綜合物探方法聯(lián)合正、反演在海相碳酸鹽巖油氣遠景區(qū)評價中的應(yīng)用

陳思宇，雷 宛，趙倩倩，李會娟，陶 娟

（成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院，四川成都610059）

勘探目標(biāo)的日益復(fù)雜，使得地震勘探方法難以取得各方面都滿足需求的高質(zhì)量資料。而多種地球物理方法的聯(lián)合運用更有利于克服單一方法的局限性。綜合物探方法雖然精度和分辨率不及地震勘探，但綜合物探方法有各自的特點，如重磁方法橫向分辨率較高，而電磁方法，特別是大地電磁方法（MT）穿透能力較強，可達地下幾十甚至數(shù)百上千米，且具有不受高阻屏蔽以及對低阻反映靈敏等特點。綜合物探方法對于重要深度界面展布的研究、斷裂及典型構(gòu)造的劃分以及有利油氣儲集帶埋藏和分布的預(yù)測等方面具有較強的優(yōu)勢，成為地震勘探方法的一種重要補充［1－2］。

我國南方碳酸鹽巖海相油氣遠景區(qū)尚處于早期油氣勘探階段。復(fù)雜的地表地質(zhì)條件影響了地震勘探資料的品質(zhì)［3－5］。在勘探資金有限的條件下，希望盡快了解地下空間結(jié)構(gòu)、構(gòu)造形態(tài)特征及有利油氣儲集層埋藏分布特征，綜合物探方法最佳的選擇。綜合物探方法采用除地震勘探以外的多種地球物理方法進行資料的綜合收集和處理，降低了單一物探方法的多解性，提高了解釋精度，推進了該類地區(qū)油氣勘探的步伐。

鑒于各種地球物理方法的局限性及觀測誤差、數(shù)據(jù)有限等因素造成了地球物理反問題的多解性，開展綜合方法聯(lián)合正、反演是十分必要的。我們以南方海相碳酸鹽巖油氣有利儲層為目標(biāo)，介紹了MT、重力和磁力資料油氣藏模型聯(lián)合正、反演方法，提取出油氣地質(zhì)－地球物理理論異常特征，將理論異常特征與實際目標(biāo)特征進行反復(fù)比對，綜合不同物探方法的各自優(yōu)勢，查明了研究區(qū)褶皺、斷裂和有利油氣儲集層的埋藏展布特征。

1 地質(zhì)概況與巖石物性

1.1 地質(zhì)概況

南方海相碳酸鹽巖油氣遠景區(qū)地處中上揚子板塊東南緣，構(gòu)造變形強烈，主要發(fā)育隔檔式和隔槽式褶皺帶，區(qū)內(nèi)除石炭系及泥盆系地層發(fā)育較薄或不發(fā)育外，較完整地發(fā)育震旦紀(jì)到三疊紀(jì)的海相地層，沉積層系最大厚度近6 000m。該區(qū)內(nèi)埋藏有下寒武統(tǒng)等南方區(qū)域性主力烴源巖和上震旦統(tǒng)陡山沱組等局部性烴源巖，同時，可能較廣泛地發(fā)育上震旦統(tǒng)燈影組、下寒武統(tǒng)石龍洞組—中上寒武統(tǒng)等南方區(qū)域性碳酸鹽巖儲集層［6］。從少數(shù)鉆孔資料看，普遍缺失上古生界地層。該區(qū)主要地層巖性和電阻率及密度特征見表1。

1.2 巖石物性

物性統(tǒng)計規(guī)律是綜合物探方法油氣藏模型正、反演的基礎(chǔ)，是進行地質(zhì)－重磁電物探綜合解釋的前提條件。我們主要參考中上揚子克拉通物性統(tǒng)計規(guī)律，即上覆沉積蓋層均為無磁性或弱磁性；電阻率及密度幅值的高低則存在一定的相關(guān)性，第四系（Q）至前晚元古界上部（AnPt33）地層電阻率值及密度值依次呈“低、高、低、高、低、高”特征（表1）；下寒武統(tǒng)—晚元古界上部（∈1—Pt33）低阻地層以及（二疊系下統(tǒng)—）志留系—奧陶系上統(tǒng)（（P1－）S—O3）的低密度地層可分別作為中上揚子克拉通遠景區(qū)內(nèi)重要的低阻標(biāo)志層和低密度標(biāo)志層，這有利于非震地球物理勘探數(shù)據(jù)的處理及解釋。

