川東北高陡復(fù)雜構(gòu)造區(qū)三維地震精細(xì)構(gòu)造解釋技術(shù)

徐 敏,梁 虹

(1.成都理工大學(xué)“油氣藏地質(zhì)與開發(fā)工程”國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川成都610059；2.川慶鉆探工程有限公司地球物理勘探公司物探研究中心,四川雙流610213)

川東北高陡復(fù)雜構(gòu)造區(qū)三維地震精細(xì)構(gòu)造解釋技術(shù)

徐 敏1,2,梁 虹2

(1.成都理工大學(xué)“油氣藏地質(zhì)與開發(fā)工程”國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川成都610059；2.川慶鉆探工程有限公司地球物理勘探公司物探研究中心,四川雙流610213)

四川盆地川東北高陡復(fù)雜構(gòu)造區(qū)地表多深溝、陡崖,地下斷裂系統(tǒng)異常復(fù)雜,基于多輪二維地震解釋成果始終不能很好地查清工區(qū)構(gòu)造之間的接觸關(guān)系及斷層的組合規(guī)律,導(dǎo)致多口鉆井不能順利鉆遇地質(zhì)目標(biāo)。為此,開展了三維地震精細(xì)構(gòu)造解釋研究：①通過單井和連井精細(xì)標(biāo)定地質(zhì)層位,充分利用大斜度井的井斜數(shù)據(jù),嚴(yán)格按照實(shí)鉆井軌跡準(zhǔn)確標(biāo)定層位；②在結(jié)合地面地質(zhì)露頭剖面進(jìn)行地震剖面“地質(zhì)戴帽”的基礎(chǔ)上,對(duì)鉆遇復(fù)雜斷塊的實(shí)鉆井進(jìn)行地質(zhì)剖面恢復(fù),確定其合理構(gòu)造解釋模式,從而對(duì)數(shù)據(jù)體進(jìn)行三維立體可視化多方位綜合解釋；③針對(duì)不同斷塊，采用合理的速度場(chǎng),利用同層或串層層速度模型進(jìn)行變速成圖?；谌S地震解釋構(gòu)造成果部署并鉆探了10余口井(大部分為水平井),目前已完鉆的8口井均獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流,鉆探成功率達(dá)到100%。

高陡復(fù)雜構(gòu)造；三維地震解釋；“地質(zhì)戴帽”；鉆井地質(zhì)剖面恢復(fù)；三維可視化

1 工區(qū)概況

四川盆地川東北探區(qū)屬于高陡復(fù)雜構(gòu)造區(qū)。研究工區(qū)行政區(qū)劃位于四川省達(dá)州市開江、宣漢縣境內(nèi),區(qū)域構(gòu)造屬于川東南中隆高陡構(gòu)造區(qū)雙石廟構(gòu)造群七里峽構(gòu)造帶與黃龍場(chǎng)、溫泉井構(gòu)造帶的交匯處(圖1)。區(qū)內(nèi)地表主要出露三疊系須家河組石英砂巖和侏羅系珍珠沖組巖屑石英砂巖,西南角出露第四系地層。地表地形起伏較大,多深溝、陡崖,最高海拔1320m,最低海拔240m,最大高差達(dá)1080m。地腹構(gòu)造淺、中層褶皺非常強(qiáng)烈,地層傾角大且產(chǎn)狀多變,斷裂系統(tǒng)十分發(fā)育；斷壘型潛伏構(gòu)造眾多,構(gòu)造軸線嚴(yán)重扭曲。

該區(qū)地震勘探工作始于20世紀(jì)80年代,在1984—2005年先后進(jìn)行了4次二維地震勘探,測(cè)網(wǎng)線距2.5km。以往二維地震勘探基本查清了各局部圈閉的構(gòu)造形態(tài)、圈閉規(guī)模及高點(diǎn)位置。但因該區(qū)地腹構(gòu)造斷裂復(fù)雜,軸線嚴(yán)重扭曲,地震波在地下的傳播路徑非常復(fù)雜,二維地震資料的偏移成像不能完全準(zhǔn)確歸位[1-3],導(dǎo)致構(gòu)造解釋成果不能真實(shí)反映地下構(gòu)造形態(tài)和高點(diǎn)準(zhǔn)確位置,各輪解釋成果中構(gòu)造形態(tài)和斷層展布均存在差異。因此，基于二維地震勘探資料始終不能很好地查清各構(gòu)造之間的接觸關(guān)系及斷層的組合規(guī)律,增大了鉆井失誤的機(jī)率,多口鉆井不能順利鉆遇地質(zhì)目標(biāo)，開展三維地震精細(xì)解釋顯得日益重要和緊迫。

