深層復雜地質構造帶地震勘探關鍵技術
——以四川盆地龍門山斷褶帶北段為例

趙路子 張光榮 陳 偉 彭 勇 謝 冰 彭 忻 周 祺 曾乙洋

1. 中國石油西南油氣田公司 2. 中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司

四川盆地西北部地區早期的野外地質勘探發現，中二疊統棲霞組發育“砂糖狀”白云巖[1]，厚度介于30～40 m，儲滲性較好，但該套白云巖儲層在地腹是否有分布一直存疑。20世紀70～80年代，河灣場構造以中二疊統為目的層開展鉆探相繼鉆獲一批氣井，但均以石灰巖縫洞型儲層為主，未發現白云巖孔隙型儲層。2014年，中國石油天然氣股份有限公司風險探井ST1井鉆遇棲霞組白云巖孔隙型儲層，測井解釋白云巖儲層厚24.4 m，該套儲層經射孔酸化測試獲日產天然氣量87.61×104m3高產工業氣流[2]。但是隨后鉆探的ST2井棲霞組白云巖儲層欠發育，測井解釋白云巖儲層僅1.9 m，測試產氣量0.79×104m3/d，表明棲霞組儲層存在嚴重的非均質性。棲霞組地層埋藏深、儲層薄[3]，老地震資料分辨率低，儲層預測難度大。加之川西北部地區處于盆地邊緣山前帶，地震資料品質較差，構造落實難。如天井山構造TJ1井鉆遇斷層復雜陡帶，地層多次重復，實鉆與設計構造誤差大。為此，筆者從地震采集技術入手，通過地震資料采集、處理、解釋技術聯合攻關，提高資料品質，落實目的層圈閉規模、斷層展布及構造接觸關系，明確儲層發育有利區，為明確川西北部地區勘探方向、井位部署提供技術支撐，對于類似山前復雜構造帶勘探具有重要的參考價值。

1 地質特征

1.1 區域概況

四川盆地西北部地區位于四川省江油市、廣元市境內，構造上屬于川北古中坳陷低緩帶，西鄰龍門山推覆褶皺帶，南接川西中新坳陷低陡帶（圖1）。地表從白堊系到寒武系均有出露，出露地層多、巖性復雜。地理上屬山地地貌，地形切割厲害，地面海拔525～1 950 m，最大高程落差大于1 400 m；區內水系發育，嘉陵江、涪江水系從本區通過。該地區交通網絡發達，寶成鐵路、綿廣高速、108國道貫穿工區，各種鄉村、鎮、縣級公路四通八達，復雜的地面條件對地震資料采集干擾強烈。

1.2 地層特征

圖1 四川盆地構造分區圖

四川盆地棲霞組總體為一套碳酸鹽巖臺地沉積，整體存在一個海侵—海退的相對海平面變化旋回，下伏下二疊統梁山組為濱岸沼澤相黑色含煤碎屑巖系，上與中二疊統茅口組石灰巖整合接觸。棲霞組巖性主要為灰、淺灰、灰白色厚層及塊狀亮晶蟲藻灰巖、亮晶生屑灰巖、豹斑狀云質灰巖[4]，該層在盆地內分布較穩定，川西北部地區地層厚度介于100～140 m。棲霞組自下而上分為棲一段、棲二段，棲二段上部為泥晶灰巖、生屑灰巖；棲二段下部在雙魚石及野外剖面發育晶粒白云巖，色淺、質純；棲一段為灰、灰黑色中—厚層狀細粉晶藻屑、生屑灰巖，夾泥質灰巖和黑色薄層頁巖，富含有機質。

1.3 巖石物性特征

根據151個樣品的物性統計分析結果，棲霞組白云巖孔隙度最小值為0.42%，最大值為16.51%，平均值為3.58%。孔隙度頻率分布主要介于2%～6%，孔隙度大于2%的樣品占總數的76.82%，平均值為4.29%。滲透率主要介于0.01～1.00 mD。孔隙度和滲透率總體上具有較好的正相關關系，滲透率隨孔隙度增大而增大，揭示了川西北部地區棲霞組儲層的儲集空間主要為孔隙；部分低孔隙度樣品滲透率偏高，表明了該氣藏儲層同時也受裂縫因素的影響[5]。

