蒲 丹,雷 宛,李 怡,王 凱,陳思宇
(成都理工大學 地球物理學院,四川 成都 610059)
中上揚子海相盆地作為能源調(diào)查評價靶區(qū),其海相碳酸鹽巖地層具有優(yōu)越的原生石油地質(zhì)條件,擁有多套優(yōu)質(zhì)的生儲蓋組合[1-2].其中,在XF山西側(處于中上揚子東部邊緣與XF山基底拆離造山帶之間)已初步圈定油氣資源勘探選區(qū)[3].由于該地區(qū)為多旋回疊合的改造型海相盆地,構造演化史復雜,直接影響油氣調(diào)查與勘探潛力的評價.該地區(qū)雖已完成地質(zhì)—地球物理剖面、深層地震勘探等物探解釋,但因存在基巖裸露、風化強烈、技術方法有限等因素,難以達到預期效果,且除了近期完成的建深1井等鉆井外,針對以下古生界為目的層位的已知鉆井的物探解釋少見.由于南方海相碳酸鹽巖地區(qū)特殊的地表地形條件和復雜的地震地質(zhì)條件,地震勘探受到制約,該地區(qū)的油氣勘探必須立足于其特殊性[4],針對不同實際情況,采用多種有效勘探方法[5].賈進斗等提出在不同油氣勘探階段、不同地表及地質(zhì)條件下的重磁電非地震勘探技術,在廣西桂中、塔里木盆地塔中、遼河拗陷、準噶爾盆地等地區(qū)勘探中取得良好效果,大慶、華北、吐哈等油田也是在非震普查勘探的基礎上被發(fā)現(xiàn)的[6].于鵬等利用重磁電地震資料聯(lián)合反演黔中隆起地區(qū)的物性結構[7],郝天珧[8]等采用重磁、MT和淺部地震方法圈劃出環(huán)渤海殘留盆地的宏觀分布與前新生代油氣勘探有利區(qū).截至2011年末,XF山西側地區(qū)已經(jīng)施工1∶20萬、1∶50萬等中小比例尺的重力測量和航空磁測,局部地區(qū)實施1∶10萬甚至1∶5萬的航空磁測;同時,施工3條穿過該區(qū)的MT剖面和3條穿過該區(qū)的地質(zhì)—地球物理剖面,但解釋成果均局限于單一方法的解釋,未從重磁電角度并結合石油地質(zhì)做出綜合物探解釋.
為深化XF山西側構造復雜區(qū)深部地質(zhì)的認識,研究斷裂展布和構造單元劃分,促進海相油氣勘探,筆者提出適合該地區(qū)的重磁電資料綜合解釋方法,建立有利油氣構造MT正反演模型,為確定地層展布、深大斷裂的分布、有利區(qū)帶評價和區(qū)塊優(yōu)選提供技術支撐.
(1)技術流程:重磁資料解決平面展布問題,電磁法資料揭示縱向變化特征.在綜合解釋時,需在不同層次上進行有機結合,地質(zhì)、電磁法資料作為控制和約束機制,形成點;重磁資料反映平面特征,形成面.在全面約束控制下,由點到面,層層約束,結合物性資料,進行綜合解釋和互約束聯(lián)合反演[9-12],確定地層與斷裂展布、地下構造樣式,利用重磁電模型正反演計算成果,建立油氣地質(zhì)—物探解釋模型,提取有利油氣的綜合物探特征,推斷有利油氣重點構造帶.綜合解釋方法流程見圖1.
圖1 綜合解釋方法流程Fig.1 Flow chart of the integrated geophysical interpretation
(2)解釋方法:
1)根據(jù)已有的綜合地質(zhì)資料,對重磁異常的特點進行分析,識別并進行目標異常信息的提取.
2)在電磁法MT定性資料分析的基礎上,應用多種反演方法,建立電性剖面結構.
3)對經(jīng)過位場轉(zhuǎn)換的重磁異常,結合地質(zhì)資料進行定性解釋,提出宏觀地質(zhì)結構模型,起到宏觀控制作用.
