重磁電(井)震綜合物探技術在識別達巴松凸起石炭系深部火山巖中的應用

卞保力, 江夢雅, 王學勇, 張 生,蔣中發, 劉海軍, 齊 松

1)中國石油新疆油田公司勘探開發研究院, 新疆克拉瑪依 834000;2)中國石油東方地球物理公司綜合物化探處, 河北涿州 072751

近年來, 準噶爾盆地深層火山巖勘探屢獲突破,展現了火山巖儲集體的良好勘探前景(何文軍, 2019;張磊等, 2019; 蘇東旭等, 2020; 黃蕓等, 2020)。準噶爾盆地歷經了多期構造運動與演化, 早期裂谷或斷陷階段一般發生過多期強烈的巖漿活動, 保存了眾多的深層火山巖。在經過風化作用后, 火山巖比相同埋深的其他巖類具有更加優越的儲集性能, 在合適的石油地質條件下有利于天然氣體的富集, 從而形成大規模的天然氣藏(毛翔等, 2012; 張磊等,2019)。達巴松凸起周緣石炭系發育大套火山巖, 巖相特征為玄武巖、安山巖、火山角礫巖及少量火山碎屑巖等, 其中以安山巖為主的火山熔巖主要以溢流相形式大面積持續噴發, 造成火山巖疊置發育,表現為地震響應特征復雜, 火山巖內部反射雜亂,各火山巖界面特征不明顯(阿布力米提等, 2019; 李宗浩等, 2021)。針對達巴松凸起周緣火山巖儲層地質特點, 在深入分析達巴松凸起鉆井、物性資料的基礎上, 利用重磁電異常信息模式判別技術, 預測了石炭系火山巖的平面展布, 縮小和鎖定了深層火山巖地震勘探的有利靶區; 再以地震相分析、地震屬性解釋、構造制圖及綜合評價為主要技術手段,對深層火山巖進行定量識別和預測, 落實和優選了深層火山巖有利勘探目標, 總結了深層特殊地質體勘探的綜合物探技術的識別方法, 認清了火山巖相分布規律及特點, 進而預測了本區火山巖有利儲層分布, 極大提高了火山巖氣藏的描述精度, 對準噶爾盆地油氣勘探具有重要的指導意義。

1 研究區概況

準噶爾盆地達巴松凸起南、北兩側毗連盆1井西凹陷和瑪湖凹陷兩大富烴凹陷, 東西兩側以中拐凸起及夏鹽凸起為界(圖1)。該凸起經過石炭紀的隆起抬升及早二疊世早期剝蝕作用, 瑪湖凹陷區與盆1井西凹陷區沉積明顯厚于達巴松凸起區。受構造活動的影響, 研究區總體表現為南西傾, 局部發育大型背斜構造, 深、淺斷裂發育, 不同期次形成的斷裂直接控制著該區構造形態及油氣運移。同時,深層發育玄武巖、安山巖、火山角礫巖及少量火山碎屑巖等。以安山巖為代表的火山熔巖以溢流相的形式大面積連續噴發, 導致火山巖疊置發育, 進而在地震上表現為火山巖內部雜亂反射, 火山巖邊界不明顯等反射特征。基于以上兩大控凸、控藏因素,精細刻畫斷裂及預測火山巖巖相及平面展布顯得尤為重要。

圖1 達巴松凸起構造位置圖Fig.1 Simplified tectonic sketch map showing the location of Dabasong uplift

準噶爾盆地達巴松地區自上而下發育的地層為: 第四系(Q)、新近系、古近系、白堊系東溝組(K2d)、吐谷魯群(K1tg)、侏羅系頭屯河組(J2t)、侏羅系西山窯組(J2x)、侏羅系三工河組(J1s)、侏羅系八道灣組(J1b)、三疊系、二疊系和石炭系, 石炭系為達巴松地區主要火山巖發育層位。

2 研究區火山巖綜合響應特征

2.1 火山巖相重、磁、電響應特征識別、提取

特殊地質體在密度、磁化率或電阻率等物性組合方面往往存在特殊性, 可通過多方法綜合物探技術對其進行綜合識別、提取(馮玉輝等, 2016; 張楠等, 2019;代春夢等, 2019; 周惠等, 2019)。據此我們通過詳細分析研究區不同類型火山巖的物性(密度、磁化率和電阻率)特征, 及其相應的重、磁、電等物探異常組合, 對達巴松凸起火山巖分布進行了識別和提取。

