前陸沖斷帶下盤的掩伏構造假象分析與校正
——以準噶爾盆地東部“火北掩伏帶”為例

黃 蕓 梁舒藝 高新峰 高 明 伏小鵬

1.中國石油新疆油田公司勘探開發(fā)研究院 2.中國石油大學（華東）地球科學與技術學院

0 引言

勘探實踐表明，處于造山帶和盆地之間過渡部位的前陸沖斷帶及其下盤掩伏帶是油氣勘探的重要領域，國內已在前陸沖斷帶及其下盤掩伏帶中發(fā)現(xiàn)多個油氣田[1-4]。目前有關前陸沖斷帶下盤掩伏構造、鹽下構造等的研究多側重于掩伏體下盤和鹽下各種構造圈閉形態(tài)的落實，其前提條件是下盤掩伏背斜和鹽下構造真實存在且僅是構造有所變形或構造高點有偏移[5-6]；而針對時間域構造假象及時間域復雜構造多解性的研究則多偏重于高速鹽丘、海底峽谷等特殊地貌或上覆地層厚度劇變等對下伏構造層成像有“上拉、下拽”形成的構造假象[7-17]。對于上盤推覆體為高速火山巖體時，僅是作為上覆層高速異常存在的現(xiàn)象之一被提及[6]，而火山巖體厚度橫向變化及尖滅對下盤構造成像的影響及“假斷裂、假構造”的判識方法則鮮有涉及，也沒有勘探實例驗證。

準噶爾盆地東北緣克拉美麗前陸沖斷帶為石炭系火山巖高角度逆沖的碰撞隆起帶，逆沖斷裂下盤在時間域剖面上表現(xiàn)為完整的“掩伏背斜”，是油氣地質條件評價較高的勘探領域。但因上盤推覆體為高速火山巖體且橫向厚度變化劇烈至減薄尖滅，勘探實踐中出現(xiàn)了推覆體下盤的“掩伏背斜”消失、鉆井與地震解釋結果不符的“困惑”。為此，依據(jù)正演模型、疊前深度偏移剖面及傾角測井資料解釋成果，結合“掩伏背斜”的鉆探井——火北2井鉆探實例，分析了克拉美麗前陸沖斷帶下盤時間域“假背斜、假斷裂”形成的原因，以期為后續(xù)類似火成巖推覆體發(fā)育區(qū)甄別假構造、降低勘探成本、提高鉆探成功率提供借鑒。

1 地質背景

準噶爾盆地周緣發(fā)育古生代褶皺山系，西北部為西準噶爾造山帶，南部為天山，東北部為東準噶爾造山帶（克拉美麗山）。多位學者[18-19]結合地面露頭的巖石學資料、構造幾何形態(tài)的分析和沉積充填序列等多方面的綜合分析，提出盆地東北緣晚古生代發(fā)育前陸盆地的觀點：海西運動時期，準噶爾板塊處于擠壓的大地構造環(huán)境中，準噶爾盆地與周緣板塊、地體拼接，褶皺隆起，形成凸起、斷褶及凹陷組成的克拉美麗山前帶的基本構造格局，近東西走向的沙奇凸起和前陸凹陷的基本構造格局控制了全區(qū)二疊紀地層的沉積范圍。晚石炭世—早二疊世，隨著克拉美麗山進一步向南逆沖，在沙奇凸起和克拉美麗前陸沖斷帶之間形成東西軸向的前陸盆地。其中克拉美麗前陸沖斷帶為近東西向展布、石炭系火山巖高角度逆沖的碰撞隆起帶，逆沖斷裂下盤在時間域剖面上表現(xiàn)為完整的“掩伏背斜”，因位于火燒山油田以北，故簡稱為火北掩伏帶，二級構造單元隸屬于沙帳斷褶帶（圖1）。

圖1 火北掩伏帶構造位置圖

火北掩伏帶的勘探于2002年火北1井完鉆測試僅獲低產(chǎn)油氣流而一度停滯。2011年為重查逆掩推覆體下盤二疊系掩伏帶的含油氣性，在火北1井上鉆的掩伏背斜北部高點位置鉆火北2井（圖2）。實鉆結果表明，火北2井二疊系頂界埋深比火北1井還低70 m，表明最初鉆探的火北掩伏背斜不存在，且表現(xiàn)為向北傾伏的單斜，即時間域剖面上的火北掩伏背斜是假象。

