川東寒武系膏鹽巖識(shí)別及其對(duì)鹽下構(gòu)造的影響

周春暉 司國帥

（1成都理工大學(xué)構(gòu)造成礦成藏重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 四川成都 610059；2中國石油集團(tuán)東方地球物理公司西南物探研究院 四川成都 610084）

0 引言

前人研究表明全球鹽下油氣資源十分豐富，勘探潛力巨大，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)已發(fā)現(xiàn)的全球大型油氣田中，膏鹽巖是重要的蓋層之一，雖然其分布面積只占8%，但全球總油氣儲(chǔ)量的55%都是由膏鹽巖層所封蓋［1］。研究膏鹽巖對(duì)油氣勘探具有重要意義［2］。膏鹽巖層作為油氣保存的重要條件，其封蓋能力高于泥質(zhì)巖類［3］，對(duì)含鹽油氣盆地的影響主要表現(xiàn)在其對(duì)形成異常壓力及封蓋油氣具有積極意義［4］。構(gòu)造方面，膏鹽巖層具有良好的塑性流動(dòng)，并且能夠吸收鹽下構(gòu)造應(yīng)力，通過膏鹽巖層不同的構(gòu)造樣式對(duì)油氣圈閉產(chǎn)生影響，即使在強(qiáng)烈的構(gòu)造作用下，鹽下圈閉仍得以保存［5］。寒武系作為世界上重要的蒸發(fā)巖沉積層位之一，在四川盆地早中寒武世也有廣泛的膏鹽巖分布，但其膏鹽巖巖性復(fù)雜，具有分區(qū)性［6-7］。四川盆地屬揚(yáng)子地臺(tái)，先后經(jīng)歷多期次、多方向的隆升及剝蝕作用，強(qiáng)烈的后期改造使研究區(qū)的構(gòu)造變形趨于復(fù)雜，表現(xiàn)為地層抬升遭受剝蝕，甚至發(fā)生倒轉(zhuǎn)，在多次逆沖推覆的構(gòu)造應(yīng)力下，地層受擠壓產(chǎn)生褶皺及大型斷裂，加之川東復(fù)雜的地表?xiàng)l件，使川東雙復(fù)雜地區(qū)膏鹽巖后期的識(shí)別和解釋工作難度較大。

本文以實(shí)際鉆井資料與地震數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從膏鹽巖的地震識(shí)別入手，通過地震模型正演手段進(jìn)行地震響應(yīng)特征綜合分析，總結(jié)了川東地區(qū)寒武系膏鹽巖的3種地震響應(yīng)特征，分析了膏鹽巖層發(fā)育對(duì)川東深層油氣圈閉的影響，對(duì)川東深層的油氣勘探具有一定參考意義。

1 川東寒武系膏鹽巖層的發(fā)育特征

四川盆地下伏地層發(fā)育多套膏鹽巖滑脫層，這些含鹽層系主要包括中、下寒武統(tǒng)膏鹽巖及三疊系嘉陵江組、雷口坡組的膏鹽巖。膏鹽巖層的形態(tài)和分布對(duì)盆內(nèi)油氣圈閉關(guān)系密切。以川東地區(qū)為例，該地區(qū)曾經(jīng)歷多期構(gòu)造變形，成因機(jī)制復(fù)雜，結(jié)合地震資料研究發(fā)現(xiàn)，不同的滑脫層對(duì)深層構(gòu)造特征的影響程度不同，其中寒武系膏鹽作為蓋層滑脫構(gòu)造的重要滑脫層，使中部構(gòu)造變形多滑脫于寒武系的膏鹽巖中，使深層構(gòu)造受晚期構(gòu)造活動(dòng)影響變小。

川東寒武統(tǒng)的膏鹽巖，主要沉積于早寒武世龍王廟期和高臺(tái)期，在此時(shí)期川東處于樂山-龍女寺古隆起伸向湘鄂西凹陷的斜坡上，至中寒武世早期，巖相古地理?xiàng)l件轉(zhuǎn)變?yōu)殍傔吿妓釒r臺(tái)地，臺(tái)地內(nèi)外海水相互隔絕，臺(tái)內(nèi)淺水環(huán)境在干燥、炎熱的條件下強(qiáng)烈蒸發(fā)，形成局限膏鹽湖盆。調(diào)查研究認(rèn)為膏鹽巖為淺水緩坡沉積環(huán)境，成因?yàn)槌鄙纤_布哈和緩坡蒸發(fā)［8］，淺水緩坡的沉積環(huán)境導(dǎo)致膏鹽巖的厚度在空間上存在差異，根據(jù)工區(qū)內(nèi)已知井資料顯示，膏鹽巖厚度變化在0～487m。結(jié)合地震剖面及露頭分析，川東地區(qū)寒武系膏鹽相關(guān)地層主要為純石膏鹽巖、含膏白云巖類、含膏砂泥巖類及含泥含云石膏鹽巖類的不等厚互層。不同的巖性組合表現(xiàn)的特征也不一樣，如何利用地震資料有效識(shí)別是要解決的第1個(gè)問題。