首先, 結合達巴松凸起巖屑標本測定和測井資料統計, 系統整理了達巴松凸起及周緣石炭系地層鉆井巖心的密度、磁性和電阻率結果, 在此基礎上確定了石炭系地層的物性組合特征(表1)。由此, 可以將研究區不同巖性在平面上的發育和展布進行識別和劃分。

表1 達巴松凸起周緣石炭系巖石物性特征一覽表Table 1 Petrophysical characteristics of the Carboniferous around the Dabasong uplift

通過對研究區不同巖性的重、磁、電性特征的歸納, 可以較為明確的歸納出研究區不同巖性綜合物探異常的組合特征:①石炭系砂巖和泥巖等表現為中高密度和弱磁性; ②基性火成巖巖性表現為高密度和強磁性; ③安山巖、英安巖和火山角礫巖表現為中等密度和中強磁性; ④凝灰巖和霏細巖表現為低密度和弱磁性。綜合利用上述綜合物探異常的組合特征, 就可以較好地區分研究區內基性巖、中酸性巖、凝灰巖和砂泥巖等石炭系基巖的空間展布?？s小和鎖定深層火山巖地震勘探的有利靶區, 為進一步開展深層火山巖定量識別和預測提供基礎。

2.2 火山巖相地震響應特征分析

除重、磁、電綜合異常特征外, 火山巖在地震剖面上同樣存在明顯的響應特征, 主要表現為剖面上的上小下大丘狀特征, 在水平切片上與圍巖之間明顯呈“環狀-密集-雜亂”特征(張志讓等, 2011)。火山地質體側翼具有超覆形態, 反射軸向火山巖圈閉頂端尖滅, 上部地層具有披覆特征, 中間薄兩側加厚。而不同火山巖巖相及巖性組合有不同的地震響應特征, 根據全區多口探井的井震聯合分析結果,可以建立達巴松凸起石炭系火山巖儲層地震響應識別模式。

(1)安山巖: 噴溢相, 表現為中-弱振幅、中-低頻率、連續性差, 隨火山角礫增加振幅逐漸增強、波形逐漸雜亂;

(2)玄武巖: 溢流相, 表現為似層狀、中等-強振幅、連續反射特點;

(3)火山角礫巖: 爆發相, 位于火山通道附近,表現為中振幅、連續性差、中-低頻率、雜亂或空白反射等特點;

(4)火山碎屑巖: 火山沉積相, 表現為弱振幅、連續性好、低頻、層狀-平行反射等特點。

本次研究根據巴松凸起及北部瑪湖凹陷周緣的火山巖井震特征與重磁電異常形態, 在重磁電異常資料識別火山巖區域的基礎上, 利用火山巖井震特征, 通過對已有井標定, 在地震剖面上清晰地劃分出了不同火山巖相帶的類型及分布(表 2)。主要包括: ①爆發相: 巖性主要以火山角礫巖為主。②溢流相: 巖性主要以安山巖、玄武巖為主, 含少量流紋巖。③火山沉積相: 巖性以沉凝灰巖及凝灰巖為主。

表2 達巴松凸起及瑪湖凹陷火山巖井震響應特征及重磁電性異常Table 2 Characteristics of well-seismic and gravity-magnetic-electronic anomaly of volcanic rocks of Dabasong uplift and Mahu sag

3 火山巖綜合識別技術的應用

3.1 高精度重、磁、電綜合解釋及其對火山巖區的識別

本次研究的高精度重、磁資料處理和綜合解釋是在綜合分析認識其它物探、地質、鉆井等資料基礎上, 以地層巖石密度、磁化率變化特征為基礎,應用異常分離技術等數據處理手段, 從重力異常和磁力ΔT異常中提取具有特定地質意義的異常信息,從而剝離得到反映石炭系地層特征的重、磁異常資料圖件(圖 2a, b)。從重力剩余異常圖上來看, 火山巖區發育在達巴松、夏鹽凸起重力高帶, 主要位于瑪東3—夏鹽2井—達探1井一帶。異常特點是重力高整體呈北東東走向, 異常值變化范圍一般在0～1.29×10-5ms-2之間, 對應中基性噴發巖、火山碎屑巖等。達巴松凸起重力高帶位于工區南部及陸西工區交界處, 整體呈近東西向展布, 對應中基性、中酸性噴發巖及火山碎屑巖等。從重力剩余異常圖上來看, 夏鹽凸起、達巴松凸起中-弱磁異常帶呈寬緩的低頻正磁異常特征展布, 結合鉆井分析, 引起這些正磁異常的主要為石炭系中基性、中酸性噴發巖。