2008年8月在該區(qū)進(jìn)行了三維地震勘探(圖1),滿覆蓋面積220.5km2,覆蓋次數(shù)為9×8次,采用整塊采集方式于2009年初全面完成野外施工。采用疊前時(shí)間偏移方法對(duì)整塊三維資料進(jìn)行了成像處理,資料主頻為35Hz。

圖1 研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置

2 三維地震資料精細(xì)構(gòu)造解釋技術(shù)

研究區(qū)主要勘探目的層系為石炭系,埋深3500～4800m,屬于海相碳酸鹽巖沉積。該區(qū)所處構(gòu)造位置后期經(jīng)歷了幾期構(gòu)造運(yùn)動(dòng),三組不同延伸方向的構(gòu)造帶在此交匯,造成該區(qū)斷裂系統(tǒng)復(fù)雜，目的層段地震速度高且變化大，儲(chǔ)層呈薄層狀。我們采用地震-地質(zhì)聯(lián)合解釋的思路對(duì)研究區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造和儲(chǔ)層沉積特征進(jìn)行全面的分析和研究,在厘清地質(zhì)認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行三維地震資料的構(gòu)造精細(xì)解釋,進(jìn)而對(duì)研究區(qū)的構(gòu)造進(jìn)行精細(xì)刻畫。

2.1 凹、凸界面反射波組的識(shí)別技術(shù)

將疊加時(shí)間剖面、偏移時(shí)間剖面和地面高程進(jìn)行相互對(duì)照、反復(fù)對(duì)比,準(zhǔn)確識(shí)別背斜與向斜的反射波組特征,確定地腹構(gòu)造的高低關(guān)系。利用疊加時(shí)間剖面上凹界面的反射能量有聚焦作用、同相軸反射能量強(qiáng)、連續(xù)性好的反射特征，而凸界面的反射能量有發(fā)散作用、能量較弱，且凹界面的曲率大于凸界面曲率的幾何特征，進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別。

2.2 精細(xì)的地質(zhì)層位標(biāo)定技術(shù)

利用區(qū)內(nèi)鉆、測(cè)井資料,選取測(cè)井井段長(zhǎng)、資料品質(zhì)好、目的層齊全且能控制全區(qū)的井制作合成記錄,并結(jié)合巖性特征、區(qū)域地震波組特征及井地質(zhì)分層信息,綜合標(biāo)定地震剖面上的相應(yīng)反射層位。根據(jù)井旁道提取子波與地震數(shù)據(jù)的極性和主頻進(jìn)行對(duì)比分析,確保研究區(qū)的成果數(shù)據(jù)為正極性。

目前川東及川東北探區(qū)鉆井多為大斜度井和水平井,在標(biāo)定層位中必須使用井斜數(shù)據(jù)。通過加載實(shí)際鉆井井斜數(shù)據(jù)到地震工區(qū),從三維數(shù)據(jù)體中抽取沿實(shí)際鉆井軌跡的地震剖面,將合成記錄與井軌跡地震剖面對(duì)應(yīng)的地震反射層位進(jìn)行標(biāo)定,使波組關(guān)系、波形特征一一對(duì)應(yīng)(圖2)；利用單井和連井剖面進(jìn)行多井閉合標(biāo)定。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行三維數(shù)據(jù)多方向、多條連井線上目的層反射的準(zhǔn)確追蹤,進(jìn)一步認(rèn)識(shí)地質(zhì)分層。

2.3 精確的“地質(zhì)戴帽”技術(shù)

依據(jù)地震反射特征及波組特征,結(jié)合構(gòu)造成因模式,進(jìn)行相位對(duì)比及波組對(duì)比,對(duì)地震剖面進(jìn)行“地質(zhì)戴帽”。不對(duì)稱的高陡構(gòu)造逆掩斷層下盤的逆掩帶及斷褶帶凹凸構(gòu)造,都與地面褶皺有一定的關(guān)系,在地震反射波場(chǎng)復(fù)雜、資料信噪比低、速度估計(jì)及偏移歸位不準(zhǔn)確時(shí),其地下構(gòu)造形態(tài)解釋可能出現(xiàn)偏差。因此,我們將地面地質(zhì)露頭剖面按相同比例尺“戴帽”到偏移剖面上(圖3),指導(dǎo)地震剖面對(duì)比方案的確定,使地面真實(shí)構(gòu)造情況與地下構(gòu)造的地質(zhì)解釋協(xié)調(diào)并符合地質(zhì)規(guī)律。

