雙界面地震層拉平的古地貌恢復(fù)技術(shù)及應(yīng)用
——以鄂爾多斯盆地天環(huán)坳陷為例

劉永濤 劉池洋 周義軍 黃 雷 畢明波 王秀珍

(①西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710069； ②東方地球物理公司研究院長(zhǎng)慶分院，陜西西安 710021)

0 引言

古地貌是指發(fā)育在不整合面之上的受侵蝕和剝蝕雙重控制作用下形成的溝槽、殘丘、古高地等正、負(fù)地貌單元的總稱。碳酸鹽巖區(qū)可以發(fā)育巖溶古地貌，碎屑巖區(qū)可以發(fā)育侵蝕古地貌。古地貌對(duì)油氣的運(yùn)移、聚集和成藏具有控制作用，因此，古地貌恢復(fù)一直是油氣勘探中的重要研究?jī)?nèi)容之一。而主生、排烴期的古地貌形態(tài)對(duì)油氣成藏影響更為直接，因而恢復(fù)含油氣區(qū)生烴關(guān)鍵期的古地貌尤為重要。

古地貌恢復(fù)的方法主要有三類[1-2]： 第一類是根據(jù)地層厚度恢復(fù)古地貌，常用的有殘余厚度法[3]與印模法[4]； 第二類是運(yùn)用沉積學(xué)的方法恢復(fù)古地貌，早期運(yùn)用巖性縱、橫向上的變化定性識(shí)別古地貌[5]，近年來運(yùn)用層序地層學(xué)或高分辨率層序地層學(xué)的方法恢復(fù)古地貌[6]； 第三類是依據(jù)地震或地質(zhì)層拉平法恢復(fù)古地貌，包括平衡剖面恢復(fù)法[7-8]、地震層拉平法[9-11]、地質(zhì)層拉平法[12-15]、地震切片分析法及地震屬性法[16]等。殘余厚度法和印模法主要是依據(jù)鉆井、地震資料恢復(fù)古地貌，對(duì)于鉆井少的含油氣區(qū)，井間的古地貌形態(tài)難以準(zhǔn)確刻畫，古地貌恢復(fù)的精度不高，并且該類方法一般未考慮古地貌形成之后沉積地層的壓實(shí)作用對(duì)于古地貌形態(tài)的影響。層序地層學(xué)法或高分辨率層序地層學(xué)法將地震資料和地質(zhì)特征相結(jié)合，從宏觀的沉積學(xué)角度對(duì)古地貌形態(tài)進(jìn)行約束，恢復(fù)精度較高，但該類方法需要對(duì)比不同級(jí)次的基準(zhǔn)面及旋回，對(duì)研究者的地質(zhì)綜合能力要求較高，工作量大，并且該類方法同樣未考慮古地貌形成之后沉積地層壓實(shí)作用的影響。在利用層拉平法恢復(fù)古地貌中，最常用的是地震層拉平法，但這類方法也存在一些問題： ①由于古地貌之上填充的地層橫向變化大，造成地震速度變化大，拉平后的估算厚度與實(shí)際的地層厚度存在差異； ②地震拉平層位的選取是關(guān)鍵，如果選取的層位不合理，仍需考慮古地貌形成之后沉積地層的壓實(shí)作用的影響。

為了落實(shí)古地貌形態(tài)、研究古地貌與油氣成藏的關(guān)系，本文綜合利用鉆井、地震等資料，提出了一種基于地震層拉平技術(shù)恢復(fù)生烴關(guān)鍵期古地貌的新方法。應(yīng)用該方法恢復(fù)了鄂爾多斯盆地天環(huán)坳陷中部生烴關(guān)鍵期(即早白堊世)的前侏羅紀(jì)古地貌形態(tài)，為本區(qū)侏羅系古地貌成藏認(rèn)識(shí)的深化及井位部署提供了依據(jù)。

1 古地貌恢復(fù)

1.1 古地貌的形成與演化

古地貌可分為早期形成與后期演化兩個(gè)階段。構(gòu)造抬升可以導(dǎo)致沉積地層暴露地表、遭受剝蝕。由于沉積地層抗風(fēng)化能力的差異，剝蝕作用不均一，這就形成了古地貌的雛形。隨后，構(gòu)造沉降并接受新一輪沉積，由于沉降不均衡，可能剝蝕與侵蝕作用共存。最后全區(qū)接受沉積時(shí)，古地貌被填平補(bǔ)齊，標(biāo)志著古地貌形成。

