用大功率长偏移距瞬变电磁测深圈定深层碳酸盐岩储层

2013-08-20何青松石艳玲宋群会曾凡桂

地质与勘探 2013年4期

何青松，石艳玲，宋群会，曾凡桂

(1.太原理工大学，煤科学与技术教育部及山西省重点实验室，山西太原 030024;2.中国石油东方地球物理公司，河北涿州 072751)

1 引言

电磁测深作为一种不可或缺的物探方法，在基础地质、矿产勘查、地热及工程勘探等地球物理勘探中备受青睐(刘光鼎，2002;赵国泽等，2007;赵殿栋，2009)。在油气勘探中电磁测深则同重磁力勘探方法一起被称为非地震类，而入另册。然而，21世纪以来，电磁测深法在地震方法难以奏效的地区，如玄武岩覆盖区、逆掩推覆带以及深层目标油气勘探中均取得了成功(Strack et al.，1990;吕友生等，1994)。其中大功率固定源法(LOTEM)采用200kW大功率发射系统、24位电磁采集站，其勘探精度较常规电磁法有明显提高(朴化荣，1990)，在近年来的油气目标勘探与研究中取得良好的效果，而受到广泛报道和应用(贾进斗等，1998;何展翔等，2001)，本文将要介绍的LOTEM在中国西部T盆地ZY构造带地区深层储层研究就是其中之一例。

关于T盆地奥陶统白云岩储层特征与成因类型有很多探讨和论述，对该区白云岩储层的沉积环境以及控制作用都进行了大量研究(顾家裕，2000;蒋裕强等，2000;杨威等，2000;刘忠宝等，2004;杜耀斌等，2005;焦存礼，2011)。沈昭国等(1995)早在1995年就对该盆地古生界白云石化成因机理及模式进行了探讨，后来邵龙义等(2002)又对该盆地西部隆起寒武系及奥陶系白云岩类型及形成机理进行了研究，王祺等(2001)则论述了该盆地西部碳酸盐岩成岩环境特征及其对储层物性的控制作用;安晓璇(2010)对该盆地塔中地区寒武－奥陶系白云岩储层特征进行了研究，指出了该地区奥陶系古潜山型油气藏成藏条件和中上奥陶统碳酸盐岩层序发育对同生期岩溶作用的控制，对该区油气勘探前景，特别是下古生界白云岩储层油气勘探前景作了中肯的评价，展示出了良好油气勘探潜力(康玉柱，2006;郑和荣等，2007)。2010年我国西部T盆地ZY构造带地区部署的深井－TY2井在下奥陶统白云岩段获得高产工业油气流，这一突破证实了前人的研究成果，白云岩储层的发现标志着中国西部T盆地白云岩是一个现实的油气勘探领域。

但由于下古生界白云岩与灰岩的波阻抗差很小，加之目标地层埋深较大，地表地质条件较复杂，因而仅仅依靠地震资料研究深部构造及进行岩性对比效果不太理想，经过攻关也未能取得实质性的进展。在研究产气层电测井资料时，发现产气层电阻率相当低，而且产量与电测电阻率大小成反比;进一步研究表明高阻碳酸岩中的这类产气白云岩段往往具有较大的孔隙度和较围岩低得多的电阻率，因此针对这种物性特征采用电磁测深进行勘探无疑是最佳选择，而大功率LOTEM因其所具有的勘探精度和勘探深度又成为首选。尽管物性条件颇佳，但该探区地表覆盖巨厚流动沙丘，地下目标深度大，厚度小，这对于LOTEM法是一个严峻的挑战。对于该探区低阻白云岩储层的研究无疑是一种积极的、有意义的探索。

2 大沙漠区LOTEM工作方法

LOTEM法采用长直导线(AB)向地下供入强大的方波电流(100A)，在一定距离(收发距R=6～15km)处的剖面上，通过磁棒接收方波激发后产生的纯二次场，图中T为激发信号周期(s)(图1)。首先，将发射点A、B选择在潮湿低凹处，用推土机将浮砂推开，直到出现湿砂为止，采用铁板作为接地;A、B之间采用四组电缆并联，以降低电路电阻，AB供电极一般长6～10km。接收采用磁棒，挖坑垂直埋置，并用浮砂覆盖以免风动干扰。由于供电电流可达100A，因而资料信噪比相当高。

