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    四川盆地LH地區(qū)雜鹵石地震綜合識別技術(shù)研究

    2018-07-02 07:52:16張洞君朱亞東曹琳昱
    物探化探計算技術(shù) 2018年3期
    關(guān)鍵詞:硬石膏鉀鹽鹵水

    羅 晶, 章 雄, 徐 敏, 張洞君, 朱亞東, 鄭 虹, 曹琳昱

    (中國石油 東方地球物理勘探公司西南物探分公司,成都 610213)

    0 引言

    四川LH地區(qū)雜鹵石礦床,是一個大型雜鹵石-石膏伴生礦床,自從上個世紀(jì)八十年代被發(fā)現(xiàn)以來,被廣泛地關(guān)注。雜鹵石是一種難溶性鉀鹽礦物,所含K、Mg、Ca等組分都是農(nóng)作物生產(chǎn)所必需的養(yǎng)分。1988年美國鉀鹽地質(zhì)專家海特(R.J.Hite)博士來四川考察時指出:“雜鹵石作肥料可保持土壤團(tuán)粒松散,穩(wěn)定土壤持水性,避免土質(zhì)板結(jié),土壤不至于鹽堿化,且選礦后打磨成礦粉,就可直接利用,它是比其他鉀鹽更具現(xiàn)實(shí)使用價值的鉀肥資源。”

    我國是一個農(nóng)業(yè)大國,而鉀鹽的儲量只占到全球鉀鹽總量的1.9%,每年的產(chǎn)量都十分有限,絕大部分鉀肥一直靠進(jìn)口。鉀礦作為一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)短缺和急需的現(xiàn)實(shí)礦產(chǎn)和化工等行業(yè)的重要戰(zhàn)略資源,成為找礦和資源評價重點(diǎn)之一。從2016年開始,國家科技部將會同國土資源部、教育部、中科院等部門開展“深地資源勘察開采”重點(diǎn)專項實(shí)施。專項將形成3 000 m以淺礦產(chǎn)資源勘探成套技術(shù)能力,儲備一批5 000 m以深資源勘查前沿技術(shù),油氣勘查技術(shù)能力擴(kuò)展到6 500 m~10 000 m,加快“透明地球”技術(shù)體系建設(shè),提交一批深地資源戰(zhàn)略儲備基地,支撐擴(kuò)展“深地”資源空間。

    地震勘探方法作為地球物理勘探方法的一種,不僅在其擅長的油氣資源勘探領(lǐng)域,而且在找尋其他礦藏領(lǐng)域也有廣泛地應(yīng)用。目前,前人對鉀礦經(jīng)過多年的探索,對鉀鹽的成鹽理論[1-2]和測井評價方法[3-4]已有一定的研究,但是對于地震的研究卻很少涉足。從2011年開始,國內(nèi)出現(xiàn)了一些針對鉀鹽的地震識別研究[5-6],但是僅僅局限在地震資料的解釋對比、構(gòu)造成果的評價以及一些常規(guī)的地震手段,而忽略了鉀鹽(雜鹵石)與油氣資源的賦存地質(zhì)條件的差異,且并未形成一套有效的地震評價手段和流程。本次研究選取LH三維地震資料,該區(qū)域是前人在80年代進(jìn)行石膏礦床詳查時認(rèn)為的有利目標(biāo)區(qū)域,現(xiàn)擬利用油氣勘探的技術(shù)思路,結(jié)合雜鹵石的賦存地質(zhì)特征,并運(yùn)用目前先進(jìn)的地球物理手段,系統(tǒng)總結(jié)出尋找鉀礦(雜鹵石)的地震勘探解釋技術(shù)和流程,為深部鉀鹽精準(zhǔn)判識、摸清3 000 m以淺鉀鹽(雜鹵石)資源潛力提供強(qiáng)有力的地震技術(shù)支持。