古地貌形成后，一方面受上覆沉積地層深埋及差異壓實(shí)作用，形態(tài)發(fā)生變化；另一方面伴隨著后期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及構(gòu)造變形，形態(tài)也會(huì)發(fā)生變化。在不同的演化階段，由于上覆地層壓實(shí)作用及構(gòu)造活動(dòng)的差異，古地貌的形態(tài)也會(huì)有所不同。

1.2 古地貌恢復(fù)的主要研究?jī)?nèi)容

古地貌在形成與演化過程中，受到剝蝕、侵蝕、填平補(bǔ)齊、差異壓實(shí)、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及構(gòu)造變形等因素的綜合影響，這增加了古地貌恢復(fù)的難度。其中，構(gòu)造作用對(duì)古地貌形態(tài)的影響最大，是首要考慮的地質(zhì)因素。因此，古地貌恢復(fù)包括三個(gè)方面內(nèi)容： ①古構(gòu)造恢復(fù)； ②壓實(shí)作用恢復(fù)； ③古地貌識(shí)別。在古地貌恢復(fù)的過程中，首先要明確是恢復(fù)哪個(gè)時(shí)期的古地貌，然后依據(jù)古地貌恢復(fù)精度的需求，選取合理的古地貌恢復(fù)方法。

2 古構(gòu)造恢復(fù)

2.1 地震與地質(zhì)層拉平方法對(duì)比

地震層拉平技術(shù)是在層序地層學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它是指在后期沉積地層的壓實(shí)作用可以忽略的情況下，將代表沉積基準(zhǔn)面、最大湖(洪)泛面或剝蝕夷平面的地震反射界面(參照面)拉平，進(jìn)而考察下伏目標(biāo)層的構(gòu)造起伏形態(tài)，并認(rèn)為該構(gòu)造起伏形態(tài)代表了參照面形成時(shí)期目標(biāo)層的古構(gòu)造形態(tài)。

地震層拉平和地質(zhì)層拉平有所不同，以往常存在混淆的現(xiàn)象。在區(qū)域構(gòu)造研究時(shí)，可通過拉平某一特殊地質(zhì)界面或該界面所對(duì)應(yīng)的地震反射層位考察下伏目的層的構(gòu)造變化特征。此種情況下，由于研究對(duì)象較為宏觀，利用地震層拉平與地質(zhì)層拉平技術(shù)會(huì)產(chǎn)生相似的效果。但在研究范圍較小、研究對(duì)象為微觀、具體的構(gòu)造目標(biāo)時(shí)，兩者可能產(chǎn)生不同的效果。這是因?yàn)榈卣饘永绞窃诘卣饠?shù)據(jù)體上進(jìn)行操作，拉平前、后地震剖面的長(zhǎng)度并未發(fā)生變化；而地質(zhì)層拉平是在地質(zhì)剖面上進(jìn)行操作，拉平前、后雖然保證了地層層長(zhǎng)或面積基本不變，但地質(zhì)剖面的長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生變化。

如圖1所示，圖1a～圖1c是利用平衡剖面軟件依據(jù)地質(zhì)層拉平原理(層長(zhǎng)或面積守恒)制作的構(gòu)造演化剖面。其中，圖1a為最終定型的地質(zhì)剖面，圖1b為去斷層后的剖面，圖1c為去褶皺后的剖面。構(gòu)造剖面長(zhǎng)度從大到小依次為圖1c、圖1b、圖1a，構(gòu)造變形過程是一個(gè)剖面長(zhǎng)度不斷縮短的過程。圖1d、圖1e是地震層拉平前、后的二維地震剖面，構(gòu)造恢復(fù)前、后地震剖面的長(zhǎng)度并未發(fā)生變化。因此，地質(zhì)層拉平與地震層拉平相比，地質(zhì)層拉平具有明確的地質(zhì)含義，古構(gòu)造恢復(fù)的精度更高。但在實(shí)際的應(yīng)用中，地震層拉平的應(yīng)用更為廣泛[17-18]，這主要是因?yàn)榈卣饘永骄哂泻?jiǎn)單易行的優(yōu)勢(shì)。

