南緣霍瑪吐構(gòu)造帶三維地質(zhì)建模應(yīng)用效果

夏雨，魏凌云，肖立新，冀冬生，彭天令

（新疆油田公司勘探開發(fā)研究院地球物理研究所，新疆 烏魯木齊 830013）

南緣霍瑪吐構(gòu)造帶三維地質(zhì)建模應(yīng)用效果

夏雨，魏凌云，肖立新，冀冬生，彭天令

（新疆油田公司勘探開發(fā)研究院地球物理研究所，新疆 烏魯木齊 830013）

霍瑪吐構(gòu)造帶地表、地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜，受二維測網(wǎng)限制，合理地構(gòu)造建模和準確的速度建場較難，是制約該區(qū)圈閉落實和油氣發(fā)現(xiàn)的主要因素。采用深淺層分層控制法消除層面間的相互干擾、復雜斷塊分組控制法解決逆斷裂上下盤層位關(guān)系搭建的難點、層位網(wǎng)格約束法快速準確修改模型局部異常，逐級分解建模，有效解決了復雜構(gòu)造三維建模難點，最終建成符合實際的三維地質(zhì)模型。應(yīng)用井控模型約束三維轉(zhuǎn)深技術(shù)實現(xiàn)了多信息約束下的層速度建模與轉(zhuǎn)深。三維空間建模提高了構(gòu)造解釋三維空間合理性，同時為三維空間速度分析與建場提供基礎(chǔ)，降低了構(gòu)造成圖誤差，提高圈閉落實精度。

準噶爾盆地；霍瑪吐構(gòu)造帶；復雜構(gòu)造；三維建模技術(shù)；目標落實

霍爾果斯背斜、瑪納斯背斜、吐谷魯背斜同屬準噶爾盆地南緣山前沖斷帶第二排構(gòu)造，地表、地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜（圖1），受二維測網(wǎng)限制，精確的構(gòu)造解釋和速度建場難，是制約該區(qū)圈閉落實和油氣發(fā)現(xiàn)的主要因素［1-4］。三維地質(zhì)建模可直觀地驗證地震解釋、地質(zhì)認識，實現(xiàn)三維表達和展示。在三維地質(zhì)模型基礎(chǔ)上進行各種數(shù)值計算與模擬，從而定量、精確地分析地下地質(zhì)狀況，對研究區(qū)油氣勘探具重要意義。三維構(gòu)造模型也稱格架模型，由地質(zhì)反射層和斷層構(gòu)成。經(jīng)幾十年發(fā)展，國內(nèi)外三維地質(zhì)建模已有了較成熟的理論和算法，但對復雜構(gòu)造建模還存在一些問題，尤其在處理斷面和地層面相交及逆斷層多值建模，需經(jīng)人工干預(yù)，容易產(chǎn)生誤差［5-8］。

研究區(qū)構(gòu)造復雜，深淺層構(gòu)造樣式差異大，逆掩斷裂發(fā)育，組合關(guān)系復雜，地層重復疊置嚴重，建模難度大。在常規(guī)方法基礎(chǔ)上，建立一套針對復雜構(gòu)造帶的建模技術(shù)，采用深淺層分層控制法、復雜斷塊分組控制法、層位網(wǎng)格約束法，逐級拆分精細建模，最終建成符合實際的三維構(gòu)造模型。

1 復雜構(gòu)造三維建模關(guān)鍵技術(shù)

1.1 時間域模型的建立

時間域模型的建立是三維建模的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是準確建立空間速度模型的基礎(chǔ)。

深淺層分層控制法目前，三維地質(zhì)建模通常采用整體建模的方法。研究區(qū)古近系安集海河組及上覆地層傾角高陡，下伏地層平緩，構(gòu)造縱向形態(tài)差異大、橫向轉(zhuǎn)換關(guān)系復雜、二維地震解釋數(shù)據(jù)分布不均，整體建模選取相同的外推、平滑等參數(shù)會導致模型地層傾角與實際解釋方案存在較大差異。采用深淺層分層控制法，據(jù)構(gòu)造形態(tài)差異把研究區(qū)地層分為上下兩部分，安集海河組以上作為上部，以下為下部，各自作為獨立的初始模型，選擇合適的網(wǎng)格方法與參數(shù)，分別建模再合并。分層建模后，在一定程度上消除了層序間的相互干擾和影響，模型質(zhì)量得到改善。

圖1 吐谷魯背斜TG201101K地震地質(zhì)解釋剖面Fig.1 TG201101K Seismic geological interpretation section of Tugulu anticline

