臨河坳陷高效油氣勘探綜合物探技術(shù)及應(yīng)用

關(guān)鍵詞： 高精度重力勘探，重力多界面反演，重力剝層技術(shù)，時(shí)頻電磁，電磁—井—震聯(lián)合反演

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

河套盆地位于內(nèi)蒙古西部，面積約4×104 km2，自西向東分為臨河、烏前和呼和三個(gè)坳陷，其中臨河坳陷是最主要的沉積坳陷。臨河坳陷位于河套盆地西部，長(zhǎng)約320 km，寬約70 km，面積約22400 km2（圖1）。臨河坳陷油氣勘探始于20 世紀(jì)70 年代末，歷經(jīng)40 余年的油氣勘探歷程，經(jīng)歷了三個(gè)勘探階段[1]： ①1977—1987 年石油普查勘探階段。在臨河、呼和坳陷共鉆探11 口井，其中5 口井在漸新統(tǒng)、下白堊統(tǒng)見含油氣顯示，臨深3 井在白堊系累計(jì)出油24. 84 m3。由于盆地有利勘探層系埋藏深、成藏規(guī)律不清楚，地層疏松、 鉆井事故頻發(fā)，勘探陷入停滯。②2004—2008 年生物氣勘探階段。2000 年以來，河套盆地百余口水文地質(zhì)淺井普遍鉆遇天然氣，借鑒柴達(dá)木盆地第四系生物氣勘探經(jīng)驗(yàn)，實(shí)施鉆探8 口井，雖然普遍有氣顯示，但產(chǎn)量低，不具有工業(yè)開采價(jià)值，勘探又陷入停滯。③2010—2016 年油氣探索階段。經(jīng)過長(zhǎng)期的地質(zhì)研究，結(jié)合前期鉆探認(rèn)識(shí)，提出臨河坳陷油氣資源主要集中在白堊系和下第三系，部署預(yù)探井3 口，僅見少許油氣顯示，仍未取得油氣突破，反映成藏復(fù)雜性和成藏的主控因素認(rèn)識(shí)不清。

河套盆地重、磁、電等非地震勘探程度很低，2017年前全區(qū)僅有1：50 萬(wàn)～1：100 萬(wàn)的重力資料和1：50萬(wàn)的航磁資料，少部分地區(qū)有1：20 萬(wàn)的重力資料，因此與重、磁、電資料相關(guān)的研究文獻(xiàn) [2] 較少?？偨Y(jié)并分析這些僅有的研究文獻(xiàn)及成果，認(rèn)為河套盆地具有巨大的油氣勘探潛力，蘊(yùn)藏豐富的油氣資源。系統(tǒng)梳理河套盆地油氣勘探40 余年久攻不克的主要原因，聚焦三大制約勘探的關(guān)鍵地質(zhì)問題：①勘探程度低，二維地震測(cè)網(wǎng)?。? km×6 km～16 km×20 km），主力生烴凹陷及生烴潛力不明確[3?5]； ②地震資料品質(zhì)差，構(gòu)造及地層難以落實(shí)[6?7]； ③有利勘探層系埋藏深，成藏規(guī)律及成藏目標(biāo)不清[8?9]，難以落實(shí)突破性井位。

為激發(fā)老區(qū)勘探新活力，在2×104 km2勘探范圍內(nèi)快速取得突破，必須加快勘探節(jié)奏，精準(zhǔn)選取勘探目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)油氣勘探發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵。針對(duì)研究區(qū)長(zhǎng)期以來所面臨的上述勘探難點(diǎn)問題，分步、快速實(shí)施了1：5 萬(wàn)高精度重磁勘探、時(shí)頻電磁及電法CEMP 勘探，開展了采集處理解釋技術(shù)公關(guān)，提出并完善了適用于低勘探程度新區(qū)油氣目標(biāo)的高效綜合物探技術(shù)。關(guān)于河套盆地臨河坳陷的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、局部潛山構(gòu)造與目標(biāo)儲(chǔ)層油氣預(yù)測(cè)等方面的技術(shù)及應(yīng)用效果顯著，為該區(qū)的油氣勘探高效突破及重大發(fā)現(xiàn)起到了關(guān)鍵的先導(dǎo)性作用。

2 綜合物化探方法技術(shù)