4)對各種信息進行判斷、歸類、綜合,找出相關點并予以解釋.利用物性及地質(zhì)資料和重磁解釋成果,建立初始地球物理模型,并進行重力、MT聯(lián)合反演剖面解釋,提出地質(zhì)結構斷面模型.重磁電解釋結果互為約束,以物性、地質(zhì)資料為紐帶,進行再處理和再解釋.重復以上過程,最終獲得較為滿意的公共解,即為綜合解釋結果.
5)結合地質(zhì)資料,應用重力、MT剖面解釋成果,編制主要界面深度圖,分析地層發(fā)育特征及展布特點.
6)綜合研究各種定性、定量計算成果,確定斷裂與地層的展布特點和深部發(fā)育形態(tài),分析隱伏巖體,油氣分布情況.
解釋方法的關鍵是巖石物性間相互關系的建立及對位場性質(zhì)的反復認識和解釋.在處理軟件支持下,提取有用的異常信息,逐步加深對異常性質(zhì)的認識.在解釋過程中,(1~6)所列內(nèi)容并不是孤立進行的,不同方法之間存在緊密的橫向聯(lián)系,在不同的解釋階段,各個環(huán)節(jié)也有縱向因果銜接關系,在資料解釋上需要經(jīng)過多次反饋.這種反復過程不是機械地重復,而是使每一種資料得出的解成為另外資料再解釋時的約束條件,每次反復都是進一步的認識和約束機制的完善,最終得出滿意的地質(zhì)認識,使具體問題得以解決.
剖面橫穿XF山西側地區(qū),自西向東穿越貴州省道真仡佬族自治縣、沿河土家族自治縣、松桃苗族自治縣,湖南省鳳凰縣、麻陽縣、溆浦縣、冷水江市等,實測長度約為450km.除泥盆、石炭基本缺失外,地層從南華系到第三系均有出露,沉積厚度超過萬米.地形以山區(qū)為主,西高東低,自西向東穿過上揚子克拉通、XF山陸內(nèi)造山帶、湘中凹陷3個構造區(qū).
由1∶100萬布格重力異常等值線圖與航磁化極異常等值線圖知:研究區(qū)內(nèi)布格重力幅值為-140~-30mgal,整體為“西低東高”特征,異常帶呈北東走向.低布格重力異常帶位于研究區(qū)西部,南起于余慶縣,沿北西向延伸至正安縣,后改為北東向延伸,經(jīng)過彭水苗族土家族自治縣,總體上呈向西“凸”的近北東向低值異常區(qū).剖面西段,道真縣至官舟鎮(zhèn)以北測線段,低布格重力帶幅值為-140~-120mgal,呈寬緩的低值負布格重力異常特征,反映變質(zhì)基底埋藏深,且埋深變化范圍不大;高布格重力異常帶南起于麻陽苗族自治縣,沿北東向延伸,經(jīng)過常德市一線,呈狹長高值布格重力條帶,幅值最高達-30mgal,剖面中段,麻陽縣至火馬沖鎮(zhèn)測線段,經(jīng)過高值布格重力異常帶,反映變質(zhì)基底上界面埋深淺;此外,在中部存在向西“凸”的北東向布格重力梯度帶,剖面西段,沿河縣至松桃縣測線段,經(jīng)過布格重力梯度帶,為沿河—松桃—鳳凰基底微卷入褶皺帶高密度變質(zhì)基底上界面埋深由西向東變淺所致,且變化范圍較大;在研究區(qū)東南部,布格重力幅值較西側的高布格重力帶幅值范圍明顯降低,反映高密度的變質(zhì)基底上界面埋深增大,但變化范圍不大.另外,在新化縣西南方及婁底市以北,淺地表發(fā)育有較大規(guī)模低密度火成巖,與局部低值布格重力異常區(qū)域相對應.