圖2 大斜度井合成記錄標(biāo)定

2.4 復(fù)雜斷塊的三維立體空間解釋技術(shù)

復(fù)雜構(gòu)造的成因是受到了多個(gè)不同方向應(yīng)力的綜合作用。斷層是形成斷塊圈閉、斷鼻圈閉、斷層+巖性圈閉的必要條件[4-10],因此，在復(fù)雜構(gòu)造區(qū)域的斷層解釋尤顯重要。斷點(diǎn)位置是否準(zhǔn)確、斷層組合是否合理,直接影響最終構(gòu)造圖的成圖精度。

圖3 “地質(zhì)戴帽”地震剖面

復(fù)雜斷塊的地震解釋采取分區(qū)、分塊的方式進(jìn)行。在地震資料品質(zhì)相對(duì)較好、同相軸連續(xù)性好的區(qū)域,采用相對(duì)簡(jiǎn)單的常規(guī)三維立體空間解釋手段(空間體縱、橫向切片和相干屬性分析等)；而在斷裂發(fā)育區(qū)及斷層附近,則通過分析二維地震成果的構(gòu)造模式,結(jié)合區(qū)域地質(zhì)認(rèn)識(shí),對(duì)三維數(shù)據(jù)體進(jìn)行多方向的空間立體綜合解釋。

通過瀏覽工區(qū)的三維數(shù)據(jù)體、等時(shí)切片、相干體等,對(duì)全區(qū)的斷裂發(fā)育規(guī)模及斷層展布建立一個(gè)整體的、概括性的立體概念(圖4),然后對(duì)主測(cè)線和聯(lián)絡(luò)測(cè)線方向的剖面進(jìn)行斷裂性質(zhì)、斷開層位及產(chǎn)狀的精細(xì)刻畫,并對(duì)縱、橫向的斷點(diǎn)作閉合處理,對(duì)解釋的斷裂進(jìn)行合理的平面組合。在斷層解釋的同時(shí)進(jìn)行層位對(duì)比,準(zhǔn)確確定縱向上淺、中、深層斷點(diǎn)在剖面上的位置及平面上相鄰斷點(diǎn)的關(guān)系,避免上、下層位間斷層上、下盤的交叉。

圖4 三維地震切片

2.5 實(shí)鉆井地質(zhì)剖面恢復(fù)技術(shù)

地震資料解釋中綜合利用地震和地質(zhì)資料非常重要,特別是高陡復(fù)雜構(gòu)造區(qū)斷層附近構(gòu)造解釋方案的準(zhǔn)確確定,關(guān)系到鉆井施工的成功與否。在解釋過程中應(yīng)充分利用測(cè)井、地震、地質(zhì)等多種類型數(shù)據(jù),用交互分析、交會(huì)分析、相關(guān)分析等基礎(chǔ)手段進(jìn)行綜合地質(zhì)分析,特別是對(duì)鉆至復(fù)雜斷裂帶的鉆井軌跡進(jìn)行地質(zhì)剖面恢復(fù),可以正確合理地確定地震剖面的構(gòu)造解釋方案。

Well-2井的鉆井過程非常復(fù)雜,共進(jìn)行了1次正眼和2次側(cè)鉆才鉆至目標(biāo)層。正眼過程鉆遇二疊系地層960m(實(shí)際正常地層厚度僅在380m左右),完鉆于構(gòu)造復(fù)雜帶,始終沒有鉆遇目的層——下二疊統(tǒng)底。提起鉆機(jī)進(jìn)行第1次側(cè)鉆鉆至倒轉(zhuǎn)帶,表現(xiàn)為地層重復(fù),且與目的層擦肩而過,完鉆于上二疊統(tǒng)茅口組地層。重新提起鉆機(jī)進(jìn)行第2次側(cè)鉆才終于鉆至目標(biāo)層位,在目標(biāo)層內(nèi)進(jìn)行水平鉆進(jìn),于石炭系內(nèi)共鉆進(jìn)142.4m。對(duì)整個(gè)鉆井過程進(jìn)行了地質(zhì)剖面恢復(fù)(圖5a),真實(shí)呈現(xiàn)了井下實(shí)鉆情況。按照恢復(fù)結(jié)果在地震剖面上進(jìn)行構(gòu)造解釋,確定了該斷塊處的解釋方案(圖5b)。陡帶在剖面上表現(xiàn)不出來,因此用斷層來表示其地層的變化。