2. 1 技術(shù)路線

根據(jù)低勘探程度區(qū)的地質(zhì)情況，通過采用中—淺層可靠的有限地震及鉆井資料控制，提高中—淺層的重力密度界面反演精度，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行重力正演剝層，提高深層目標(biāo)的重力反演精度，獲取反映深層盆地結(jié)構(gòu)、目標(biāo)層厚度及潛山構(gòu)造目標(biāo)的可靠重力異常信息，據(jù)此確定盆地有利生烴凹陷，優(yōu)選勘探目標(biāo)。然后，針對(duì)重力資料優(yōu)選的有利勘探目標(biāo)布設(shè)時(shí)頻電磁主測(cè)線，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)高效物探方案，通過時(shí)頻電磁資料處理獲取勘探目標(biāo)的含油氣異常，鎖定鉆探目標(biāo)靶區(qū)。低勘探程度新區(qū)采用成本低、時(shí)效快的高精度重磁與時(shí)頻電磁資料圈定有利靶區(qū)，是實(shí)現(xiàn)高效勘探和快速發(fā)現(xiàn)油氣目標(biāo)的重要手段。綜合地球物理勘探的技術(shù)思路具體包括三個(gè)方面內(nèi)容及步驟（圖2）。

（1）確定有利生烴凹陷。首先，通過場(chǎng)上延得到剩余重力異常，對(duì)此異常進(jìn)行有限井、震資料控制的松約束三維重力多界面反演，獲取新近系及古近系底面埋深； 然后，正演第三系蓋層的重力異常，通過基底背景密度剝層將其從布格重力異常中去除，可得到白堊系目標(biāo)層的剩余重力異常； 最后，以剖面聯(lián)合反演成果為控制，通過平面反演得到白堊系厚度分布，確定主力生烴凹陷。

（2）優(yōu)選有利勘探構(gòu)造目標(biāo)帶。計(jì)算白堊系目標(biāo)層剩余重力異常的導(dǎo)數(shù)，據(jù)此進(jìn)行局部構(gòu)造解釋，可發(fā)現(xiàn)潛山構(gòu)造目標(biāo)，圍繞所確定的主力生烴凹陷篩選有利潛山構(gòu)造勘探目標(biāo)，開展有針對(duì)性的科學(xué)、高效物探施工方案設(shè)計(jì)。

（3）鎖定靶區(qū)鉆探目標(biāo)。針對(duì)重力優(yōu)選出的有利勘探目標(biāo)部署時(shí)頻電磁主測(cè)線，采用時(shí)頻電磁目標(biāo)靶向采集技術(shù)，針對(duì)深層目標(biāo)層設(shè)計(jì)合理的采集窗口，進(jìn)行靶向加密采集，豐富目標(biāo)層信息。根據(jù)有限的地震及鉆井資料控制約束中—淺層，進(jìn)行電磁井、震聯(lián)合約束反演，獲取電阻率剖面精細(xì)地電結(jié)構(gòu)模型，用于約束時(shí)頻電磁極化率反演過程，提高反演精度，并根據(jù)極化異常解釋的構(gòu)造目標(biāo)含油氣信息，鎖定鉆探靶區(qū)目標(biāo)。

2. 2 深層目標(biāo)重力異常提取技術(shù)

針對(duì)低勘探程度新區(qū)已知資料少、分布零散、盆地結(jié)構(gòu)及有利潛山構(gòu)造目標(biāo)不落實(shí)等問題，采用了基于多種靈活約束機(jī)制的中—淺層重力多密度界面反演及以歸一式[10]正演剝層為核心的深層目標(biāo)重力異常提取技術(shù)，獲得了主要反映勘探目標(biāo)層（白堊系）結(jié)構(gòu)及厚度分布的剝層剩余重力異常，再通過濾波或求導(dǎo)獲取局部重力異常，據(jù)此反演潛山構(gòu)造目標(biāo)分布。

2. 2. 1 中—淺層重力多密度界面反演

研究區(qū)發(fā)育新近系、古近系、白堊系等沉積地層，但鉆井僅有十幾口，已有的地震和電法測(cè)線分布局限，難以建立區(qū)內(nèi)連片的中—淺層地質(zhì)界面埋深地質(zhì)模型。因此，以有限的井、震、電法等資料做為約束條件，通過重力多密度界面反演，獲得較可靠的研究區(qū)中—淺層地質(zhì)界面埋深地質(zhì)模型，據(jù)此可進(jìn)行中—淺層蓋層正演剝層，提取深層目標(biāo)重力異常。

（1）反演方法。重力密度界面反演采用Parker反演方法，該方法因快速、穩(wěn)定的特點(diǎn)，在密度界面反演領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[11?16]。以往Parker 界面反演算法通常針對(duì)單界面，可在少數(shù)控制點(diǎn)的條件下進(jìn)行單密度界面的約束反演，在反演收斂性、穩(wěn)定性和精度等方面都有待提高[11?12]。王萬(wàn)銀等[12]提出了基于Parker 算法的雙界面反演算法，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了多界面反演算法[14?16]。這些反演算法主要是無(wú)約束的自由反演，精度較低。谷文斌等[15]在反演過程中利用多個(gè)和為1 的權(quán)系數(shù)控制各界面在反演中的比重，取得了一定的地質(zhì)效果?；赑arker 單界面反演公式[14?16]，對(duì)于具有兩個(gè)以上密度界面的模型，若各界面的起伏具有一定的相關(guān)性，且地層間的密度差為常數(shù)，則可對(duì)多個(gè)單界面重力反演賦予一定的權(quán)重，實(shí)現(xiàn)多界面同時(shí)反演。以兩個(gè)界面的模型反演為例，其計(jì)算公式為