復雜斷塊分組控制法逆斷層空間模型構(gòu)建一直是三維建模的一個難點。研究區(qū)逆斷層空間組合復雜，同一層位數(shù)據(jù)縱向疊置，建模時地層橫向、縱向和垂向都會在插值過程中彼此影響，造成模型逆斷層與層序關(guān)系錯亂。本文采用復雜斷塊分組控制法，將相關(guān)性好的斷塊分成一組，分級搭建斷裂組合，完成空間分組斷裂模型。以吐谷魯背斜上部模型為例，在分層建?；A(chǔ)上，據(jù)地層產(chǎn)狀和層序重復量，把背斜南翼、北翼和核部地層分開，將上部模型分成3個斷塊組，分別在各個斷塊組內(nèi)選擇合適的網(wǎng)格方法與參數(shù)，完成分塊內(nèi)插建模再合并。復雜斷塊分組控制法可厘清斷裂組合關(guān)系，減少斷塊間層序插值的相互影響，解決重復層序網(wǎng)格化難點。

層位網(wǎng)格約束法三維地質(zhì)建模時，解釋數(shù)據(jù)稀少、不均或插值方法都可能造成模型斷裂與層位出現(xiàn)局部異常，比如在圖2-a中就出現(xiàn)塔西河組被剝蝕的現(xiàn)象，與地震解釋方案不符。

局部修改時，采用對原始數(shù)據(jù)人工修改的方法，操作繁瑣且不夠準確。本文采用層位網(wǎng)格約束法，先找出異常地層所在斷塊，圖2-a中藍色線是吐谷魯背斜塔西河組頂界的二維解釋數(shù)據(jù)，褐色面是塔西河組頂界網(wǎng)格，由于二維解釋數(shù)據(jù)稀少，塔西河組頂界層位網(wǎng)格在圖中圓圈處偏低，與其下沙灣組頂界相交，導致異常尖滅。采用分塊修正技術(shù)，在該斷塊內(nèi)對解釋數(shù)據(jù)重新網(wǎng)格，完全消除其它斷塊影響，處理后的網(wǎng)格面與解釋方案吻合，替換原來的網(wǎng)格重新參與建模，消除了局部異常（圖2-b）。采用層位網(wǎng)格約束法提高了局部異常修改的效率與精度。

1.2 井控模型約束三維轉(zhuǎn)深技術(shù)

研究區(qū)速度譜點雜亂，密度稀，分布不均勻，存在速度倒轉(zhuǎn)。簡單利用地震速度建場轉(zhuǎn)深無法滿足成圖精度的需要。本文采用井控模型約束三維轉(zhuǎn)深技術(shù)實現(xiàn)了多信息約束下的層速度建模與轉(zhuǎn)深。通過鉆井速度分析，確定不同層的層速度特征，建立層速度橫向變化與地層巖性、構(gòu)造結(jié)構(gòu)的擬合關(guān)系。以三維時間域模型為基礎(chǔ)，利用鉆井分析得到速度變換規(guī)律，對各套地層進行變速充填，得到三維速度模型。將時間域模型轉(zhuǎn)換成深度域模型，逐層提取得到各層的構(gòu)造圖［9-10］。

2 應(yīng)用效果

圖3是應(yīng)用這套技術(shù)最后得到的研究區(qū)三維構(gòu)造模型。通過對二維解釋數(shù)據(jù)控制，實現(xiàn)二維解釋層位和斷裂在空間上的完全閉合，提高了二維資料構(gòu)造解釋的精度和合理性，更直觀地明確各構(gòu)造的空間展布形態(tài)及相互間轉(zhuǎn)換關(guān)系。從模型上看，霍、瑪、吐3大構(gòu)造在EW向上具此消彼長的特征。如從霍爾果斯背斜主體向東過渡，構(gòu)造幅度逐漸降低直至消失，而東北側(cè)瑪納斯背斜在霍爾果背斜消失前就開始出現(xiàn)，并向東逐漸抬升，構(gòu)造幅度也隨之增強，至瑪納斯背斜構(gòu)造高點，向東過渡，瑪納斯背斜構(gòu)造幅度逐漸降低，在降低過程中，東南側(cè)吐谷魯背斜開始出現(xiàn)，構(gòu)造向東逐漸抬升，幅度隨之增強。與此同時，斷裂活動的強、弱隨構(gòu)造活動強弱變化而變化。

圖2 吐谷魯背斜時間域模型Fig.2 Time domain model of Tugulu anticline

圖3 霍爾果斯、瑪納斯、吐谷魯背斜三維構(gòu)造模型Fig.3 3-D tectonic model of Huoerguos-Manas-Tugulu anticline