由此可見，對(duì)于精細(xì)的、具體的構(gòu)造目標(biāo)(如古地貌對(duì)應(yīng)的不整合面)恢復(fù)古構(gòu)造時(shí)，地震層拉平與地質(zhì)層拉平存在差異。這種情況下，兩者一般不可相互替代，只有在一定的地質(zhì)條件約束下，才可以近似地利用地震層拉平技術(shù)代替地質(zhì)層拉平進(jìn)行古構(gòu)造恢復(fù)。

2.2 適用條件分析

古構(gòu)造恢復(fù)可以分為水平構(gòu)造作用(伸展或擠壓作用)恢復(fù)和垂向構(gòu)造作用(抬升或沉降作用)恢復(fù)兩個(gè)方面，由于兩者構(gòu)造運(yùn)動(dòng)方式的差異，利用地震層拉平與地質(zhì)層拉平技術(shù)恢復(fù)古構(gòu)造可能會(huì)產(chǎn)生不同的效果，下面以古地貌(不整合面)為目標(biāo)具體分析。

圖1 平衡剖面技術(shù)與地震層拉平技術(shù)在古構(gòu)造恢復(fù)中的對(duì)比

2.2.1 水平構(gòu)造作用恢復(fù)

水平構(gòu)造作用會(huì)造成地層的伸縮。在二維地質(zhì)剖面上，如果水平伸縮量很大，構(gòu)造變形則需要通過大型斷層和褶皺作用共同平衡應(yīng)力。由于構(gòu)造變形前、后地質(zhì)剖面的長(zhǎng)度變化大，地震層拉平和地質(zhì)層拉平恢復(fù)的古地貌形態(tài)差異大，地震層拉平已不能替代地質(zhì)層拉平。如果水平伸縮量很小，形成斷層的規(guī)模和數(shù)量有限，主要是通過地層的褶皺作用來調(diào)節(jié)應(yīng)變，這種情況下，地震層拉平技術(shù)可以近似地代替地質(zhì)層拉平技術(shù)進(jìn)行古地貌恢復(fù)。因?yàn)槔玫刭|(zhì)層拉平技術(shù)恢復(fù)剖面時(shí)，“去斷層”前、后地層長(zhǎng)度的變化量很小，可以忽略不計(jì)，“去褶皺”前、后縱向上地層的變化量相當(dāng)，與地震層拉平技術(shù)的應(yīng)用效果相似。

在實(shí)際的古地貌恢復(fù)中，一般常見的是面積約1km2的古地貌單元，形狀規(guī)則時(shí)，長(zhǎng)度和寬度都為1km。在研究區(qū)范圍內(nèi)，垂直構(gòu)造走向上對(duì)比考察地層的長(zhǎng)度與該地層的伸縮量，當(dāng)?shù)貙拥纳炜s量為10m時(shí)，即該地層的長(zhǎng)度與伸縮量相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)，這種變化對(duì)于古地貌單元形態(tài)的影響非常小，一般情況下可以忽略不計(jì)。換言之，當(dāng)考察地層垂直于構(gòu)造走向的長(zhǎng)度是伸縮量的100倍以上時(shí)，地震層拉平技術(shù)可以近似代替地質(zhì)層拉平技術(shù)進(jìn)行古地貌恢復(fù)。

2.2.2 垂直構(gòu)造作用恢復(fù)

在構(gòu)造演化過程中，往往是在水平和垂直兩個(gè)方向同時(shí)發(fā)生構(gòu)造變形，在研究中通常將其分解為兩個(gè)方向的構(gòu)造變形分別考察。如果僅是考察地層垂直方向發(fā)生構(gòu)造變形，地震層拉平技術(shù)和地質(zhì)層拉平技術(shù)會(huì)產(chǎn)生相同的恢復(fù)效果，大致可分為兩種情況：①區(qū)域性均一抬升或沉降作用，古地貌對(duì)應(yīng)的不整合面只發(fā)生整體的上下移動(dòng)，形態(tài)并未變化，地震層拉平技術(shù)和地質(zhì)層拉平技術(shù)均可進(jìn)行古地貌恢復(fù)；②差異抬升或沉降作用，即古地貌的形態(tài)已發(fā)生變化，由于水平方向上地層的長(zhǎng)度并未發(fā)生變化，所以，在不考慮壓實(shí)作用影響的前提下，地震層拉平技術(shù)和地質(zhì)層拉平技術(shù)均可進(jìn)行古地貌恢復(fù)。