式中：φ 為加權(quán)因子； B（ω）為低通濾波器，ω 表示角頻率； i=1，2，…，imax，其中imax為迭代次數(shù)； λ1、λ2分別為界面1 和界面2 的權(quán)重系數(shù)，且λ 1+ λ 2=1 ；h1（i）（x，y）和h2（i）（x，y）分別為界面1 和界面2 第i 次反演的深度； Δg（x0，y0，z0）為測(cè)點(diǎn)（x0，y0，z0）的實(shí)測(cè)重力異常； ρ1和ρ2分別為第一界面和第二界面與背景的密度差； G 表示萬(wàn)有引力常數(shù)； F 表示頻譜計(jì)算； z1、z2 分別為界面1 和界面2 的參考深度。根據(jù)上式，如果已知剩余重力異常、反演界面的初始深度模型、各界面地層的密度差及各界面權(quán)系數(shù)，就可通過反演得到與反演深度模型正演重力場(chǎng)的差值，即重力異常。通過擬合殘差評(píng)價(jià)反演精度。

（2）約束方法。由于河套盆地勘探程度低、地震測(cè)線少、鉆井分布不均衡，為了提高重力密度界面反演的精度和可靠性，利用上述密度界面反演算法，重點(diǎn)解決反演過程中的約束機(jī)制問題，加入了井約束、區(qū)域約束和界面權(quán)重約束等多種約束手段控制反演，既可以反演單個(gè)密度界面，也可以反演多個(gè)密度界面，同時(shí)在反演過程中根據(jù)已知資料的分布情況，靈活地施加不同約束。各種約束條件的實(shí)現(xiàn)方式如下。

（a）井約束與區(qū)域約束。井約束是通過控制半徑和距離衰減，實(shí)現(xiàn)多口鉆井對(duì)反演各界面深度的軟控制。根據(jù)鉆井結(jié)果等已知先驗(yàn)信息，建立由這些平面控制點(diǎn)組成的平面約束條件，由控制點(diǎn)建立對(duì)應(yīng)的物性參數(shù)約束數(shù)組，組成約束條件，實(shí)現(xiàn)對(duì)反演模型深度的約束。為了實(shí)現(xiàn)軟約束，建立一個(gè)由控制點(diǎn)點(diǎn)位組成的信息數(shù)據(jù)，考慮平面距離約束衰減半徑，以達(dá)到平面控制約束的面積控制力，實(shí)現(xiàn)以點(diǎn)帶面的控制作用。關(guān)于區(qū)域約束，如果某個(gè)界面的特定區(qū)域已經(jīng)有很高精度的地震解釋成果，在反演過程中可以當(dāng)作已知條件對(duì)反演進(jìn)行控制； 或者，通過地震解釋成果等其他已知信息，將某兩個(gè)或多個(gè)地層界面合并為一個(gè)界面，即地質(zhì)意義的地層尖滅現(xiàn)象，那么就可以在反演過程中對(duì)整個(gè)尖滅區(qū)域?qū)嵤┖侠硇约s束，比如：各界面反演后必須貼合在一起，下界面深度不能低于上界面，等。圖3 為地層尖滅區(qū)域約束模型示意圖，模型中給出了兩個(gè)密度界面，第二密度界面存在尖滅區(qū)域。對(duì)于區(qū)域約束，在反演算法中可對(duì)多個(gè)地層添加封閉多邊形區(qū)域約束，具體實(shí)現(xiàn)方式為：反演深度點(diǎn)位于封閉多邊形以內(nèi)，可進(jìn)行區(qū)域約束或尖滅約束； 在封閉多邊形以外，則不進(jìn)行約束。

（b）界面權(quán)約束?；诘卣?、鉆井資料的空間分布及解釋的可靠程度確定權(quán)系數(shù)，構(gòu)建一個(gè)約束網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格單元賦予0～1 的一個(gè)數(shù)值， 0 代表完全約束，1 代表完全不約束，數(shù)值越大表示約束程度越小，約束網(wǎng)絡(luò)可控制約束的松緊程度。地震反射清楚的地區(qū)，采用緊約束； 在反射不清楚或沒資料的區(qū)域采用松約束或不約束的方式進(jìn)行三維反演。通過這種松緊有度的三維重力約束反演，可把地震、鉆井和重力資料有機(jī)結(jié)合起來，取長(zhǎng)補(bǔ)短，降低了界面反演的多解性和不確定性，使反演結(jié)果更客觀可靠，提高了低勘探程度區(qū)重力解釋成果的精度。

