黃土塬地區(qū)中生界地震資料應(yīng)用的問題與思考

王 猛

(中國(guó)石化石油物探技術(shù)研究院,江蘇 南京 211103)

鄂爾多斯盆地是一個(gè)長(zhǎng)期發(fā)育、多類型疊加的大型復(fù)合盆地,蘊(yùn)含有豐富的油氣資源。由于新生代時(shí)鄂爾多斯盆地南部接受了巨厚的風(fēng)成黃土沉積,加之水系對(duì)地表的改造,形成了溝壑縱橫的黃土塬地貌。由于地震波在黃土介質(zhì)中波速較低,厚度橫向變化巨大的黃土層對(duì)地震波能量有非常強(qiáng)的衰減作用,復(fù)雜地表使地震采集難度很大,因此黃土塬地區(qū)一直被認(rèn)為是三維地震的禁區(qū)。近年來地震采集和處理技術(shù)的進(jìn)步使得三維地震勘探技術(shù)重上鄂爾多斯南部黃土塬地區(qū),在取得一定成績(jī)的同時(shí)也在地震資料的應(yīng)用上出現(xiàn)了一些問題和爭(zhēng)議,其中大多數(shù)爭(zhēng)議實(shí)際反映了地震資料尤其是地表和地下雙復(fù)雜地區(qū)地震資料的多解性問題,筆者將結(jié)合鄂南中生界油氣勘探中的問題和黃土塬區(qū)特點(diǎn)簡(jiǎn)要闡述對(duì)黃土塬地區(qū)中生界三維地震勘探的理解和思考。

1 黃土塬地區(qū)中生界地震勘探常見問題

1.1 地震揭示構(gòu)造趨勢(shì)與鉆井結(jié)果相差大

在早期的一些黃土塬地區(qū)三維地震資料中存在目的層深度與鉆井揭示的實(shí)際埋深差距較大現(xiàn)象。經(jīng)實(shí)鉆證實(shí),局部也存在地震揭示的構(gòu)造趨勢(shì)與實(shí)際矛盾的情況。

圖1(a)為鄂爾多斯南部某三維地震工區(qū)地表高程,圖中可見典型的黃土塬“溝”、“塬”地貌,呈現(xiàn)明顯線性特征的為黃土塬區(qū)規(guī)模較大的“深溝”,常與現(xiàn)今主干水系對(duì)應(yīng)。圖1(b)和圖1(c)分別是在兩套地震數(shù)據(jù)體中追蹤獲得的中生界內(nèi)同一套區(qū)域性標(biāo)志反射層的等T0圖。圖中明顯可見,對(duì)于同一套區(qū)域性標(biāo)志層,通過兩套地震數(shù)據(jù)獲得的T0圖在值域上有著一定差別,圖1(b)為1 050～1 166 ms,圖1(c)為1 065～1 193 ms;且兩者所反映的趨勢(shì)有明顯差別,圖1(b)為NNW向,圖1(c)為NWW向;圖1(b)形態(tài)與地表高程圖具有一定的相似性,在圖1(a)中虛線表示為現(xiàn)今主河道位置,圖1(b)表現(xiàn)為構(gòu)造低,屬于復(fù)雜近地表結(jié)構(gòu)、速度條件導(dǎo)致的地震資料處理過程中的長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正不適當(dāng)問題,通過改進(jìn)靜校正處理方法可以消除假構(gòu)造,解決黃土覆蓋區(qū)嚴(yán)重的靜校正問題[1]。

圖1 鄂爾多斯盆地南部某工區(qū)地表形態(tài)與延長(zhǎng)組標(biāo)志層等T0形態(tài)對(duì)比

1.2 井震標(biāo)定對(duì)應(yīng)程度差異大

井震標(biāo)定在地震資料解釋中具有重要意義,而其中起著井震聯(lián)系作用的就是合成地震記錄[2-3]。鄂爾多斯盆地中生界主要為碎屑巖,巖性為砂巖、泥頁巖夾煤層,整體構(gòu)造起伏小,巖性界面反射系數(shù)大,阻抗差明顯,理論上地震主頻為30～35 Hz的地震資料在井震標(biāo)定方面應(yīng)有比較明顯的對(duì)應(yīng)效果。然而在鄂爾多斯盆地南部黃土塬區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)深淺層對(duì)應(yīng)效果差異過大的現(xiàn)象,淺層井震吻合較好,中深層吻合效果差。