1.4 儲層測井響應特征

川西北部地區棲霞組儲層巖性以顆粒白云巖為主，儲層段自然伽馬（能譜）較低，深淺雙側向降低，呈明顯“正差異”特征[6]；電成像測井圖上見溶蝕孔洞與裂縫，斯通利波能量衰減異常，鉆井過程可見顯示。如ST3井棲二段儲層，巖性以白云巖為主，常規測井曲線儲層段特征清楚：自然伽馬較低，聲波時差增大，密度降低，中子升高，陣列聲波、斯通利波能量衰減明顯，儲層段對應電成像上見多條裂縫，且有溶蝕孔、洞發育。該井在鉆進棲二段儲層井段7 456～7 486 m過程中見3段氣測異常（圖2）。

圖2 ST3井棲霞組測井曲線圖

2 地震勘探難點與技術對策

2.1 地震勘探難點

川西北部地區地震勘探存在以下難點：①野外地震資料采集難。一是山地地表起伏劇烈，高程落差大，溝壑縱橫，安全風險高，施工難度大；二是施工區域處于盆地邊緣山前帶，表層風化剝蝕嚴重，靜校正問題突出，嚴重影響地震資料的精確成像；三是地表出露多套地層、多種巖性[7]，不同巖性、不同地表的激發、接收條件變化大，制約了單炮資料的品質提升。②構造圈閉落實難。研究區位于四川盆地西北角，該地區經歷的多期構造運動對其影響極大，斷裂發育，構造樣式多樣，逆掩推覆構造復雜，地震資料信噪比低，斷層解釋、層位追蹤和落實構造特征難度大。③深層薄儲層預測難。棲霞組埋深較大，一般大于6 000 m，深層地震資料信號弱；棲霞組白云巖巖性組合復雜，儲層厚度薄，儲層累計厚度介于10～25 m，整體表現為低孔隙、低滲透特征，非均質性強；儲層與圍巖波阻抗差異較小，地球物理響應特征不明顯，而常規處理的地震資料主頻低、頻帶窄、分辨率低，難以滿足深層薄儲層預測的需求。

2.2 技術思路與對策

針對川西北部地區地震難點提出以下技術思路與對策：①針對復雜地表、地下地質構造的野外地震資料采集。基于地震老資料分析和地質目標，采用高覆蓋、寬方位、大偏移距理念優化觀測系統設計，優化激發和接收參數；加強項目施工運行保障。②針對復雜構造帶地震處理解釋。通過地震資料疊前處理成像，提高資料信噪比和成像品質，確保斷層、構造成像準確可靠；結合重磁電資料開展地震資料精細解釋，落實地腹構造形態、斷層展布及圈閉規模。③針對深層薄儲層預測。通過模型正演建立儲層地震響應模式，優選地震屬性，預測儲層分布，提高儲層預測精度。總之，通過采集、處理、解釋一體化聯合攻關，形成適合川西北部地區深層復雜構造帶的地震勘探系列技術。

3 關鍵技術

3.1 復雜構造野外采集技術

首先針對復雜地表條件優化激發參數。開展精細近地表巖性結構和速度結構調查，為分區、分段動態井深設計提供依據；針對性藥量試驗尋找適合觀測系統的最佳激發藥量；加強鉆井過程巖性識別能力，確保激發巖性的準確性。其次針對地下深層復雜構造，優化三維地震采集參數。通過小面元（12.5 m×25.0 m）、高覆蓋次數（11×11次）提高地震剖面信噪比和構造復雜部位成像效果；寬方位（橫縱比0.8）增加地震資料方位信息；大偏移距（最大炮檢距7 018 m）有利于較深目的層的偏移歸位。第三優化接收參數。采用高靈敏度單點檢波器采集拓寬有效反射頻道寬度；采用復雜地表的分區埋置工藝確保接收效果最佳；強化檢波器埋置過程質量控制確保埋置質量。通過室內優化設計、實驗與現場驗證聯合作業，形成了以下特色技術：①表層結構精細調查技術。在表層巖性復雜、近地表速度變化的地區，利用微測井技術開展先期表層結構調查。針對該地區局部礫石區厚度較大的特點，開展了詳細的礫石區表層結構調查工作，通過采用鉆50 m單深井、巖性錄井和小道距層析等技術，詳細調查了礫石表層結構厚度和速度分布特征, 為室內靜校正提供了準確的厚度和速度模型數據。②動態井深巖性識別方法。包括一“看”：觀察施鉆過程中粉塵顏色，根據顏色差異判斷激發巖性；二“摸”：根據井底巖屑顆粒大小及硬度，判斷激發巖性；三“聽”：監聽鉆桿與巖層鉆進時鉆機不同轉速的聲音及感覺不同轉速的震動強弱，判斷激發巖性；四“驗證”：通過室內單炮分析，驗證激發巖性。③單點檢波器埋置工具及工藝方法。為了改善接收條件，針對不同出露地表（竹林、裸露巖石、硬化地表、河灘礫石區、冰面區）采用專用埋置工具及配套的工藝方法，提高資料品質。以上志留統車家壩組砂質頁巖地表出露區采集的地震資料為例，選取鄰近的新老采集單炮分頻掃描對比，新采集單炮資料品質較好，淺、中、深層均可見有效反射，信噪比較高（圖3）。