通過位場(chǎng)分離，得到研究區(qū)1：5 萬(wàn)高精度剩余重力異常數(shù)據(jù)（圖4a）。收集研究區(qū)內(nèi)12 口鉆井、7 條二維地震剖面和2 條CEMP 剖面成果（位置見圖1）作為約束的先驗(yàn)信息，通過多界面反演得到新近系底界埋深和古近系底界埋深（圖4b）。12 口鉆井中，松探2、臨深1、臨深2、臨深3 及隆1 井等完鉆于白堊系，ZK230 完鉆于太古界，其余鉆井都完鉆于古近系。地震剖面上雖然深層白堊系資料品質(zhì)較差，但中—淺層新近系、古近系界面反射特征較為清楚，能夠滿足約束反演的精度要求。通過測(cè)井密度及區(qū)內(nèi)露頭、巖心實(shí)測(cè)密度的綜合統(tǒng)計(jì)分析，研究區(qū)新近系密度為2. 20 g/cm3，古近系密度為2. 29 g/cm3， 白堊系密度為2. 39 g/cm3， 太古界密度為2. 68 g/cm3，由此確定了本區(qū)的密度界面主要有新近系底面、古近系底面和白堊系底面，這三個(gè)界面建模的密度差分別為0. 09、0. 10、0. 29 g/cm3。通過對(duì)比新近系與古近系的正演重力異常與實(shí)測(cè)剩余重力異常，兩者異常范圍接近、形態(tài)基本一致，研究區(qū)擬合殘差為?0. 10～0. 10 mGal， 擬合均方誤差為±0. 025 mGal，低于行業(yè)規(guī)范所要求的±0. 10 mGal， 說明反演結(jié)果可靠。

2. 2. 2 中—淺層蓋層正演剝層

目前重力與地震聯(lián)合剝層通常采用遞推式重力剝層方法[17]，該方法主要正演蓋層中各地質(zhì)密度界面引起的重力異常，正演計(jì)算時(shí)以該地質(zhì)界面的構(gòu)造埋深數(shù)據(jù)作為約束條件，采用該地質(zhì)界面上、下地層之間的直接密度差，其獲取的主要是反映深層目標(biāo)層地質(zhì)密度界面起伏引起的剩余重力異常。在研究目標(biāo)層厚度和盆地結(jié)構(gòu)時(shí)，通過進(jìn)一步反演求取目標(biāo)層頂、底界面埋深，即可得到層厚度。由于缺乏直觀反映深層目標(biāo)層厚度分布的剩余重力異常信息及控制條件，該方法得到的深層目標(biāo)層厚度及分布難免存在誤差，制約了深層盆地原型或深層油氣勘探的研究效果。

為了獲取反映深部目標(biāo)層厚度分布的剩余重力異常，更好地研究深層地質(zhì)結(jié)構(gòu)，本文提出一種基于基底背景密度分布的歸一式重力剝層方法。與遞推式剝層方法相比，其創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：其一，引入了基底背景密度和相對(duì)背景歸一化密度差的概念，即用蓋層各地層密度減去基底背景密度，求取蓋層各地層相對(duì)基底背景密度的歸一化密度差，基底背景密度可通過對(duì)基底巖石露頭、鉆井巖心實(shí)測(cè)、聲波密度測(cè)井等進(jìn)行大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析確定，也可在研究區(qū)選取有代表性的區(qū)域大剖面，通過重、磁、地震聯(lián)合剖面反演確定； 其二，改進(jìn)了重力正演剝層的參數(shù)和計(jì)算方式，當(dāng)正演某套地層的重力異常響應(yīng)時(shí)，以該套地層頂、底界面的構(gòu)造埋深作為約束條件，采用該套地層相對(duì)基底背景密度的歸一化密度差進(jìn)行正演，正演的重力異常即是該套地層的整體重力響應(yīng)，而重力遞推式剝層方法正演計(jì)算的是蓋層中某個(gè)地質(zhì)密度界面引起的重力異常響應(yīng)；其三，歸一式剝層方法獲取的剝層剩余重力異常能夠直觀地反映深層目標(biāo)層的厚度分布及盆地原型結(jié)構(gòu)信息。

圖5 為不同剝層方法獲得的剝層重力異常與深層目標(biāo)層相關(guān)關(guān)系模型論證。目標(biāo)層上方為三套蓋層，自上而下密度分別為2. 28、2. 37、2. 50 g/cm3，目標(biāo)層密度為2. 60 g/cm3，基底背景密度為2. 65 g/cm3，模型中填充的密度為各地層相對(duì)于基底的歸一化密度差。圖5b 為傳統(tǒng)遞推式剝層重力異常曲線，主要反映目標(biāo)層現(xiàn)今地質(zhì)界面宏觀的高低起伏。圖5c 為歸一式剝層重力異常曲線，可以看出，曲線的起伏變化形態(tài)與深部目標(biāo)層厚度的橫向變化具有明顯的相關(guān)性，可直觀地反映目標(biāo)層的厚度分布及殘留結(jié)構(gòu)。