研究區(qū)內(nèi)航磁異常值普遍較低,整體顯示無磁、弱磁性.以芷江縣、松桃縣、秀山縣、酉陽縣一線為西邊界,以洪江市、黔江縣、溆浦縣、安化縣一線為東邊界,將研究區(qū)劃分為東部、中部、西部3部分.研究區(qū)西部隔槽式褶皺帶航磁異常區(qū)以北西向低幅值磁異常為主,為一系列的北西向延伸的負磁異常條帶,幅值低,在酉陽縣、沿河縣、芷江縣一帶,磁異常為寬緩平靜的正磁異常,幅值較低,與東部造山帶高幅值正磁異常相接;中部變?yōu)榇笠?guī)模寬緩平靜的高幅值磁異常,幅值最高可達100nT,推測該區(qū)磁異常特征主要與XF山陸內(nèi)造山帶的變質(zhì)基底劇烈向上隆起有密切的關系;東部主要以北東向延伸的磁異常條帶為主,呈不相連的長橢圓狀正負磁異常條帶相間特征,幅值較低,位置對應于湘中凹陷地塊,且淺地表多處出露大規(guī)模高磁性火成巖體,該區(qū)磁異常條帶走向與西部磁異常條帶走向明顯不同,推斷研究區(qū)走向交錯的磁異常特征是由不同地質(zhì)時期形成的地質(zhì)體引起的.
通過物性資料的收集、MT電法的定性與定量分析(原始曲線類型分析、頻率視電阻率等值線圖分析、連續(xù)介質(zhì)反演等值線分析)及重力正反演計算,可確定地層(電性層)的垂向結構與橫向展布.
MT原始曲線形態(tài)是電磁波作用于地下非均勻介質(zhì)形成的地球物理場最真實反映,可反映地下主要電性層的發(fā)育.剖面西段(001b~227a測線段)曲線類型主要有3種:向斜核部“HKH”型、翼部“KH”型及背斜“H”型,這是隔槽式褶皺帶向斜構造的典型MT測深曲線類型.“HKH”型視電阻率呈“高、低、高、低、高”變化,反映地下介質(zhì)由淺到深發(fā)育5套電性層,分別為T1-P2高阻層、(P1-S)-O3相對低阻層、O2-∈2高阻層、∈1-Pt33低阻層、AnPt33相對高阻層.“KH”型反映淺層T1-P2高阻層被剝蝕.“H”型反映T1-P2高阻層與(P1-S)-O3相對低阻層均被剝蝕.此外,在西段的(227a~270a)測線段曲線類型呈“G”型,其高頻段為麻陽盆地低阻蓋層,低頻段為高阻基底.270a~391x測線段由于各種構造形變,致使曲線類型高頻部分明顯比前段麻陽盆地“G”型曲線高出一個數(shù)量級,但局部低頻部分亦有低阻電性層發(fā)育;剖面東段主要呈“D”型、局部為“KH”型,但與西段的數(shù)值、形態(tài)不一致,反映其電性結構與相鄰區(qū)域差異較大,整條剖面電性層結構劃分結果見表1.
表1 剖面電性結構Table 1 The brief table of the electrical structure of Section
連續(xù)介質(zhì)反演等值線圖可大致追索出地下電性層(地層)的厚度與展布.特別是以碎屑巖及灰?guī)r為主的∈1-Pt33低阻層在3個構造區(qū)有發(fā)育,可作為研究區(qū)的低阻標志層.
利用重力正演建模理論曲線反演擬合實測的重力曲線的結果,與電法反演結果相互驗證、補充,將使解釋結果更為可靠.對DZ拗褶帶進行密度正反演(見圖2)可知:布格重力異常整體呈“西低東高”的低幅值特征,為-120~-125mgal,在測線距離為0~5km范圍內(nèi),異常值約為-125mgal,低值反映地表出露T-O3低密度地層,平均密度約為2.58g/m3,厚約數(shù)百米;下伏厚層O2-∈2于5~10km范圍內(nèi)出露地表,異常值約為-120mgal,平均密度約為2.68g/m3;薄層∈1-Pt33厚度約為1km,發(fā)育深度為海拔-4~-5km,平均密度約為2.61g/m3,變質(zhì)基底上界面埋深約為-5km,較測線東部明顯變深,平均密度為2.64g/m3.