3 差異壓實(shí)恢復(fù)

古地貌在形成之后的演化過程中，差異壓實(shí)作用將引起古地貌形態(tài)的變化，主要分為三種情況：①橫向上，古地貌之上新沉積地層厚度在不同地貌區(qū)有著明顯的區(qū)別，因而向下負(fù)荷的作用力不同，引起古地貌形態(tài)的改變；②古地貌上覆地層橫向上也存在巖性的差異，導(dǎo)致向下負(fù)荷的作用力也存在差異，這同樣會(huì)引起古地貌形態(tài)的改變；③上覆地層對(duì)古地貌進(jìn)行壓實(shí)作用后，如果后期遭受剝蝕，當(dāng)再沉積的地層厚度不足以補(bǔ)償前期的地層厚度時(shí)，若要進(jìn)行壓實(shí)作用校正，則需進(jìn)行剝蝕厚度恢復(fù)。所以，壓實(shí)作用恢復(fù)需要考慮不同的地質(zhì)條件，而且涉及的因素很多，恢復(fù)結(jié)果的或然性也很強(qiáng)。

地震層拉平技術(shù)作為一種古地貌恢復(fù)的方法，在壓實(shí)作用恢復(fù)方面無(wú)能為力。但在特殊條件下，在利用地震層拉平技術(shù)進(jìn)行古地貌恢復(fù)的同時(shí)，可以不用再去做壓實(shí)作用恢復(fù)的相關(guān)工作。這種特殊條件是：地質(zhì)歷史時(shí)期不存在較大的地層剝蝕，現(xiàn)今地震剖面上的地層厚度是壓實(shí)作用最強(qiáng)階段的結(jié)果。即使古地貌上覆地層后期剝蝕后存在砂體回彈作用[19]，但該作用對(duì)地層厚度的影響非常小，并不會(huì)引起下伏地層厚度的根本性變化。在滿足此種條件的前提下，從正常埋深增溫的演化角度看，壓實(shí)作用最強(qiáng)的時(shí)期就是古地貌埋藏最深、古地溫最高、烴源巖大量生烴和排烴的時(shí)期。如果能在地震剖面上找到生烴關(guān)鍵期對(duì)應(yīng)的地震反射層位，只需拉平該地震反射層位，下伏的古地貌即可得到恢復(fù)，不用再去進(jìn)行壓實(shí)作用恢復(fù)。

因此，拉平生烴關(guān)鍵期對(duì)應(yīng)的地震反射層位去壓實(shí)作用需滿足兩個(gè)條件：①在地震剖面上能夠找到生烴關(guān)鍵期對(duì)應(yīng)的地震反射層位。如果后期該地震反射層位被剝蝕，則該方法不能使用；②適用于正常埋深增溫生烴且只有一次生烴作用的地區(qū)。如果該區(qū)烴源巖具二次或多次生烴，則地震層位拉平不能進(jìn)行去壓實(shí)作用。

4 雙界面地震層拉平的古地貌恢復(fù)技術(shù)

4.1 古地貌識(shí)別方法

當(dāng)沉積間斷時(shí)間較長(zhǎng)，不整合面頂部地層剝蝕作用充分，上覆地層再對(duì)古地貌填平補(bǔ)齊時(shí)，這類古地貌高差不大，恢復(fù)起來難度不大；當(dāng)沉積間斷時(shí)間較短，不整合面頂部地層剝蝕作用不充分，上覆地層再對(duì)古地貌填平補(bǔ)齊時(shí)，這類古地貌一般高差較大，恢復(fù)起來難度大。

在古地貌頂部尋找填平補(bǔ)齊結(jié)束后距離古地貌最近的、具有廣覆式沉積的地質(zhì)界面，并且該界面是沉積轉(zhuǎn)換面、湖(洪)泛面或特殊巖性等地質(zhì)界面。在地震剖面上，將代表該界面的地震反射層位拉平，恢復(fù)當(dāng)時(shí)的古沉積環(huán)境，在層序地層學(xué)理論指導(dǎo)下，結(jié)合井震標(biāo)定及地震瞬時(shí)相位屬性，刻畫古地貌，這是目前能有效提高古地貌地震解釋精度的方法之一。