圖2 火北掩伏帶M200001地震測線地質解釋剖面（火北2井鉆前時間域剖面）

2 火北掩伏帶斷裂假象分析

火北掩伏帶位于克拉美麗沖斷帶的西段，高速的石炭系火山巖逆掩推覆在二疊系之上。結合區(qū)域構造應力分析，與逆沖斷裂火北斷裂同期會發(fā)育一系列近東西走向的伴生斷裂，圖2剖面中的火14井北斷裂在解釋中就被當作是伴生斷裂之一，且鉆前論證中被認為是重要的油源斷裂。

火北2井實鉆目的層埋深與最初設計的出入很大，勘探目的層中二疊統(tǒng)平地泉組一段頂界埋深不僅沒有高于火北1井反而比火北1井低了近70 m，那么，火北2井鉆探的背斜構造圈閉受火山巖推覆體的影響是構造假象？作為油源斷裂的火14井北斷裂其地震波組的錯斷特征也是假象？由此展開了多個地質模型的正演，首先考慮了石炭系火山巖高速層的橫向厚度及尖滅點位置變化的影響。

首先設計了石炭系火山巖高速層的橫向厚度變化（0～600 m）及尖滅點位置變化前后的兩類模型，目的是落實下盤地震波組的錯斷是否受到火山巖體尖滅的影響，即落實火14井北斷裂的真實性。其推覆體的層速度主要利用二維疊加速度譜通過層位控制法求取，火山巖體的層速度取5 500 m/s；下伏地層利用地震速度譜以解釋層位和火北1、火北2井鉆井作約束，應用層位控制求取地層層速度場。

圖3是火北掩伏帶的構造模型及正演結果。從圖3-a可以看出，火山巖體厚度由尖滅至逐漸增厚，其下伏的二疊系反射同相軸的“相位上移”的幅度也逐漸增大，并且尖滅點A處對應的下伏二疊系地震反射同相軸表現(xiàn)出明顯的地震波組錯斷的特征。由此質疑：高速層火山巖體的尖滅點及厚度變化梯度與下伏層“斷點”的位置及 “斷距”有關系？為此設計了尖滅點由A點向B點移動且火山巖厚度變化梯度減小的地質模型（圖3-b），正演結果表明，隨著石炭系尖滅點由A點向B點移動其下伏層“斷點”的位置也隨著尖滅點位置的移動而變化至B點，即“波組錯斷”的位置始終與火山巖體尖滅點對應；另外下伏層的“斷距”也隨著火山巖厚度變化梯度減小而減小即“相位上移”的幅度減小。由此判斷早期解釋成果（疊后時間偏移數(shù)據(jù)）中的火14井北斷裂是“假”斷裂，是其上覆層石炭系推覆體減薄尖滅、火山巖高速層對下伏層的“上拉”影響消失所導致的“波組折斷”現(xiàn)象。

3 火北掩伏帶背斜假象校正

3.1 正演模型

圖3 火北掩伏帶的構造模型及正演結果圖

在圖2的時間域剖面上，火北2井位于構造形態(tài)為一兩翼回落明顯的背斜高點上，上鉆前考慮到上盤的石炭系高速火山巖推覆體會對下盤的地層產(chǎn)狀成像有影響[20-22]，但借鑒準噶爾盆地西北緣和南緣的勘探經(jīng)驗，推測這種速度影響可能只限于影響背斜幅度的高低，即預計火北2井實鉆的目的層段平地泉組一段的頂界埋深可能高于火北1井近80 m或稍小于該數(shù)值（圖4-a），按該區(qū)已證實的100 m的油氣藏高度測算，假定火北1井已證實的油水同層為油氣藏底水邊界，則位于高部位的火北2井獲油氣的可能性極大。但實際鉆探結果卻相反，火北2井平地泉組一段頂界埋深要低于火北1井70 m且為明顯的北傾單斜形態(tài)（圖4-b），表明時間域剖面上顯示的下盤掩伏背斜構造形態(tài)“有假”。為進一步明確背斜假象產(chǎn)生的原因，設計了與實鉆結果符合的地質模型，即火北2井平地泉組一段頂界埋深低于火北1井70 m且下伏地層為整體向北傾伏的單斜。采用的觀測方式為中間放炮，兩邊接收，接收總道數(shù)為128道，道間距為25 m，炮間距為80 m，覆蓋次數(shù)為60次，采樣時間間隔設定為0.5 ms，選取不同頻率子波進行正演模擬。

正演結果無一例外地表現(xiàn)為下盤掩伏帶的地震反射層“上拉”的特征，只要推覆體石炭系高速火山巖層存在，必定會對下盤掩伏層產(chǎn)生相位“上拉”現(xiàn)象。其中上覆石炭系高速層的速度越高（除了實測速度為5 500 m/s以外，還分別試驗了4 500 m/s以及6 500 m/s兩套速度模型）其對下伏地層的產(chǎn)狀影響越大，即地震反射相位“上拉”的角度更大。