3.2 復雜構造帶地震成像技術

川西北部地區地勢變化劇烈，地表高程變化大，最大高差超過1 400 m，存在較嚴重的靜校正問題。從單炮及疊加剖面上看，北部山區噪聲重、種類多、信噪比低、目的層埋藏深，需要合理提高地震分辨率滿足對目的層儲層橫向展布精細刻畫的需求；同時，如何建立準確的偏移速度場使得二疊系主要目的層構造圈閉和儲層精確成像是處理的核心工作。

3.2.1 微測井約束層析靜校正技術

針對地表地勢特征以及出露巖性不同造成的高速層頂界速度差異，充分發揮該區微測井資料的作用，采用聯合約束層析反演方法[8]，在通過大炮初至反演中，將表層調查資料解釋的速度作為約束條件，得到更精確的近地表速度結構，從而計算得到更精確的靜校正量。微測井約束層析靜校正技術較好地解決了近地表低、降速帶靜校正問題。精細速度分析和地表一致性剩余靜校正、非線性剩余靜校正多次迭代技術解決了該區的高頻靜較正問題，資料疊加成像取得很好的效果（圖4-a、4-b）。

圖3 新老采集單炮分頻掃描對比圖

3.2.2 保真保幅高分辨率處理技術

保真保幅高分辨率處理技術[9-12]的關鍵在于疊前高保真去噪和高分辨率處理，疊前高保真去噪是在最大限度地保護有效信息的頻率和振幅特征的前提下，針對面波干擾與隧道風機造成的強機械干擾：采用分階建模壓噪技術建立工區面波模型進行針對性的面波壓制；采用異常噪聲衰減方法壓制強機械干擾，并在炮域、共接收點域、十字交叉域應用這些技術使各種噪聲得到了合理的衰減和壓制。去噪后的單炮和疊加剖面反射波組特征清楚、明顯，提高了三維地震資料的信噪比（圖4-a、4-b）。

在高分辨率處理中，首先充分利用VSP資料[13]，求取準確的補償因子，消除幾何擴散和吸收衰減造成的縱向能量不均衡性；其次采用穩健地表一致性反褶積技術消除由于激發、接收條件不一致造成的能量、子波不一致問題；最后用VSP資料獲取精確的Q場，采用反Q濾波技術[14-15]，提高地震資料的縱向分辨率（圖 4-a、4-b）。

圖4 新老地震資料剖面對比圖

3.2.3 全方位角度域疊前深度偏移技術

統計中主要發文期刊前15位為：農業圖書情報學刊(80篇)、河南圖書館學刊(67篇)、科技情報開發與經濟(66篇)、圖書情報工作(51篇)、內蒙古科技與經濟(46篇)、情報探索(46篇)、才智(40篇)、中華醫學圖書情報雜志(38篇)、張家界日報(38篇)、圖書館學刊(37篇)、科技信息(35篇)、醫學信息學雜志(34篇)、現代情報(31篇)、中國教育信息化(29篇)、黑龍江科技信息(20篇)。可見圖書情報類期刊是我國信息素養研究成果主要刊載者和推動者，同時科技信息類期刊也積極刊載相關研究成果，這值得肯定和鼓勵的好現象。