4.2 雙界面地震層拉平技術(shù)原理

據(jù)上述可知，地震層拉平技術(shù)應(yīng)用于古地貌恢復(fù)的條件可以概括為：①空間上，在垂直于構(gòu)造走向上，當(dāng)研究區(qū)內(nèi)地層長(zhǎng)度是該地層水平伸縮量100倍以上時(shí)，可以利用地震層拉平技術(shù)近似代替地質(zhì)層拉平技術(shù)進(jìn)行古地貌恢復(fù)；②時(shí)間上，研究區(qū)烴源巖為正常增溫生烴類型，滿足最強(qiáng)生烴期與最大埋深期一致、且不具有二次或多次生烴作用時(shí)，不用做壓實(shí)作用恢復(fù)。

在滿足地震層拉平技術(shù)應(yīng)用于古地貌恢復(fù)的前提條件下，本文提出了一種古地貌恢復(fù)的新方法，主要步驟為：①先拉平生烴關(guān)鍵期對(duì)應(yīng)的地震反射層位，去除后期構(gòu)造變形對(duì)于古地貌形態(tài)的影響，計(jì)算拉平層至古地貌填平補(bǔ)齊結(jié)束期對(duì)應(yīng)的地震反射層位之間的地層厚度；②再拉平古地貌填平補(bǔ)齊結(jié)束期對(duì)應(yīng)的地震反射層位，對(duì)不整合面(古地貌)進(jìn)行精細(xì)解釋，恢復(fù)該時(shí)期的古地貌形態(tài)，計(jì)算該拉平層與不整合面之間的地層厚度；③將以上兩次計(jì)算的地層厚度值相加，即利用地層厚度反映古地貌的相對(duì)高低，恢復(fù)生烴關(guān)鍵期的古地貌形態(tài)。

如圖2所示，A界面代表生烴關(guān)鍵期對(duì)應(yīng)的地震反射層位，B界面代表填平補(bǔ)齊結(jié)束期對(duì)應(yīng)的地震反射層位，即特殊巖性界面的地震反射層位，C界面(不整合面)為古地貌對(duì)應(yīng)的地震反射層位，D界面為烴源巖對(duì)應(yīng)的地震反射層位。A與B之間的地層厚度(H1)反映了拉平A界面時(shí)B界面的古構(gòu)造形態(tài)，即恢復(fù)了關(guān)鍵生烴期B界面的古構(gòu)造形態(tài)。B與C之間的地層厚度(H2)反映了拉平B界面時(shí)C界面的古構(gòu)造形態(tài)，即恢復(fù)了填平補(bǔ)齊結(jié)束期C界面的古地貌形態(tài)?；謴?fù)關(guān)鍵生烴期的古地貌形態(tài)，即計(jì)算A與C之間的地層厚度(H3)。由于H1、H2、H3之間存在H3=H1+H2的關(guān)系，因此，只要將H1和H2相加，即恢復(fù)了生烴關(guān)鍵期的古地貌形態(tài)。

圖2 生烴關(guān)鍵期的古地貌恢復(fù)原理示意圖

4.3 地震拉平層位選取原則

首先，調(diào)研研究區(qū)成果，明確主生排烴期對(duì)應(yīng)的地質(zhì)時(shí)間，并在地震剖面上確定該時(shí)間段所對(duì)應(yīng)的時(shí)窗范圍，在該時(shí)窗范圍內(nèi)尋找能夠代表湖(海)泛面、沉積基準(zhǔn)面或剝蝕夷平面的地震反射層位，將該地震反射層位作為生烴關(guān)鍵期所對(duì)應(yīng)的地震拉平層位。

其次，選取古地貌填平補(bǔ)齊結(jié)束期對(duì)應(yīng)的地震反射層位，即選取特殊巖性界面。在距離古地貌較近、且具廣覆式沉積的地層中，選取能代表沉積基準(zhǔn)面或?qū)有蜣D(zhuǎn)換面的地震反射層位作為該時(shí)期的拉平層位。特殊界面如煤層或泥巖反射層為最佳的選取對(duì)象。

以上兩個(gè)拉平層位的選取遵循以下原則：①確實(shí)經(jīng)歷過近似廣覆式沉積演化階段；②具有“等時(shí)”的含義；③在地震剖面上易于連續(xù)追蹤、識(shí)別。

4.4 注意事項(xiàng)