圖2 DZ拗褶帶密度正反演剖面(成圖深度10km)Fig.2 Density forward calculation and inversion profile of DZ fault-fold belt(the depth is 10km)
總之,上揚子克拉通電性結構基本一致,向斜核部自上而下發(fā)育完整的5套電性層.向斜核部西段電性層發(fā)育較全,東段淺部電性層被剝蝕.其中麻陽盆地“低、高”的電性結構代表淺部低阻和深部高阻,淺部低阻層厚度不大,為0~1.5km,西薄東厚,地表出露白堊系,電阻率小于50Ω·m,向下急劇升高到500 Ω·m以上,∈1-Pt33低阻標志層在該區(qū)沒有顯示;XF山陸內(nèi)造山帶可劃分3套電性層,其中西緣順層滑脫帶電性層J-T厚度為3km,∈1-Pt33在物探剖面上發(fā)育不厚,AnPt33基底以深變質(zhì)為主.中央造山帶∈1-Pt33局部淺部發(fā)育,厚度約為1km.東緣沖斷帶直接出露深變質(zhì)基底,電阻率值可達數(shù)千;湘中凹陷可劃分3套電性層,淺部高阻層為C-D電性層,為100Ω·m,層厚變化較大,在凹陷西側相對較薄,東側較厚,約為3km.∈1-Pt33發(fā)育較為穩(wěn)定,可進行追蹤,厚度大于1km.
斷裂作為含油氣盆地中重要的構造,在油氣運移和聚集中具有雙重作用,對油氣運聚成藏的控制作用體現(xiàn)在:提供輸導通道和對接條件、提供遮擋條件與構造背景[13-14].前期解剖認為構造抬升和斷裂活動是區(qū)內(nèi)與鄰區(qū)古油藏形成的主要控制因素,其中斷裂是決定現(xiàn)今油氣保存與勘探選區(qū)重要的因素之一,因此,在綜合解釋過程中,研究斷裂及其性質(zhì)和空間展布尤為重要.電法異常標志主要有:(1)曲線類型形態(tài)變化較大;(2)頻率視電阻率剖面、一二維反演剖面上等值線扭曲或陡立;(3)電性層發(fā)生明顯錯動或厚度有明顯變化.重磁異常標志主要有:(1)線性梯度帶;(2)異常特征的分界線;(3)異常線性過渡帶;(4)線性異常帶;(5)異常的錯動;(6)等值線的規(guī)則性扭曲;(7)異常等值線疏密突變帶;(8)異常寬度突變帶;(9)串珠狀異常[15].
結合剖面重磁電異常信息正反演結果及區(qū)域重磁信息,劃分剖面上斷裂的大致位置、縱向延伸與空間展布.確定該剖面有29條斷裂,其中:一級斷裂2條,二級斷裂4條,特點是:延伸長,斷裂兩側地層有明顯差異,落差較大;是劃分二級構造單元或者三級構造單元的邊界斷裂,在重磁場上有一定反應,表現(xiàn)為重力導數(shù)異常極值帶、視電阻率等值線梯度帶或不同異常的分界.三級斷裂10條,特點是:規(guī)模小于一級斷裂或者二級斷裂,延伸較短,斷層落差??;是劃分次級構造帶的邊界斷裂,對沉積蓋層厚度有控制作用,物探標志是視電阻率等值線出現(xiàn)封閉、扭曲,電性層層位變化,重磁力異常梯度帶或者不同異常的分界,方向?qū)?shù)極值帶等.四級斷裂13條,斷裂規(guī)模延伸小于一二三級斷裂,對沉積蓋層厚度控制作用不明顯.
部分典型斷裂認識:
(1)綜合地質(zhì)資料顯示,DZ—YH—XS隔槽式褶皺帶與XS—ST—FH基底微卷入褶皺帶的邊界斷裂—岑龍斷層,以及鐘靈復式背斜帶東部邊界的斷裂—新華斷層的斷層性質(zhì)均為正斷層;而綜合物探剖面顯示,斷層上升盤地表出露下古生界地層,斷層下降盤地表出露晚元古界地層,兩盤地層層序與正斷層應有的地層層序不符.因此,結合相關地質(zhì)資料,物探剖面信息推測斷層存在多期斷裂活動,鐘靈復式背斜帶隆起時期早于岑龍正斷層及新華正斷層的活動時期.
(2)增加對平移斷層性質(zhì)的研究,總結XF山造山帶兩側的多次推覆構造的視電阻率異常特征,MT反演斷面圖上表現(xiàn)為規(guī)模較大的視電阻率低值異常帶,電阻率值為數(shù)十,通過低阻帶可較好地確定多次推覆構造的空間展布,具有低阻滑脫帶的斷裂有F21、F22、F25.