    1 雜鹵石賦存地質(zhì)特征分析

    1.1 礦體沉積特征

    四川盆地海相三疊系為一套碳酸鹽巖和蒸發(fā)巖的沉積組合,厚為800 m~1 300 m,為盆地重要的鹽系地層,蒸發(fā)巖極其發(fā)育,其分布范圍已經(jīng)超越現(xiàn)今四川盆地,面積大于40*104km2。LH地區(qū)雜鹵石主要產(chǎn)于中三疊統(tǒng)嘉陵江組嘉五2亞段和雷口坡組雷一1亞段下部的硬石膏中,在古地理位置上處于上揚(yáng)子臺地廣闊的局限海臺地-蒸發(fā)臺地的局部低凹地區(qū),水體循環(huán)差,蒸發(fā)作用強(qiáng),從而形成一套菱鎂質(zhì)白云巖、硬石膏和石鹽頻繁的交替沉積。其中,石鹽的Br*103/Cl值頗大,達(dá)0.4~0.5以上,咸化程度甚高。

    1.2 礦體分布特征

    研究區(qū)構(gòu)造復(fù)雜,塑性變形極其強(qiáng)烈,致使硬石膏-雜鹵石重復(fù)、斷缺,與其上下巖層呈不整合形變接觸。礦體明顯受波狀層間褶曲控制,分布在褶曲底部塑性層處于相對引張狀態(tài)的部位。雜鹵石的分布嚴(yán)格受巖性控制,與硬石膏依附產(chǎn)出,在構(gòu)造破壞作用較強(qiáng)的構(gòu)造破碎帶,水化石膏及角礫巖大量發(fā)育,硬石膏很少保存,無雜鹵石分布。礦層底板巖層的破碎,使地下承壓水進(jìn)入石膏層,硬石膏發(fā)生水化,雜鹵石則發(fā)生淋蝕作用[7]。

    從近幾年盆地鉀鹽勘察開發(fā)的實(shí)踐表明,具中等褶皺強(qiáng)度,并伴隨一定規(guī)模斷裂發(fā)育的構(gòu)造,既可使礦體能較好地保存,同時也可為后期礦體的開采運(yùn)移和高產(chǎn)富集作用提供良好的條件。而褶皺強(qiáng)度過大的構(gòu)造,則可能導(dǎo)致礦藏遭受淋濾破壞,過弱的構(gòu)造雖保存條件良好,但構(gòu)造裂隙欠發(fā)育,又缺乏鹵水足夠的儲存和運(yùn)移空間。兼顧礦藏富集和保存兩個方面的條件,在構(gòu)造相對較低緩,褶皺強(qiáng)度中等的背斜構(gòu)造,較有利于礦藏的高產(chǎn)富集[8]。

    1.3 礦體形成機(jī)制

    由于雜鹵石賦存形式的不同和結(jié)構(gòu)的特殊性,其形成過程十分復(fù)雜,不能一概而論,要根據(jù)實(shí)際情況做具體的分析。通常認(rèn)為,雜鹵石形成于早成巖階段,由富含K+和Mg2+的鹵水和早期形成的石膏、硬石膏或者鈣芒硝發(fā)生逆向反應(yīng)形成[9]。在鉀鎂鹽沉積階段或者鹵水中已經(jīng)有超飽和的K+和Mg2+,富鈣和硫酸根的溶液外來補(bǔ)給形成雜鹵石[10]。近些年,國內(nèi)、外學(xué)者通過大量的研究總結(jié),發(fā)現(xiàn)雜鹵石的成因主要有3種成因方式:①原生沉積作用,當(dāng)海水濃縮到硫酸鉀鎂鹽沉積階段時,有一部分外來鈣源作為補(bǔ)充,形成雜鹵石,也可能是在硫酸鈣鹽沉積階段有鉀鎂離子作為補(bǔ)充形成;②準(zhǔn)同生交代,早期沉淀的硬石膏(或石膏)與鹵水不斷濃縮形成的濃鹵水(濃鹵水中富含鉀、鎂離子)發(fā)生反應(yīng)形成雜鹵石;③后生交代,在成巖作用以后,外來溶液與巖石發(fā)生交代作用形成雜鹵石。