由于該方法選取了兩個(gè)地震拉平層位恢復(fù)古地貌，因此，本文將其稱為“雙界面”地震層拉平的古地貌恢復(fù)技術(shù)。與以往常規(guī)方法相比，該方法有三大優(yōu)點(diǎn)：①將地震與鉆井資料緊密結(jié)合，并依據(jù)層序地層學(xué)理論解釋古地貌，能提高解釋精度；②恢復(fù)了生烴關(guān)鍵期的古地貌形態(tài)，由于該時(shí)期的古地貌形態(tài)與油氣成藏關(guān)系密切，有利于后期區(qū)帶綜合評(píng)價(jià)及井位部署工作；③操作性強(qiáng)，簡(jiǎn)單易行，不用進(jìn)行壓實(shí)作用恢復(fù)，提高了工作效率和古地貌恢復(fù)的精度。但在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：一是古地貌的精細(xì)識(shí)別為該方法的靈魂，古地貌的精細(xì)解釋是該方法中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)；二是該方法恢復(fù)的古地貌只是相對(duì)古地貌，并不能反映生烴關(guān)鍵期真正的古地貌(不整合面)埋深。如果要恢復(fù)絕對(duì)古地貌，還需進(jìn)行古水深校正等其他相關(guān)工作。

5 應(yīng)用效果

5.1 研究區(qū)概況

中生代鄂爾多斯盆地為疊加在古生代華北克拉通之上的內(nèi)陸湖盆[20-21]。晚三疊紀(jì)末期(即印支運(yùn)動(dòng)晚期)鄂爾多斯盆地整體抬升，受地表剝蝕和河流侵蝕雙重作用的影響，在三疊系頂面形成了千溝萬(wàn)壑的古地貌景觀[22]。早—中侏羅世，盆地主體沉降、接受沉積，侏羅系底部富縣組與延安組延10段地層對(duì)古地貌進(jìn)行填平補(bǔ)齊，延安組延9段及以上地層具有廣覆式沉積的特點(diǎn)。在拉平TK反射層(白堊系底界)地震剖面上(圖3)，可見富縣組和延10段地層對(duì)三疊系延長(zhǎng)組頂部地層的削截、超覆現(xiàn)象，且充填地層受橫向上差異壓實(shí)作用的影響，不整合面(TJ，代表古地貌)和最大湖泛面(TJ9，填平補(bǔ)齊層頂面)具有相似的起伏形態(tài)。

圖3 鄂爾多斯盆地TK反射層拉平地震剖面

研究區(qū)位于天環(huán)坳陷中部，構(gòu)造平緩?？碧綄?shí)踐表明，該區(qū)前侏羅紀(jì)古地貌(T/J不整合面)與中生界油藏關(guān)系密切，在古地貌的高地、殘丘及古斜坡等有利位置已發(fā)現(xiàn)多個(gè)“小而肥”的古地貌油藏。如何有效提高侏羅系古地貌油藏的勘探成功率是本區(qū)亟待解決的關(guān)鍵問題之一。區(qū)內(nèi)地表黃土厚度不大，地震資料品質(zhì)普遍較好，中生界時(shí)窗范圍內(nèi)地震主頻為30～40Hz。二維地震測(cè)線以近SN和EW方向?yàn)橹?，測(cè)網(wǎng)密度為 1km×2km～2km×4km，能夠滿足古地貌精細(xì)解釋的需要。

5.2 適用條件判斷

區(qū)內(nèi)構(gòu)造平緩，只發(fā)育數(shù)量極少量的小型逆斷層，垂直斷距一般小于20m。選取一條垂直于構(gòu)造走向的二維地震剖面進(jìn)行平衡剖面恢復(fù)，先將地震剖面轉(zhuǎn)化為地質(zhì)剖面，然后分別去斷層和去褶皺?；謴?fù)結(jié)果表明，恢復(fù)前地質(zhì)剖面長(zhǎng)度為39.0km，恢復(fù)后地質(zhì)剖面長(zhǎng)度為39.3km，考察地層水平縮短量為0.3km，縮短率約為0.8%(圖4a、圖4b)。另外，將該地震剖面進(jìn)行層拉平(圖4c、圖4d)，發(fā)現(xiàn)拉平地震剖面上考察地層的構(gòu)造形態(tài)與平衡剖面恢復(fù)結(jié)果的構(gòu)造形態(tài)極其相似，這表明了地震層拉平技術(shù)能用于該地區(qū)考察地層的古構(gòu)造恢復(fù)。

