塔里木盆地順北地區(qū)斷溶體地震反射特征與識別

馬乃拜 金圣林 楊瑞召 孟令彬 王 力 胡永蓁

(①中國石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆烏魯木齊 830011；②中國礦業(yè)大學(北京)地球科學與測繪工程學院，北京 100083)

1 概況

塔里木盆地是中國最大的內陸含油氣盆地，順北地區(qū)位于塔里木盆地順托果勒低隆(圖1)。順北地區(qū)油氣勘探目的層為奧陶系，埋藏深度約為7200m。

圖1 研究區(qū)構造位置圖

塔里木盆地碳酸鹽巖油氣藏中，斷裂對油氣的運移、富集起到極為重要的作用[1-2]。油氣富集區(qū)大多分布在大型走滑斷裂帶或與之相關的次級斷裂帶上，有利儲集空間由溶洞和裂縫組成的復雜縫洞體系構成[3-4]。斷溶體已經成為一種重要的油氣儲集體。

以大型走滑斷裂為核心而形成的不規(guī)則斷溶體的研究近幾年才興起[4]。賈承造[5]提出斷裂或斷裂帶可成為烴類的輸導通道或遮擋面。羅群等[6]提出“斷層體圈閉”概念，即當一個斷層體作為油氣運移通道，有著良好的封蓋條件時，如果存在油源，便可形成油氣聚集的斷層體圈閉。周文等[7]根據(jù)斷裂與溶洞發(fā)育之間的關系，提出了“控洞斷裂”概念，并指出塔里木盆地碳酸鹽巖地層中，斷裂多為控制溶洞發(fā)育的“控洞斷裂”。魯新便等[3]提出斷溶體油藏概念，即碳酸鹽巖地層在多期構造及巖溶作用下形成的斷控巖溶縫洞體油藏。胡文革等[8]提出了塔里木盆地的剝蝕區(qū)為古巖溶殘丘、古河道縫洞儲層系統(tǒng)，覆蓋區(qū)為斷控縫洞儲層系統(tǒng)，系統(tǒng)總結了河道、殘丘、斷層三種成藏條件下的油氣藏類型及開發(fā)模式。李鵬飛等[1]根據(jù)地震反射特征開展斷溶體劃分與刻畫。徐紅霞等[9]采用多種幾何類及頻率類屬性識別斷溶體，精細刻畫斷裂系統(tǒng)。常少英等[10]對斷溶體進行劃分及評價，歸納了六種斷溶體油藏高效井地質解釋模式，提出斷溶體高效井預測技術，使該類油藏的鉆井成功率由65%提高到82%。鮑典等[11]分析斷溶體復雜的三維空間和內部結構，描述了斷溶體油藏的橫向和縱向分隔性。唐海等[12]根據(jù)斷溶體內部結構，從注入速度、注采位置和裂縫發(fā)育程度三個方面，對五種類型斷溶體的注水驅替規(guī)律和剩余油分布特征開展了數(shù)值模擬分析。

斷溶體的地震反射特征非常復雜，不易識別。關于斷溶體地震反射特征方面的研究并不多見。本文從斷溶體形成機理入手，結合順北地區(qū)的巖石物理參數(shù)，建立合理的斷溶體正演模型；根據(jù)正演模擬結果，總結斷溶體形成的地震反射特征，指導在地震資料上斷溶體的識別，為順北地區(qū)同類油藏的勘探提供參考。

2 斷溶體形成機理

斷溶體常常是大型溶蝕孔洞較為發(fā)育的部位，受構造運動控制，由斷裂作用和巖溶作用共同形成(圖2)。主要體現(xiàn)在以下兩個方面。

(1)水平構造運動使碳酸鹽巖脆性地層產生錯綜復雜的斷裂系統(tǒng)，在順北地區(qū)發(fā)育大型走滑斷裂；碳酸鹽巖地層在受到多期次的水平構造作用后，原有的大型斷裂發(fā)育成為具有一定規(guī)模的斷裂破碎帶。

