古構(gòu)造定量恢復(fù)的地球物理方法研究及應(yīng)用

荊克堯，陳 霞，金曉輝

(中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

古構(gòu)造恢復(fù)是石油地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域研究的熱點和難點，常用的古構(gòu)造恢復(fù)方法有“寶塔圖”法、厚度圖法、平衡剖面法、回波分析法、層序地層學(xué)恢復(fù)法[1-7]。這些方法主要通過去斷層、去壓實、去褶皺、剝蝕量恢復(fù)等技術(shù)，恢復(fù)目的層的古厚度和古埋深，從而研究該地區(qū)的演化特征。這些古構(gòu)造恢復(fù)方法主要使用地質(zhì)資料尤其是鉆井資料，很難達(dá)到古構(gòu)造的半定量或定量恢復(fù)。利用地震資料恢復(fù)古構(gòu)造，可以發(fā)揮地震資料信息量豐富的特點，不僅可以實現(xiàn)古構(gòu)造的“面”和 “體”恢復(fù)，而且可實現(xiàn)古構(gòu)造的半定量或定量恢復(fù)。在鄂爾多斯盆地、塔里木盆地中生界等以低幅度構(gòu)造為特征的沉積盆地，精細(xì)的古構(gòu)造研究是尋找有利油氣區(qū)帶以及研究油氣分布規(guī)律的基礎(chǔ)。本文以鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)涇地區(qū)上三疊統(tǒng)延長組長7油層組為古構(gòu)造恢復(fù)的目的層系，恢復(fù)了該區(qū)印支運動以來的關(guān)鍵構(gòu)造期的演化，解釋了該區(qū)的油氣富集規(guī)律。

1 思路和方法

古構(gòu)造恢復(fù)的最終目的有2個：一是認(rèn)識構(gòu)造疊加變形的動態(tài)過程；二是復(fù)原構(gòu)造變形之前的古構(gòu)造形態(tài)。根據(jù)研究出發(fā)點的不同，古構(gòu)造恢復(fù)又分為大型古盆地恢復(fù)和局部構(gòu)造單元或圈閉的恢復(fù)。前者研究對象比較宏觀，對局部構(gòu)造起伏變化的精度要求不高，后者研究對象比較局限，因此有較高的精度要求[8-12]。由于地震資料采集和處理的范圍有限，利用地震資料進(jìn)行古構(gòu)造恢復(fù)屬于局部恢復(fù)。

通過拉平地震剖面，可以恢復(fù)構(gòu)造單元不同時期的發(fā)育過程，與用地質(zhì)資料(尤其是鉆井資料)制作平衡剖面有相似的作用，可稱其為“線”恢復(fù)；利用三維地震資料多個區(qū)域反射層(或目標(biāo)層)的解釋成果，進(jìn)行逐層剝離及疊加，達(dá)到古構(gòu)造的“面”恢復(fù)；同時因為地震資料的空間屬性以及地震解釋軟件的立體顯示功能的應(yīng)用，可以實現(xiàn)“體”恢復(fù)的目的。

在進(jìn)行層位解釋之前，需要收集、研究本工區(qū)及鄰區(qū)地層發(fā)育特征及地震波組反射特征，再利用工區(qū)內(nèi)鉆井的測井資料，制作多口探井的合成記錄(圖1)，對地層沉積變化和地震反射波組反射特征進(jìn)行對比研究，從而對反射波組進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)定?？梢哉f，三維地震工區(qū)內(nèi)層位的標(biāo)定、追蹤解釋，是地質(zhì)、測井、鉆井等多種資料融合的產(chǎn)物。因此利用地震資料進(jìn)行古構(gòu)造恢復(fù)是一種精度更高的方法。

2 目標(biāo)層選取

目標(biāo)層的選區(qū)取決于一個地區(qū)的烴源巖層和主要勘探目的層。鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)涇地區(qū)三疊系延長組自下而上劃分為長10—長1共10個油層組，其中長7油層組張家灘頁巖是本區(qū)主力烴源巖，長81、長9砂巖是貼近長7優(yōu)質(zhì)烴源巖的最重要的勘探層系[13-16]，地震反射同相軸分別對應(yīng)T6c、T6b、T6a(圖2)。因此，選擇延長組長7油層組作為古構(gòu)造恢復(fù)的目的層系。

圖1 鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)涇地區(qū)HH39井合成記錄與層位標(biāo)定Fig.1 Synthetic record and horizon calibration of well HH39, Zhenjing area, Ordos Basin

選擇古構(gòu)造恢復(fù)時期非常關(guān)鍵，必須是等時的基準(zhǔn)面，其選取一般符合以下規(guī)律：沉積連續(xù)，沒有發(fā)生大的構(gòu)造運動，不存在地層缺失或嚴(yán)重的剝蝕；沉積年代足夠長，在全區(qū)連續(xù)分布；可以選擇主要區(qū)域反射層界面，如果該地層存在剝蝕現(xiàn)象，可以選取其上某一個與其相鄰的連續(xù)沉積的地層作為等時基準(zhǔn)面，二者相距越小越好。

