構造解釋成果在古構造恢復中的應用
——以川西北九龍山—劍閣三維地震工區為例

2019-12-30 00:47:28謝格云王宇峰李洪林

天然氣技術與經濟 2019年6期

謝格云王宇峰李洪林鄭超

（中國石油西南油氣田公司川西北氣礦，四川江油 621709）

0 引言

構造發展演化不僅控制了地層沉積時的區域構造背景，也控制了油氣運移指向和聚集場所，古構造的變遷也可使早期油氣再分配而形成新的油氣藏，進行構造演化的研究對油氣勘探具有重要指導作用。目前，比較成熟的古構造恢復方法主要有寶塔圖法、厚度圖法、地震屬性恢復法等［1-4］，在這些古構造恢復法中，能否恢復地層真實厚度是關鍵，數據類型決定了古構造形態的精度。采用單井數據恢復出的古構造，由于具有數據點少、分布不均的特征，因此無法精細刻畫古構造的形態。利用地震數據恢復古構造多利用地層垂直厚度，因不同構造部位地層傾角差異，褶皺兩翼地層垂直厚度較真實厚度大，恢復出的古構造具形成期次超前的假象。為了精細刻畫古構造形態，確保恢復出的古構造真實可靠，筆者以四川盆地西北部九龍山—劍閣三維地震工區為例，利用三維地震構造精細解釋成果對各構造層數據進行網格化，計算所有網格點地層傾角及相鄰構造層間的地層真實厚度。在此基礎上，運用填平補齊原理，采用厚度法恢復研究區平面古構造圖，精細刻畫九龍山至劍閣地區古構造形態特征，研究構造發展演化史。

1 區域地質背景

九龍山至劍閣地區處于上揚子地臺西北緣，屬于龍門山、米倉山山前斷褶構造帶與川西低緩褶皺帶的結合部。九龍山構造位于研究區中東部，具有構造規模大、保存條件好、縱向上多產層及勘探開發潛力巨大等特點［5-7］，為一大型穹隆狀短軸背斜［8］，構造軸向呈北東向，由淺至深具有相同的構造格局，下侏羅統珍珠沖組礫巖頂界圈閉面積最大為141.2 km2，上二疊統底界圈閉面積最小為68.3 km2，隨著埋藏深度的增加，圈閉面積呈逐漸減小的趨勢，平面上表現為構造形態完整、兩翼對稱。劍閣地區主要表現為地層平緩、褶皺強度弱、構造不發育的特征，僅在西北部山前斷褶構造帶內斷層、褶皺較發育，構造呈北東走向（圖1）。

區內二疊系及下三疊統完鉆井9口，試油7口，獲工業氣井6口，測試日產氣量累計達644×104m3，發現了下侏羅統珍珠沖組、上三疊統須家河組、下三疊統飛仙關組、下二疊統茅口組及棲霞組等多個氣藏。鉆探成果展示了九龍山地區具備多層系立體勘探的有利地質條件。前人研究認為，九龍山地區下二疊統儲層與巖溶、斷裂發育密切相關，已獲氣井表現出產能受斷裂發育程度控制，斷裂及古構造的形成演化對儲層、油氣富集具重要的控制作用［9-11］。

2 古構造恢復新方法

該方法是在三維地震構造精細解釋成果的基礎上采用層位解釋數據，通過網格化計算所有網格點地層傾角及相鄰構造層間的地層真實厚度［12］，運用填平補齊原理并采用厚度法編制目的層在重要時期的古構造圖，精細刻畫古構造形態特征，開展構造發展演化研究。主要包括以下3個步驟。

2.1 構造網格化

利用三維地震構造精細解釋的層位數據對各構造層進行網格化。為了計算獲得各網格點可靠的地層傾角，網格間距縱橫比采用1∶1.732，則任意網格點P0 外圍有3 個網格點P1、P2、P3，可構成等邊三角形，P0為該等邊三角形的中心點（圖2）。在構造層上3個網格點P1、P2、P3確定的平面傾角代表P0點地層傾角（α）。利用各網格點相鄰兩構造層的高程數據可獲得地層垂直厚度（h）。