圖2 紅河油田H23井合成地震記錄

圖2所示為鄂南地區(qū)紅河油田H23井合成地震記錄與井旁地震道的對(duì)應(yīng)關(guān)系,如圖所示,鉆井測(cè)深1 500～1 940 m的范圍內(nèi)合成地震記錄與地震道對(duì)應(yīng)關(guān)系好、吻合程度較高,延安組煤層強(qiáng)反射(940～1 000 ms)、延長(zhǎng)組內(nèi)部穩(wěn)定頁巖與圍巖形成的強(qiáng)反射(1 050～1 070 ms)井震對(duì)應(yīng)尤其明顯。而在1 940～2 220 m井段則對(duì)應(yīng)關(guān)系明顯變差,具體表現(xiàn)為合成地震記錄上并未出現(xiàn)明顯強(qiáng)相位,但井旁地震道卻顯示具有較為明顯的中強(qiáng)振幅相位。這種現(xiàn)象在黃土塬區(qū)探井中較為普遍。合成地震記錄的影響因素也較多,環(huán)境校正、聲波時(shí)差曲線質(zhì)量、波速頻散校正等因素均會(huì)對(duì)合成地震記錄的質(zhì)量有所影響。但在黃土塬地區(qū)中深層井震標(biāo)定效果不好的主要原因有兩個(gè)方面,一是受采集條件、采集處理方法影響的地震資料信噪比低,二是侏羅系延安組煤層導(dǎo)致的層間多次波對(duì)下伏地層反射形成了干涉,上述合成記錄中未出現(xiàn)但井旁地震道中存在的明顯同相軸為層間多次波殘留。

1.3 同相軸接觸關(guān)系不清

黃土塬區(qū)地震資料還可見如下典型特征:

(1)如圖3和圖4,T6c之上的延長(zhǎng)組內(nèi)幕反射軸形態(tài)與延安組煤層與圍巖形成的反射軸(T5b)形態(tài)相似,呈現(xiàn)出“平行褶皺”的構(gòu)造樣式,而非削截不整合;

(2)延安組煤層內(nèi)部可見同相軸的中斷錯(cuò)開和數(shù)量變化,表現(xiàn)出“層間小斷裂”的特征,這種特征也可在相干檢測(cè)中表現(xiàn)出來;

(3)T5b和T6c反射軸之間局部出現(xiàn)明顯的強(qiáng)振幅異常,其形態(tài)類似“侵入體”或“底辟”;

(4)“類底辟”現(xiàn)象之下的同相軸表現(xiàn)出與“類底辟”內(nèi)部同相軸相似的形態(tài)。

在常規(guī)的地震解釋思路下,“褶皺”、“逆沖斷裂”等現(xiàn)象被解釋為擠壓沖斷的構(gòu)造作用,但對(duì)同一工區(qū)內(nèi)不同方向的剖面特征進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),在各個(gè)方向上均有前述“平行褶皺”及“層間小斷裂”現(xiàn)象,這與構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)對(duì)構(gòu)造的控制作用原理明顯不符,故上述現(xiàn)象并非構(gòu)造成因,其形成的真正原因也是受到上覆煤系地層強(qiáng)反射的影響。

圖3 鄂南鎮(zhèn)涇-何家坪地區(qū)典型純波剖面(SW-NE方向)

圖4 鄂南鎮(zhèn)涇-何家坪地區(qū)典型純波剖面(NW-SE方向)

1.4 地震屬性假象

地震屬性分析技術(shù)是建立在三維地震資料基礎(chǔ)上有效的巖性、儲(chǔ)層預(yù)測(cè)手段,在地震勘探中發(fā)揮著重要作用。在黃土塬區(qū)針對(duì)三疊系延長(zhǎng)組的研究中發(fā)現(xiàn),振幅、波形、相位等地震屬性以及根據(jù)地震資料采用地球物理反演技術(shù)獲得的成果存在假象,不能夠有效地反映目的層的真實(shí)相對(duì)關(guān)系。

