趙 威, 張 偉, 寧媛麗, 魏 濱, 李江坤,朱圣偉, 楊曉柳, 李 毅, 吳 勇, 張占彬
(核工業(yè)航測(cè)遙感中心,中核集團(tuán)鈾資源地球物理勘查技術(shù)中心(重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室),河北 石家莊 050002)
松遼盆地西南部地區(qū)系統(tǒng)的鈾礦找礦工作始于20世紀(jì)70年代,工作范圍主要集中在盆地周邊蝕源區(qū)和盆地內(nèi)局部地段,找礦方向以砂巖型鈾礦為主[1-3]。近年來(lái),該區(qū)域在開(kāi)展帶鉆區(qū)調(diào)工作的同時(shí),普通物化探工作也逐步展開(kāi),工作方法以二維地震勘探及可控源音頻大地電磁測(cè)量為主[4-6]。
目前,在鈾礦普查階段,工作區(qū)范圍內(nèi)一般較少開(kāi)展地質(zhì)及物探測(cè)量工作,在進(jìn)行資料收集時(shí)往往會(huì)面臨地質(zhì)及測(cè)井資料不足的情況,且由砂巖型鈾礦成礦理論可知,其砂體埋深一般較淺,多以互薄層形態(tài)賦存于河流相砂體之中[7-10],砂體尺度小、散度大,受地層壓實(shí)作用影響較強(qiáng)。綜合上述原因,在對(duì)工作區(qū)各地震剖面僅進(jìn)行波阻抗反演時(shí)往往會(huì)遇見(jiàn)反演參數(shù)不足,反演結(jié)果不準(zhǔn)確等問(wèn)題[8]?;诖?本文在充分分析工作區(qū)已收集到的地質(zhì)、測(cè)井資料后,結(jié)合區(qū)內(nèi)實(shí)際地質(zhì)情況,利用正演模擬及屬性分析技術(shù),對(duì)工作區(qū)目的層姚家組下段砂體進(jìn)行綜合解釋,經(jīng)鉆孔編錄資料表明,該方法取得了較好的應(yīng)用效果,可為其他地區(qū)地震資料解釋工作提供參考。
本次地震勘探工作主要目標(biāo)層為上白堊統(tǒng)姚家組(K2y),勘探地段處于西南隆起區(qū)與瞻榆凹陷區(qū)交接處,行政區(qū)域?qū)儆谕ㄟ|市寶龍山鎮(zhèn)(圖1)。工作區(qū)基底主要為石炭系-二疊系石灰?guī)r、板巖和輕度變質(zhì)砂巖及海西期花崗巖(γ4)。蓋層主要為中、新生代沉積巖;早白堊世為裂陷階段,為溫濕環(huán)境下形成的一套含油、含煤建造;晚白堊世為坳陷階段,形成坳陷盆地。盆地內(nèi)蓋層主要有上白堊統(tǒng)青山口組(K2qn)、姚家組(K2y)、嫩江組(K2n)、四方臺(tái)組(K2s)和泰康組(N2t)組成,個(gè)別地段零星分布有下白堊統(tǒng)。
圖1 松遼盆地西南部地區(qū)構(gòu)造單元區(qū)劃圖
區(qū)內(nèi)姚家組分為上、下兩段,總體表現(xiàn)為姚下段砂體單層厚度大,分布較為穩(wěn)定,連續(xù)性好,所夾泥巖多為透鏡體;姚上段由于泥巖相對(duì)較多且分層性較好,段內(nèi)砂體多被分隔開(kāi)來(lái),進(jìn)而使得姚上段單層砂體厚度整體基本小于姚下段。段內(nèi)姚下段頂部泛濫平原相沉積的紫紅色、磚紅色泥巖分布較為穩(wěn)定,成為區(qū)域內(nèi)隔水層,并與姚上段分界;姚上段巖性以灰色、淺灰色細(xì)砂巖為主,中間夾少量中細(xì)砂巖及泥質(zhì)粉砂巖、泥巖,頂部發(fā)育5~15 m薄層磚紅色、紫紅色泥巖,這兩套泥巖共同形成了姚家組的穩(wěn)定隔水層(表1)。
表1 工作區(qū)姚家組地層結(jié)構(gòu)
