塔里木盆地順北地區(qū)斷溶體地震反射特征與識(shí)別

馬乃拜 金圣林 楊瑞召 孟令彬 王 力 胡永蓁

(①中國石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆烏魯木齊 830011；②中國礦業(yè)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與測繪工程學(xué)院，北京 100083)

1 概況

塔里木盆地是中國最大的內(nèi)陸含油氣盆地，順北地區(qū)位于塔里木盆地順托果勒低隆(圖1)。順北地區(qū)油氣勘探目的層為奧陶系，埋藏深度約為7200m。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置圖

塔里木盆地碳酸鹽巖油氣藏中，斷裂對(duì)油氣的運(yùn)移、富集起到極為重要的作用[1-2]。油氣富集區(qū)大多分布在大型走滑斷裂帶或與之相關(guān)的次級(jí)斷裂帶上，有利儲(chǔ)集空間由溶洞和裂縫組成的復(fù)雜縫洞體系構(gòu)成[3-4]。斷溶體已經(jīng)成為一種重要的油氣儲(chǔ)集體。

以大型走滑斷裂為核心而形成的不規(guī)則斷溶體的研究近幾年才興起[4]。賈承造[5]提出斷裂或斷裂帶可成為烴類的輸導(dǎo)通道或遮擋面。羅群等[6]提出“斷層體圈閉”概念，即當(dāng)一個(gè)斷層體作為油氣運(yùn)移通道，有著良好的封蓋條件時(shí)，如果存在油源，便可形成油氣聚集的斷層體圈閉。周文等[7]根據(jù)斷裂與溶洞發(fā)育之間的關(guān)系，提出了“控洞斷裂”概念，并指出塔里木盆地碳酸鹽巖地層中，斷裂多為控制溶洞發(fā)育的“控洞斷裂”。魯新便等[3]提出斷溶體油藏概念，即碳酸鹽巖地層在多期構(gòu)造及巖溶作用下形成的斷控巖溶縫洞體油藏。胡文革等[8]提出了塔里木盆地的剝蝕區(qū)為古巖溶殘丘、古河道縫洞儲(chǔ)層系統(tǒng)，覆蓋區(qū)為斷控縫洞儲(chǔ)層系統(tǒng)，系統(tǒng)總結(jié)了河道、殘丘、斷層三種成藏條件下的油氣藏類型及開發(fā)模式。李鵬飛等[1]根據(jù)地震反射特征開展斷溶體劃分與刻畫。徐紅霞等[9]采用多種幾何類及頻率類屬性識(shí)別斷溶體，精細(xì)刻畫斷裂系統(tǒng)。常少英等[10]對(duì)斷溶體進(jìn)行劃分及評(píng)價(jià)，歸納了六種斷溶體油藏高效井地質(zhì)解釋模式，提出斷溶體高效井預(yù)測技術(shù)，使該類油藏的鉆井成功率由65%提高到82%。鮑典等[11]分析斷溶體復(fù)雜的三維空間和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，描述了斷溶體油藏的橫向和縱向分隔性。唐海等[12]根據(jù)斷溶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從注入速度、注采位置和裂縫發(fā)育程度三個(gè)方面，對(duì)五種類型斷溶體的注水驅(qū)替規(guī)律和剩余油分布特征開展了數(shù)值模擬分析。

斷溶體的地震反射特征非常復(fù)雜，不易識(shí)別。關(guān)于斷溶體地震反射特征方面的研究并不多見。本文從斷溶體形成機(jī)理入手，結(jié)合順北地區(qū)的巖石物理參數(shù)，建立合理的斷溶體正演模型；根據(jù)正演模擬結(jié)果，總結(jié)斷溶體形成的地震反射特征，指導(dǎo)在地震資料上斷溶體的識(shí)別，為順北地區(qū)同類油藏的勘探提供參考。

2 斷溶體形成機(jī)理

斷溶體常常是大型溶蝕孔洞較為發(fā)育的部位，受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制，由斷裂作用和巖溶作用共同形成(圖2)。主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

(1)水平構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使碳酸鹽巖脆性地層產(chǎn)生錯(cuò)綜復(fù)雜的斷裂系統(tǒng)，在順北地區(qū)發(fā)育大型走滑斷裂；碳酸鹽巖地層在受到多期次的水平構(gòu)造作用后，原有的大型斷裂發(fā)育成為具有一定規(guī)模的斷裂破碎帶。