對鄂爾多斯盆地石油地質(zhì)條件影響最大的主要是印支運動以來的幾期構(gòu)造運動，而且延長組長7油層組張家灘頁巖在晚侏羅世沉積末期即開始進(jìn)入生油窗，至早白堊世中晚期開始進(jìn)入生排烴高峰期，因此，選取燕山運動的三期(侏羅系延安組沉積前、侏羅系直羅組沉積前、白堊系沉積前)作為古構(gòu)造恢復(fù)的時期，其對應(yīng)的地震層位分別為T5，T4，T3(圖2)。

3 古構(gòu)造恢復(fù)

3.1 地震剖面層拉平技術(shù)與構(gòu)造剖面演化

利用地震解釋軟件中的層拉平功能，可以對地震剖面進(jìn)行逐層拉平，進(jìn)行構(gòu)造演化研究，相當(dāng)于利用鉆井資料制作平衡剖面的研究，即線恢復(fù)。層拉平法[17-18]是假設(shè)各地層的原始厚度不發(fā)生改變，即不受壓實作用影響。具體步驟為：對地震資料進(jìn)行時深轉(zhuǎn)換，把時間域資料轉(zhuǎn)換為深度域資料；選取代表井，制作過井地震剖面；對代表恢復(fù)期的幾個地震反射層進(jìn)行解釋并做時深轉(zhuǎn)換；用拉平功能逐層拉平。如果只做定性研究，第一步和第三步中的時深轉(zhuǎn)換可以省略。

圖2 鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)涇地區(qū)典型地震剖面解釋Fig.2 Interpretation of a typical seismic profile, Zhenjing area, Ordos Basin

按以上步驟，對鎮(zhèn)涇地區(qū)的一條近東西向的過井剖面(HH126—127—104—57—84)進(jìn)行了古構(gòu)造恢復(fù)(圖3)，可以看出：(1)侏羅系延安組沉積前，長7油層組地層構(gòu)造為西高東低，溝壑相間，起伏幅度約30～100 m；(2)侏羅系直羅組沉積前，構(gòu)造變化不大，但地層起伏已略有變化；(3)白堊系沉積前，經(jīng)過幾次構(gòu)造運動和剝蝕，地層構(gòu)造已發(fā)生變化，長7油層組地層變得相對平坦，溝壑相間的幅度減少；(4)經(jīng)過白堊紀(jì)、古近紀(jì)、新近紀(jì)及第四紀(jì)的長期沉積，現(xiàn)今面貌發(fā)生巨變，地層構(gòu)造轉(zhuǎn)為西低東高，但因為沒再發(fā)生大的構(gòu)造運動及地層剝蝕，延長組圈閉形態(tài)變化不大，對延長組油氣藏的破壞作用很小。

圖3 鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)涇地區(qū)地震剖面層拉平技術(shù)與構(gòu)造剖面Fig.3 Bedding flattening technique applied in Zhenjing area, Ordos Basin

線恢復(fù)和常規(guī)地質(zhì)平衡剖面相比，優(yōu)點在于：簡單快捷，省時省力，隨時可以進(jìn)行，尤其只做定性研究時可以不做時深轉(zhuǎn)換。同時改進(jìn)了只用鉆井?dāng)?shù)據(jù)對井間地層進(jìn)行簡單勾勒的做法。如圖3中HH127井和HH104井之間的地層形態(tài)一目了然，這是平衡剖面不能做到的。但是，受地震資料分布和軟件功能的限制，該方法無法進(jìn)行壓實及剝蝕量校正。

3.2 古構(gòu)造恢復(fù)與構(gòu)造演化(面恢復(fù))

利用地震剖面進(jìn)行線恢復(fù)只能研究某條測線的地層發(fā)育情況，要對全區(qū)進(jìn)行構(gòu)造恢復(fù)，必須引進(jìn)面恢復(fù)的方法。即假設(shè)地層原始厚度是不發(fā)生改變的(未受壓實作用影響)，在三維的地震解釋數(shù)據(jù)中，選取一個等時的沉積基準(zhǔn)面或最大海泛面作為頂層，把要研究的目的層作為底層，用底面深度值減去頂面深度值，兩者的深度差就是該目的層在該沉積發(fā)育時期的古構(gòu)造形態(tài)[19-22]。但是，單純利用地震資料得到的結(jié)果只是一個古構(gòu)造的視恢復(fù)，必須在此基礎(chǔ)上，再利用地質(zhì)資料進(jìn)行壓實校正及剝蝕量校正等，使恢復(fù)的結(jié)果更加詳盡準(zhǔn)確。

