渝黔湘秀山區(qū)塊頁(yè)巖氣二維地震勘探研究*

郭東鑫，張躍磊，張彥起，李宏欣，王明理

1.國(guó)土資源部頁(yè)巖氣資源勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院)，重慶400042;2.重慶市頁(yè)巖氣資源與勘查工程技術(shù)研究中心(重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院)，重慶400042;3.重慶豫順新能源開(kāi)發(fā)利用有限公司，重慶400042;4.河南省煤層氣開(kāi)發(fā)利用有限公司，河南 鄭州450016)

0 引 言

近幾年，頁(yè)巖氣成為中國(guó)非常規(guī)油氣資源的研究重點(diǎn)，究其原因，一是美國(guó)頁(yè)巖氣已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)化開(kāi)發(fā)，有值得借鑒的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn);二是中國(guó)天然氣產(chǎn)業(yè)步入快速發(fā)展階段，頁(yè)巖氣勘探已經(jīng)在四川盆地、鄂爾多斯盆地取得突破;三是中國(guó)頁(yè)巖氣資源量巨大，地質(zhì)資源量預(yù)計(jì)可達(dá)134.43×1012m3，可采資源量25.08 ×1012m3，勘探潛力巨大［1-6］。目前中國(guó)頁(yè)巖氣的研究多集中在南方海相頁(yè)巖氣聚集條件、有利區(qū)評(píng)價(jià)等基礎(chǔ)地質(zhì)理論，并取得了一定的地質(zhì)成果［3-5］。在頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)工程技術(shù)方面，主要借鑒美國(guó)頁(yè)巖氣水平井鉆完井、多段多級(jí)壓裂及裂縫綜合檢測(cè)等技術(shù)，探索合適中國(guó)南方盆緣山區(qū)海相頁(yè)巖地質(zhì)特點(diǎn)勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)。

地震勘探、測(cè)井等地球物理技術(shù)一直在常規(guī)油氣勘探中起著至關(guān)重要的作用［7-9］。頁(yè)巖氣作為一種油氣資源，雖然其成藏模式有別于常規(guī)油氣藏，但地球物理勘探仍能夠在頁(yè)巖氣勘探中發(fā)揮作用。地球物理技術(shù)在優(yōu)化頁(yè)巖氣鉆井、儲(chǔ)層壓裂部署、壓裂裂縫效果監(jiān)測(cè)等方面作為必要技術(shù)支撐。林建東等［10］指出以地震技術(shù)為主體的氣藏描述是頁(yè)巖氣儲(chǔ)層識(shí)別與評(píng)價(jià)的核心，具體地震勘探任務(wù)包括查明頁(yè)巖層的深度、厚度、分布范圍、產(chǎn)狀形態(tài)，尋找頁(yè)巖層內(nèi)有機(jī)質(zhì)豐度高、裂縫發(fā)育、滲透性好、脆性大的部位，即頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)”。黃捍東等［11］基于高精度時(shí)頻分析，分析流體的時(shí)頻特性，計(jì)算出流體活動(dòng)因子，進(jìn)而與測(cè)井資料結(jié)合量化頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)”區(qū)流體活動(dòng)因子的范圍，從而預(yù)測(cè)頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)”分布區(qū)，該方法在四川盆地的應(yīng)用，取得了良好的勘探效果。李志榮等［12］通過(guò)四川盆地南部頁(yè)巖氣地球物理勘探，提出了適合中國(guó)地質(zhì)特征的頁(yè)巖氣地球物理勘探評(píng)價(jià)方法:構(gòu)造精細(xì)解釋、頁(yè)巖埋深圖編繪、厚度預(yù)測(cè)。中國(guó)在應(yīng)用頁(yè)巖氣地球物理方法進(jìn)行頁(yè)巖氣高產(chǎn)富集區(qū)識(shí)別預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)方面進(jìn)行了一些探索，但尚未形成一套完整且有別于常規(guī)油氣勘探技術(shù)思路與方法［13-19］。

在野外地質(zhì)調(diào)查和區(qū)域地質(zhì)認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，渝黔湘秀山頁(yè)巖氣區(qū)塊部署實(shí)施二維地震勘探剖面13 條，523.5 km，通過(guò)地震資料采集、處理、解釋、地震儲(chǔ)層反演與氣層檢測(cè)等技術(shù)一體化攻關(guān)，通過(guò)獲得高信噪比地震資料。文中在前人研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合渝黔湘秀山頁(yè)巖氣區(qū)塊地質(zhì)特征，針對(duì)地球物理方法在頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)中的可能應(yīng)用，形成了一套海相盆緣山區(qū)海相頁(yè)巖氣地球物理勘探技術(shù)。

1 渝黔湘秀山頁(yè)巖氣區(qū)塊概況

秀山頁(yè)巖全區(qū)塊位于四川盆地東部邊緣川湘坳陷南部，由雞公嶺背斜、平陽(yáng)蓋向斜、鐘靈背斜、蠻子腰向斜，呈北東向相間排列展布。出露地層主要為寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、二疊系、三疊系等，主要巖性以灰?guī)r、頁(yè)巖為主，發(fā)育2 套海相黑色頁(yè)巖，為下寒武統(tǒng)牛蹄塘組、上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組［16］。區(qū)內(nèi)斷層較發(fā)育，溝壑縱橫，地質(zhì)、地形條件較復(fù)雜(圖1)。

為了基本弄清該區(qū)深部構(gòu)造形態(tài)、水文地質(zhì)條件、目的層深部黑色頁(yè)巖的賦存狀態(tài)及埋深，評(píng)價(jià)頁(yè)巖儲(chǔ)層特征，含氣性、“甜點(diǎn)區(qū)”優(yōu)選以及為預(yù)探井地質(zhì)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，部署實(shí)施二維地震勘探剖面13 條523.5 km.

