準(zhǔn)噶爾盆地南緣時頻電磁淺部礫石層識別及對深層非常規(guī)油氣勘探的意義

白詩筠，張 生，崔志偉，卞保力，宋志華，張嶸鑫

(1.中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司，河北 涿州 072751；2.中國石油集團(tuán)新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

0 引言

準(zhǔn)噶爾盆地南緣沖斷帶油氣資源豐富，長期以來受到地質(zhì)家們的關(guān)注。近年來，隨著準(zhǔn)噶爾盆地南緣四棵樹凹陷高探1井的油氣高產(chǎn)突破，進(jìn)一步表明了準(zhǔn)噶爾盆地南緣具備形成大型油氣田的潛力。但是，準(zhǔn)噶爾盆地南緣沖斷帶地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，目前存在多個勘探難點，其中對油氣勘探影響較大的因素是淺層第四系發(fā)育巨厚的礫石層，造成地震速度建模困難，嚴(yán)重影響了深層圈閉目標(biāo)的落實。

準(zhǔn)噶爾盆地南緣地貌復(fù)雜，發(fā)育多個河道和沖積扇，礫石層廣泛分布。礫石層對勘探的影響主要表現(xiàn)在3個方面：1)沖積扇主體礫石沉積區(qū)穩(wěn)定礫石底界獲取難，影響構(gòu)造形態(tài)；2)背斜兩翼高陡過渡區(qū)速度波場變化較大，靜校正方法難以適應(yīng)，靜校正精度低，影響構(gòu)造接觸關(guān)系落實；3)河流及周緣表層結(jié)構(gòu)突變，精細(xì)建模難，影響成像品質(zhì)，斷裂難刻畫。

該文系統(tǒng)研究了準(zhǔn)噶爾盆地南緣淺層礫石的物性特征，總結(jié)礫石的電阻率特征，同時開展時頻電磁模型正演，設(shè)計了針對淺層礫石的雙源寬頻時頻電磁采集參數(shù)，以達(dá)到精確刻畫礫石的目的，為地震速度建模提供依據(jù)。

1 工區(qū)地震地質(zhì)分析

準(zhǔn)噶爾盆地南緣沖斷帶的形成和演化直接受控于天山造山帶的形成和演化。白堊紀(jì)—古近紀(jì)時期，天山造山帶已經(jīng)隆起，至新近紀(jì)，天山進(jìn)一步抬升，南高北低的古地形決定了主要物源方向為由南向北。四棵樹凹陷受構(gòu)造作用的影響，新近系的沉積演化表現(xiàn)出一個抬升變淺、充填萎縮以及沉積體系不斷向北遷移的湖盆主體。沉積物在山前地帶厚度巨大，發(fā)育多個沖積扇體。由于礫石層是與沖積扇相關(guān)的，因此研究區(qū)域內(nèi)的沖積扇形成及演化特征可以更好地了解礫石層空間分布特征。

鉆探成果表明，準(zhǔn)噶爾盆地南緣四棵樹凹陷主要發(fā)育第四系、新近系、古近系、白堊系及侏羅系等地層。準(zhǔn)噶爾盆地南緣電阻率測井資料顯示，研究區(qū)地層電性特征清晰，自上而下表現(xiàn)為“表層高阻-次高阻-低阻-相對高阻-低阻”的電性特征，電阻率測井曲線如圖1所示。

圖1 研究區(qū)電阻率測井曲線Fig.1 The resistivity logging curve of the study area

第四系(Q)測井電阻率值較大，一般為20～300 Ω·m,表現(xiàn)為典型的高阻特征；新近系獨山子組(N2d)測井電阻率值相對穩(wěn)定，一般為10～80 Ω·m，總體表現(xiàn)為一套次高阻層；新近系塔西河組(N1t)地層電性具有“上高下低”的特征，測井電阻率值穩(wěn)定在1～10 Ω·m，總體表現(xiàn)為一套低阻層；新近系沙灣組(N1s)測井電阻率值一般為5～40 Ω·m，為相對高阻層；古近系—白堊系(E-K)測井電阻率值相對較小，一般為1～15 Ω·m，表現(xiàn)為低阻特征。電阻率測井曲線顯示，淺層第四系西域組礫石層表現(xiàn)為典型的高阻特征，電阻率值明顯高于正常沉積地層。

研究區(qū)測井地層電阻率統(tǒng)計見表1。通過對研究區(qū)電阻率特征分析，礫石電性特征差異明顯，具備利用時頻電磁法識別礫石層的先決條件。同時也與研究區(qū)的區(qū)域地質(zhì)認(rèn)識符合，可以用時頻電磁法對該區(qū)的巨厚礫石層進(jìn)行識別。

表1 研究區(qū)測井地層電阻率統(tǒng)計表Table 1 Statistical table of resistivity of logging formation in study area