(2)溶蝕作用進一步改造早期的構造破碎帶。此外，垂直構造運動使碳酸鹽巖地層抬升，暴露地表，遭受剝蝕。流體更容易通過斷裂破碎帶下滲，對碳酸鹽巖進行溶蝕改造[13-16]。同時，大型走滑斷裂的形成使深部及周圍地層變得脆弱，導致深部熱液上涌，通過溶蝕作用改造斷裂破碎帶以及附近的碳酸鹽巖地層[17]。大型走滑斷裂是流體下滲和熱液上涌的快速通道，可以雙向加速其附近巖溶作用。

順北地區(qū)所在的順托果勒低隆，先后經歷了加里東中期、海西期、印支期、燕山期及喜山期等多期構造運動[11，18]。加里東運動中—晚期，以大規(guī)模垂直構造運動為主，斷裂不太發(fā)育，地層主要受表生巖溶作用，溶蝕程度不大(圖2a)； 海西運動時期，研究區(qū)為擠壓環(huán)境，強烈的斷裂活動連通早期的斷裂體系，形成大型走滑斷裂破碎帶，構成斷溶體“骨架”(圖2b)。隨著地表水下滲與底部熱液上涌，斷裂破碎帶不斷地接受溶蝕作用改造。在多期次構造活動和流體溶蝕的共同作用下，最終形成了一系列柱狀的溶蝕孔、洞體(圖2c)[19]。這些溶蝕孔、洞體之上被泥灰?guī)r、泥巖等蓋層封堵，側向上被致密碳酸鹽巖圍巖所遮擋，便可以形成有利的油氣圈閉，即斷溶體圈閉[3,6]。

圖2 斷溶體形成過程示意圖

3 斷溶體地震正演模擬

通過模型正演可以獲得斷溶體的地震響應特征，從而建立其識別標志。本次地質模型建立主要依據(jù)斷溶體的形成機理，結合順北地區(qū)的實際資料而成(圖3)。需要說明如下。

(1)尺寸。設計模型主干斷裂縱向延伸約3000m。由于斷溶體多受大型走滑斷裂控制，斷裂破碎帶橫向延伸長且規(guī)模較大，因此設計斷溶體系統(tǒng)橫向延伸3000m左右，其周圍小型溶洞群及溶蝕系統(tǒng)橫向上延伸約為300m。

(2)形態(tài)。根據(jù)斷溶體平面形態(tài)，魯新便等[3]將其分為條帶狀、夾心餅狀和平板狀三種類型，因此斷溶體模型仍可設計為以主干大型走滑斷裂為核心，以斷裂破碎帶為圍巖，并體現(xiàn)巖溶水下滲及局部熱液上涌的溶蝕縫洞系統(tǒng)。此外，主干斷裂還可以發(fā)育分支斷裂，形成總體形態(tài)為柱狀的地質模型。

圖3 斷溶體正演地質模型

(3)巖石物理參數(shù)。根據(jù)研究區(qū)測井數(shù)據(jù)統(tǒng)計，不同巖性地層的速度及密度如表1所示。

表1 斷溶體正演模型巖石物理參數(shù)

(4)地震參數(shù)。采集方式與實際地震資料相同，即采用中間放炮、兩側接收進行數(shù)據(jù)采集。觀測系統(tǒng)面元尺寸為25m×25m，覆蓋次數(shù)為15次，檢波器為120個，間距為25m，炮點為74個，炮間距為100m，檢波點隨炮點移動，滿覆蓋距離為6000m以上。根據(jù)井旁地震道提取的子波頻率為30Hz，因而選擇30Hz雷克子波作為正演子波輸入。

利用商業(yè)軟件Tesseral進行二維正演，采用聲波方程估算實際地質條件下地震能量傳播的二維波場效應(圖4)，模型在進行聲波方程模擬時僅使用縱波速度和密度兩參數(shù)。