剖面所涉油氣保存單元實際位置與范圍見圖3.結合物探與地質(zhì)資料:上揚子地塊是油氣地質(zhì)調(diào)查的重點地區(qū),XF山西側地區(qū)震旦系燈影組與寒武系武陵—芙蓉統(tǒng)發(fā)育巨厚的海相白云巖沉積,分布廣泛,油氣圈閉類型為巖性圈閉、構造—巖性復合圈閉及巖溶圈閉,白云巖儲層勘探潛力巨大[16-18].在測線范圍內(nèi),優(yōu)選黔中及其周緣地區(qū)的道真—鳳岡前鋒和褶斷區(qū),以及銅仁—岑鞏疊瓦沖斷帶西段作為油氣地質(zhì)—物探綜合解釋的重點區(qū)帶.
圖3 研究區(qū)構造與油氣保存單元Fig.3 The map of geological structure and oil-gas preservation unit
研究區(qū)劃分兩套“生、儲、蓋”組合,即上組合和下組合.由于上組合“生、儲、蓋”各套地層為上古生界地層,埋深較淺,且向上隆起剝蝕嚴重,失去油氣地質(zhì)意義.
下組合具有兩套“生、儲、蓋”組合:其一以震旦系燈影組白云巖或燈影組上部古風化殼為目的層,陡山沱組為烴源巖層,下寒武統(tǒng)泥巖為區(qū)域蓋層;其二以燈影組白云巖及相鄰古風化殼為目的層,下寒武統(tǒng)為烴源巖層和蓋層.復向斜的下組合蓋層殘余厚度較大,保存條件相對較好,可作為勘探重點[19].涉及的電性層有(P1—)S—O3低阻層、O2—∈2高阻層及∈1-Pt33低阻層(見圖4).
圖4 DZ拗褶帶油氣藏最終模型Fig.4 The map of DZ fault-fold belt's final oil and gas reservoir geological model
(P1—)S—O3低阻層:包括志留系下統(tǒng)韓家店組及龍馬溪組炭質(zhì)頁巖蓋層,視電阻率為70~80 Ω·m,在DZ向斜、務川向斜、平陽蓋復向斜及蠻子?!疄硰拖蛐焙瞬堪l(fā)育,厚度較薄,約數(shù)百米,橫向上較為連續(xù),由于埋深較淺,封蓋效果受到影響.由綜合解釋成果推斷,作為有利封蓋的位置為DZ復向斜測線段,在該段埋深較深,海拔約為-1km,為有利蓋層的發(fā)育及封蓋效果提供保障.
O2—∈2高阻層:在有利測線段內(nèi)均有分布,發(fā)育較厚且穩(wěn)定,約為2km,受淺部構造影響較小,視電阻率約為500Ω·m.下組合蓋層中奧陶統(tǒng)湄潭大灣組灰黃色泥巖、灰?guī)r發(fā)育于該電性層,由于發(fā)育深度淺,厚度較薄,僅能作為局部蓋層;此外,重要儲層清虛洞組、寒武系婁山關群、下奧陶統(tǒng)桐梓組及紅花園組鮞粒灰?guī)r為該高阻電性層的主體,視電阻率值顯示為高阻特征,幅值為400~500Ω·m,橫向上連續(xù)性較好,縱向上,深度變化不大,風化剝蝕程度低,顯示良好的封蓋及儲集前提,應作為區(qū)域有利儲層進行重點研究.
∈1-Pt33低阻層:作為該條剖面重要的標志層,是劃分變質(zhì)基底上界面的主要參考,視電阻率低,一般小于10Ω·m,最低可達4Ω·m.下組合重要的烴源巖(下寒武統(tǒng)牛蹄塘組、震旦系燈影組及陡山沱組)及儲集層(震旦系燈影組)均發(fā)育于該電性層,MT反演剖面上,橫向連續(xù)性較好,成層分布,但在ZL復向斜帶,由于基底劇烈向上隆起,剝蝕嚴重,在蠻子耍—水井灣復向斜帶東翼受深大斷裂慈利—保靖斷裂的影響,該低阻電性層封閉并明顯錯段.在DZ—YH—XS隔槽式褶皺帶西段發(fā)育較深,海拔約為-3km,東段埋深明顯減小,具有區(qū)域有利生儲前提.