常規地震資料處理技術偏移后沒有方位信息。分方位處理沒有考慮地下儲層的應力方向、裂縫的方向和密度等地質特性，其處理的數據方位性與應力（裂縫）方向不一致，無法提供準確的地質特性描述。全方位角度域成像技術基于寬方位角地震資料，采用從地下反射點向地面進行射線追蹤方式進行全方位全波場地震的成像、描述、可視化，該方法不僅提高了地震資料的信噪比，消除資料邊界畫弧現象，而且采用全方位道集處理技術，使用地下反射點的有效射線參與成像，剔除無效信號，小斷裂偏移歸位更加準確。

通過地震處理攻關，三維成像品質明顯提高，層間信息更加豐富，構造整體格局更加清楚（圖4-a、4-b），主頻從30 Hz提高到38 Hz，頻寬由老資料8～60 Hz拓寬到新資料6～70 Hz（圖5）。

圖5 新老地震資料頻譜對比圖

3.3 基于重磁電—地震聯合的復雜構造地震精細解釋技術

利用高精度重磁電勘探資料，通過二維連續介質反演、重力和磁力拼圖、重磁上延與濾波處理、重磁電聯合反演等技術方法，提取反映深層構造的地質結構、斷裂及基底結構等的重磁電異常信息。通過川西北部地區2016FSC-MT01電阻率剖面分析，發現龍門山構造帶發育一條規模較大的、傾角平緩的①號大斷裂，①號大斷裂上盤發育疊瓦狀構造，下盤發育泥盆—二疊系隱伏構造（圖6）。

結合地震資料，進一步落實川西北部地區構造細節和斷裂特征：①號斷裂屬于逆沖推覆構造帶前鋒帶的東邊界，為隱伏斷裂；①號斷裂形成于印支期，活動較強，喜山期未突破上覆的侏羅系；①號斷裂東側下盤具有明顯的牽引斷凹特征。隱伏前緣帶位于①號斷裂東側，由于逆沖推覆擠壓作用，在盆地區域產生整體褶皺變形，形成背斜構造帶，向西整體抬高，以牽引斷凹與①號斷裂接觸；隱伏前緣帶縱向上構造具有三分特征：下構造層具有基底卷入整體弱變形特征，中構造層擠壓褶皺整體變形、伴生斷塊，上構造層具有被動變形特征（圖7）。

3.4 基于模型正演的深層白云巖儲層預測技術

地震正演模擬技術[16-17]為開展儲層預測提供了基礎，通過正演模擬，可以分析不同巖性厚度組合對地震響應的影響，總結出不同巖性厚度組合情況下的地震響應特征，建立儲層和地震響應特征的聯系，為地震資料解釋提供依據。川西北部地區棲霞組儲層縱向上主要分布于中上部，底部儲層不發育。根據實際鉆井及地質露頭建立白云巖儲層厚度漸變的楔狀模型（圖8）。正演結果表明：當儲層不發育時，棲霞組上部表現為弱反射特征；隨著儲層厚度增大，儲層頂界波谷能量逐漸增強，儲層底部伴生弱波峰反射（圖8）。

單井儲層地震精細標定特征與正演結果基本一致：儲層發育時，棲霞組上部表現為波谷反射特征；儲層不發育時，棲霞組上部表現為弱振幅反射特征（圖9）。綜合分析認為：棲霞組上部波谷能量變化能夠反映儲層厚度變化，隨著儲層厚度增加，棲霞組上部波谷能量逐漸增強。

圖6 2016FSC-MT01電阻率剖面圖

圖7 2003ZH016線時間偏移剖面圖

圖8 棲霞組儲層模型正演圖

在高分辨率地震資料處理解釋基礎上，根據模型正演綜合分析得出的棲霞組上部波谷能量變化反映儲層厚度變化的認識，建立波谷能量與實鉆儲層厚度對應關系，從而預測川西北部地區棲霞組儲層分布。