圖5是鄂南鎮(zhèn)涇地區(qū)某工區(qū)的屬性與巖性反演成果圖,圖5(a)為該區(qū)侏羅系底部沿煤層提取的均方根振幅平面分布圖,圖5(b)為反演獲得的三疊系延長(zhǎng)組中下部某油層組的砂巖厚度平面分布圖。圖5(b)三疊系砂巖厚度分布趨勢(shì)與圖5(a)侏羅系底部煤層分布趨勢(shì)有明顯的相關(guān)性。侏羅系煤層相對(duì)高度發(fā)育的位置所對(duì)應(yīng)的三疊系砂體厚度小,反之,侏羅系煤層不發(fā)育的位置對(duì)應(yīng)的三疊系砂體厚度大,且邊界高度吻合。侏羅系煤層發(fā)育位置一定程度受控于前侏羅紀(jì)的古地貌,與北東東流向的河流沖溝有對(duì)應(yīng)關(guān)系,而三疊系砂體處于來自西南部物源的辮狀河三角洲前緣,卻呈現(xiàn)與前侏羅紀(jì)古地貌一致的匯聚形態(tài),這種繼承性的關(guān)系與地質(zhì)規(guī)律不符,且儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果也與實(shí)鉆不吻合。

本例中的地震屬性假象,與前述井震標(biāo)定問題、同相軸接觸關(guān)系不清問題一致,也是來自侏羅系煤層的影響,后文另有闡述。

2 對(duì)黃土塬地區(qū)中生界地震勘探問題的思考

2.1 黃土塬地表對(duì)于地震資料的影響

鄂爾多斯盆地南部的黃土塬區(qū)表層覆厚約為幾米到幾百米的松散黃土,其中黃土塬區(qū)黃土厚度一般約為300 m,坡地黃土厚度為150～200 m,沖溝地黃土厚度為0～100 m,原生黃土層潮濕,基巖以下含水,由于黃土層的厚度、含水性以及速度縱橫向變化較大,因此低降速帶縱橫向變化較大,低降速帶的不均與分布和其對(duì)于地震波傳播速度的劇烈影響導(dǎo)致嚴(yán)重的靜校正問題。圖1(b)中與地表形態(tài)相似的地下構(gòu)造為靜校正過度引起,而圖1(c)中采用井控中長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正技術(shù)較好地解決了這個(gè)問題。值得一提的是,井控靜校正技術(shù)作為中長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正技術(shù)的有效手段也存在不足之處,即對(duì)井資料的高度依賴,探井密度直接影響靜校正效果。

圖5 鄂南某工區(qū)屬性與巖性反演成果

復(fù)雜的黃土層對(duì)于地震波有強(qiáng)烈的吸收作用[4],當(dāng)在黃土表層進(jìn)行激發(fā)時(shí),一定范圍表現(xiàn)為完全塑性,遠(yuǎn)處則可能表現(xiàn)為較好的彈性,地震波損耗在塑性圈的能量很大,傳向遠(yuǎn)方的能量很小[5],炮點(diǎn)在不同激發(fā)位置時(shí)地震波損耗程度差異巨大。地表結(jié)構(gòu)的復(fù)雜,直接導(dǎo)致地震資料在靜校正、信噪比、地表一致性等方面存在與表層結(jié)構(gòu)相關(guān)性強(qiáng)的特點(diǎn)。近年來隨著處理人員的不斷攻關(guān)和處理技術(shù)手段的提升,這些問題得到了很大改善,但一些現(xiàn)象依然會(huì)影響資料的應(yīng)用。除了地表?xiàng)l件的影響之外,地下地質(zhì)條件也對(duì)地震資料有很大的影響,即前述后一類的多解性問題。

2.2 中生界煤層對(duì)于地震資料的影響

鄂爾多斯盆地是一個(gè)長(zhǎng)期發(fā)育、多旋回、多類型疊加的大型復(fù)合盆地,整體地層較平緩,但印支末期形成了一套起伏劇烈的侵蝕面。中生代時(shí),在印支運(yùn)動(dòng)的作用下,鄂爾多斯盆地南部發(fā)生差異抬升,延長(zhǎng)組上部地層受印支運(yùn)動(dòng)影響剝蝕嚴(yán)重,在強(qiáng)烈的剝蝕作用下形成了溝壑相間的前侏羅紀(jì)古地貌。受古地貌和古氣候共同影響，上覆延安組地層煤層高度發(fā)育且分布不規(guī)則,其不規(guī)則表現(xiàn)為煤層厚度和發(fā)育層數(shù)橫向分布不均勻,鉆井揭示,單層厚度為0.2～10 m,層數(shù)為0～9層,且受前侏羅紀(jì)古地貌影響具有與古地貌相似的構(gòu)造起伏。