通過研究區(qū)三維建模，形成一套針對復雜構(gòu)造的三維建模技術(shù)。采用深淺層分層控制法消除層面間相互干擾、復雜斷塊分組控制法解決逆斷裂上下盤層位關(guān)系搭建的難點、層位網(wǎng)格約束法準確快速修改模型局部異常。從分層、分組再到分塊，逐級拆分最終實現(xiàn)以斷塊為單位的精細建模。在三維空間內(nèi)準確刻畫出每條斷層對地層的影響，真實模擬構(gòu)造發(fā)育過程，解決了整體建模斷層和層面、層面和層面間接觸關(guān)系不準確的問題（圖4）。三維建模技術(shù)在研究區(qū)的應(yīng)用，落實了霍爾果斯背斜、瑪納斯背斜、吐谷魯背斜圈閉特征及高點位置。應(yīng)用井控模型約束三維轉(zhuǎn)深技術(shù)，可實現(xiàn)符合地質(zhì)認識、速度規(guī)律的構(gòu)造轉(zhuǎn)深。所成構(gòu)造圖與鉆井深度對比誤差小于2%，成圖精度高（表1）。

另外，以三維模型為約束，利用井、區(qū)域資料建立面向疊前深度偏移的區(qū)域?qū)铀俣饶Ｐ?，提高了速度精度，進而使研究區(qū)疊前深度偏移資料成像質(zhì)量明顯改善。

3 結(jié)論

（1）三維地質(zhì)建模提高了二維資料構(gòu)造解譯精度和合理性，更直觀地明確各構(gòu)造空間展布形態(tài)及相互間轉(zhuǎn)換關(guān)系，同時為三維空間速度分析與建場提供基礎(chǔ)。借助三維建模技術(shù)，提高了霍爾果斯背斜、瑪納斯背斜、吐谷魯背斜圈閉落實精度。

（2）針對研究區(qū)復雜構(gòu)造，優(yōu)化建立深淺層分層控制法、復雜斷塊分組控制法、層位網(wǎng)格約束法三維建模關(guān)鍵技術(shù)，有效解決以往整體建模的問題和難點，提高建模精度和效率。

表1 霍瑪吐構(gòu)造帶紫泥泉子組頂界成圖深度與鉆井深度誤差表Table 1 Mapping and Drilling depth error of top boundary of ziniquanzi formation in Huoerguos-Manas-Tugulu tectonic belt

圖4 吐谷魯背斜時間域模型（單個斷塊）Fig.4 Time domain model of Tugulu anticline（single fault block）

（3）應(yīng)用井控模型約束三維轉(zhuǎn)深技術(shù)，可實現(xiàn)符合地質(zhì)認識、速度規(guī)律的構(gòu)造轉(zhuǎn)深，提高速度模型和構(gòu)造成圖精度，改善疊前深度偏移資料成像質(zhì)量。

［1］匡立春，王緒龍，張健，等.準噶爾盆地南緣霍-瑪-吐構(gòu)造帶構(gòu)造建模與瑪河氣田的發(fā)現(xiàn)［J］.地質(zhì)勘探，2012，32（2）：11-15.

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Application Effect of 3-D Geological Modeling of Huomatu Structural Belt in South Junggar Basin

Xia Yu，Wei Lingyun，Xiao Lixin，Ji Dongsheng，Peng Tianling
（Xinjiang Oil Field Company，exploration and Development Research Institute of Geophysical Research Institute of Urumqi，Urumqi，Xinjiang，830013，China）

The complex surface and underground geological structure of the Huoerguos-Manas-Tugulu tectonic zone，limited by 2-D seismic survey line grid，makes it hard to get structural modeling reasonable and constructing velocity accurate，and is the main factor which restricts the trap implementation and oil and gas discovery.By adopting the step-bystep decomposition modeling，this thesis eliminates the mutual interference between the levels with depth layer hierarchical control method，solves the difficulty of footwall strata relationship building in reverse faults zone with complex fault block group control method and modifies the local anomalies of the model rapidly and accurately，and works out the difficulty in 3-D modeling complex structures efficiently and finally builds the 3-D geological model which conform to the actual situation underground.Also，it realizes the interval velocity modeling and deep under information constraints through the applying of well control 3-D model constraints and deep technology.3-D modeling improves the structure interpretation rationality in 3-D space，provides the basis for 3-D velocity analysis and construction field at the same time，reduces the structure mapping error and at last improves the entrapment implementation accuracy.

Southern margin of Junggar basin；Huoerguos-Manas-Tugulu Tectonic Zone；Complex construction；3-D geological modeling technology；Implementation of the goal

P534.45

A

項目資助：國家重大專項“準噶爾前陸盆地油氣富集規(guī)律、勘探技術(shù)與區(qū)帶目標優(yōu)選（2011zx05003-005）項目資助

2014-02-20；

2014-03-28；作者E-mail：shmilrain@sina.com

夏雨（1983-），女，新疆 烏魯木齊 人，工程師，2008年畢業(yè)于中國石油大學（華東），碩士，主要從事地震解釋和構(gòu)造建模方面的研究