研究區(qū)勘探程度低，缺少全區(qū)地震連片所成的構(gòu)造圖，約束資料有限。為了提高重力剝層的精度，利用具有相對(duì)較強(qiáng)約束和可靠性較高的新近系底界和古近系底界開展剝層研究。通過前述重力多界面反演得到新近系、古近系底界埋深，采用新近系、古近系相對(duì)基底背景密度的歸一化密度差正演古近系底面以上地層的重力異常，然后從布格重力異常中減去該重力異常，再去除深層區(qū)域場(chǎng)后，即可得到反映目標(biāo)層（白堊系）厚度分布的剝層剩余重力異常（圖6a）。根據(jù)剝層剩余重力異常，以剖面聯(lián)合反演成果為約束，通過平面反演得到白堊系厚度分布（圖6b）。對(duì)比剝層剩余重力異常（圖6a）與常規(guī)剩余重力異常（圖4a）可以看出，前者的剩余重力異常低值帶主要位于吉西凸起重力高東北方向的臨河坳陷北部深凹區(qū)，凸顯了深層白堊系厚度中心及主力凹陷，而后者（圖4a）則不具備這一特征，表現(xiàn)為幅值相當(dāng)?shù)谋睎|向重力異常低值帶橫貫研究區(qū)北部，與古近系底界埋深相關(guān)性明顯。

2. 2. 3 局部重力異常的提取

局部構(gòu)造是油氣的賦存空間，局部構(gòu)造帶是油氣勘探的重要研究目標(biāo)。由于重力方法存在明顯的體積效應(yīng)，深部的局部構(gòu)造重力異常較弱，疊加到布格重力異常或剩余重力異常后僅表現(xiàn)出等值線的局部扭曲特征，難以識(shí)別和研究。濾波或求導(dǎo)是獲取局部構(gòu)造重力異常信息的有效方法[16]。重力異常的垂直導(dǎo)數(shù)有較高的分辨率，可以從復(fù)雜的疊加異常中提取目標(biāo)異常，通常通過求取重力垂直二次導(dǎo)數(shù)解釋局部構(gòu)造。為了快速搜索本區(qū)有利潛山構(gòu)造目標(biāo)的分布，對(duì)剝層獲得的白堊系剩余重力異常分別進(jìn)行濾波和垂直二次導(dǎo)數(shù)處理，得到局部重力異常，據(jù)此可為潛山構(gòu)造帶的解釋提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2. 3 時(shí)頻電磁目標(biāo)儲(chǔ)層油氣檢測(cè)技術(shù)

時(shí)頻電磁數(shù)據(jù)反演主要是電阻率和極化率的深度域定量反演。極化率是目標(biāo)儲(chǔ)層含油氣預(yù)測(cè)的關(guān)鍵定量參數(shù)； 反演電阻率的電性分層精細(xì)程度對(duì)極化率反演的精度會(huì)產(chǎn)生明顯的影響。因此，提高深層目標(biāo)的電性分辨率是時(shí)頻電磁勘探的首要任務(wù)。

2. 3. 1 電阻率反演

時(shí)頻電磁法在遠(yuǎn)區(qū)觀測(cè)水平電場(chǎng)分量Ex和垂直磁場(chǎng)分量Hz。研究[18]表明，時(shí)間域Hz 對(duì)低阻薄層反映靈敏，頻率域Ex 對(duì)高阻薄層反映靈敏。因此，電（Ex）、磁（Hz）聯(lián)合反演不但能夠識(shí)別低阻薄層，還能識(shí)別高阻薄層，反演精度得到大幅提升。目前采用的自由反演方法主要有廣義逆反演[19]、OCCAM 反演[20]等。這些方法在反演時(shí)常常遇到S 等值現(xiàn)象[20]，造成電阻率隨著地層厚度發(fā)生改變。因此，反演電阻率的精度不高，對(duì)深層反映不靈敏。為此，何展翔等[20]和索孝東等[21]在電、磁聯(lián)合反演的基礎(chǔ)上，提出了基于井、震控制的時(shí)頻電磁模擬退火約束反演方法，其關(guān)鍵技術(shù)包括模型的選取與擾動(dòng)及目標(biāo)函數(shù)、退火溫度計(jì)劃和接受概率等參數(shù)的確定。技術(shù)流程見圖7。