由于鄂南中生界為碎屑巖地層夾煤層,煤層與圍巖之間界面反射系數(shù)可達(dá)0.5,遠(yuǎn)大于砂泥巖界面之間的反射系數(shù),這也就導(dǎo)致了煤層與圍巖形成的反射強(qiáng)度明顯大于砂泥巖界面所形成的弱反射。同時(shí)由于屏蔽了更多的地震波能量向深層傳遞,也導(dǎo)致了傳遞至煤層之下的地震波能量受到分布不均勻的煤層影響而出現(xiàn)橫向不均勻的衰減。

同時(shí),由于煤層的反射系數(shù)過強(qiáng),地震波傳遞過程中在數(shù)套煤層之間會(huì)形成多次反射的層間反射波,這種層間多次反射波能量仍較強(qiáng),旅行時(shí)與下部地層形成的一次反射波相近,從而導(dǎo)致多次波與一次有效波疊加干涉,干涉作用分為兩部分,一是煤層形成的多次波對(duì)于下部反射軸的干涉,二是煤層所形成的反射本身對(duì)于下層反射的干涉。

根據(jù)地球物理基本原理,煤層與砂泥巖阻抗差異大,容易形成強(qiáng)振幅的反射同相軸,根據(jù)這個(gè)原理,配合黃土塬區(qū)獨(dú)特的地層發(fā)育特征,筆者做出以下幾個(gè)猜想:

(1)多套煤層之間的層間多次波干擾下部地層的成像;

(2)延安組煤層對(duì)于地震波的傳遞具有吸收衰減作用,而煤層與圍巖所形成的強(qiáng)反射對(duì)臨近的砂泥巖界面形成的反射也具有干涉作用,吸收衰減作用、干涉作用與可能存在的多次波共同作用,會(huì)使原本應(yīng)呈現(xiàn)的“削截”接觸關(guān)系表現(xiàn)出“平行褶皺”的特征;

(3)延安組內(nèi)部的同相軸錯(cuò)斷現(xiàn)象可能源自真實(shí)的層間小斷裂,也可能由煤層的不均勻分布(相變)造成的;

(4)延安組底部的煤層與圍巖形成的強(qiáng)反射可能是“類底辟”現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。

為了驗(yàn)證這四個(gè)推論,本文設(shè)計(jì)了針對(duì)性的正演實(shí)驗(yàn)。如圖6(a)、(c)是兩種不同的剝蝕地質(zhì)模型,剝蝕面之上的薄層分別為砂巖與煤層,地層速度、密度數(shù)據(jù)均來自實(shí)際測(cè)井資料。圖6(b)、(d)是以上兩個(gè)模型的波動(dòng)方程正演結(jié)果,圖6(b)水平砂泥巖界面所形成的反射軸清晰,與剝蝕面形成的削截接觸關(guān)系非常明顯,而圖6(d)水平砂泥巖界面所形成的的反射軸能量弱,削截關(guān)系不清楚,可見與剝蝕面近平行的波組,這種傾斜的同相軸對(duì)于水平的波組具有干涉作用,層間多次波現(xiàn)象明顯。這個(gè)實(shí)驗(yàn)基本證實(shí)了筆者之前的第(1)、第(2)條猜想。故前文中圖2所示的合成地震記錄中井旁地震道上下部的波組可能屬于上部地層產(chǎn)生的多次波。

圖6 剝蝕背景的簡(jiǎn)單正演實(shí)驗(yàn)

通過針對(duì)煤層分布對(duì)反射結(jié)構(gòu)影響的正演實(shí)驗(yàn)(如圖7所示)可以看出,當(dāng)煤層尖滅時(shí),煤層及其附近的反射軸能量突變明顯;而當(dāng)煤層不均勻分布時(shí)，特別是在單套與多套煤層之間的過渡區(qū),煤層及其附近的同相軸表現(xiàn)出中斷錯(cuò)開的特征,這種特征通常被解釋為斷裂,而實(shí)際地質(zhì)模型中并未設(shè)計(jì)斷裂。此外,延安組底部一套煤層的加入使得正演結(jié)果上表現(xiàn)出類似“底辟”的現(xiàn)象。

2.3 黃土塬區(qū)地震資料應(yīng)用分析

黃土塬地區(qū)的地震資料品質(zhì)涵蓋了“成像質(zhì)量問題”、“構(gòu)造解釋陷阱”和“儲(chǔ)層預(yù)測(cè)陷阱”三大問題,其特點(diǎn)和成因可以簡(jiǎn)單歸納如表1。近地表結(jié)構(gòu)、速度復(fù)雜變化,松散的黃土塬地表影響地震波激發(fā)傳播,地下速度變化,煤層強(qiáng)反射界面引起的屏蔽、干涉、層間多次波等原因共同作用,最終導(dǎo)致地震資料應(yīng)用的復(fù)雜多解(圖8)。