圖1 秀山頁(yè)巖氣區(qū)地形地貌圖Fig.1 Topography of the Xiushan shale gas block

2 地震勘探難點(diǎn)

2.1 采集難點(diǎn)

1)地形條件復(fù)雜，溝壑縱橫，地形切割厲害，山體陡峭，植被發(fā)育，鉆孔施工難度大，野外資料采集施工條件較差。

2)地表的起伏，導(dǎo)致了側(cè)向干擾、次生干擾嚴(yán)重;工區(qū)低降速層速度、厚度橫向變化較大，導(dǎo)致地震資料的信噪比橫向變化較大;大面積裸露的巖石造成激發(fā)條件和接收條件較差，影響資料品質(zhì)。

3)地表出露地層灰?guī)r地層，溶洞發(fā)育，靜校正問(wèn)題嚴(yán)重。

2.2 資料處理難點(diǎn)

1)由于地表起伏劇烈，影響成像的高頻靜校正問(wèn)題比較嚴(yán)重。

2)地表出露寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、二疊系、三疊系等多套地層，激發(fā)巖性變化大，子波一致性差，頻率特征、能量差異大。

3)資料信噪比均比較低，干擾波嚴(yán)重。

4)勘探主要目的層埋深500 ～4 000 m，地層傾角10° ～70°，傾角和埋深變化大，地震波場(chǎng)十分復(fù)雜，資料成像難度大。

2.3 解釋難點(diǎn)

1)速度譜質(zhì)量低，疊加成像難度大。

2)優(yōu)質(zhì)黑色頁(yè)巖厚度預(yù)測(cè)較困難。

3)國(guó)內(nèi)尚無(wú)成熟的適合于中國(guó)南方海相地質(zhì)特征的針對(duì)頁(yè)巖氣的地球物理解釋方法、評(píng)價(jià)流程。

3 技術(shù)思路和工作流程

3.1 采集參數(shù)優(yōu)選

在充分研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，結(jié)合主要目的層的地球物理特征，進(jìn)行地震地質(zhì)模型模擬，優(yōu)選觀測(cè)系統(tǒng)，論證設(shè)計(jì)采集參數(shù)。施工時(shí)，加強(qiáng)對(duì)試驗(yàn)、生產(chǎn)資料的定性與定量分析，設(shè)計(jì)與試驗(yàn)相結(jié)合，控制野外生產(chǎn)質(zhì)量，確保各項(xiàng)施工參數(shù)始終處于最佳狀態(tài)。

3.1.1 觀測(cè)系統(tǒng)

觀測(cè)系統(tǒng)采用4 310 -10 -20 -10 -4 310 m，覆蓋次數(shù)54 次，接收道數(shù)432 道，道距20 m，炮點(diǎn)距80 m，最大炮檢距4 310 m.

3.1.2 激發(fā)因素

本區(qū)目的層埋藏較深，主要目標(biāo)地質(zhì)體反射能量較弱，且采用的觀測(cè)系統(tǒng)排列較長(zhǎng)，應(yīng)采用相對(duì)較大的藥量激發(fā)。激發(fā)藥量8 ～10 kg，激發(fā)井深12 ～15 m(確保在高速層下激發(fā))，激發(fā)耦合為悶井激發(fā)。

3.1.3 接收因素

采用20DX-10 Hz 雙串檢波器，1 串10 個(gè)檢波器矩形面組合，組內(nèi)合高差小于5 m.

3.1.4 儀器因素

地震儀器采用408XL 系列遙感地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采樣間隔為1 ms.

3.2 資料處理解釋一體化技術(shù)

采集、處理一體化結(jié)合，試驗(yàn)分析高程、野外、折射、層析等不同基準(zhǔn)面靜校正方法，選取最佳基準(zhǔn)面靜校正方法，即基準(zhǔn)面1 500 m，替換速度500 m/s;在此基礎(chǔ)上采用分頻地表一致性剩余靜校正、模擬退火、非地表一致性剩余靜校正解決該區(qū)的靜校正問(wèn)題。

對(duì)不同的噪音類型，采用先強(qiáng)后弱、先相干、后隨機(jī)的原則，對(duì)面波、側(cè)面波、高頻噪音、異常振幅、隨機(jī)噪音逐一壓制，提高資料的信噪比(圖2)。

通過(guò)地表一致性振幅補(bǔ)償及地表一致性反褶積等，消除地表因素對(duì)數(shù)據(jù)的影響。做好速度分析與切除等基礎(chǔ)工作，保證最佳疊加成像(圖3)。