圖5 實(shí)鉆井地質(zhì)恢復(fù)剖面(a)及據(jù)此確定的過井地震剖面構(gòu)造解釋方案(b)

2.6 變速成圖時(shí)-深轉(zhuǎn)換技術(shù)

在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)劇烈、地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地區(qū),因構(gòu)造應(yīng)力作用破壞了局部地層間原有的速度場(chǎng)結(jié)構(gòu),高陡復(fù)雜構(gòu)造時(shí)-深轉(zhuǎn)換速度模型構(gòu)建雖然有多種方式實(shí)現(xiàn),但效果一直不盡人意,容易在斷層迭掩區(qū)出現(xiàn)構(gòu)造形態(tài)畸變,使斷層下盤的高點(diǎn)位置不準(zhǔn),從而影響鉆探效果[11-13]。因此,用單一的速度做時(shí)-深轉(zhuǎn)換不能揭示構(gòu)造層橫向變化的規(guī)律,也不能滿足勘探的精度要求。通過分析鉆、測(cè)井資料,確定縱向上將地質(zhì)層位作為速度層、利用每一個(gè)速度層的層速度進(jìn)行時(shí)-深轉(zhuǎn)換的方法是川東北高陡復(fù)雜構(gòu)造區(qū)比較有效的方法。

常用的層速度模型主要有同層層速度模型和串層層速度模型(圖6)。同層層速度模型時(shí)-深轉(zhuǎn)換的原理是在斷層的上、下盤沿同一地質(zhì)層位提取速度,制作速度模型。其關(guān)鍵點(diǎn)有兩個(gè)：一是盡量保留對(duì)上盤的構(gòu)造形態(tài)有影響的上覆斷層；二是對(duì)不影響隆起形態(tài)的斷層進(jìn)行平滑處理，在斷層的上盤斷點(diǎn)和下盤斷點(diǎn)中間部位進(jìn)行。串層層速度模型時(shí)-深轉(zhuǎn)換的原理是在斷層上、下盤沿不同地質(zhì)層位提取速度,盡量在大斷層兩側(cè)沿目的層提取速度,到大斷層一側(cè)斷點(diǎn)附近時(shí)自然過渡到斷層的另一側(cè)。

不論是同層層速度模型還是串層層速度模型,都要充分反映高速或低速急劇變化的地質(zhì)現(xiàn)象。根據(jù)建立的速度場(chǎng)制作速度模型,經(jīng)迭代得到最終的三維速度場(chǎng),對(duì)時(shí)間域的剖面進(jìn)行時(shí)-深轉(zhuǎn)換。分析轉(zhuǎn)換結(jié)果的合理性和對(duì)井精度,進(jìn)一步修改模型,得到更為精準(zhǔn)的深度數(shù)據(jù)體,以便更好地描述地下地質(zhì)構(gòu)造的真實(shí)形態(tài)。

圖6 同層層速度時(shí)-深轉(zhuǎn)換模型(a)和串層層速度時(shí)-深轉(zhuǎn)換模型(b)

3 應(yīng)用效果分析

通過應(yīng)用三維地震精細(xì)構(gòu)造解釋技術(shù)對(duì)研究區(qū)高陡復(fù)雜構(gòu)造進(jìn)行地質(zhì)解釋,使構(gòu)造成果取得了很大突破，特別是對(duì)發(fā)育在兩個(gè)北東—南西向構(gòu)造帶之間的芭蕉場(chǎng)潛伏構(gòu)造形態(tài)和斷層展布的認(rèn)識(shí)發(fā)生了較大的變化。二維解釋成果中芭蕉場(chǎng)構(gòu)造向東北方向逐漸消失(圖7a)；而三維解釋成果中芭蕉場(chǎng)潛伏構(gòu)造呈北西—南東向展布,分別逐漸消失在溫泉井構(gòu)造和七里峽構(gòu)造的斷層下盤(圖7b)。構(gòu)造的基本要素也發(fā)生了很大的改變。二維成果中芭蕉場(chǎng)潛伏構(gòu)造僅為七里峽構(gòu)造和溫泉井構(gòu)造之間的單一孤立高點(diǎn),構(gòu)造北部轉(zhuǎn)向北東向。而三維成果中芭蕉場(chǎng)潛伏構(gòu)造在兩個(gè)大斷層之間形成了一個(gè)完整的圈閉,圈閉走向?yàn)楸蔽飨?；圈閉的高點(diǎn)也增加為3個(gè),形成了一個(gè)大的潛伏高帶,潛伏高帶的閉合面積比二維解釋成果擴(kuò)大了近一倍。