(2)溶蝕作用進(jìn)一步改造早期的構(gòu)造破碎帶。此外，垂直構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使碳酸鹽巖地層抬升，暴露地表，遭受剝蝕。流體更容易通過斷裂破碎帶下滲，對(duì)碳酸鹽巖進(jìn)行溶蝕改造[13-16]。同時(shí)，大型走滑斷裂的形成使深部及周圍地層變得脆弱，導(dǎo)致深部熱液上涌，通過溶蝕作用改造斷裂破碎帶以及附近的碳酸鹽巖地層[17]。大型走滑斷裂是流體下滲和熱液上涌的快速通道，可以雙向加速其附近巖溶作用。

順北地區(qū)所在的順托果勒低隆，先后經(jīng)歷了加里東中期、海西期、印支期、燕山期及喜山期等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[11，18]。加里東運(yùn)動(dòng)中—晚期，以大規(guī)模垂直構(gòu)造運(yùn)動(dòng)為主，斷裂不太發(fā)育，地層主要受表生巖溶作用，溶蝕程度不大(圖2a)； 海西運(yùn)動(dòng)時(shí)期，研究區(qū)為擠壓環(huán)境，強(qiáng)烈的斷裂活動(dòng)連通早期的斷裂體系，形成大型走滑斷裂破碎帶，構(gòu)成斷溶體“骨架”(圖2b)。隨著地表水下滲與底部熱液上涌，斷裂破碎帶不斷地接受溶蝕作用改造。在多期次構(gòu)造活動(dòng)和流體溶蝕的共同作用下，最終形成了一系列柱狀的溶蝕孔、洞體(圖2c)[19]。這些溶蝕孔、洞體之上被泥灰?guī)r、泥巖等蓋層封堵，側(cè)向上被致密碳酸鹽巖圍巖所遮擋，便可以形成有利的油氣圈閉，即斷溶體圈閉[3,6]。

圖2 斷溶體形成過程示意圖

3 斷溶體地震正演模擬

通過模型正演可以獲得斷溶體的地震響應(yīng)特征，從而建立其識(shí)別標(biāo)志。本次地質(zhì)模型建立主要依據(jù)斷溶體的形成機(jī)理，結(jié)合順北地區(qū)的實(shí)際資料而成(圖3)。需要說明如下。

(1)尺寸。設(shè)計(jì)模型主干斷裂縱向延伸約3000m。由于斷溶體多受大型走滑斷裂控制，斷裂破碎帶橫向延伸長且規(guī)模較大，因此設(shè)計(jì)斷溶體系統(tǒng)橫向延伸3000m左右，其周圍小型溶洞群及溶蝕系統(tǒng)橫向上延伸約為300m。

(2)形態(tài)。根據(jù)斷溶體平面形態(tài)，魯新便等[3]將其分為條帶狀、夾心餅狀和平板狀三種類型，因此斷溶體模型仍可設(shè)計(jì)為以主干大型走滑斷裂為核心，以斷裂破碎帶為圍巖，并體現(xiàn)巖溶水下滲及局部熱液上涌的溶蝕縫洞系統(tǒng)。此外，主干斷裂還可以發(fā)育分支斷裂，形成總體形態(tài)為柱狀的地質(zhì)模型。

圖3 斷溶體正演地質(zhì)模型

(3)巖石物理參數(shù)。根據(jù)研究區(qū)測井?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，不同巖性地層的速度及密度如表1所示。

表1 斷溶體正演模型巖石物理參數(shù)

(4)地震參數(shù)。采集方式與實(shí)際地震資料相同，即采用中間放炮、兩側(cè)接收進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。觀測系統(tǒng)面元尺寸為25m×25m，覆蓋次數(shù)為15次，檢波器為120個(gè)，間距為25m，炮點(diǎn)為74個(gè)，炮間距為100m，檢波點(diǎn)隨炮點(diǎn)移動(dòng)，滿覆蓋距離為6000m以上。根據(jù)井旁地震道提取的子波頻率為30Hz，因而選擇30Hz雷克子波作為正演子波輸入。

利用商業(yè)軟件Tesseral進(jìn)行二維正演，采用聲波方程估算實(shí)際地質(zhì)條件下地震能量傳播的二維波場效應(yīng)(圖4)，模型在進(jìn)行聲波方程模擬時(shí)僅使用縱波速度和密度兩參數(shù)。

圖4 模擬過程中不同時(shí)刻的波場快照

采用疊前深度克希霍夫法對(duì)波場模擬結(jié)果進(jìn)行偏移處理；將數(shù)據(jù)體從時(shí)間域轉(zhuǎn)換為深度域，使其可以與設(shè)計(jì)的地質(zhì)模型疊合，進(jìn)而分析斷溶體地震響應(yīng)特征。根據(jù)模擬地震特征與模型吻合情況適當(dāng)調(diào)整模型及其速度、密度參數(shù)，重復(fù)上述步驟，可以得到最終符合模型的斷溶體地震反射特征(圖5)。