通過(guò)整理、分析已收集到的工作區(qū)地質(zhì)、測(cè)井資料可知,測(cè)區(qū)內(nèi)水系較為發(fā)育,主要受通遼河、雙遼河控制,區(qū)內(nèi)姚家組沿盆地長(zhǎng)軸方向發(fā)育,形成了沖積扇-辮狀河-三角洲-湖泊沉積體系(圖2)。
圖2 工作區(qū)姚家組早期沉積相圖
盆地內(nèi)姚家組沉積期湖盆面積減小,河流向盆地內(nèi)推進(jìn),主要發(fā)育為辮狀河河道亞相,局部發(fā)育為辮狀河河漫亞相,巖性以紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾泥質(zhì)砂礫巖,灰白色、灰綠色砂巖為主。辮狀河河道亞相砂體連通性、成層性較好,為地浸砂巖型鈾礦的形成提供了有利條件。姚家組上覆地層為上白堊統(tǒng)嫩江組(K2n),巖性以深灰色泥巖為主,含介形類(lèi)、葉肢介類(lèi)化石,據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料可知其厚度變化較小,底界與姚家組頂部棕紅色泥巖相接觸,在工作區(qū)內(nèi)與姚家組上段泥巖共同形成了姚家組灰色砂體的穩(wěn)定隔水層。
結(jié)合工作區(qū)各地層巖性、密度、速度參數(shù)統(tǒng)計(jì)表(表2)及目的層姚家組河流相“泥-砂-泥”結(jié)構(gòu)沉積體系,先使用地震正演模擬技術(shù)來(lái)對(duì)照、篩選、確認(rèn)層段內(nèi)砂體波組響應(yīng)特征,再通過(guò)波阻抗反演及三瞬屬性分析結(jié)果進(jìn)一步確認(rèn)、圈定砂體展布形態(tài),以提高砂體預(yù)測(cè)精度,具體思路見(jiàn)圖3。
表2 工作區(qū)地層物性參數(shù)
圖3 砂體圈定技術(shù)路線圖
在日常地震資料解釋過(guò)程中,對(duì)地下復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造及巖性突變區(qū)域,可通過(guò)模型正演技術(shù)來(lái)輔助識(shí)別地下地層界限及目標(biāo)地質(zhì)體,該方法是解決地震多解性的有效手段。結(jié)合工作區(qū)實(shí)際地震記錄及層序地層特征,從地震、地質(zhì)關(guān)系的角度出發(fā),利用地震、測(cè)井資料分析得到的地層速度、密度及目的層子波主頻,可建立指定地層及層段內(nèi)砂體或其他巖性模型(圖4)[11-12]。
圖4 D19D06段地震資料及頻譜分析
已知目的層上白堊統(tǒng)姚家組河道砂體縱波速度在2.3~2.6 km/s 之間,密度為2.1~2.2 g/cm3,地震響應(yīng)記錄主頻在35~40 Hz之間,上下層泥巖縱波速度約為2.3 km/s,密度約為2.2 g/cm3。設(shè)計(jì)圖5所示模型,并采用35 Hz雷克子波來(lái)重新進(jìn)行地震記錄,其中砂體寬度在100~200 m之間,厚10~30 m。
圖5 砂體正演模型
由圖6模型正演記錄可知,對(duì)于相互疊置的河道砂體,受砂泥巖波阻抗差異的影響,其接觸面會(huì)產(chǎn)生明顯的反射界面。正演記錄上縱向砂體波組呈中等或弱振幅響應(yīng),內(nèi)部伴隨著極性反轉(zhuǎn);橫向上各砂體彼此沖刷相連,單個(gè)呈透鏡狀展布。
圖6 砂體模型地震反射剖面