2 時頻電磁淺部礫石層反演預(yù)測

為了研究礫石層分布特征，在準(zhǔn)噶爾盆地南緣沖斷帶四棵樹凹陷西湖1、獨山1、高探1和托6井區(qū)開展了時頻電磁勘探工作，部署3條時頻電磁測線，測線總長度127 km，衛(wèi)星圖片如圖2所示。采用時頻電磁Occam反演方法對衛(wèi)星圖片進(jìn)行了處理，獲得了3條時頻電磁電阻率反演剖面。

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地南緣四棵樹地區(qū)衛(wèi)星圖片F(xiàn)ig.2 Satellite image of Sikeshu Area in the southern margin ofJunggar Basin

以往的研究成果表明,準(zhǔn)噶爾盆地南緣第四系西域組礫石層廣泛發(fā)育,橫向厚度變化較快,礫石層最大厚度可達(dá)2 km,地震難以有效識別,三維地震剖面如圖3所示。為了預(yù)測礫巖分布特征,該文對時頻電磁電阻率反演剖面進(jìn)行了礫巖分布預(yù)測。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地南緣四棵樹凹陷過獨南構(gòu)造東西向三維地震剖面(上部方框為難以識別的淺層礫石；下部圓框為難以精確落實的深層目標(biāo))Fig.3 EW-trending 3D seismic profile passing through the Dunan structure in the Sikeshu Sag,southern margin of Junggar Basin(The upper box is shallow gravel that difficult to identify; The lower box is the deep target is difficult to achieve precisely)

從準(zhǔn)噶爾盆地南緣四棵樹凹陷01線時頻電磁電阻率反演剖面可以看出，研究區(qū)淺層發(fā)育較厚的連續(xù)高阻層，依據(jù)巖性物性分析，上述高阻層主要為礫石層的表現(xiàn)。根據(jù)高探1井標(biāo)定，分析認(rèn)為淺層主要存在3套不同的電性標(biāo)志層[3]：第1套電性標(biāo)志層為潛水面的響應(yīng)，潛水面以上地層不含水，巖石間主要為空氣填充，導(dǎo)電性較差，電阻率較高，此界面在電阻率剖面上主要表現(xiàn)為電阻率極值面，其底界埋深一般約在200 m；第2套電性標(biāo)志層為粗碎屑高速礫巖，高速礫巖位于潛水面以下，巖石含水具有一定的導(dǎo)電性，電阻率由大變小。高速礫巖在01線時頻電磁電阻率反演剖面如圖4所示，呈“南厚北薄”的特征，南部天山山前礫石沉積較厚，向北厚度逐漸減小，剖面上高速礫巖最厚處位于高探1井以南，厚度可達(dá)1 500 m；第3套電性標(biāo)志層為中-細(xì)碎屑次高速礫石層，位于高速礫巖下部，巖石粒級度較上部高速礫巖明顯變小，巖性以砂礫巖和砂泥巖互層為主，電阻率相對較低。次高速礫巖在時頻電磁電阻率反演剖面上厚度較小，其分布較為均勻。

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地南緣四棵樹凹陷雙源寬頻時頻電磁01線電阻率反演剖面Fig.4 Dual-source broadband time-frequency electromagnetic resistivity inversion profile of line 01 in the Sikeshu Sag, southern margin Junggar Basin

時頻電磁01線電阻率反演剖面揭示的礫石展布規(guī)律，主要與四棵樹河形成的沖積扇相關(guān)，在山前深大斷裂下盤快速沉積；北部遠(yuǎn)離斷裂一側(cè)厚度逐漸減薄，巖相主要以扇中相和扇前緣相為主。

準(zhǔn)噶爾盆地南緣四棵樹凹陷02線時頻電磁電阻率反演剖面顯示,淺層高速礫巖層總體具有“東厚西薄”的特征,厚度橫向變化劇烈,高速礫石層最大厚度在西湖2井東,厚度可達(dá)1 100 m,測線西段高速礫石層厚度較小,約為300～500 m；中-細(xì)碎屑次高速礫巖沉積相對較為穩(wěn)定,測線東段最大沉積厚度約為800 m,向西厚度減小至約400 m。高速礫巖在02線時頻電磁電阻率反演剖面如圖5所示,時頻電磁02線礫石主要與第四系沖積扇分布有關(guān)。測線東部鄰近獨山子背斜,為礫石的主要物源區(qū),礫石加厚區(qū)位于獨山子背斜翼部,結(jié)合地表露頭分析,奎屯河古河道對西湖1井東局部礫石層厚區(qū)有明顯控制作用,奎屯河在早期流經(jīng)剖面礫石層該部位,后期受構(gòu)造應(yīng)力影響河流沖破獨山子背斜核部,河流改道形成了現(xiàn)今的沉積格局。測線西段遠(yuǎn)離天山和獨山子背斜等物源區(qū),礫石沉積厚度較小。

圖5 準(zhǔn)噶爾盆地南緣四棵樹凹陷雙源寬頻時頻電磁02線電阻率反演剖面Fig.5 Dual-source broadband time-frequency electromagnetic resistivity inversion profile of line 02 in the Sikeshu Sag, southern margin Junggar Basin