圖5 斷溶體地震響應(yīng)特征

由圖5可見，斷溶體以大型走滑斷裂為核心，在大型走滑斷裂附近產(chǎn)生一系列具有明顯縫洞儲(chǔ)層特征的地震反射特征。大型走滑斷裂處同相軸“錯(cuò)斷”，而縫洞儲(chǔ)層為單個(gè)“串珠”反射或者強(qiáng)、弱“串珠”反射群等。對(duì)于主干斷裂附近的分支斷裂，仍然具有以上兩點(diǎn)特征，只是在規(guī)模上有所差異。主干斷裂和多個(gè)分支斷裂的斷溶體組合，在整體上可構(gòu)成“花束”狀的地震反射結(jié)構(gòu)。

4 斷溶體地震識(shí)別與鉆井驗(yàn)證

根據(jù)正演模擬得到的斷溶體地震反射響應(yīng)特征，可以指導(dǎo)在實(shí)際地震剖面上斷溶體的識(shí)別(圖5)。

從順北地區(qū)實(shí)際地震剖面解釋結(jié)果(圖6)看，大型走滑斷裂的同相軸“錯(cuò)斷”、其周圍出現(xiàn)的“串珠”狀、強(qiáng)、弱“串珠”反射群以及“花束”狀地震反射特征均與正演模擬特征一致。斷溶體橫向延伸約為3000m；單個(gè)溶洞橫向延伸約為300m，縱向延伸約50m，與地震正演模擬結(jié)果吻合較好。

根據(jù)鉆井資料，可以驗(yàn)證斷溶體地震識(shí)別的準(zhǔn)確性。圖6為經(jīng)過不同鉆井的實(shí)際地震剖面，剖面上鉆井處均顯示有斷溶體的地震反射特征。每口井均有油氣顯示，具體生產(chǎn)情況為：井1漏失528.0m3，日產(chǎn)油123.0t，日產(chǎn)氣3.7×104m3； 井2漏失134．5m3，累計(jì)產(chǎn)液1791.3m3； 井3漏失1810.0m3，日產(chǎn)油87.0t，日產(chǎn)氣4.0×104m3； 井4放空0．4m，漏失562.0m3，日產(chǎn)油107.0t，日產(chǎn)氣3.5×104m3。放空、漏失原因主要為鉆遇裂縫—孔洞型儲(chǔ)層，即斷溶體發(fā)育部位。

圖6 研究區(qū)斷溶體實(shí)際地震剖面

根據(jù)上述特征可以尋找斷溶體儲(chǔ)層并進(jìn)行鉆探、油氣開采。例如，本次研究識(shí)別一“串珠”狀強(qiáng)地震反射異常，推測可能發(fā)育斷溶體儲(chǔ)集體(圖7)，因而設(shè)計(jì)了井5，結(jié)果鉆遇高產(chǎn)，一周內(nèi)累計(jì)產(chǎn)液426.8t，產(chǎn)油375.1t，產(chǎn)氣15.0×104m3。由此可見，根據(jù)斷溶體正演獲得的地震響應(yīng)特征可以指導(dǎo)實(shí)際地震資料上斷溶體的識(shí)別。

圖7 斷溶體識(shí)別與驗(yàn)證

5 結(jié)論

(1)斷溶體的形成主要受構(gòu)造作用和溶蝕作用影響。構(gòu)造作用控制斷溶體規(guī)模和整體形態(tài)，下滲流體及上涌熱液的溶蝕作用成就其最終形態(tài)，形成以大型走滑斷裂為核心的斷裂—縫洞儲(chǔ)集系統(tǒng)。

(2)正演模擬結(jié)果表明，斷溶體以“錯(cuò)斷”同相軸表示大型走滑斷裂，以單個(gè)“串珠”，強(qiáng)、弱“串珠”反射群等表示縫洞儲(chǔ)層。二者以大型走滑斷裂為核心，整體上呈現(xiàn)“花束”狀的地震反射特征。

(3)正演模擬斷溶體的地震反射特征可以指導(dǎo)實(shí)際地震數(shù)據(jù)中斷溶體的識(shí)別。實(shí)際鉆井的產(chǎn)能驗(yàn)證了斷溶體儲(chǔ)層的油氣儲(chǔ)集能力，證明設(shè)計(jì)的斷溶體模型較為可靠。據(jù)此，斷溶體可在實(shí)際地震剖面上進(jìn)行識(shí)別。