    前人對四川盆地雜鹵石的成因問題經(jīng)過多次討論后,絕大部分人認(rèn)為是后期交代成因形成。其形成原因主要是由于石膏轉(zhuǎn)變?yōu)橛彩噙^程發(fā)生脫水,而水遇易溶性鉀鎂鹽又發(fā)生了水溶變質(zhì)作用,進(jìn)而產(chǎn)生了富K和Mg的熱鹵水,最后又與硬石膏次生交代產(chǎn)生雜鹵石[11-14]。蔡克勤等[15]對四川農(nóng)樂地區(qū)的雜鹵石成因進(jìn)行分析,分析認(rèn)為該區(qū)域雜鹵石主要有以下2種成因:①主要為準(zhǔn)同生交代作用形成(硬石膏與濃鹵水作用形成);②后生交代成因形成。

    2 礦體空間分布趨勢分析

    雜鹵石一般與多鈣鉀石膏、硫鍶鉀石共生礦物伴生存在,表明了鹽類淋濾變質(zhì)的復(fù)雜性。礦層經(jīng)復(fù)雜的熱融、水溶變質(zhì)交代作用而成,導(dǎo)致了雜鹵石在沉積后并沒有一個統(tǒng)一的巖性組合,對應(yīng)于地震剖面的外部及內(nèi)部形態(tài)上沒有統(tǒng)一的共性特征。一方面,根據(jù)井震標(biāo)定分析,結(jié)合川東地區(qū)高陡復(fù)雜構(gòu)造的解釋模式(圖1),對比解釋嘉五2亞段底和雷一2亞段底(圖2);另一方面,在精細(xì)層位對比解釋的基礎(chǔ)上,基于古地貌恢復(fù)的三維成圖,便可繪制出礦體賦存的地層厚度分布圖(圖3)。

    厚度大的區(qū)域主要分布在陡緩轉(zhuǎn)折帶和向斜部位,受膏巖塑性地層的影響,地層的變形褶皺使地層厚度增大。由于雜鹵石與膏巖的賦存關(guān)系,膏巖厚的地方,雜鹵石可能發(fā)育,但需要借助其他技術(shù)手段綜合考慮分析。

    圖1 LH6井地震地質(zhì)剖面Fig.1 Well LH6 seismogeological cut plane

    圖2 LH地區(qū)地震剖面展示圖Fig.2 LH region seismic cross section

    圖3 雜鹵石賦存地層厚度空間分布圖Fig.3 Thickness profile of polyhalite distribution

    3 敏感測井曲線分析

    雜鹵石的測井響應(yīng)特征通常表現(xiàn)為(圖4):①井徑曲線規(guī)則,無擴(kuò)徑現(xiàn)象;②自然伽馬值較高,通常在90 API~180 API;③自然伽馬能譜測井鉀含量較高(普遍大于4%),釷、鈾曲線值較低;④三孔隙度曲線中,聲波時差大,中子值高(通常大于18),密度值也較大(大于2.72 g/cm3);⑤電阻率表現(xiàn)為高值。泥巖層的自然伽馬值較高,聲波、中子值也較大,與雜鹵石響應(yīng)特征類似,但是泥巖層通常密度值較低,電阻率值低,且泥巖層疏松易垮塌,井徑曲線往往不規(guī)則。

    從LH三維的實(shí)際鉆井資料來看,在雜鹵石發(fā)育的嘉五2-雷一1地層中,圍巖巖性主要包括石膏、硬石膏、灰質(zhì)白云巖和白云巖,不含泥巖(圖5),部分井在雷口坡組底部發(fā)育一套綠豆巖,一般為1 m~2 m。綠豆巖為一富含鉀鋁硅酸鹽的火山凝灰?guī)r,經(jīng)水解作用,產(chǎn)生去?;摴栉g變?yōu)樗颇刚惩翈r。因此,綠豆巖通常含有放射性鉀元素,且部份井綠豆巖中還含有雜鹵石。在地震綜合預(yù)測中,將不把綠豆巖作為影響因素考慮到雜鹵石的厚度預(yù)測中,而儲層的精細(xì)描述將重點(diǎn)針對雜鹵石的敏感曲線(GR或RT)開展交會分析、門檻值確定,以便開展后續(xù)的巖性模擬定量預(yù)測。