表1 中上揚子克拉通地層巖性、電阻率及密度特征［7］

2 綜合物探方法聯(lián)合正演計算

2.1 重磁力、MT聯(lián)合正演原理

系統(tǒng)總結(jié)與歸類典型褶皺、斷層和油氣藏模型特征，參考物性統(tǒng)計規(guī)律及實測重磁力、地電結(jié)構(gòu)特征，建立重磁電物探構(gòu)造／油氣藏模型進行正演計算。其中，重磁正演采用2.5維任意多邊形截面水平柱體重磁場正演方法［8］，MT正演采用2維有限元法正演方法［9］。通過綜合物探方法模型正演計算，提取出重磁力、MT對于各類地質(zhì)構(gòu)造及有利油氣儲層的異常響應(yīng)特征。

2.2 重磁力、MT構(gòu)造／油氣模型的建立

依據(jù)南方海相碳酸鹽巖油氣遠景區(qū)內(nèi)物性統(tǒng)計規(guī)律、主要構(gòu)造單元地質(zhì)特征、區(qū)域油氣地質(zhì)特征、地球物理場特征、MT實測工作參數(shù)等，在缺少地震剖面以及鉆井資料的條件下，通過多種非震物探資料的解釋和綜合研究，給定了自前晚元古界～下三疊統(tǒng)（AnPt33—T1）共5套地層的電阻率、密度以及磁化強度參數(shù)（表2）。經(jīng)飽和煤油及飽和鹽水巖樣測試的結(jié)果顯示，當(dāng)古生界地層賦存油氣時，地層電阻率值較飽和鹽水狀態(tài)升高，升高范圍約2 000Ω·m；密度值較富水時降低，降低范圍約0.3～0.4g／cm3；由于油氣中烴類的長期微滲漏作用［10］，使得油氣儲層及圍巖的磁化強度小幅升高。

2.3 重磁力、MT構(gòu)造／油氣模型正演結(jié)果

通過重磁力、MT構(gòu)造／油氣模型聯(lián)合正演，總結(jié)出了南方海相碳酸鹽巖型油氣遠景區(qū)內(nèi)典型的斷層油氣藏及地層油氣藏的重磁電理論異常規(guī)律。

圖1a和圖1b分別為斷層油氣藏模型，其正、反演結(jié)果分別如圖1c和圖1d所示。在不含油氣的斷層模型中，斷裂帶左側(cè)的重力異常幅值為正，幅值為0～0.5mGal；斷裂帶右側(cè)重力異常幅值較左側(cè)呈低值特征，幅值為－0.8～－0.1mGal；在斷裂帶出露淺地表附近，重力異常曲線出現(xiàn)極小值，極小值約為－0.823mGal，與斷裂帶位置對應(yīng)較好（圖1c）。而含油氣模型中，由于油氣密度相對沉積地層較低，導(dǎo)致重力異常曲線幅值較不含油氣時整體降低，呈負(fù)異常，幅值最低－3.43mGal，而且低值范圍更大，與油氣賦存范圍在地表的投影對應(yīng)較好（圖1d）。ΔT磁異常曲線則主要反映淺地表磁化強度突變的位置，對應(yīng)于磁化強度比沉積地層更高的斷裂帶出露淺地表的位置，但ΔT磁異常曲線對埋藏于地下的油氣藏反應(yīng)不明顯（圖1e，圖1f）。在MT電性剖面中，含油氣和不含油氣斷層模型的頻率—視電阻率剖面結(jié)果（圖1g，圖1h）及反演斷面圖結(jié)果（圖1i，圖1j）均相似。當(dāng)求取含油氣與不含油氣模型MT反演斷面視電阻率值之差時，在油氣賦存的深度范圍內(nèi)，視電阻率值升幅為50～60Ω·m，與油氣賦存的層位及范圍較為吻合（圖2）。因此，在代表同一套地層的電性層內(nèi)追蹤局部高阻層位，可作為追蹤有利油氣儲層的重要對比依據(jù)。

表2 綜合物探構(gòu)造／油氣藏正演模型密度、磁化強度及電阻率參數(shù)

圖1 綜合方法聯(lián)合正演斷層油氣藏模型及計算結(jié)果

圖2 斷層模型油氣藏MT響應(yīng)