图1 LOTEM勘探示意图Fig.1 Sketch of LOTEM sounding

3 提高信噪比的预处理方法

由于激发周期可以人为控制，因此一般每个排列都要记录64～128个周期的信号，在室内处理中可以采用地震法常用的一些处理方法来进一步消除噪声干扰，提高信噪比，以便有效地提取异常信息、突出电性异常剖面上的标志。按处理的先后可分为叠前处理、叠加处理和叠后处理。叠前处理包括数据记录的回放显示、频谱分析，用来了解干扰水平和强干扰噪声的频率特征，对个别周期的无规则的干扰可以直接删除该周期的记录，对具有一定频率特性的干扰，则采取叠前滤波的方法去除该频率的信号;然后，就可进行叠加处理，即对去除干扰后野外重复采集的周期信号进行叠加，因此，可使随机噪声的均方误差减至最小，叠加后各得到一套衰减曲线;叠后处理的信号可能还包含有一些噪声，可以进一步进行平滑和滤波，最后，为了消除采集系统响应，需要对叠后信号进行反褶积等。经过这些处理后可以得到信号曲线E(t)，其信噪比大大提高，一般能达到0.1% ～0.5%。为了消除装置响应还要利用关系式F(t)=K×t×E(t)，求出标准化曲线F(t)。式中:K为装置系数;t为时间。

4 获取高精度剖面异常的处理方法

首先是高分辨率剩余异常场的求取，这是借鉴于地震亮点技术，通过各种运算来突出局部电性异常，尤其是通过分离局部强振幅异常和有关的波形来实现。具体方法是，首先采用简单层状模型拟合求出一个等效的层状介质模型场响应，然后计算实测响应F(t)与模型之差的一阶或二阶导数，做出一阶或二阶高分辨率剩余异常场δf'(t)剖面图。其中一阶导数剖面图的特点是，强振幅对应于电性界面，振幅为正时，对应于低－高阻分界面;振幅为负时，对应于高－低阻分界面。显然二阶导数剖面图上零界点就是电性界面，振幅为正时对应于高阻层，振幅为负时，对应于低阻层。

第二步采用全区视电阻率求取方法，将处理后的曲线F(t)转换成视电阻率曲线ρ(t)或视电导曲线S(t)。

第三步是获得深度剖面:当电磁波向地下传播时，其速度主要取决于介质的导电率，根据地表不同测点记录信号到达的时间及相应的视电导值S(t)，便可将对应的高分辨率剩余异常场δf'(t)剖面图转换成深度剖面δf'(h)。

5 深度剖面的标定与解释方法

上面所获得的高精度深度剖面δf'(h)能反映出地下电性微弱的相对变化规律，但其分辨率仍是有限的，而且也难以对深度剖面做出合理的地质解释，必须寻找一把合适的尺子。故此，我们对电测井曲线做如下处理，首先在深度域作高通空间滤波处理，滤波窗口设置为小于125m左右，相当于获得了电测井曲线上小的薄层信息，同时，对电测井曲线作低通空间滤波(滤波器的窗口大于500m)处理，得到地层背景电性变化的曲线。然后，从实际电测井曲线中减去上述两次滤波处理的曲线，得到除去了背景和过薄微层的测井微电性曲线。经验表明，上面滤波窗口的设置要根据剖面分辨率来做调整，另外滤波次数也要视电测曲线采样点的稀密来确定。最后，将获得的测井微电性曲线与LOTEM井旁测深曲线进行对比，即对图2中610和612为LOTEM测点测深曲线进行标定，确定剩余异常场深度剖面的层位和深度。

图2 井旁测深曲线标定Fig.2 Calibration of near－well sounding curves

从标定的LOTEM井旁测深点出发，进行强界面对比追踪，结合地质、地震、钻井等已知资料，进行剖面地质解释，获得了两个比较明显的的地质界面:奥陶系灰岩顶、奥陶系白云岩低阻储层。图3为一条剖面的解释结果。

图3 T99－527测线解释剖面Fig.3 Interpretation section of the line T99 －527

获取剖面特征参数:为了对储层特性进行描述，我们综合探区钻井电测资料获得了电阻率和孔隙度剖面，并计算了储层有效厚度。

(1)电阻率剖面:LOTEM剩余异常场二阶导数深度剖面反映的是地层电性的相对变化，虽然强弱界面差异明显、对比性强，但还不是剖面电性变化的直观反映。

根据前面的标定我们知道，经过处理可以得到测井微电性曲线，测井微电性曲线与LOTEM剖面电性相对变化是基本一致的，但剖面中电性背景被滤除，不能反映真实电阻率变化，为此，我们利用测区及其周边35口井的低通空间滤波后的测井电测曲线，通过井间插值和外推，建立全区电测井电阻率背景值。然后，在LOTEM求得的剩余异常剖面中叠加上这一背景值，即获得能客观反映剖面地电特征的电阻率。