為了驗證物探解釋成果,對比實測數(shù)據(jù)與模型數(shù)據(jù)的吻合程度以提高解釋的精度,據(jù)此推斷有利油氣重點區(qū)帶及目的儲層的空間展布特征,對剖面典型構造建立MT油氣藏模型,并進行模型正反演計算和分析.
其中DZ拗褶帶分析成果:
參照物性統(tǒng)計資料,選取各層合適的電阻率參數(shù),結合已有物探剖面及地質(zhì)資料,模型的反演剖面圖與實測資料擬合較好,形象地反映地下“高、低、高、低、高”的5套電性層的空間分布形態(tài),模型中各套地層的厚度、埋深等空間展布特征可直接作為地質(zhì)解釋的參考(見圖5).
圖5 DZ拗褶帶油氣藏最終模型反演剖面Fig.5 The map of DZ fault-fold belt's inversion profile including final oil and gas models
位于第Ⅱ套電性層內(nèi)有利油氣儲層(紅色填充)對應于O2-∈2高阻電性層內(nèi)下奧陶統(tǒng)紅花園組、桐梓組及婁山關群白云巖,厚度較厚,約為2km,模型較好地反映儲層起伏形態(tài),在DZ向斜核部埋藏較深,海拔約為-3km,翼部較淺,上覆蓋層具有一定厚度,5套電性層發(fā)育完整,且斷裂不甚發(fā)育.在DZ拗褶帶內(nèi),烴源巖發(fā)育保存條件良好,蓋層發(fā)育較厚,封閉效果較好,因此,推斷DZ拗褶帶具有油氣成藏前提.
對PYG復向斜帶及MZS復向斜測線段進行MT油氣藏模型正反演,結果表明,MT斷面在三段重點測線段內(nèi)顯示“生、儲、蓋”各套電性層發(fā)育較齊全,油氣目的儲層具有一定厚度,受斷層影響較少,保存條件較好,構成油氣成藏前提.根據(jù)綜合解釋成果,推斷DZ拗褶帶為重點有利油氣構造帶,PYG復向斜帶及MZS復向斜具有一定研究意義,區(qū)域有利目的儲層為下組合的下奧陶統(tǒng)紅花園組、桐梓組及婁山關群白云巖,在MT斷面上賦存的層位位于中奧陶統(tǒng)至中寒武統(tǒng)(O2—∈2)高阻電性層上部.
(1)單一物探方法具有局限性,特別是在地形地質(zhì)條件復雜的碳酸鹽巖地區(qū),對具體勘探目標的解釋存在“多解性”,難以對地下信息做出全面、合理的解釋.采用重磁電資料與地質(zhì)資料聯(lián)合解釋,綜合研究地質(zhì)體,對解釋結果相互驗證、補充,能夠有效地克服單一方法的片面性,使解釋結果接近實際地質(zhì)情況.
(2)結合地質(zhì)資料、前一階段重磁電模型正演計算與分析成果及大地電磁油氣藏模型正反演計算成果,大致確定基底起伏形態(tài),劃分3個構造單元的電性、密度結構,確定剖面上29條斷裂的展布,其中剖面中、東段最多發(fā)育3套電性層,且構造運動強烈,斷裂較發(fā)育,隆起剝蝕嚴重,不利于油氣的保存,而剖面西段即上揚子克拉通電性層可完整發(fā)育5套電性層,受斷層影響小,保存條件好,構成油氣成藏的前提.
(3)應用MT油氣藏模型正反演技術完成典型構造的正反演計算,總結有利油氣生儲蓋組合的地球物理異常特征,結合地質(zhì)資料,圈出剖面有利的油氣構造帶,即剖面西段的DZ拗褶帶、PYG復向斜帶及MZS復向斜,東段主力蓋層剝蝕破壞、斷裂破壞嚴重,不利于油氣保存.有利目的儲層為下組合油氣成藏組合的下奧陶統(tǒng)紅花園組、桐梓組及婁山關群白云巖.
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