時頻電磁資料在縱向上可以比較清晰地反映火山巖與其它巖性的差異, 可以對地下地層的深度、發育形態及展布特征有明顯的反映(李燕麗等,2016; 王志剛等, 2016; 何展翔等, 2020)。根據達巴松凸起周緣部署的三條高精度建場測深精細處理,可以從電阻率高低判斷火山巖的發育區域, 其中紅色區域高阻部分為火山巖的發育區, 其余淺色為沉積巖或者火山碎屑巖的發育區(圖2c)。

圖2 準噶爾盆地達巴松凸起周緣剩余重力異常(a)、剩余磁力異常(b)和ZYOX2013TFEM-02測線電阻率反演剖面(c)Fig.2 Residual gravity anomaly (a), residual magnetic anomaly (b) and the resistivity inversion profile of ZYOX2013TFEM-02 (c) around the Dabasong uplift in Junggar basin

在平、剖面劃分約束基礎上, 利用三維重力與三維磁力反演方法, 結合測井約束標定進一步確定異常體三維空間展布(張楠等, 2016; 周月等, 2021;張镕哲等, 2021)。三維重磁物性層序反演法是依據重磁異常特征將平面異常場按等級進行劃分, 形成對應的約束系數, 實施三維密度或三維磁化率反演,獲得三維物性分布, 以刻畫地下地質體特征。井約束三維重磁物性層序反演法是在三維重磁物性層序反演法的基礎上加進井約束條件, 將已知先驗信息加入到反演模型中, 對反演過程進行約束, 使得反演結果更加符合地下實際地質情況。從本次井約束三維重磁物性層序反演密度、磁化率結果來看(圖3), 基本反映了研究區密度、磁化率的三維空間展布形態。

圖3 準噶爾盆地達巴松凸起周緣三維磁化率體及磁化率切片圖Fig.3 3-D magnetic susceptibility bodies and magnetic susceptibility sections around the Dabasong uplift in Junggar basin

3.2 火山機構識別技術

火山口控制著火山體和火山巖相分布, 明確火山口位置是尋找有利相帶的關鍵依據。在高精度重、磁確定的有利火山巖發育帶上, 在通過高精度三維地震震相拾取、分析對火山機構的形態進行刻畫,可獲得研究區火山機構及火山口的詳細特征(張楠等, 2016; 李坤白等, 2017; 代春萌等, 2019)。首先,通過磁力垂直二次導數異常圖、剩余磁力異常圖判斷火成巖發育區帶, 研究石炭系總體火成巖分布特征(圖4a)。然后, 在磁力三維反演基礎上, 結合時頻電磁資料、重磁電震反演剖面提取出石炭系剩余磁力異常圖, 預測石炭系火成巖分布情況、識別火山口存在部位, 火山口在磁異常圖上的表現往往為等軸狀或橢圓狀的圈閉磁力高, 個別火山口由于后期剝蝕較為嚴重, 異常圈閉形狀稍有改變, 串珠狀磁力高往往是沿基底大斷裂展布的火山口的反映。本區主要有兩類磁力異常, 一類為高頻磁力異常, 呈等軸狀、帶狀展布, 根據火山活動機制及巖石物性參數判別其為火成侵入巖的反映; 另一類為中低頻磁力異常, 依據火山噴發巖所引起的磁力異常特征,判別主要為火山噴發巖的反映。

巖漿熔穿圍巖所形成的“山根”是識別火山通道以及確定火山口位置的重要依據。深大基底斷裂控制著火山口分布, 斷裂與火成巖關系密切, 火山口控制巖相及巖體分布。但由于火山爆發時形成許多斷裂, 火山體反作用力使其頂部變換成水平張力,上覆地層形成“地塹、半地塹”的斷裂特征, 因此火山口反射特征與密集斷裂反射特征混在一起。在研究中有針對性的應用構造導向濾波(圖 4b), 得到相對準確的火山口檢測成果。通過地層體切片、相干體切片分析方法, 發現達巴松地區發育多個較為典型的火山口, 表現為多個非線性團狀和扇狀外形,預測為火山巖機構發育帶。由圖4b可以清楚地識別火山巖噴發的中心部位, 在石炭系反射層處形成近似圓形的地震反射異常, 在相干切片上表現為裂縫高度發育區。

圖4 達巴松凸起周緣典型火山口識別圖Fig.4 Images identifying typical craters around the Dabasong uplift