圖7 延安組底部煤層導(dǎo)致的同相軸中斷錯(cuò)開和“類底辟”現(xiàn)象

根本原因直接原因地震資料癥狀應(yīng)用存在的問題 地表結(jié)構(gòu)地下速度黃土塬山地戈壁速度異常體煤層等強(qiáng)反射界面近地表結(jié)構(gòu)、速度復(fù)雜地震波激發(fā)傳播受地表?xiàng)l件影響空間速度變化屏蔽干涉層間多次波構(gòu)造不準(zhǔn)確信號(hào)同相不疊加,成像質(zhì)量差有效信號(hào)弱,低信噪比能量一致性與地表相關(guān)時(shí)間域構(gòu)造現(xiàn)象有效信號(hào)弱反射結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)不好低信噪比,構(gòu)造不準(zhǔn)確成像質(zhì)量問題構(gòu)造解釋陷阱儲(chǔ)層預(yù)測(cè)陷阱

圖8 黃土塬區(qū)地震資料應(yīng)用難點(diǎn)及成因關(guān)系

地表結(jié)構(gòu)、地下速度的復(fù)雜性,使成像變得復(fù)雜。在地球物理原理的限制下,特殊地質(zhì)體的存在會(huì)對(duì)傳統(tǒng)的地震資料解釋模式產(chǎn)生一定的影響。而實(shí)際地震資料中出現(xiàn)的“異常”現(xiàn)象,可以通過地質(zhì)與地球物理思維的有效結(jié)合給予合理解釋。在針對(duì)鄂南黃土塬區(qū)地震資料開展工作時(shí),應(yīng)采取針對(duì)性解釋原則:

(1)鄂南地區(qū)延長(zhǎng)組受到印支末期抬升剝蝕影響,缺失部分地層,延長(zhǎng)組殘余地層與上覆延安組角度不整合,而非平行褶皺;

(2)同相軸能量突變或中斷錯(cuò)開可能是受到煤層不均勻分布的影響,并非都是斷裂,不宜盲目解釋為斷裂,相干檢測(cè)結(jié)果的應(yīng)用也應(yīng)注意規(guī)避此類現(xiàn)象;

(3)延長(zhǎng)組內(nèi)幕反射可能受到了層間多次波的干擾,應(yīng)特別重視。

3 結(jié) 論

(1)黃土塬地區(qū)中生界地震資料應(yīng)用中常出現(xiàn)成像質(zhì)量問題、構(gòu)造解釋陷阱和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)陷阱三大問題,集中表現(xiàn)在地震揭示構(gòu)造趨勢(shì)與鉆井結(jié)果相差大、井震標(biāo)定對(duì)應(yīng)程度差異大、同相軸接觸關(guān)系不清及地震屬性假象問題方面。

(2)黃土塬區(qū)地震資料應(yīng)用的復(fù)雜多解是黃土塬地區(qū)特殊的近地表結(jié)構(gòu)、速度復(fù)雜變化,松散的黃土塬地表影響地震波激發(fā)傳播,地下速度變化,煤層強(qiáng)反射界面引起的屏蔽、干涉、層間多次波等原因共同作用所導(dǎo)致的。

(3)延長(zhǎng)組殘余地層與上覆延安組角度不整合,而非平行褶皺;同相軸能量突變或中斷錯(cuò)開可能是受到煤層不均勻分布的影響,并非都是斷裂;延長(zhǎng)組內(nèi)幕反射可能受到了層間多次波的干擾,在針對(duì)鄂南黃土塬區(qū)地震資料開展工作時(shí),應(yīng)采取針對(duì)性解釋原則。

(4)在地球物理原理的限制下,特殊地質(zhì)體的存在會(huì)對(duì)傳統(tǒng)的地震資料解釋模式產(chǎn)生一定的影響。而實(shí)際地震資料中出現(xiàn)的“異?！爆F(xiàn)象,都可以通過地質(zhì)與地球物理思維的有效結(jié)合給予合理解釋。地質(zhì)物探相結(jié)合是評(píng)價(jià)可靠性、解決多解性的關(guān)鍵。