在地層油氣藏模型（圖3a，圖3b）中，對于不含油氣的情況，由于淺地表不同時代地層密度的變化，重力異常曲線反映出了正演模型剩余密度“左高右低”的特征（圖3c）；當(dāng)?shù)叵沦x存一定規(guī)模且埋藏較淺的地層油氣藏時，在油氣賦存位置投影到地表的范圍內(nèi)，重力異常值降低，降低范圍介于1～3mGal（圖3d）。含油氣模型ΔT磁異常正演曲線中，在油氣賦存位置出現(xiàn)極大值，幅值最大約為0.85nT，較好地反映了由于化學(xué)作用呈高磁性特征的油氣圈閉（圖3e，圖3f）。在MT頻率—視電阻率剖面圖（里程1～3km，頻率1～102Hz）及反演斷面（里程1～3km，深度－0.5～－2.0km）上，地層油氣賦存的位置視電阻率值升高（圖3g至圖3j）。求取含油氣與不含油氣模型MT反演斷面視電阻率值之差，可發(fā)現(xiàn)在油氣賦存的位置視電阻率升高100～600Ω·m，上覆的薄層高阻地層視電阻率值則略有下降（圖4）。

綜合以上兩組構(gòu)造／油氣藏模型正、反演結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，對于埋深較淺的油氣藏，綜合物探方法對其埋藏深度及空間特征響應(yīng)明顯，這有利于尋找埋藏較淺的局部下古生界有利油氣圈閉；對于埋深大于3km的油氣藏，綜合物探方法無法直接尋找油氣圈閉，主要目標(biāo)應(yīng)放在厘定油氣賦存有利層位的空間展布特征上。

圖3 綜合方法聯(lián)合正演地層油氣藏模型及計算結(jié)果

圖4 地層模型油氣藏MT響應(yīng)

3 應(yīng)用效果分析

研究區(qū)選擇在中上揚子克拉通ZL地區(qū)，在該區(qū)中部施測了ZL綜合物探剖面，MT點距500m，重力點距50m。剖面西段為復(fù)式向斜，核部出露下志留統(tǒng)砂泥巖為主的碎屑巖，兩翼依次為奧陶系灰?guī)r、泥巖互層，寒武系白云巖層；剖面東段為復(fù)式背斜段，基底卷入褶皺核部，地表多出露元古界變質(zhì)巖系。復(fù)式背斜西邊界斷裂在燕山期是重要的逆沖推覆構(gòu)造邊界［11］，對兩翼沉積蓋層控制明顯，破壞了復(fù)式背斜的完整性。

為提高地質(zhì)－物探綜合解釋精度，將綜合物探方法構(gòu)造／油氣藏模型聯(lián)合正演所提取的重磁電理論異常特征作為對比依據(jù)，結(jié)合重力、MT油氣藏模型正、反演成果，分析理論成果與實測資料的差異，修改和完善地球物理解釋模型，盡量減小地球物理資料解釋的多解性，達到與實際的最佳擬合，推測有利儲層的空間展布特征。

應(yīng)用重力2.5維人機交互正、反演計算［12］方法，大地電磁非線性共軛梯度反演［13－14］方法，綜合研究區(qū)物性統(tǒng)計規(guī)律及實測地電特征，不斷修正各套地層的密度、電阻率值以及埋藏深度，密切結(jié)合有利儲層的分布層位，進行地質(zhì)－地球物理綜合解釋［15－18］，劃分有利儲集構(gòu)造帶，推測有利儲層的空間展布特征。圖5是中上揚子DZ－LSJ綜合物探剖面重力正、反演計算模型以及計算結(jié)果，局部重力異常曲線反映了上覆沉積蓋層的密度及厚度的變化；由MT最終油氣模型進一步確定了物探剖面的地電結(jié)構(gòu)，同時推斷了有利儲層的空間展布特征。