(2)孔隙度剖面:孔隙度是评价储层的重要参数。研究储层特征，首先就要研究孔隙度的分布特征。这里主要根据测井孔隙度与电阻率关系，从上面的电阻率剖面中求取孔隙度剖面。

根据电测井曲线与岩石物性的对比，可以得出孔隙度与电阻率成反比关系，即:孔隙度增大，电阻率降低;孔隙度减小，电阻率升高。于是我们对下古生界测井数据进行统计分析，得到了孔隙度与电阻率的关系式(图4)，就把LOTEM电阻率剖面转换为孔隙度剖面。

(3)储层有效厚度:为了提取能反映客观储层特征的厚度参数，我们引入临界孔隙度Φ0，并且认为:当Φ＜Φ0时，该岩层段厚度不计入储层厚度;当Φ＞Φ0时，岩层才具有储集能力，该岩层段厚度计入储层有效厚度。

图4 孔隙度与电阻率的关系Fig.4 Relationship between porosity and resistivity

确定临界孔隙度:①收集区内深井的奥陶系白云岩储层埋深及厚度数据;②列出井旁LOTEM点储层的孔隙度值，并绘制成曲线;③在LOTEM孔隙度曲线上标出钻井储层的位置，取对应的最小孔隙度作为临界值;④综合考虑多口钻井，取Φ0=1.7%。

求取储层有效厚度:①从LOTEM深度剖面上求出储层埋深及厚度初值;②在初值范围内搜索孔隙度剖面中储层段的孔隙度数据，找出与临界孔隙度Φ0值相对应的顶、底埋深，其差即为储层厚度;③某些测点计算的孔隙度恒小于Φ0值，按上述方法其厚度为零，这里将其储层厚度设为LOTEM剖面最小分辨率的一半40m。

6 白云岩储层的初步描述

在分析了奥陶系白云岩低阻储层的预测电阻率、孔隙度、厚度参数以及构造特征的基础上，结合已知的地质、钻井资料，对测区储层和油气有利区进行了综合分析、评价:

图5 奥陶系白云岩储层描述图Fig.5 Characteristics of the Ordovician dolomite reservoirs

LOTEM查明中国西部TZY构造带奥陶系白云岩储层为一低阻电性层，电阻率最小可至30Ω·m，一般为100Ω·m左右，图5a描述了探区白云岩储层的电阻率变化规律，可见在ZY构造带TY2井至ZY构造带1井存在北西向两个主要低阻储层带，图5b描述了探区白云岩储层的孔隙度变化规律，一般高产储层孔隙度大于1.75%，最大可达2.5%，图5c描述了探区白云岩储层的厚度变化规律，厚度最大可达300m，一般为200m左右。

将储层的电阻率、孔隙度和厚度图叠合，得到奥陶系白云岩低阻储层综合评价图(图5d)，预测了四个最有利的储层区(即Ⅰ类储层区)。

图5d中:具有高孔隙度、低电阻率及较厚储层厚度的地区为I类储层区;具有高孔隙度、较高电阻率或较薄储层厚度的地区为II类储层区;低孔隙分布区为III类储层区。并且结果结合油气横向运移规律进行了综合评价认为，位于构造高部位或断层附近的Ⅰ类储层区，同时也是油气运移指向的地区为Ⅰ类有利区。

7 结论

针对ZY构造带复杂地表条件，LOTEM法采用特殊的施工方法，采取了大量压制噪声干扰的数据处理方法，以及提高剖面分辨率的处理手段，使该方法能在深层碳酸盐岩地区能有效地分辨碳酸盐岩高阻中的低阻薄层，弥补了地震资料在碳酸盐岩中难以获得有效反射的不足。利用LOTEM资料，结合测区内钻井、井旁测深等多种资料，对工区电性特征进行了研究，初步描述了高阻碳酸盐岩中低阻储层特征及分布规律，并结合区内钻井、地质、地震资料，对储层有利目标进行了预测和评价，对于类似地区和相同物性条件的储层研究是意义的探索，也可作为地震勘探一种有益的补充。

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