2.2 地層傾角及真實厚度求解

由空間解析幾何可知，平面點法式方程為：a（x-x0）+b（y-y0）+c（z-z0）＝0，其中平面法向量→n ＝（a，b，c），已知點P0（x0，y0，z0）。

已知P1、P2、P3 的坐標分別為（x1，y1，z1）、（x2，y2，z2）、（x3，y3，z3），則由該3 點確定平面的法向量→n 垂直于向量和，其中：

根據前述網格化確定的網格間距縱橫比，設縱向間距為L，則橫向間距為1.732 L，設等邊三角形中心點P0 在XY 軸平面上為原點，則中心點及等邊三角形3 點坐標分別為P0（0，0，z0）、P1（0，2L，z1）、P2（-1.732L，-L，z2）、P3（1.732L，-L，z3），上述法向量參數a、b、c公式可簡化為：

根據求解獲得的法向量→n（a，b，c），由空間解析幾何可知，平面P1P2P3 與水平面的夾角，即地層傾角α有：

由地層傾角α和地層垂直厚度h 可進一步求得地層真實厚度H：

至此，由已知3點的空間坐標，從空間解析幾何上獲得了地層傾角、地層真實厚度的計算公式。

2.3 古構造恢復新方法的應用

根據新確定的古構造恢復方法，對九龍山—劍閣三維地震工區上二疊統底界古構造進行了恢復，重新精細刻畫了重要時期的古構造形態。本次構造層數據網格化采用了Surfer軟件，應用克里格法，以120 m×207.84 m 的縱橫網格間距分別對上二疊統底界、飛仙關組底界、飛四段底界、須家河組底界、侏羅系底界和遂寧組底界6個構造層數據進行了網格化，利用其Grid Math功能，計算出各網格點相鄰構造層間的垂直厚度。根據前面獲得的計算公式，在Excel 中編制公式，計算各網格點地層傾角和相鄰構造層間的地層真實厚度。

由于區內部分地區斷層較發育，斷層兩側地層的不連續性和地層重復，在網格化和傾角計算中將造成斷層區及緊鄰斷層的2個網格點數據失真，因此剔除了斷層區及其外部450 m范圍內的無效數據。利用剩下的所有數據，通過網格化插值，首先恢復各構造層間地層真實厚度的平面展布，再運用填平補齊原理并采用厚度法，恢復了上二疊統底界在須家河組沉積前、侏羅系沉積前和遂寧組沉積前的古構造圖。

3 上二疊統底界古構造特征及發展演化

上二疊統底界古構造特征表明，該方法恢復出的古構造具有更加豐富的形態細節，構造行跡展布特征明顯（圖3）。九龍山地區具北東向和東西向兩組構造行跡，以北東向為優勢方向。九龍山主體構造整體呈北東向，發育多個局部構造圈閉和高點，北部地區受米倉山南北向應力作用［13］，局部構造走向發生偏轉，呈近東西向。米倉山前緣地區褶皺展布主要呈東西向，局部構造發育。劍閣地區中部在須家河組和侏羅系沉積前發育一大型寬緩褶皺隆起，構造行跡具北西向展布特征，西北部由于受龍門山推覆構造作用影響強烈，構造表現為呈北東向展布，褶皺變形強度大，構造發育。

須家河組沉積前、侏羅系沉積前及遂寧組沉積前三期古構造演化特征揭示，須家河組沉積前的印支早幕構造運動是川西前陸盆地開始形成時期，研究區整體構造幅度差異較小，僅九龍山東北段兩翼及劍閣地區西北端相對較低，區內古構造已初步形成。印支晚幕構造運動后，區內整體呈東北高西南低的構造格局，這與形成川西前陸盆地的區域構造背景表現一致［14-17］，即西南沉降、東北抬升，該期局部構造繼承發展，褶皺強度有所加強。燕山期由于龍門山、大巴山強烈隆升，川西地區沉積沉降中心由晚三疊世的龍門山山前逐漸遷移至川北的廣元至巴中一帶［18］，到燕山中期，區內構造格局發生反轉，整體表現為西南高、東北低，局部構造仍以繼承性發展為主，褶皺變形強度進一步加強，前期形成的劍閣中部古隆起高部位向西南遷移。研究區現今構造整體表現為西南低、東北高的特征（圖4），揭示在燕山晚期至喜山期米倉山及其前緣地區發生大規模隆升和地層褶皺變形［19-20］，同時劍閣地區因沉降形成現今的梓潼凹陷。