地震屬性是地震記錄中所包含的地震波幾何形態(tài)、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征、動(dòng)力學(xué)特征及統(tǒng)計(jì)學(xué)特征的相關(guān)測(cè)量值,其中振幅類(lèi)屬性主要反應(yīng)反射波能量的強(qiáng)弱,可對(duì)地層巖性、孔隙度、不整合面及層序地層變化情況進(jìn)行揭示;分析地震波在地下傳播過(guò)程中因巖性不同而引起的一系列瞬時(shí)變化,即頻譜類(lèi)屬性,可用來(lái)追蹤、預(yù)測(cè)地下地層邊界、巖性及地層厚度信息[13-14]。
對(duì)模型正演記錄進(jìn)行振幅類(lèi)屬性分析(圖7),可見(jiàn)在正演記錄上反射波能量強(qiáng)度與砂體厚度成正相關(guān)關(guān)系,砂體厚度越厚,反應(yīng)的反射波振幅能量越強(qiáng)。
圖7 砂體模型振幅屬性分析
對(duì)模型正演記錄進(jìn)行頻譜類(lèi)屬性分析(圖8),可以看出在正演記錄上,砂泥巖界面表現(xiàn)為中高頻響應(yīng),內(nèi)部砂體表現(xiàn)為高頻響應(yīng),說(shuō)明頻率屬性在一定程度上能夠反應(yīng)地震剖面內(nèi)的巖性界面及大小。
圖8 砂體模型頻率屬性分析
此外,相位屬性作為地震記錄同相軸連續(xù)性的度量,其連續(xù)則表示信號(hào)通過(guò)的介質(zhì)是各向同性的均勻介質(zhì),不連續(xù)則表明信號(hào)在傳播途徑中遇到有異常介質(zhì)(圖9),??梢杂脕?lái)指導(dǎo)地下層位及沉積相的劃分,也可以用來(lái)分辨地下異常地質(zhì)體。
圖9 砂體模型相位屬性分析
以往核地礦系統(tǒng)的地震砂體解釋工作主要從地震相特征和“三瞬”屬性入手,只能定性解釋工作區(qū)砂體的大致發(fā)育情況。近年來(lái)核工業(yè)系統(tǒng)逐漸開(kāi)始引入石油、煤炭地震領(lǐng)域廣泛使用的波阻抗反演技術(shù)來(lái)對(duì)目標(biāo)層砂體發(fā)育情況進(jìn)行精細(xì)刻畫(huà),相比之前的方法而言,有效使用波阻抗反演技術(shù)的確能大幅提高砂體解釋精度,但該方法需要一個(gè)重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),即聲波測(cè)井資料,而以往的鈾礦測(cè)井工作往往不開(kāi)展該項(xiàng)工作,這就需要當(dāng)前地震資料解釋人員結(jié)合其他測(cè)井資料對(duì)聲波測(cè)井曲線進(jìn)行重構(gòu)后,才能繼續(xù)開(kāi)展相關(guān)工作,如果測(cè)井資料處理不當(dāng),則會(huì)加重反演結(jié)果的多解性,此時(shí)結(jié)合地震資料正演技術(shù)及多屬性分析技術(shù)的綜合解釋、相互印證工作就顯得尤為重要,也是一種對(duì)低勘探開(kāi)發(fā)區(qū)域進(jìn)行砂體有效解釋的解決途徑[15]。圖10為工作區(qū)D19D06測(cè)線整理測(cè)井資料后的波阻抗反演剖面,由圖10可知測(cè)線上姚家組整體波阻抗范圍在(4.5~6.0)×106kg·m-3·m·s-1之間,局部可達(dá)7.0×106kg·m-3·m·s-1,其表現(xiàn)的波阻特征與工作區(qū)地層物性參數(shù)表及沉積環(huán)境基本保持一致,但還不能準(zhǔn)確劃分出砂體展布形態(tài)。