基于本次三維地震解釋成果部署鉆探了10余口井,大部分為水平井,目前已完成8口,均獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流,鉆探成功率達(dá)到100%。鉆探結(jié)果證實(shí),本輪三維地震精細(xì)構(gòu)造解釋成果更真實(shí)地反映了研究區(qū)地下構(gòu)造的形態(tài)和斷層的展布情況,為提高高陡復(fù)雜構(gòu)造區(qū)鉆探成功率提供了可靠的資料。

圖7 研究區(qū)二維地震解釋(a)和三維地震解釋(b)的下二疊統(tǒng)底構(gòu)造成果

4 結(jié)束語

在川東北高陡復(fù)雜構(gòu)造區(qū)三維地震精細(xì)構(gòu)造解釋中，通過凹、凸界面反射波組的識(shí)別、精細(xì)的地質(zhì)層位標(biāo)定、精確的“地質(zhì)戴帽”、復(fù)雜斷塊的三維立體空間解釋、實(shí)鉆井地質(zhì)剖面恢復(fù)和變速成圖時(shí)-深轉(zhuǎn)換等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，完善了該區(qū)的構(gòu)造解釋方案，進(jìn)一步理順了3個(gè)交匯構(gòu)造之間的接觸關(guān)系和斷層的延展方向，為該區(qū)的圈閉落實(shí)及下一步的井位部署與儲(chǔ)層評(píng)價(jià)提供了可靠的依據(jù)。

值得指出的是，川東北高陡復(fù)雜構(gòu)造區(qū)物理模型和地質(zhì)模型的構(gòu)建不是一兩次嘗試就能與實(shí)際地質(zhì)情況相吻合的，地震解釋結(jié)果需要通過鉆井、測(cè)井等資料綜合分析不斷修正地質(zhì)構(gòu)造模式，才能逐步逼近真實(shí)的地下地質(zhì)構(gòu)造體。

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(編輯：戴春秋)

3D seismic fine structural interpretation technology in high-steep complicated area,northeast Sichuan Basin

Xu Min1,2,Liang Hong2

(1.StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China; 2.Geophysicalexplorationresearchcenter,Geophysicalprospectingco,ChuanQingdrillingengineeringco,LTD,Shuangliu610213,China)

The northeast of Sichuan Basin is complex high-steep structure zone,where underground fault systems are very complicated and deep valleys and steep cliffs are throughout the surface.When drilling geological target,more than one well drilling didn’t get along smoothly,because the multiple 2D seismic interpretation results can not clearly reveal the structural relationship and the combination rule of faults.Therefore,3D seismic fine structural interpretation was carried out.Geologic horizons were fine calibrated through single well and well tie,well deviation data of a highly-deviated well is sufficiently utilized,and the horizon is accurately calibrated in strict accordance with the practical wellbore trajectory.Based on “geologic capping” of seismic sections in combination with outcrop sections,actual trajectory of drilling wells met with complicated fault blocks were geologically restored,and its reasonable structure interpretation patterns was determined,so that the data volume was subjected to 3D visual comprehensive interpretation.Reasonable velocity fields were adopted for different fault blocks,and variable velocity mapping was implemented by using a same-stratum or serial-stratum interval velocity model.Based on the 3D seismic fine structural interpretation,more than 10 wells (the majority are horizontal wells) were deployed.Currently,8 completed wells obtain natural gas with high yields with success rate of 100%.

complex high-steep structure,3D seismic data interpretation,“geologic capping”,geological section recovery of drilling trajectory,3D visualization

2014-06-13;改回日期：2014-10-15。

徐敏(1972—),女,高級(jí)工程師,主要從事高陡復(fù)雜構(gòu)造解釋和碳酸鹽巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)工作。

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41472094)資助。

P631

A

1000-1441(2015)02-0197-06

10.3969/j.issn.1000-1441.2015.02.011