通過電阻率剖面反演預(yù)測淺層電性變化規(guī)律,認(rèn)為礫巖的巖性分布總體表現(xiàn)為,SKS2019TFEM-1線剖面顯示高探1井以西礫巖最厚,且電阻率最高,主要位于沖擊扇的扇根部位。由于四棵樹地區(qū)礫巖沉積相模式主要是長期穩(wěn)定和繼承性的單物源沖積扇,礫石順物源方向粒度逐漸減小,結(jié)合過高探1井的電阻率剖面可以發(fā)現(xiàn),由南向北即由山前向盆地方向中淺部電阻率逐漸變小,說明礫巖粒度逐漸變細(xì),這與其他野外露頭的特征相吻合。研究區(qū)的沖積扇物源主要來自于幾大水系,高泉地區(qū)主要是四棵樹河這一大水系形成的沖積扇,從扇根到扇端的礫石大小都呈減小趨勢,而且四棵樹河第四系沖積扇的扇根和扇端礫石大小有幾十倍甚至上百倍的差距,扇根的礫石普遍是粗礫,含巨礫和中礫,而扇中以中礫為主,到扇端主要發(fā)育小礫巖-細(xì)礫巖。而各層系之間,由于研究區(qū)后期構(gòu)造活動強烈,使得后期沖積扇發(fā)育,因此無論是哪個水系的沉積物,在相同位置,自下而上礫石都是不斷變大的。電阻率剖面電性特征較清楚地揭示了中淺部電性特征自下而上逐漸變大,第四系電阻率要高于新近系,因此由新近系向第四系礫巖粒度逐漸變大。

3 淺部礫巖的精細(xì)刻畫對深層非常規(guī)油氣勘探意義

1)建立淺層準(zhǔn)確的速度模型，為深層速度譜及模型建立打下了堅實的基礎(chǔ)。

2)根據(jù)時頻電磁揭示的電性結(jié)構(gòu)，為地震速度建模提供了重要依據(jù)，有效提升了深層非常規(guī)圈閉及勘探目標(biāo)的精度。從圖6所示準(zhǔn)噶爾盆地南緣地震HE201211 K線成像多輪迭代PSDM對比剖面可以看出，地震常規(guī)處理剖面深層目標(biāo)成像較差，構(gòu)造刻畫不清(如圖6a所示)；參考該文時頻電磁速度建模的處理剖面成果及建立的速度譜模型，深層反射特征清楚，地震資料品質(zhì)有了明顯的改善(如圖6b所示)。改善的地震剖面在深部非常規(guī)油氣勘探層位及目標(biāo)識別中發(fā)揮了重要作用。

圖6 準(zhǔn)噶爾盆地南緣地震HE201211K線成像多輪迭代PSDM對比剖面Fig.6 Multiround iterative PSDM contrast profile of seismic HE201211K line imaging in southern margin Junggar Basin

4 結(jié)論

1)雙源寬頻時頻電磁技術(shù)在常規(guī)時頻電磁勘探的基礎(chǔ)上，通過加密高頻采集頻率，可大幅提升時頻電磁淺層勘探精度。準(zhǔn)噶爾盆地南緣沖斷帶勘探實踐表明，第四系西域組礫巖與正常沉積地層之間存在明顯的電阻率差異，具備時頻電磁勘探良好的物性條件，當(dāng)時頻電磁高頻采集頻點拓展至58個以上，可有效探測礫巖分布形態(tài)和底界埋深。

2)雙源寬頻時頻電磁精確刻畫了準(zhǔn)噶爾盆地南緣淺層礫石的發(fā)育特征，較為清晰地識別出了研究區(qū)礫石展布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)噶爾盆地南緣淺層主要發(fā)育2套礫石層，上部為低速礫石層，表現(xiàn)為“高阻低速”特點，沉積相對穩(wěn)定，厚度較??；下部為高速礫石層，厚度較大，隨著埋深逐漸增大，電阻率逐漸降低，該套礫石橫向厚度變化劇烈，向山前快速堆積，最大厚度可達(dá)1 500 m，對地震速度建模影響較大。

3)時頻電磁在準(zhǔn)噶爾盆地南緣淺層礫石的解釋結(jié)果，為地震速度建模提供了重要參考，從而大幅提升了地震深層目標(biāo)刻畫的精度，后續(xù)鉆探的呼探1井及天安1井等鉆探結(jié)果與解釋成果吻合度高。

4)近年來，通過準(zhǔn)噶爾盆地南緣測井資料的分析，發(fā)現(xiàn)淺層礫石的電阻率明顯高于正常沉積地層，具備通過雙源寬頻時頻電磁法進(jìn)行礫石識別刻畫的物性條件。通過模型正演等技術(shù)，制定了針對淺層礫石的時頻電磁采集參數(shù)，并在準(zhǔn)噶爾盆地南緣四棵樹凹陷開展現(xiàn)場試驗攻關(guān)，在深層非常規(guī)油氣勘探中取得了較好的勘探效果。