    4 優(yōu)勢屬性分析

    屬性預(yù)測分析是將提取和優(yōu)化后的各種地震屬性與已知井的地層結(jié)構(gòu)、巖石物性、儲層含油氣等信息相結(jié)合,明確可利用地震屬性的地質(zhì)物理意義,并進(jìn)行精細(xì)的解釋、推斷,從而得出對儲層定性或定量的結(jié)論。

    受膏巖褶皺的影響,其間發(fā)育的雜鹵石存在非均值性和復(fù)雜性,在雜鹵石發(fā)育區(qū),可利用最能準(zhǔn)確表征其特點(diǎn)的屬性特征進(jìn)行區(qū)域的定性描述。從優(yōu)選的的多種屬性分析來看(圖6),弧長屬性是表征時窗內(nèi)地震波道的長度,反映了地震波振幅和頻率

    圖4 雜鹵石測井曲線特征Fig.4 Polyhalite borehole log

    圖5 LG001-29井嘉五2-雷一1段巖性柱狀圖Fig.5 Well LG001-29 jiawu2-leiyi1 lithological column

    的綜合變化情況,其基本能準(zhǔn)確表征雜鹵石的富集規(guī)律。從整體面貌上來看,顏色變化過渡自然,井吻合率高,同時與定量成果的驗證也具有一定相似性(圖10)。

    5 基于DEM的地震資料應(yīng)用

    數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model,DEM),是通過有限的地形高程數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對地面地形的數(shù)字化模擬(即地形表面形態(tài)的數(shù)字化表達(dá)),它是用一組有序數(shù)值陣列形式表示地面高程的一種實(shí)體地面模型。在雜鹵石地震資料應(yīng)用中,雜鹵石的埋藏深度影響著雜鹵石的實(shí)際開采價值。當(dāng)埋藏深度達(dá)到3 000 m,側(cè)壓力為600 kgf/cm3,會導(dǎo)致膏巖變形加劇[16]。故3 000 m以淺的資源勘探區(qū)塊將成為首選的目標(biāo)靶區(qū),3 000 m~5 000 m為戰(zhàn)略儲備的備選靶區(qū)。

    四川盆地川東地區(qū)山勢陡峻,切割厲害,高程落差大。經(jīng)過融合處理和正射糾正后的遙感影像及數(shù)字高程模型,可準(zhǔn)確地為地震勘探提供精度達(dá)到2.5m的地表高程,結(jié)合目的層的地震反射構(gòu)造圖,可準(zhǔn)確地預(yù)測目的層的埋藏深度(圖7)。

    圖6 嘉五2-雷一1層段間多種屬性平面分布圖Fig.6 Multi-attribute areal profile in jiawu2-leiyi1

    圖7 數(shù)字高程模型圖及嘉五2底界地震反射埋深圖Fig.7 Digital elevation model profile and jiawu2 base seismic buried depth profile

    圖8 嘉五2-雷一1裂縫分布預(yù)測圖Fig.8 Jiawu2-leiyi1 split forecast profile

    6 波形復(fù)雜程度及微細(xì)裂縫刻畫

    比起傳統(tǒng)的相干預(yù)測,針對小尺度裂縫的AFE技術(shù)更能凸顯層間或?qū)觾?nèi)的小裂縫,表征出目的層的波形復(fù)雜程度。AFE技術(shù)主要是在第三代本征相干屬性結(jié)果的基礎(chǔ)上對傾角掃描,進(jìn)行線性濾波和斷層邊界增強(qiáng),提取傾角和方位屬性,進(jìn)行小尺度的裂縫識別。