2 膏鹽巖層的地震識(shí)別

川東高陡構(gòu)造帶屬于雙復(fù)雜地區(qū)，為能清楚地識(shí)別川東地區(qū)寒武系膏鹽巖，對(duì)深層構(gòu)造形成進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，利用最新鉆井資料進(jìn)行了多種類型的模型正演，建立起寒武系膏鹽巖地震識(shí)別模式。研究開展前，首先依據(jù)區(qū)域地質(zhì)背景與研究區(qū)地質(zhì)特征，擠壓盆地構(gòu)造樣式與斷層相關(guān)理論相結(jié)合，鉆井資料、地質(zhì)露頭與地震資料綜合分析建立了單井膏鹽巖發(fā)育特征和地震識(shí)別模式。

（1）單井的響應(yīng)特征。川東地區(qū)膏鹽主要發(fā)育于中寒武統(tǒng)，龍王廟組和高臺(tái)組在川東南部地區(qū)均有分布，在川東北地區(qū)主要分布在高臺(tái)組。

以JS1井和WT1井為例，JS1井發(fā)育多層膏鹽巖層與大套膏質(zhì)云巖及白云巖互層，膏鹽巖發(fā)育情況較好，與高速度的碳酸鹽巖互層產(chǎn)出，因此可以形成較高的波阻抗差，形成強(qiáng)反射界面（圖1a）；WT1井膏鹽巖發(fā)育情況較差，高臺(tái)組膏鹽巖總厚度為66m，膏鹽巖厚度薄，純膏巖不發(fā)育，巖性主要為云質(zhì)膏巖，膏巖質(zhì)不純，云質(zhì)成分比例大，地震剖面上主要表現(xiàn)為波阻抗差較小，膏鹽巖地震響應(yīng)特征不明顯（圖1b）。

（2）多井建立地質(zhì)模型。根據(jù)單井的響應(yīng)特征分析，結(jié)合地震響應(yīng)，總結(jié)了3種膏鹽巖分布模型。

模型1為純膏鹽充填的透鏡狀模型（圖2a），與碳酸鹽巖交叉分布的膏鹽巖，在受到擠壓應(yīng)力作用下發(fā)生揉皺變形，由于碳酸鹽巖與膏鹽巖的速度差呈現(xiàn)出短軸狀不連續(xù)的透鏡狀反射特征。這一特征與向斜區(qū)的實(shí)際地震剖面反射特征相似。

模型2為基于鉆井資料設(shè)計(jì)的膏鹽層狀充填的模型，以Z3井為例，井資料顯示Z3井寒武統(tǒng)為薄層膏鹽巖與碳酸鹽巖互層（圖2b），雖然互層厚度不同，但均表現(xiàn)為平行層狀連續(xù)強(qiáng)振幅。膏鹽巖層狀填充模型在構(gòu)造相對(duì)平緩的區(qū)域較為發(fā)育，同時(shí)，在透鏡狀反射的邊部也較為常見。

模型3是主要從受力角度考慮的多層膏鹽巖不規(guī)則充填的楔狀模型。層狀沉積的膏鹽巖在受到擠壓應(yīng)力的情況下發(fā)生揉皺變形，且與碳酸鹽巖交叉分布（圖2c），在正演結(jié)果剖面上表現(xiàn)為短軸狀不連續(xù)的丘狀反射，與實(shí)際地震剖面反射特征一致，構(gòu)造高點(diǎn)底部的地震響應(yīng)多為此類模型特征。這種丘狀反射特征基本表現(xiàn)為下平上凸，且下伏地層與膏鹽底界基本平行，多數(shù)剖面斷層切穿膏鹽頂面而未穿過底面，表明斷層終止于膏鹽內(nèi)部，對(duì)深層構(gòu)造的完成具有積極作用。

3 膏鹽巖發(fā)育對(duì)川東鹽下構(gòu)造的影響

在地震識(shí)別的基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造特征分析和斷裂發(fā)育情況，認(rèn)為川東地區(qū)受斷裂和膏巖鹽發(fā)育影響，可將深層構(gòu)造劃分為基地卷入型和蓋層滑脫型2種構(gòu)造樣式（圖3）。

基地卷入型構(gòu)造樣式表現(xiàn)為深大斷裂向下斷穿寒武系膏鹽巖的頂、底，且卷入寒武系-震旦系地層的現(xiàn)象。蓋層滑脫型構(gòu)造樣式表現(xiàn)為斷裂向下斷穿寒武系膏鹽巖的頂，但未斷穿其地層，斷穿消失在寒武系膏鹽巖不卷入寒武系-震旦系地層的特征。根據(jù)區(qū)域研究，川東地區(qū)下寒武統(tǒng)膏鹽巖主要分布在華鎣山斷裂帶與齊岳山斷裂帶之間，同時(shí)以華鎣山和齊岳山為界，其下的構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)度顯著不同，膏鹽巖層與其關(guān)系表現(xiàn)為：靠近盆內(nèi)穩(wěn)定區(qū)的構(gòu)造樣式主要表現(xiàn)蓋層滑脫型，川東地區(qū)華鎣山斷裂帶西側(cè)具有穩(wěn)定的結(jié)晶基底，是一塊堅(jiān)硬、穩(wěn)定的剛性塊體，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)弱、變形強(qiáng)度小、斷層較為少見，寒武系膏鹽巖在此處對(duì)構(gòu)造及斷層的影響較?。豢拷角皫У臉?gòu)造樣式主要表現(xiàn)為基底卷入構(gòu)造樣式，應(yīng)力較強(qiáng)時(shí)，斷裂發(fā)育規(guī)模大，這些區(qū)域性大斷裂較容易斷穿膏鹽巖層。