圖4 模擬過程中不同時刻的波場快照

采用疊前深度克?；舴蚍▽Σ▓瞿M結果進行偏移處理；將數(shù)據(jù)體從時間域轉換為深度域，使其可以與設計的地質模型疊合，進而分析斷溶體地震響應特征。根據(jù)模擬地震特征與模型吻合情況適當調整模型及其速度、密度參數(shù)，重復上述步驟，可以得到最終符合模型的斷溶體地震反射特征(圖5)。

圖5 斷溶體地震響應特征

由圖5可見，斷溶體以大型走滑斷裂為核心，在大型走滑斷裂附近產生一系列具有明顯縫洞儲層特征的地震反射特征。大型走滑斷裂處同相軸“錯斷”，而縫洞儲層為單個“串珠”反射或者強、弱“串珠”反射群等。對于主干斷裂附近的分支斷裂，仍然具有以上兩點特征，只是在規(guī)模上有所差異。主干斷裂和多個分支斷裂的斷溶體組合，在整體上可構成“花束”狀的地震反射結構。

4 斷溶體地震識別與鉆井驗證

根據(jù)正演模擬得到的斷溶體地震反射響應特征，可以指導在實際地震剖面上斷溶體的識別(圖5)。

從順北地區(qū)實際地震剖面解釋結果(圖6)看，大型走滑斷裂的同相軸“錯斷”、其周圍出現(xiàn)的“串珠”狀、強、弱“串珠”反射群以及“花束”狀地震反射特征均與正演模擬特征一致。斷溶體橫向延伸約為3000m；單個溶洞橫向延伸約為300m，縱向延伸約50m，與地震正演模擬結果吻合較好。

根據(jù)鉆井資料，可以驗證斷溶體地震識別的準確性。圖6為經過不同鉆井的實際地震剖面，剖面上鉆井處均顯示有斷溶體的地震反射特征。每口井均有油氣顯示，具體生產情況為：井1漏失528.0m3，日產油123.0t，日產氣3.7×104m3； 井2漏失134．5m3，累計產液1791.3m3； 井3漏失1810.0m3，日產油87.0t，日產氣4.0×104m3； 井4放空0．4m，漏失562.0m3，日產油107.0t，日產氣3.5×104m3。放空、漏失原因主要為鉆遇裂縫—孔洞型儲層，即斷溶體發(fā)育部位。

圖6 研究區(qū)斷溶體實際地震剖面

根據(jù)上述特征可以尋找斷溶體儲層并進行鉆探、油氣開采。例如，本次研究識別一“串珠”狀強地震反射異常，推測可能發(fā)育斷溶體儲集體(圖7)，因而設計了井5，結果鉆遇高產，一周內累計產液426.8t，產油375.1t，產氣15.0×104m3。由此可見，根據(jù)斷溶體正演獲得的地震響應特征可以指導實際地震資料上斷溶體的識別。

圖7 斷溶體識別與驗證

5 結論

(1)斷溶體的形成主要受構造作用和溶蝕作用影響。構造作用控制斷溶體規(guī)模和整體形態(tài)，下滲流體及上涌熱液的溶蝕作用成就其最終形態(tài)，形成以大型走滑斷裂為核心的斷裂—縫洞儲集系統(tǒng)。

(2)正演模擬結果表明，斷溶體以“錯斷”同相軸表示大型走滑斷裂，以單個“串珠”，強、弱“串珠”反射群等表示縫洞儲層。二者以大型走滑斷裂為核心，整體上呈現(xiàn)“花束”狀的地震反射特征。

(3)正演模擬斷溶體的地震反射特征可以指導實際地震數(shù)據(jù)中斷溶體的識別。實際鉆井的產能驗證了斷溶體儲層的油氣儲集能力，證明設計的斷溶體模型較為可靠。據(jù)此，斷溶體可在實際地震剖面上進行識別。