圖10 D19D06段地震資料波阻抗反演剖面
工作區(qū)姚家期處于盆地內(nèi)熱降坳陷階段,沉積環(huán)境以長(zhǎng)期、穩(wěn)定、快速沉降的水退環(huán)境為主,伴隨有間歇性波動(dòng)上升,長(zhǎng)期的氧化環(huán)境有利于鈾源的遷出與運(yùn)移,同時(shí)使其頂?shù)装寰哂小澳?砂-泥”互層的沉積結(jié)構(gòu)[16]。圖11a為姚家組上下段瞬時(shí)相位圖,從圖11a中可以看出雙程反射時(shí)在0.35~0.4 s、0.4~0.6 s之間有明顯的接觸面存在,中間同相軸呈現(xiàn)彎曲、擾動(dòng)、下切的現(xiàn)象,且中間有小的透鏡狀結(jié)構(gòu),符合河流相反應(yīng)特征。
圖11 工作區(qū)姚家組下段地震剖面三瞬圖
圖11b、11c分別為姚家組上下段瞬時(shí)振幅、瞬時(shí)頻率圖,圖11中可以看出姚家組上段表現(xiàn)為中低振幅、中低頻率、連續(xù)性一般的特征;姚家組下段表現(xiàn)為中強(qiáng)振幅、低頻率、連續(xù)性較好的反射波組特征。根據(jù)收集到的地質(zhì)資料可知姚家組地層基本呈水平、緩坡?tīng)钫共?其中,姚上段巖性以淺灰色、灰白色細(xì)砂巖為主,含少量中細(xì)砂巖及泥質(zhì)粉砂巖、泥巖;姚下段巖性以褐紅色砂巖、灰色細(xì)砂巖、中砂巖和粗砂巖為主,厚層砂巖中有不連續(xù)的薄層泥巖,在瞬時(shí)振幅及瞬時(shí)頻率屬性特征上均有明顯的反應(yīng)。
結(jié)合波阻抗反演圈定的地層阻抗范圍及正演模擬和屬性分析的結(jié)果,可以推斷得出目的層姚家組下段河道砂體多呈透鏡狀、弱振幅、高頻率的特點(diǎn)。取工作區(qū)測(cè)線附近有鉆井編錄資料的D19D06號(hào)剖面來(lái)對(duì)其砂體解釋結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證(圖12),目的層段500~600 m之間解釋的砂體位置及厚度范圍與鉆井資料較為吻合,說(shuō)明上述方法具有一定的有效性。
圖12 工作區(qū)姚家組下段砂體圈定圖
通過(guò)對(duì)工作區(qū)上白堊統(tǒng)姚家組地震、測(cè)井、地質(zhì)資料的綜合研究,結(jié)合砂體正演模擬及地震剖面屬性分析,有效圈定了目的層段內(nèi)的砂體展布范圍,并得出如下認(rèn)識(shí):
(1)模型正演技術(shù)是驗(yàn)證未知地震記錄成像問(wèn)題的有效方法,通過(guò)模型正演來(lái)研究砂體波組特征時(shí),需結(jié)合巖石物理參數(shù)建立合理的地質(zhì)模型,在此基礎(chǔ)上再開(kāi)展屬性分析研究,可為后續(xù)砂體圈定工作提供依據(jù)。
(2)工作區(qū)測(cè)井資料較少時(shí),直接利用地震三瞬屬性來(lái)進(jìn)行砂體識(shí)別、地層層序劃分工作的輔助研究具有重要意義,工作區(qū)內(nèi)上白堊統(tǒng)姚家組砂體呈透鏡狀、弱振幅、高頻率的特點(diǎn)。
(3)根據(jù)不同區(qū)域地質(zhì)條件,選擇不同方式的組合預(yù)測(cè)技術(shù)來(lái)對(duì)區(qū)內(nèi)砂體解釋工作展開(kāi)綜合研究是十分必要的,但并非每個(gè)地區(qū)都具有通用的研究方案,想要得到更加準(zhǔn)確的結(jié)果,需要資料解釋人員進(jìn)行大量的測(cè)試及驗(yàn)證。