圖4 火北掩伏帶平地泉組一段頂界構造圖

高速火山巖體逆沖、厚度橫向劇烈變化、與下伏層相比速度快速變化，導致波的傳播不再是理論上的雙曲線，成像點與實際的繞射點位置在時間方向上出現(xiàn)偏移。

上盤推覆體石炭系高速層的存在對下伏地層的波組相位有明顯的“上拉”現(xiàn)象，其“相位上移”的波組與逆掩推覆斷裂（火北斷裂）的斷面波“相得益彰”形成了兩翼回落特征明顯的背斜假象。

3.2 地層傾角測井

地層傾角測井能提供地層產(chǎn)狀（傾角、傾向），通過模式組合可恢復地質構造形態(tài)，將其顯示在地震剖面上可輔助構造解釋，為落實構造形態(tài)提供依據(jù)。需要指出的是，地層傾角測井所測數(shù)據(jù)為地層相對于磁北極的真傾角，而地震剖面一般與磁北極方向有一定的方位角，地層真傾角要顯示到過井地震剖面上，就必須經(jīng)過投影，轉換為視傾角。轉換完成后，利用時深關系將其顯示在任一方向的過井地震剖面上。傾角標定結果和地層傾向玫瑰圖顯示如圖4-b所示，火北1井、火北2井二疊系傾向北東，呈現(xiàn)向北東方向“下傾”且增厚的趨勢，構造高點位于西南部。

3.3 深度域剖面

在目前的地震數(shù)據(jù)處理中,基于地下地層為水平層狀介質這一前提條件。該條件除了要求地下界面是水平展布外，還同時假定每層介質的速度是橫向不變的，目前所有的資料處理方法和理論推導都是基于這一假設。而實際地質情況要復雜得多，火北掩伏帶上覆層為厚度橫向變化劇烈的高速火山巖，現(xiàn)有方法即受限制，以致最終處理結果出現(xiàn)問題。

為進一步證實火北掩伏帶背斜是時間域剖面上的假象，結合實鉆結果和構造特征建立了層速度模型，針對新進站的三維采集數(shù)據(jù)體進行了疊前深度偏移成像處理。波動方程疊前深度偏移成像技術是解決橫向變速情況下復雜構造成像的有效手段，能很好地解決速度場出現(xiàn)橫向變化時時間域剖面下伏地層構造成像位置不準確的問題。圖5是與前述的二維測線（M200001）位置重合的三維疊前深度偏移剖面，與圖2對比發(fā)現(xiàn)，下盤真實的地層傾向與傾角測井資料的玫瑰圖反映的地層傾向吻合較好，兩口井目的層的埋深也與實鉆相符。再次證實火北掩伏帶的背斜不存在，火北2井平地泉組一段的頂界埋深要低于火北1井，早期解釋的火14井北斷裂不存在，整體構造形態(tài)為北傾“下栽”的單斜形態(tài)，是前陸沖斷帶中深凹帶（前淵）的典型特征，二疊系整體為山前最厚、向南超覆減薄。時間域剖面上的火北掩伏背斜是上覆石炭系高速層引起的“假構造”，火14井北斷裂是上盤石炭系火山巖推覆體橫向減薄尖滅導致的地震波組“上拉錯斷”的假象。

圖5 過火北1—火北2井Line306地震測線地質解釋剖面（PSDM疊前深度偏移剖面）

4 結論

1）地層速度的橫向變化（突變）可導致速度異常區(qū)下伏地層構造形態(tài)的畸變, 出現(xiàn)假構造和構造高點偏離的現(xiàn)象；火北掩伏構造就是因逆沖斷層上盤石炭系火山巖高速層存在且橫向厚度突變（尖滅）導致的構造假象。

2）在時間剖面上引起下伏地層出現(xiàn)假構造現(xiàn)象的因素很多，除文中提及的高速火山巖逆掩推覆體外，還有高速的鹽丘、天然氣富集層造成的速度低異常、上覆地層產(chǎn)狀較陡和上覆地層厚度橫向劇變等。

3）在高信噪比的勘探區(qū)，疊前深度偏移技術是解決時間域剖面上構造假象的最佳手段；在不具備進行疊前深度偏移條件的情況下，可通過建立正確的三維速度場、變速時深轉換來實現(xiàn)成圖。

4）重視構造建模，充分運用正演模型、地層傾角測井等資料，建立復雜構造區(qū)的典型構造樣式及地震構造解釋模型，去偽存真。