從重力、MT油氣模型正、反演結(jié)果（圖5和圖6）可見：二者在相應(yīng)測線段對應(yīng)良好，所揭示的地質(zhì)結(jié)構(gòu)及特征基本一致。在里程135及152km處，呈“重力低，視電阻率等值線突變”特征，分別對應(yīng)了斷層F11與F13，由于斷裂存在多期活動，兩盤縱向斷距較大，對上覆沉積蓋層厚度的控制作用明顯，導(dǎo)致在復(fù)式背斜段內(nèi)，普遍埋藏較深的變質(zhì)基底劇烈向上隆起，與兩斷裂外側(cè)的沉積層序形成較大差異。另外，在斷裂F11下盤一側(cè)的高阻中奧陶統(tǒng)—中寒武統(tǒng)（O2—∈2）灰?guī)r地層及下寒武統(tǒng)—晚元古界上部（∈1—Pt33）低阻地層埋深增加；研究區(qū)內(nèi)發(fā)育一套海相油氣成藏下組合以上震旦統(tǒng)燈影組白云巖、生物碎屑灰?guī)r地層為主的區(qū)域性儲層。結(jié)合綜合物探模型正演計算及重力、MT油氣模型正反演計算結(jié)果，推測在下寒武統(tǒng)—晚元古界上部（∈1—Pt33）低阻電性層上界面賦存薄層有利儲層，厚約數(shù)百米，是斷層油氣成藏前提，其賦存層位與上震旦統(tǒng)燈影組白云巖、生物碎屑灰?guī)r地層吻合，野外地質(zhì)實測資料也證實了推測。因此，確定斷層F11下盤測線段為該區(qū)重點有利油氣測線段，重點勘探層位為上震旦統(tǒng)燈影組海相碳酸鹽巖儲層。

圖5 重力正、反演計算模型及計算結(jié)果

圖6 重力、大地電磁聯(lián)合正、反演計算模型及計算結(jié)果

4 結(jié)束語

立足于我國南方海相碳酸鹽巖油氣遠景區(qū)，通過綜合物探方法聯(lián)合正演計算，提取出研究區(qū)內(nèi)各類典型構(gòu)造、斷裂及油氣藏的重磁電理論異常特征，再結(jié)合重力、MT油氣藏模型正、反演計算，將理論異常特征作為提取實際地電模型及油氣儲集層空間展布的重要對比依據(jù)，完成了（油氣）地質(zhì)－地球物理綜合解釋，揭示了研究區(qū)地下空間結(jié)構(gòu)特征以及有利儲層的空間展布特征，推進了研究區(qū)油氣勘探進程。研究結(jié)果表明了綜合物探方法模型聯(lián)合正、反演計算方法在南方海相碳酸鹽巖油氣勘探中的必要性和良好效果。

［1］于鵬，王家林，吳建生，等.地球物理聯(lián)合反演的研究現(xiàn)狀和分析［J］.勘探地球物理進展，2006，29（2）：87－93 Yu P，Wang J L，Wu J S，et al.Review and discussions on geophysical joint inversion［J］.Progress in Exploration Geophysics，2006，29（2）：87－93

［2］陳永杰，于鵬.大地電磁、地震與重力資料綜合反演在徐聞地區(qū)的應(yīng)用［J］.勘探地球物理進展，2005，28（4）：271－275 Chen Y J，Yu P.Application of joint inversion of magnetotelluric，seismic and gravity data in Xuwen area［J］.Progress in Exploration Geophysics，2005，28（4）：271－275

［3］吳河勇，吳海波，楊瑞召，等.儲層精細預(yù)測技術(shù)：問題與對策［C］∥中國油氣勘探潛力及可持續(xù)發(fā)展論文集，2006：177－181 Wu H Y，Wu H B，Yang R Z，et al.The technology of reservoir fine prediction：problems and strategies［C］∥Symposium of Oil－Gas Exploration Potential and Sustainable Development in China，2006：177－181

［4］梁興，馬力，吳少華，等.南方海相油氣勘探思路與選區(qū)評價建議［J］.海相油氣地質(zhì)，2001，6（3）：1－15 Liang X，Ma L，Wu S H，et al.Review on petroleum exploration in Marine Strata regions in the Southern China with suggestions of oil potential area evaluation［J］.Marine Orgin Petroleum Geology，2001，6（3）：1－15

［5］嚴(yán)良俊，胡文寶，楊紹芬，等.電磁勘探方法及其在南方碳酸鹽巖地區(qū)的應(yīng)用［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2001：1－7 Yan L J，Hu W B，Yang S F，et al.Electromagnetic prospecting method and its application to explorate petroleum in the marine carbonate distribution area of southern China［M］.Beijing：Publishing House of Oil Industry，2001：1－7

［6］謝淵，丘東洲，汪正江，等.雪峰山西側(cè)盆山過渡帶震旦系—下古生界油氣遠景區(qū)預(yù)測與評價［J］.地質(zhì)通報，2012，31（11）：1769－1780 Xie Y，Qiu D Z，Wang Z J，et al.Prediction and evaluation of the Sinian—Lower Palaeozoic oil－gas prospective areas in the basin－mountain transitional region on the western side of the Xuefeng Mountain［J］.Geological Bulletin of China，2012，31（11）：1769－1780