處理、解釋一體化結(jié)合，以疊加速度為基礎(chǔ)，通過(guò)拾取、平滑得到全區(qū)統(tǒng)一的偏移速度趨勢(shì)，在此偏移速度場(chǎng)基礎(chǔ)上，根據(jù)各測(cè)線情況通過(guò)偏移速度掃描進(jìn)一步優(yōu)化得到各測(cè)線最終速度場(chǎng)，使偏移歸位合理，成像準(zhǔn)確(圖4，5)。

圖2 次生干擾壓制前后對(duì)比圖Fig.2 Comparison of the secondary interference suppression before and after

圖3 精細(xì)切除前后疊加剖面段成像效果對(duì)比圖Fig.3 Superimposed cross-sectional segment imaging results comparison before and after fine removal

圖4 偏移剖面段成像效果展示圖Fig.4 Offset profile segment imaging results show

3.3 地震儲(chǔ)層反演與氣層檢測(cè)技術(shù)

在處理、解釋成果的基礎(chǔ)上，為了更加準(zhǔn)確的識(shí)別目的層位及流體分布，提高井位部署的精確性，降低勘查風(fēng)險(xiǎn)，借鑒相對(duì)成熟的常規(guī)油氣勘探地震描述技術(shù)，開(kāi)展地震儲(chǔ)層反演與流體識(shí)別研究。

基于廣義S 變換的地震資料特殊處理，采用地震相控非線性隨機(jī)反演方法進(jìn)行5 m 以上復(fù)雜儲(chǔ)層精細(xì)預(yù)測(cè)。利用多屬性融合技術(shù)及多參數(shù)疊前反演技術(shù)等預(yù)測(cè)頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)”分布區(qū)，確定裂縫發(fā)育區(qū)、低速頁(yè)巖層中夾高速層為氣層發(fā)育區(qū)域(圖6 ～8)。

圖5 剖面解釋成果圖Fig.5 Section interpretation results

圖6 二維地震剖面解釋成果圖Fig.6 2D seismic sections explainthe results of Figure

圖7 志留系反演與流體檢測(cè)剖面對(duì)比圖Fig.7 Inversion and fluid detection section comparison of the Silurian

圖8 寒武系反演與流體檢測(cè)剖面對(duì)比圖Fig.8 Inversion and fluid detection section comparison chart of the Cambrian

圖9 頁(yè)巖氣地球物理勘探技術(shù)評(píng)價(jià)流程圖Fig.9 Flowchart of shale gas geophysical exploration technology assessment

4 結(jié) 論

1)頁(yè)巖氣二維地震勘探評(píng)價(jià)流程。頁(yè)巖氣屬于“自生自儲(chǔ)”型的低豐度連續(xù)的油氣藏［16］，在勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中，認(rèn)真審視常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)中發(fā)揮巨大作用的地球物理勘探技術(shù)的定位，結(jié)合南方海相地質(zhì)特征，建立適合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、工作流程和技術(shù)流程。以勘查區(qū)地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，綜合錄井、測(cè)井等勘查手段，實(shí)現(xiàn)二維地震勘探資料采集、處理、解釋、儲(chǔ)層與流體識(shí)別等技術(shù)一體化攻關(guān)，形成了一套較為完整的、針對(duì)海相盆緣山區(qū)海相頁(yè)巖氣地球物理勘探技術(shù)流程?？坍?huà)地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)與斷裂發(fā)育情況，精細(xì)標(biāo)定優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖構(gòu)造形態(tài)、埋深、厚度，優(yōu)選有利區(qū)，識(shí)別頁(yè)巖儲(chǔ)層與預(yù)測(cè)氣層“甜點(diǎn)”區(qū)分布，為井位部署提供基礎(chǔ)。

2)優(yōu)選有利的勘查目標(biāo)區(qū)。在充分認(rèn)識(shí)地面地質(zhì)條件的情況下，精細(xì)標(biāo)定了2 套目的層頂面構(gòu)造形態(tài)和埋深，勘查區(qū)內(nèi)斷層以北東向和近南北向?yàn)橹?，東部的斷裂比西部更加發(fā)育。

按照埋深介于1 000 ～3 000 m 范圍、構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單、地層傾角和絕對(duì)曲率較小、黑色頁(yè)巖厚度大于30 m 原則，對(duì)渝黔湘秀山頁(yè)巖氣區(qū)塊進(jìn)行有利區(qū)優(yōu)選，即龍馬溪組勘探有利區(qū)帶位于南腰界向斜和蠻子腰向斜內(nèi)，牛蹄塘組勘探有利區(qū)帶位于雞公嶺背斜西部斜坡和蠻子腰向斜東部斜坡。應(yīng)用地震儲(chǔ)層反演與氣層檢測(cè)技術(shù)，預(yù)測(cè)2 套頁(yè)巖儲(chǔ)層與含氣性平面分布，尋找“甜點(diǎn)”，在有利目標(biāo)區(qū)內(nèi)部署實(shí)施2 口參數(shù)井鉆探。

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