圖9 棲霞組單井儲層精細標定圖

4 技術應用與勘探成果

4.1 落實了構造特征

精細地質解釋結果表明：川西北部地區以①號斷裂為界，可分為逆沖推覆構造帶和隱伏前緣帶（圖6、圖7）；逆沖推覆帶以逆沖推覆變形為主，地面出露泥盆系—基底地層，從北向南依次發育青川、北川—映秀以及馬角壩等大型逆沖推覆斷裂；隱伏前緣帶構造變形相對較弱，縱向分層特征明顯，以發育背沖斷層為主，主要發育背斜、斷背斜以及斷塊構造；①號斷裂對隱伏前緣帶的油氣聚集有重要的控制作用，逆沖推覆帶大型推覆斷裂發育，出露地層古老，構造變形復雜；①號斷裂上盤存在多排疊瓦狀構造，為潛在的勘探有利區。

4.2 明確了雙魚石—江油地區整體處于構造高帶

通過地震勘探技術應用，落實了川西北部地區構造特征及圈閉規模，明確了雙魚石—江油地區整體處于構造高帶。川西北部地區棲霞組白云巖有利發育區與多排構造疊合，具備形成大型構造—巖性復合圈閉的條件，圈閉面積達1 223 km2，勘探潛力巨大。實鉆與地震預測深度對比，新完成的雙魚石地區棲霞組頂界構造圖絕對誤差為5.4～59.0 m，相對誤差為0.2%～1.0%。

4.3 落實了雙魚石以南地區棲霞組臺緣帶白云巖儲層連片發育

雙魚石地區實鉆井棲霞組儲層厚度一般介于10～25 m，縱向上主要分布在棲霞組中上部，白云巖頂部距棲霞組頂界20～35 m。地震預測表明：川西北部地區棲霞組白云巖儲層大面積分布，總體具備“西南厚東北薄”的特征；ST1井—江油地區儲層發育，厚度普遍介于10～30 m，ST2井—廣元地區儲層較差（圖10）。

4.4 推動了川西北部地區深層海相碳酸鹽巖勘探開發示范工程

通過采集、處理、解釋一體化聯合攻關，山前復雜構造帶地震資料成像質量逐步改善，有效地提高了構造解釋和儲層預測精度，處理解釋成果有力地支撐了后續探井、開發井井位目標優選和儲量申報工作，推動了川西北部地區深層海相碳酸鹽巖勘探開發示范工程。目前，該成果已累計支撐部署井位18口，實施12口，其中已完成井SY001-1井在棲霞組測試產氣83.72×104m3/d、ST3井在棲霞組測試產氣41.86×104m3/d、ST8井在棲霞組測試產氣36.88×104m3/d，已完鉆的ST7井鉆遇厚層孔隙型白云巖儲層，巖心表明儲層發育，測井解釋為氣層。

5 結論

1）復雜構造高精度三維地震采集技術具有寬方位、小面元、大偏移距、高覆蓋次數、單點檢波器接收等技術特點，資料品質優于二維地震資料，信息更加豐富可靠，可以提高復雜構造帶野外單炮品質，有利于精細解釋和儲層預測。

圖10 川西北部地區棲霞組地震預測儲層厚度圖

2）微測井約束層析靜校正技術能夠得到更精確的近地表速度結構，較好地解決近地表低、降速帶靜校正問題，基于VSP資料的高分辨率處理能夠提高地震資料的縱向分辨率，全方位角度域成像技術可以進行全方位全波場地震的成像，提高成像精度。

3）高精度重磁電資料提取反映深層構造的地質結構、斷裂及基底結構等重磁電異常信息，確定宏觀構造樣式、地層分布、主要斷層位置；重磁電—地震聯合解釋技術有助于落實復雜構造帶構造細節和斷裂特征。

4）形成適合于川西北部地區復雜的地面、地下地質條件下的地震勘探配套技術應用效果好：發現該地區①號斷裂下盤隱伏前緣帶棲霞組白云巖有利發育區與多排構造疊合，圈閉面積大，具備形成大型構造—巖性復合圈閉的條件；①號斷裂上盤逆沖推覆構造帶中二疊統存在疊瓦狀構造，是潛在的勘探有利區；川西北部地區具備立體勘探、整體部署的條件，可以作為四川盆地海相大中型氣田近期勘探重點領域；配套技術成果有力地推動了川西北部地區深層海相碳酸鹽巖勘探開發示范工程。

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