首先，利用鉆井、地震資料建立中—淺層幾何模型，參考OCCAM 二維自由反演結(jié)果及其他資料建立深層的幾何模型，根據(jù)電測(cè)井資料賦予各層初始電阻率值； 然后，針對(duì)深層，基于目標(biāo)層段高密度頻點(diǎn)采集信息進(jìn)行模擬退火約束反演，反演時(shí)可設(shè)置層狀模型的各層厚度和電阻率值變化范圍，一般情況下，厚度變化范圍根據(jù)地震資料可靠性設(shè)置5%～30% 的變化范圍，電阻率變化范圍需要參考自由反演和物性統(tǒng)計(jì)結(jié)果。該方法較好地解決了傳統(tǒng)電阻率反演方法的“S”等值效應(yīng)問題，提高了深部目標(biāo)層分辨率，可獲得精細(xì)的地電結(jié)構(gòu)分層信息。

圖8a 為研究區(qū)時(shí)頻電磁數(shù)據(jù)OCCAM 二維電阻率自由反演剖面，可以看出由于“S”等值效應(yīng)，反演的電性結(jié)構(gòu)層較宏觀，分辨率較低，特別是對(duì)深部結(jié)構(gòu)層反映不夠清晰； 圖8b 為基于時(shí)頻電磁數(shù)據(jù)，采用井、震聯(lián)合模擬退火約束反演的電阻率剖面，可見剖面上縱向電性分層更為精細(xì)、橫向上更加連續(xù)清晰，分辨率得到明顯提高，特別是在深層可識(shí)別多套低阻或高阻層。

2. 3. 2 極化率反演

極化率反演首先計(jì)算所有頻點(diǎn)的振幅和相位，并形成剖面數(shù)據(jù)，然后根據(jù)Cole?Cole 模型算法[21]對(duì)整個(gè)剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行極化率反演。首先依據(jù)二維反演電阻率斷面構(gòu)建初始幾何電阻率模型，反演時(shí)通過固定幾何電阻率模型反演得到極化率。由于極化率反演的精度嚴(yán)重依賴于初始幾何電阻率模型的準(zhǔn)確度，因此，為了提高時(shí)頻電磁極化率反演的精度，提出基于精細(xì)地電結(jié)構(gòu)模型的極化率約束反演方法。依據(jù)前述電、磁、井、震聯(lián)合模擬退火約束反演電阻率異常剖面建立精細(xì)的地電結(jié)構(gòu)模型，用于約束極化率反演過程，這在很大程度上克服了由于地電結(jié)構(gòu)模型電性分層不夠精細(xì)從而影響極化率異常反演精度及歸位不準(zhǔn)的問題，可顯著提高目標(biāo)儲(chǔ)層油氣預(yù)測(cè)的精度與可靠性。

2. 3. 3 模型合成數(shù)據(jù)測(cè)試

為了驗(yàn)證反演方法的可靠性，設(shè)計(jì)圖9a 所示的簡(jiǎn)單模型。模型包括一個(gè)高阻、高極化異常體，電阻率為100 Ω·m，極化率為0. 3；圍巖電阻率為10 Ω·m，極化率為0. 1； 測(cè)點(diǎn)R01～R41 均勻布設(shè)在地面，點(diǎn)距為1000 m。反演的模型空間為真實(shí)模型參數(shù)值±40%，初始退火溫度T0=50℃，最大迭代次數(shù)為5000，在每一溫度下對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行30 次擾動(dòng)，目標(biāo)函數(shù)擬合終止條件是擬合誤差△Elt;1. 0×10?5。

電阻率和極化率反演結(jié)果見圖9?？梢钥闯?，在深度2200 m 處出現(xiàn)高電阻率和高極化率異常，其中反演電阻率最大值（83. 4 Ω·m）和極化率最大值（0. 24）出現(xiàn)在測(cè)點(diǎn)R16 正下方。因此，反演結(jié)果與理論模型基本一致，反演電阻率剖面和極化率剖面在縱、橫向上均能反映出異常體的存在，說明反演結(jié)果是可靠的。

3 結(jié)果與討論

3. 1 盆地地質(zhì)結(jié)構(gòu)與主力生烴凹陷分布

綜合物探研究成果突破了以往對(duì)臨河坳陷地質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。通過分析研究區(qū)高精度重力及電法資料處理結(jié)果，對(duì)臨河坳陷的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新劃分，提出臨河坳陷具有“南北分區(qū)、東西分帶”的構(gòu)造格局（圖1）。根據(jù)臨河坳陷中部即吉蘭泰以北地區(qū)重力異常（圖4a、圖6a）圖，可見明顯的錯(cuò)動(dòng)、走向改變及異常幅值變化，顯示這里存在北西西向的吉北構(gòu)造變換帶。以吉北變換帶為界，分為南、北兩個(gè)凹陷，北部為巴彥淖爾凹陷，南部為吉蘭泰凹陷。早期資料研究認(rèn)為臨河坳陷北部為一個(gè)北深南淺的半地塹，北部為深凹陷，南部整體為一斜坡帶[22]。根據(jù)高精度剩余重力異常圖（圖4）及白堊系剝層剩余重力異常圖（圖6），臨河坳陷北部由西向東平面上形成低、高、低相間的重力異常特征，反映“ 兩凹夾一凸”的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，而不是以往認(rèn)為的簡(jiǎn)單的“一凹一斜坡” 結(jié)構(gòu)。南部斜坡帶存在北東向的重力異常低帶，揭示有斷陷槽發(fā)育，即黃河洼槽。根據(jù)重磁電異常特征及反演得到的白堊系、古近系和新近系的地層分布，將巴彥淖爾凹陷自西向東劃分為淖西洼槽、中央興隆斷壘式潛山構(gòu)造帶和黃河洼槽（圖1），黃河洼槽對(duì)于中央興隆斷壘潛山構(gòu)造帶的形成發(fā)育及油氣聚集具有重要的控制作用。黃河洼槽的發(fā)現(xiàn)與落實(shí)具有重要意義，大大提升了中央潛山構(gòu)造帶的有利程度，成為下一步勘探的有利區(qū)帶。