按照以上方法，對鎮(zhèn)涇地區(qū)進(jìn)行了該區(qū)的古構(gòu)造恢復(fù)。首先選取了侏羅系延安組(T5)、直羅組(T4)、白堊系(T3) 3個區(qū)域反射層作為等時基準(zhǔn)面，與長7油層組進(jìn)行了深度差計算，制作出3期古構(gòu)造恢復(fù)圖(圖4)，可以看到：(1)在侏羅系延安組沉積時期，長7油層組整體南高北低，發(fā)育一個北東方向的主隆起(HH71—HH8一線)及其東部平行的一個次級隆起(HH139—HH153)，同時沿玉都斷裂有一系列的北西方向的小型隆起帶(HH121—HH100)，延長組頂面遭受一定程度的風(fēng)化剝蝕，因此得到的是相對較低的構(gòu)造形態(tài)；(2)侏羅系直羅組沉積前，長7油層組整體還是南高北低，北東方向的主隆起、其東部平行的一個次級隆起以及沿玉都斷裂的北西方向小型隆起帶繼承性發(fā)育，幅度開始降低；值得注意的是，當(dāng)上三疊統(tǒng)延長組烴源巖進(jìn)入生烴門限開始排烴時，此時延長組已經(jīng)形成多個油氣聚集有利區(qū)，為延長組油氣成藏提供了有利圈閉；因為延安組頂面遭受一定程度的風(fēng)化剝蝕，得到的也是相對較低的構(gòu)造形態(tài)；(3)在白堊系沉積前，長7油層組整體還是南高北低，但北東方向的主隆起幅度明顯減少，南部尤其是西南部成為隆起的主體，東部地層開始抬升；(4)經(jīng)過新生代沉積以及多期構(gòu)造運動，長7油層組現(xiàn)今地層變?yōu)闁|南高西北低，地層發(fā)生翻轉(zhuǎn)。

圖4 鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)涇地區(qū)三維地震古構(gòu)造恢復(fù)Fig.4 Paleo-structure recovery using seismic data, Zhenjing area, Ordos Basin

為了更加直觀地顯示出研究成果，可以采用地震解釋軟件中的立體顯示功能，更加直觀地對古構(gòu)造進(jìn)行顯示，即體恢復(fù)。從這張體恢復(fù)圖可以看出(圖4)，溝壑相間的構(gòu)造格局更加分明，地質(zhì)概念更加立體清晰。

利用地震資料進(jìn)行古構(gòu)造恢復(fù)(圖4)可以看出，侏羅系沉積前，已經(jīng)發(fā)育多個鼻狀隆起，且其后的地層沉積具有一定的繼承性。上三疊統(tǒng)延長組烴源巖(張家灘頁巖)在經(jīng)歷了中侏羅世晚期的熱事件后進(jìn)入生烴門限，并開始排烴，于早白堊世中晚期達(dá)到生油高峰時，油氣有利聚集區(qū)已經(jīng)形成，主力烴源巖在生烴增壓作用下產(chǎn)生的石油就近運移進(jìn)入長81、長9等油層組河道砂巖，形成自生自儲自蓋型油藏。目前的勘探情況也證實了這一點。根據(jù)鉆井揭示及試油試采資料，該地區(qū)HH73井區(qū)、HH12井區(qū)、HH8井區(qū)、HH53井區(qū)是長8、長9主力產(chǎn)油區(qū)，而這些產(chǎn)油區(qū)都集中在古構(gòu)造的局部隆起區(qū)，但不一定是現(xiàn)今構(gòu)造的高點。

4 結(jié)論

(1)油氣有利聚集區(qū)的早期形成，不僅有利于油氣的捕獲，同時對油氣的運移、聚集有一定的控制作用。和常規(guī)鉆井資料進(jìn)行的古構(gòu)造恢復(fù)相比，利用地震資料進(jìn)行的古構(gòu)造(面)恢復(fù)，井間的資料更加詳盡，形式多種，能準(zhǔn)確反映各時期古構(gòu)造特征。特別是應(yīng)用地球物理方法研究本地區(qū)細(xì)微構(gòu)造的發(fā)育情況，可為該區(qū)尋找油氣聚集區(qū)帶和巖性油氣藏勘探方向提供依據(jù)。

(2)以往對該區(qū)油氣富集主控因素分析，主要認(rèn)為受局部鼻狀構(gòu)造、斷裂及裂縫發(fā)育帶和水下分流主河道砂體疊置區(qū)等因素影響，但對主要成藏期古構(gòu)造的作用及其恢復(fù)涉及較少。利用該方法補(bǔ)充了該區(qū)以往成藏關(guān)鍵因素研究中的不足，可為該區(qū)下一步勘探提供指導(dǎo)。