3.3 火山巖巖相帶的劃分技術

火山巖在地震剖面和水平切片上的外部幾何形態、內部反射結構和振幅、頻率、連續性等參數特性, 是火山巖地震相的直觀反映。根據鄰近區域已鉆標志性探井的分析, 結合井震綜合標定后, 最終確定出了研究區及其附近區域石炭系綜合特征為:①爆發相火山巖, 以夏鹽 1井為代表, 其測井曲線特征為自然伽馬值高值, 曲線鋸齒化, 高幅度。地震響應特征為丘狀加厚、同向軸呈現強弱相間突變,雜亂不連續、振幅強弱相間反射, 重力異常高、中強磁力、中低電阻率異常; ②溢流相火山巖, 以夏鹽 2井為代表, 其測井曲線特征為自然伽馬值變化小、鋸齒變化程度小, 雙側向曲線數值小。地震響應特征為似層狀、中等-強振幅、連續反射, 重力異常高、強磁、高電阻率異常; ③火山沉積相火山巖, 以莫深 1井為代表, 其測井曲線特征為自然伽馬曲線呈鋸齒-齒狀, 雙側向曲呈中高值齒狀。地震響應特征為層狀、強振幅、連續反射, 重力負異常、弱磁、低電阻率異常(圖5)。

圖5 達巴松地區火山巖相井、地震、電阻率特征圖Fig.5 Characteristics of the well, seismic, and resistivity of volcanic rocks from Dabasong area

采用地震相特征結合火山巖噴發模式定性預測、地震屬性提取的層位選擇是識別火山巖相帶的關鍵, 主要利用火山巖地層中內插的新層位提取層間沿層地震切片或地震屬性, 并根據不同的火山巖相帶特性, 在測井資料約束下利用神經網絡對地震波形進行分類的地震相, 對火山巖巖相預測與重磁預測的巖相平面圖基本一致(圖 6a), 且能更細地區分火山巖巖相。根據前述, 爆發相總體屬于雜亂反射; 火山沉積相屬于火山巖到沉積巖的過渡相帶,兼具火山巖和沉積巖的特征, 在火山巖發育地帶,它是連續性最好的區域, 同時也是成層性最好、產狀變化最緩慢的區域; 溢流相帶也具有一定的連續性, 但包含不規則反射。根據以上多屬性劃分的邊界、火山機構識別的結果, 結合鉆井資料可確定各個區帶的火山口相、爆發相(近火山口相)、溢流相、火山沉積巖相帶平面圖(6b)。

圖6 達巴松凸起火山巖相帶劃分圖Fig.6 The sketch map showing the lithofacies of volcanic rock from the Dabasong uplift

目前, 綜合物化探技術在準噶爾盆地深層火山巖儲層油氣勘探中得到了廣泛應用。盆地累計完成1:5萬高精度重磁勘探面積超過70 000 km2, 完成電法勘探超過10 000 km, 在盆地石炭系巖性識別、結構研究等方面取得了較好的勘探效果。

4 結論

本文在深入分析達巴松凸起地鉆井、物性資料的基礎上, 利用重磁電異常信息模式判別、地震相分析、地震屬性解釋、構造制圖等綜合物探評價技術, 對準噶爾盆地達巴松凸起深層火山巖進行識別和預測, 落實和優選了深層火山巖有利勘探目標:

(1)綜合利用多種地球物理資料和解釋技術, 在研究區深層石炭系解釋并識別了火山巖14個, 火山巖總面積1562 km2, 優選部署了風險探井達探1井,在石炭系見良好天然氣顯示, 該井是準噶爾盆地首口在深層石炭系見天然氣顯示的探井, 有望開辟腹部深層大背斜、火山巖巖性油氣藏勘探的新領域。

(2)準噶爾盆地疊合盆地下組合廣泛發育深層火山巖, 具有利用地球物理勘探和綜合解釋技術進行識別和預測的物理基礎。

(3)高精度重磁勘探和處理手段, 可以較快圈定深層火山巖發育區, 鎖定和縮小地震勘探靶區, 再通過井震統一的解釋技術, 運用地震屬性、相干體刻畫等方法, 使得火山巖的解釋在兼顧定性和定量結果的同時進一步深入解剖了火山巖內部的精細特征。

(4)重、磁、電、井、震的有機結合, 不僅在火山巖的識別精度上有了較大提高, 也證實了火山巖性、巖相與火山巖儲層的重要關系。

(5)通過本次重磁電(井)震“五維一體”綜合物探技術, 認清了火山巖相分布規律及特點, 進而預測了本區火山巖有利儲層分布, 極大提高了火山巖氣藏的描述精度, 取得了良好的勘探效果。在此基礎上開展深層特殊地質體多方法綜合物探技術總結,進一步推動勘察成果的實際運用, 對準噶爾盆地油氣勘探具有重要的指導意義。

Acknowledgements:

This study was Supported by PetroChina Company Limited (No.2021DJ0206).