無論哪種構(gòu)造樣式，膏鹽巖對(duì)地震波能量強(qiáng)烈的衰減、吸收，都會(huì)使下伏目的層能量減弱，同時(shí)其埋藏一般較深，地表?xiàng)l件復(fù)雜，高陡的地貌導(dǎo)致地震波速度橫向變化劇烈，傳播過程趨于復(fù)雜。膏鹽巖的流動(dòng)性使其厚度變化劇烈，背斜區(qū)膏鹽巖遠(yuǎn)厚于向斜區(qū)，使下伏深層構(gòu)造落實(shí)過程中，背斜區(qū)速度發(fā)生異常。當(dāng)上覆地層速度發(fā)生突變時(shí)，突變區(qū)的下伏地層將在時(shí)間剖面上出現(xiàn)上拉、下壓以及高點(diǎn)偏移的現(xiàn)象［9］，造成構(gòu)造假象。為驗(yàn)證膏鹽巖對(duì)下伏地層的影響，結(jié)合研究區(qū)內(nèi)速度資料和膏鹽巖厚度設(shè)計(jì)類楔狀模型（圖4），類楔狀的膏鹽巖層厚度從400m逐漸減薄直至尖滅，在正演結(jié)果剖面上表現(xiàn)為膏鹽巖下伏地層的反射被明顯下壓，隨膏鹽巖層厚度增加，時(shí)間剖面中的下伏地層的反射被下壓的幅度同比增大。

為了得到真實(shí)的地下構(gòu)造，減弱膏巖層對(duì)時(shí)間剖面中下伏地層的影響，依據(jù)工區(qū)內(nèi)多口鉆井?dāng)?shù)據(jù)，通過擬合，得到符合川東地區(qū)下寒武統(tǒng)巖層隨膏巖厚度變化膏鹽巖層的速度公式：

式中：Δt為時(shí)間厚度/ms。下寒武統(tǒng)層速度隨膏鹽巖層厚度的變大而減小，根據(jù)工區(qū)內(nèi)井資料顯示，寒武系膏鹽巖層速度最低為5300m/s，速度最高6300m/s。

考慮到膏鹽巖的存在，輔助地震正演模型解釋川東典型地震剖面，處理解釋結(jié)合，不斷完善速度模型，在速度建場(chǎng)拾取速度時(shí)使用擬合公式進(jìn)行變速拾取，進(jìn)行疊前深度偏移，能夠更為準(zhǔn)確反映鹽下深層構(gòu)造，也得到了實(shí)鉆井的驗(yàn)證。圖5a為川東地區(qū)疊前時(shí)間偏移剖面，圖5b為經(jīng)過膏鹽巖的精確識(shí)別及速度建場(chǎng)和疊前深度偏移處理的深度剖面。因膏鹽巖層的存在，實(shí)際底滑脫層以下地層則以弱變形和低幅度構(gòu)造為主，一般不會(huì)形成與淺層相對(duì)應(yīng)的多排構(gòu)造圈閉。根據(jù)川東高陡構(gòu)造特征和地層速度變化規(guī)律分析，底滑脫層以下地層的構(gòu)造高點(diǎn)向淺層向斜區(qū)的位置偏移。

4 結(jié)論

（1）川東地區(qū)寒武系膏鹽巖地震響應(yīng)特征主要分為3個(gè)類型：透鏡狀、層狀、不規(guī)則充填的楔狀反射。

（2）受區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力和膏鹽巖發(fā)育影響，川東地區(qū)鹽下構(gòu)造主要發(fā)育基地卷入型和蓋層滑脫型2種構(gòu)造樣式

（3）川東地區(qū)的地震反射剖面隨膏鹽巖厚度的增加，時(shí)間剖面中的下伏地層的反射被下壓的幅度同比增大，呈現(xiàn)一定線性關(guān)系。通過擬合工區(qū)內(nèi)多口鉆井?dāng)?shù)據(jù)，得到符合川東地區(qū)下寒武統(tǒng)巖層隨膏巖厚度變化膏鹽巖層的速度公式，結(jié)合膏鹽巖的地震識(shí)別，在精確速度模型的指導(dǎo)下通過疊前深度偏移，能較好地解決時(shí)間剖面造成的鹽下構(gòu)造假象問題。