［7］汪啟年，李濤，朱將波，等.道真—松桃—冷水江綜合物探測量成果報告［R］.成都：中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，2010：21－28 Wang Q N，Li T，Zhu J B，et al.Achievements report of integrated geophysical profile measurement in Daozhen－Songtao－Lengshuijiang［R］.Chengdu：Chengdu Center of China Geological Survey，2010：21－28

［8］江玉樂，雷宛.地球物理數(shù)據(jù)處理教程［M］.北京：地質(zhì)出版社，2006：1－24 Jiang Y L，Lei W.Date processing course in Geophysics［M］.Beijing：Geological Publishing House，2006：1－24

［9］童孝忠.大地電磁測深有限單元法正演與混合遺傳算法正則化反演研究［D］.長沙：中南大學(xué)信息物理工程學(xué)院，2008 Tong X Z.Research of forward using finite element method and regularized inversion using hybrid genetic algorithm in magnetotelluric sounding［D］.Changsha：School of Info－Physics of Central South University，2008

［10］劉慶生.磁法直接找油氣研究的現(xiàn)狀和進展［J］.地質(zhì)科技情報，1991，10（4）：89－94 Liu Q S.Studies of oil and gas exploration with magnetic method［J］.Geological Science and Technology Information，1991，10（4）：89－94

［11］劉恩山，李三忠，金龐，等.雪峰陸內(nèi)構(gòu)造系統(tǒng)燕山期構(gòu)造變形特征和動力學(xué)［J］.海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，2010，30（5）：63－73 Liu E S，Li S Z，Jin P，et al.Yanshan structural deformation and dynamics of the Xuefengshan intracontinental tectonic system ［J］.Marine Geology ＆Quaternary Geology，2010，30（5）：63－73

［12］Wannamaker E，Stodt J A，Rijio L.Two－dimensional topographic responses in magnetotellurics modeled using finite elements［J］.Geophysics，1986，51（11）：2131－2144

［13］Rodi W，Mackie R L.Nonlinear conjugate gradients algorithm for 2－D magnetotelluric inversion［J］.Geophysics，2001，66（1）：174－187

［14］王建.綜合物探解釋方法在鹽阜地區(qū)中生界研究中的應(yīng)用［J］.勘探地球物理進展，2005，28（5）：361－367 Wang J.Integrated geophysical study of the Mesozoic formation in Yanfu area［J］.Progress in Exploration Geophysics，2005，28（5）：361－367

［15］翼連勝，史付生，孫建臣，等.綜合勘探技術(shù)在焉耆盆地油氣發(fā)現(xiàn)中的應(yīng)用［J］.石油地球物理勘探，2001，36（增刊）：22－26 Ji L S，Shi F S，Sun J C，et al.Application of integrated exploration technology in the discovery of oil and gas in Yanqi basin［J］.Oil Geophysical Prospecting，2001，36（S）：22－26

［16］鄧榮來，李慶浩，宋桂橋，等.重磁聯(lián)合反演及重磁與MT綜合解釋巴彥浩特盆地火成巖［J］.石油物探，2002，41（2）：222－225 Deng R L，Li Q H，Song Z Q，et al.Investigation on distribution of igneous rock in Bayabhaote Basin with joint inversion and integrated interpretation of gravity，magnetic and MT data［J］.Petroleum Exploration，2002，41（2）：222－225

［17］李繼軍，汪啟年.重磁電聯(lián)合解釋方法在天津城市三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)查中的應(yīng)用［J］.物探與化探，2007，31（4）：444－450 Li J J，Wang Q N.The application of combined gravity－magnetic－electric method to the urban three－dimensional geological structure survey in Tianjin［J］.Geophysical and Geochemical Exploration，2007，31（4）：444－450

［18］汪啟年，李濤，朱將波.雪峰山西側(cè)深部構(gòu)造的特征——來自大地電磁測深（MT）的新證據(jù)［J］.地質(zhì)通報，2012，31（11）：1826－1837 Wang Q N，Li T，Zhu J B.Deep structure characteristics on the western side of the Xuefeng Mountain：new evidence from megnetotelluric（MT）sounding［J］.Geological Bulletin of China，2012，31（11）：1826－1837