研究區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段發(fā)育一套暗色頁(yè)巖，俗稱張家灘頁(yè)巖，這套頁(yè)巖為侏羅系古地貌油藏的源巖。早白堊世中晚期，長(zhǎng)7段泥、頁(yè)巖埋深達(dá)到最大，古地溫達(dá)到最高，開始大量生烴和排烴[23]。晚白堊世至古近紀(jì)早期，本區(qū)整體抬升，下白堊統(tǒng)上部大約500m的地層剝蝕殆盡[24]。古近紀(jì)晚期至今，該區(qū)局部接受沉積，但沉積地層的厚度較小，均小于500m，長(zhǎng)7段源巖沒有發(fā)生二次生烴作用。

圖4 平衡剖面恢復(fù)與地震層拉平技術(shù)古地貌恢復(fù)結(jié)果對(duì)比

因此，該區(qū)考察地層(T/J不整合面，對(duì)應(yīng)TJ地震反射層)的長(zhǎng)度是水平縮短量的近170倍，且生烴關(guān)鍵期(對(duì)應(yīng)Tk地震反射層)與最大埋深期相對(duì)應(yīng)，滿足地震層拉平技術(shù)用于古構(gòu)造恢復(fù)的前提條件。

5.3 地震拉平層位的選取

鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組沉積期湖盆經(jīng)歷了發(fā)展—鼎盛—萎縮—消亡期四個(gè)演化階段[25]，形成了4個(gè)層序，即層序Ⅵ～Ⅸ(表1)。其中長(zhǎng)10段—長(zhǎng)8段沉積期為湖盆的發(fā)展階段，主要發(fā)育一套湖進(jìn)型的砂泥巖地層；長(zhǎng)7段沉積期為湖盆發(fā)育的鼎盛階段，發(fā)育一套大面積分布的暗色頁(yè)巖；長(zhǎng)6段—長(zhǎng)3段沉積期為湖盆的萎縮階段，主要發(fā)育一套湖退型的砂泥巖地層；長(zhǎng)2段—長(zhǎng)1期為湖盆的消亡期，主要發(fā)育河流相沉積。長(zhǎng)2段—長(zhǎng)1段地層大部分已剝蝕或缺失，因而在長(zhǎng)3段地層之上形成了千溝萬(wàn)壑的古地貌景觀。

表1 鄂爾多斯盆地中生界地層層序劃分表

5.4 生烴關(guān)鍵期古地貌恢復(fù)

首先，在層位標(biāo)定的基礎(chǔ)上，精細(xì)解釋TK、TJ9、TT7地震反射層，并保證地震解釋層位在全區(qū)范圍內(nèi)閉合(圖5a)； 其次，在時(shí)間域地震剖面上，拉平TK反射層，考察TJ9反射層的古構(gòu)造起伏形態(tài)(圖5b)，建立精細(xì)速度場(chǎng)，計(jì)算兩者之間的地層厚度； 然后，再拉平TJ9反射層，在拉平地震剖面上重新進(jìn)行井震標(biāo)定，充分結(jié)合鉆井分層信息，依據(jù)層序地層學(xué)理論精細(xì)解釋不整合面(古地貌)，即TJ反射層(圖5c)； 同時(shí)，利用瞬時(shí)相位地震屬性對(duì)不整合面(古地貌)進(jìn)行輔助解釋(圖5d)，并建立TJ9與TJ反射層之間的速度場(chǎng)，將兩者之間的時(shí)間厚度轉(zhuǎn)化為地層厚度； 最后，將TK與TJ9反射層、TJ9與TJ反射層之間的構(gòu)造形態(tài)相疊加，即地層厚度相加，就是生烴關(guān)鍵期的古地貌形態(tài)(圖5e)。

在上述基礎(chǔ)上制作相應(yīng)的平面圖。首先，利用TK與TJ9反射層之間的地層厚度反映古構(gòu)造的相對(duì)高低，即反映生烴關(guān)鍵期延9段底界的古構(gòu)造形態(tài)(圖6)；其次，利用TJ9與TJ反射層之間的地層厚度反映古地貌的相對(duì)高低，即反映填平補(bǔ)齊結(jié)束期的古地貌形態(tài)；最后，將TK與TJ9反射層、TJ9與TJ反射層之間的地層厚度值相加，即為生烴關(guān)鍵期古地貌的形態(tài)(圖7)。