    從雜鹵石的成藏機(jī)理來看,微細(xì)裂縫為雜鹵石準(zhǔn)同生交代或后生交代提供了運(yùn)移通道,也為后期雜鹵石的開采注水提供了滲濾條件。所以,對目的層的微細(xì)裂縫的刻畫顯得尤為重要,因而在對地震資料AFE處理的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步開展三個方面的綜合考慮:①沿主測線或聯(lián)絡(luò)線進(jìn)行線性噪音濾波,使得有效信息得到增強(qiáng);②消除華①上、華②沿L方向以外的信息,增強(qiáng)破碎帶信息的抗干擾能力,突出資料復(fù)雜帶的有效信號;③檢測判斷裂縫相干值的梯度變化方向,增強(qiáng)資料較好區(qū)域(華②和30號斷層之間)的線性異常條帶(圖8)。

    7 儲層預(yù)測及精細(xì)描述

    研究區(qū)內(nèi)雜鹵石非常薄,約1.5 m~17 m,單層厚度為0.5 m~3.5 m,故本次儲層的精細(xì)描述采用地震波形特征指示反演。該方法的基本思路是井間模擬時除了空間距離作為一個次要控制因素。而將地震波形的相似性作為主要因素來優(yōu)選統(tǒng)計樣本,使模擬結(jié)果實(shí)現(xiàn)井和震協(xié)同。

    地震波形指示反演,利用地震波形的橫向變化信息來代替變差函數(shù)篩選有效樣本,表征儲層空間結(jié)構(gòu),也就是說在考慮了距離的基礎(chǔ)上,更一步考慮了波形的相似性,而后面的模擬部分和地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)

    方法一樣,即通過統(tǒng)計學(xué)建模、貝葉斯判別、馬爾可夫鏈蒙特卡羅先進(jìn)技術(shù)得到多個等概率的隨機(jī)反演結(jié)果,進(jìn)行不確定性分析,最后得到模擬結(jié)果。這種反演方法較地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)反演來說,最大的優(yōu)點(diǎn)就是確定性成分增加了,另外是利用到波形的橫向變化信息,具有相控思想,因此橫向分辨率也提高了(圖9)。

    8 雜鹵石富集區(qū)綜合評價

    通過精細(xì)的儲層描述預(yù)測的雜鹵石厚度與嘉五2層段的地震反射埋藏深度圖疊合,預(yù)測4個有利區(qū)塊。按照目前淺深部資源綜合勘察和增儲的要求,3 000 m作為一個勘探評價的門限值。首要的目標(biāo)優(yōu)選靶區(qū)位于龍會潛伏構(gòu)造這一區(qū)域,雜鹵石較厚,埋藏淺,約6.47 km2;張家場區(qū)塊(Ⅱ)、涌興場(Ⅲ)、三房營(Ⅳ)雜鹵石較厚,但埋藏較深,為備選靶區(qū),合計約104.94 km2(圖10、表1)

    表1 雜鹵石優(yōu)選目標(biāo)區(qū)綜合評價表

    圖9 LG27-LH005-x1井伽馬連井反演剖面Fig.9 Well LG27-LH005-x1 GR well-tie inverted section

    圖10 雜鹵石綜合預(yù)測圖Fig.10 Polyhalite synthesize forecast profile

    9 結(jié)論及建議

    1)筆者從地震勘探的角度出發(fā),結(jié)合雜鹵石賦存地質(zhì)特征和最新的物探技術(shù),詳細(xì)地闡述了地震手段在礦產(chǎn)資源勘查中的應(yīng)用,對四川盆地找尋鉀鹽礦床具有積極意義。

    2)本次研究可供借鑒的單井分析評價資料較少,主要是以往的研究均是針對油氣資源。隨著國家對資源勘探部署的戰(zhàn)略提升,針對礦產(chǎn)資源的單井評價乃至地震采集都將會是今后發(fā)展的趨勢。

    3)不同行業(yè)之間的思路融匯、多學(xué)科的交叉分析往往能帶來突破性進(jìn)展,因此,把油氣勘探手段與礦產(chǎn)資源勘察合理地結(jié)合起來,實(shí)行油氣、礦產(chǎn)兼探,借助三維地震資料,利用地球物理手段,不但具有重大戰(zhàn)略意義還具有技術(shù)上的可行性。

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