孔隙度值，并繪制成曲線;③在LOTEM孔隙度曲線上標(biāo)出鉆井儲(chǔ)層的位置，取對(duì)應(yīng)的最小孔隙度作為臨界值;④綜合考慮多口鉆井，取Φ0=1.7%。

求取儲(chǔ)層有效厚度:①從LOTEM深度剖面上求出儲(chǔ)層埋深及厚度初值;②在初值范圍內(nèi)搜索孔隙度剖面中儲(chǔ)層段的孔隙度數(shù)據(jù)，找出與臨界孔隙度Φ0值相對(duì)應(yīng)的頂、底埋深，其差即為儲(chǔ)層厚度;③某些測(cè)點(diǎn)計(jì)算的孔隙度恒小于Φ0值，按上述方法其厚度為零，這里將其儲(chǔ)層厚度設(shè)為LOTEM剖面最小分辨率的一半40m。

6 白云巖儲(chǔ)層的初步描述

在分析了奧陶系白云巖低阻儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)電阻率、孔隙度、厚度參數(shù)以及構(gòu)造特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合已知的地質(zhì)、鉆井資料，對(duì)測(cè)區(qū)儲(chǔ)層和油氣有利區(qū)進(jìn)行了綜合分析、評(píng)價(jià):

圖5 奧陶系白云巖儲(chǔ)層描述圖Fig.5 Characteristics of the Ordovician dolomite reservoirs

LOTEM查明中國西部TZY構(gòu)造帶奧陶系白云巖儲(chǔ)層為一低阻電性層，電阻率最小可至30Ω·m，一般為100Ω·m左右，圖5a描述了探區(qū)白云巖儲(chǔ)層的電阻率變化規(guī)律，可見在ZY構(gòu)造帶TY2井至ZY構(gòu)造帶1井存在北西向兩個(gè)主要低阻儲(chǔ)層帶，圖5b描述了探區(qū)白云巖儲(chǔ)層的孔隙度變化規(guī)律，一般高產(chǎn)儲(chǔ)層孔隙度大于1.75%，最大可達(dá)2.5%，圖5c描述了探區(qū)白云巖儲(chǔ)層的厚度變化規(guī)律，厚度最大可達(dá)300m，一般為200m左右。

將儲(chǔ)層的電阻率、孔隙度和厚度圖疊合，得到奧陶系白云巖低阻儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)圖(圖5d)，預(yù)測(cè)了四個(gè)最有利的儲(chǔ)層區(qū)(即Ⅰ類儲(chǔ)層區(qū))。

圖5d中:具有高孔隙度、低電阻率及較厚儲(chǔ)層厚度的地區(qū)為I類儲(chǔ)層區(qū);具有高孔隙度、較高電阻率或較薄儲(chǔ)層厚度的地區(qū)為II類儲(chǔ)層區(qū);低孔隙分布區(qū)為III類儲(chǔ)層區(qū)。并且結(jié)果結(jié)合油氣橫向運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)認(rèn)為，位于構(gòu)造高部位或斷層附近的Ⅰ類儲(chǔ)層區(qū)，同時(shí)也是油氣運(yùn)移指向的地區(qū)為Ⅰ類有利區(qū)。

7 結(jié)論

針對(duì)ZY構(gòu)造帶復(fù)雜地表?xiàng)l件，LOTEM法采用特殊的施工方法，采取了大量壓制噪聲干擾的數(shù)據(jù)處理方法，以及提高剖面分辨率的處理手段，使該方法能在深層碳酸鹽巖地區(qū)能有效地分辨碳酸鹽巖高阻中的低阻薄層，彌補(bǔ)了地震資料在碳酸鹽巖中難以獲得有效反射的不足。利用LOTEM資料，結(jié)合測(cè)區(qū)內(nèi)鉆井、井旁測(cè)深等多種資料，對(duì)工區(qū)電性特征進(jìn)行了研究，初步描述了高阻碳酸鹽巖中低阻儲(chǔ)層特征及分布規(guī)律，并結(jié)合區(qū)內(nèi)鉆井、地質(zhì)、地震資料，對(duì)儲(chǔ)層有利目標(biāo)進(jìn)行了預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，對(duì)于類似地區(qū)和相同物性條件的儲(chǔ)層研究是意義的探索，也可作為地震勘探一種有益的補(bǔ)充。

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