圖8是以往利用印模法恢復(fù)的相對(duì)古地貌，即主要利用鉆井資料計(jì)算延10段+富縣組的地層厚度以鏡像映射古地貌的起伏形態(tài)。該方法的基本原理與拉平TJ9地震反射層、考察TJ反射層的地震層拉平法相同。相比印模法，雙界面地震層拉平技術(shù)提高了古地貌恢復(fù)的精度。利用不同古地貌位置和油氣情況的10口檢驗(yàn)井檢查成圖效果，發(fā)現(xiàn)已知鉆井位置恢復(fù)的地層厚度與實(shí)際鉆井的厚度誤差小于3.1m(表2)，而印模法恢復(fù)結(jié)果誤差為0～21.2m。

對(duì)比圖6、圖7可知，雖然生烴關(guān)鍵期延9段底界與不整合面(古地貌)的古構(gòu)造形態(tài)差異較大，但總體上都具有西低東高趨勢(shì)。對(duì)比圖7、圖8可知，圖8代表了古地貌形成階段的起伏形態(tài)，圖7代表了生烴關(guān)鍵期古地貌的古構(gòu)造形態(tài)，兩者的古構(gòu)造形態(tài)具有一定的繼承性，圖7的古構(gòu)造形態(tài)是由圖8的古地貌演化而來。圖8主要由古高地、斜坡、古河道及支溝等古地貌單元構(gòu)成，圖7則表現(xiàn)為西低東高的宏觀古構(gòu)造背景下，研究區(qū)中南部存在兩個(gè)局部古隆起。

圖5 生烴關(guān)鍵期古地貌恢復(fù)流程

(a)時(shí)間域地震剖面； (b)生烴關(guān)鍵期恢復(fù)的TJ9古構(gòu)造形態(tài)地震剖面； (c)填平補(bǔ)齊結(jié)束期古地貌形態(tài)地震剖面； (d)填平補(bǔ)齊結(jié)束期古地貌形態(tài)瞬時(shí)相位屬性剖面； (e) 生烴關(guān)鍵期恢復(fù)的古地貌形態(tài)地震剖面

圖6 生烴關(guān)鍵期延9段底界古構(gòu)造圖(上)

根據(jù)近年來探井、評(píng)價(jià)井分布(圖6～圖8)可知，圖8中古高地、斜坡、古河道及支溝等古地貌單元油流井均有分布，這種特征導(dǎo)致侏羅系古地貌成藏主控因素不明確，難以實(shí)現(xiàn)油氣有效勘探與開發(fā)。圖6、圖7中水井和油流井分別位于工區(qū)西部和東部，分布規(guī)律明顯，表明生烴關(guān)鍵期的古構(gòu)造趨勢(shì)控制著油氣運(yùn)移的主要方向，即油氣主要從西向東、由構(gòu)造低部位向構(gòu)造高部位運(yùn)移。絕大多數(shù)油流井位于工區(qū)中南部?jī)蓚€(gè)古隆起之上及周鄰位置，表明生烴關(guān)鍵期古地貌的古構(gòu)造高部位是油氣聚集成藏有利部位。

表2 延10段—富縣組地層厚度恢復(fù)結(jié)果誤差統(tǒng)計(jì)表

圖7 生烴關(guān)鍵期不整合面古構(gòu)造圖(上)及TK層拉平地震剖面(下)

圖8 印模法恢復(fù)的古地貌圖(上)及TJ9層拉平地震剖面(下)

6 結(jié)束語(yǔ)

古構(gòu)造恢復(fù)、差異壓實(shí)恢復(fù)與古地貌識(shí)別是古地貌恢復(fù)的主要研究?jī)?nèi)容。本文將地震層拉平技術(shù)應(yīng)用于古地貌恢復(fù)的各個(gè)環(huán)節(jié)，提出了一種古地貌恢復(fù)的新方法。由于該方法選取了兩個(gè)關(guān)鍵地震反射層位進(jìn)行層拉平恢復(fù)古地貌，因此，將其稱為雙界面地震層拉平的古地貌恢復(fù)技術(shù)。與以往常規(guī)方法(印模法)相比，該方法恢復(fù)的古地貌精度更高，且恢復(fù)的古地貌與油氣運(yùn)移、聚集及成藏的關(guān)系更為密切，能在古地貌油藏的勘探開發(fā)中發(fā)揮更為積極的作用。