臨河坳陷北部的北西向斷裂控制了古近系及白堊系主力沉積洼槽的分布，巴彥淖爾凹陷的淖西洼槽為最有利的生烴洼槽。重力異常圖（圖6a）和電性異常圖（圖10b）均顯示巴彥淖爾凹陷的淖西洼槽深層具有明顯的地塹結(jié)構(gòu)，這里是河套盆地重力異常幅值最低的區(qū)域，重力聯(lián)合反演基底埋深可達(dá)10000～12000 m，是河套盆地最大幅度的中、新生界沉積沉降中心。橫跨淖西洼槽與吉西凸起的時(shí)頻電磁電阻率反演剖面（圖10b）揭示，深層白堊系低阻層厚度可達(dá)2000～2500 m，古近系低阻層厚度可達(dá)1300～1500 m；重力與地震聯(lián)合反演（圖6b）揭示上述兩套地層在北東方向深洼區(qū)厚度均可達(dá)3000 m，且時(shí)頻電磁剖面（圖10a）反演的低阻層電阻率值極低，僅幾歐姆米，反映淖西洼槽白堊系、古近系低阻泥質(zhì)烴源巖非常發(fā)育，厚度大，具有巨大的生烴潛力，預(yù)測(cè)洼槽主力生烴灶面積達(dá)1750 km2，為白堊系及古近系最有利的主力生烴深洼區(qū)。黃河洼槽在地震資料上反映不清晰，而重力顯示的主洼區(qū)（圖1、圖6）基底埋深可達(dá)5500～6500 m，推測(cè)白堊系、古近系發(fā)育較厚。由于目前勘探程度較低，其生烴潛力有待進(jìn)一步落實(shí)，但對(duì)于中央興隆斷壘潛山構(gòu)造帶的形成、發(fā)育及油氣聚集的控制作用毋庸置疑。

3. 2 構(gòu)造目標(biāo)油氣檢測(cè)與高效突破

綜合物探研究成果為吉蘭泰潛山短時(shí)間內(nèi)取得重大突破指明了方向，發(fā)揮了關(guān)鍵先導(dǎo)性作用。針對(duì)資料精度低、吉蘭泰潛山形態(tài)不清晰，2017 年底完成高精度重磁勘探869 km2。高精度重力局部異常（圖10a）較清晰地反映了吉蘭泰潛山的形態(tài)、結(jié)構(gòu)與規(guī)模，顯示整體的基底凸起背景上發(fā)育多排斷裂控制的局部潛山高點(diǎn)，推測(cè)潛山可能整體含油、局部高點(diǎn)富集。隨后，沿重點(diǎn)局部潛山重力異常高帶部署了3 條時(shí)頻電磁剖面（位置見圖1）。剖面上極化參數(shù)異常連續(xù)分布，展示了潛山整體含油態(tài)勢(shì)，與重力資料的預(yù)測(cè)結(jié)果吻合。同時(shí)，在吉西凸起的東翼發(fā)現(xiàn)一鼻狀潛山披覆構(gòu)造重力異常高（圖10a 中紅色虛線框所示），向東傾入臨河坳陷北部淖西深洼槽內(nèi)，近源成藏有利。根據(jù)北東向的TFEM02 測(cè)線勘探成果，該鼻狀構(gòu)造的多個(gè)層系都分布有強(qiáng)極化率異常，展示了多層系含油態(tài)勢(shì)，其中白堊系層位極化率異常規(guī)模最大、幅值最高（圖10b）。高精度重力、時(shí)頻電磁勘探成果為成藏目標(biāo)的優(yōu)選提供了重要依據(jù)，引導(dǎo)部署井位JHZK2 井和JH2X 井。2018 年4 月，在吉蘭泰潛山構(gòu)造高點(diǎn)首鉆的JHZK2 井于變質(zhì)巖潛山段447. 8～599. 9 m 井段壓裂獲日產(chǎn)21. 59 m3 高產(chǎn)油流。隨后，在潛山東翼鼻狀披覆構(gòu)造鉆探了JH2X井，在2000 m 井段內(nèi)發(fā)現(xiàn)了Ⅰ+Ⅱ類油層192. 8 m，對(duì)其中白堊系37 m 厚油層試油，日產(chǎn)油10. 26 m3，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)埋藏淺、油層厚度大的富集油藏。自2018 年1 月到7 月，引導(dǎo)地震部署并鉆探JH4X、JH8X 井，獲自噴日產(chǎn)200～300 m3高產(chǎn)工業(yè)油流。僅用7 個(gè)月時(shí)間就打破了河套盆地20000 km2 找油40 余年沉寂的局面，取得了油氣勘探重大突破。

臨河坳陷北部南斜坡黃河斷陷槽的發(fā)現(xiàn)，揭示了中央斷壘式潛山披覆構(gòu)造帶的存在與發(fā)育（圖11a）。該構(gòu)造帶北側(cè)鄰近淖西主力生烴深洼槽，南側(cè)為黃河斷陷槽所夾持，具有兩側(cè)雙源供烴的有利成藏條件[22]，引起了勘探?jīng)Q策者的特別關(guān)注，成為再次尋求油氣勘探大突破的重點(diǎn)目標(biāo)。2018 年初在中央斷壘式潛山構(gòu)造帶部署完成了2 條時(shí)頻電磁測(cè)線（位置見圖11a）。北西西向穿中央興隆潛山構(gòu)造帶的TFEM04 測(cè)線電阻率、極化率參數(shù)異常剖面見圖11b，剖面新近系、古近系層位發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)連續(xù)分布的高極化率、高電阻率異常段（圖11b 中紅色虛線框所示），為鉆井部署提供了重要油氣線索。2020 年初，結(jié)合地震資料新解釋的成果，在上述兩個(gè)強(qiáng)極化異常分布段同時(shí)部署并鉆探了風(fēng)險(xiǎn)探井LH1X 井和重點(diǎn)預(yù)探井XH1 井。通過試油，LH1X 井在古近系臨河組3374. 0～3379. 2 m 井段獲日產(chǎn)自噴305. 7 m3高產(chǎn)油流； XH1 井在臨河組4185～4840 m 井段發(fā)現(xiàn)655 m 厚油層，試油后獲日產(chǎn)274. 0 m3 的高產(chǎn)油流。這兩口井的突破，是繼JH2X 井之后的油氣勘探重大發(fā)現(xiàn)，打開了臨河坳陷北部油氣勘探新局面。之后，在中央斷壘式潛山披覆構(gòu)造帶又相繼鉆探了JH19X、ZG1 及HT1 等井（圖11a），均獲得了高產(chǎn)工業(yè)油流，顯示該構(gòu)造帶整體含油態(tài)勢(shì)，具有建成億噸級(jí)油田的資源潛力。

4 結(jié)論

（1）以基于多種靈活約束機(jī)制的中淺層重力多密度界面反演及基于基底背景密度分布的歸一式重力正演剝層為核心的深層目標(biāo)重力異常提取技術(shù)，成功應(yīng)用于低勘探程度新區(qū)，有效提高了重力勘探的深層解釋精度，快速落實(shí)深層地質(zhì)結(jié)構(gòu)、有利生烴凹陷分布及油氣勘探有利構(gòu)造區(qū)帶，應(yīng)用成果為臨河坳陷油氣重大發(fā)現(xiàn)指明了方向，發(fā)揮了重要導(dǎo)向作用。

（2）基于井震控制的時(shí)頻電磁模擬退火電阻率約束反演及基于精細(xì)地電結(jié)構(gòu)模型的極化率約束反演等時(shí)頻電磁目標(biāo)儲(chǔ)層油氣檢測(cè)技術(shù)，顯著提高了深層目標(biāo)的電性分辨率及目標(biāo)儲(chǔ)層油氣預(yù)測(cè)精度，有效解決了制約電磁法深層勘探分辨率不高的技術(shù)難題。該技術(shù)應(yīng)用于臨河坳陷，快速鎖定了JH2x、LH1x 和XH1 井等目標(biāo)，為決策部署鉆探高產(chǎn)油氣井提供了重要油氣線索。

（3）綜合物探技術(shù)在臨河坳陷高效油氣勘探中發(fā)揮了關(guān)鍵先導(dǎo)性作用，為低勘探程度新區(qū)和盆地深層油氣勘探提供了勘探思路與技術(shù)方法。應(yīng)用成果指出臨河坳陷北部深洼槽區(qū)為主力生烴區(qū)，臨河坳陷南斜坡受黃河斷陷槽控制，分布中央斷壘式潛山披覆構(gòu)造帶，具有兩側(cè)雙源供烴的有利成藏條件，具備建成億噸級(jí)以上油田的巨大勘探潛力。