川东杂卤石的地球物理响应特征及地震勘探技术

顾 雯, 徐 敏, 梁 虹, 章 雄, 张洞君, 陆林超, 陈愿愿

(中国石油川庆钻探工程有限公司 地球物理勘探公司，成都 610213)

川东杂卤石的地球物理响应特征及地震勘探技术

顾 雯, 徐 敏, 梁 虹, 章 雄, 张洞君, 陆林超, 陈愿愿

(中国石油川庆钻探工程有限公司 地球物理勘探公司，成都 610213)

探讨杂卤石定量预测的技术方法流程。四川盆地三叠系是杂卤石矿的主要产出层段，但因埋藏深(1～4 km)、厚度薄(单层厚度1 m)，勘探难度大。针对杂卤石的特征，从地震勘探角度出发，采用层拉平技术、“印模法”、地震多属性分析技术、井震协同反演技术相结合，进行各种地震勘探技术研究，总结出一套适用于杂卤石定量预测的技术方法流程。杂卤石的成因、运移以及与断层的关系复杂，通过采用高分辨率AFE技术对其进行叠后裂缝预测，认为川东地区杂卤石与裂缝有关。

杂卤石；三叠系；印模法；地震多属性；井震协同反演；AFE技术

钾肥是农业三大肥料之一，钾盐对农业生产具有重大意义。杂卤石(K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O)是一种含钾矿物，且分布范围较广，可直接作为复合钾肥使用。杂卤石的分布具有一定规律性。据资料统计，全球大型杂卤石集中分布在二叠系、三叠系、古近-新近系这3个时期地层中，并集中出现在北纬20°～50°，而中国正处于杂卤石富集带中[1]。上扬子板块西南缘的四川盆地卤水资源丰富，盆地内下、中三叠统蒸发岩极为发育，石膏层、盐卤水广泛分布，深部富含盐岩及杂卤石，局部见钾镁盐矿物，说明四川盆地三叠系具备成钾的地质前提[2]。近年来随着四川钾盐资源研究和油气勘探开发的深入，川东钾盐的勘探开发有一定突破。鉴于中国对钾盐大量需求和相对较少的钾盐储量,进一步进行钾盐勘探有重大意义[3-16]。本文从地球物理角度出发，开展杂卤石的定量预测研究，提出一套针对杂卤石的地球物理综合预测技术流程，以更好地识别杂卤石展布规律，为杂卤石勘探开发提供技术支持。

1 杂卤石成因和赋存地质条件

四川盆地隐伏性钾盐资源埋藏较深，具有多期成盐、3期聚钾的特点，分布极不均匀，成因类型复杂多样。杂卤石是寻找钾盐矿床的重要线索和标志，深入研究杂卤石成因对钾盐开发有重要意义。林耀庭等[2]对农乐地区的杂卤石矿体分布特征及成因开展过系统研究，认为杂卤石的分布严格受岩性控制，与硬石膏依附产出，在构造破坏作用较强的构造破碎带，水化石膏及角砾岩大量发育，很少保存硬石膏，因此无杂卤石分布。矿层底板岩层的破碎，致使地下承压水进入石膏层，硬石膏发生水化，杂卤石则发生淋蚀作用。同时，杂卤石交代硬石膏的现象普遍存在，在杂卤石内常残存硬石膏的条带，推测为三叠系成岩作用之后，由外来富K、Mg的溶液沿硬石膏晶间孔隙及岩层构造裂缝发生交代作用形成的。

近些年，国内外学者通过大量的研究[17-21]，发现杂卤石的成因主要有3种：(1)原生沉积作用，当海水浓缩到硫酸钾镁盐沉积阶段时，有一部分外来钙源作为补充，形成杂卤石；也可能是在硫酸钙沉积阶段有钾镁离子作为补充形成。(2)准同生交代，早期沉淀的硬石膏(或石膏)与卤水不断浓缩形成的浓卤水(浓卤水中富含钾、镁离子)发生反应形成杂卤石。(3)后生交代，在成岩作用以后，外来溶液与岩石发生交代作用形成杂卤石；也可能存在不同水体的混合掺杂作用。

由于杂卤石成因复杂，其预测难度也很大。林耀庭等[2]推测杂卤石是在三叠系成岩作用之后，由外来富K+、Mg+的溶液沿硬石膏晶间孔隙及岩层构造裂缝发生交代作用形成的。众所周知，裂缝发育带与构造密切有关，同时考虑到与大断裂的伴生关系，断层附近往往伴生大量裂缝，在远离断层的地区迅速消失。笔者认为原生沉积的杂卤石与裂缝成因无关，对于交代作用的杂卤石则与裂缝密切相关，本区杂卤石主要与交代作用有关。

2 杂卤石的地球物理响应特征

川东地区嘉五2(T1j5-2)-雷一1(T2l1-1)沉积时期在古地理位置上处于局限海台地、蒸发台地的局部低凹地区，水体循环性差，蒸发作用强，从而形成膏岩沉积。塑性的膏盐层在强构造应力作用下揉皱变形，地震响应特征为强波峰反射但连续性差，盆地内杂卤石见于嘉四2(T1j4-2)、嘉五2-雷一1及雷四2(T2l4-2)3套含盐层系中。杂卤石由于赋存于膏盐层(石膏、硬石膏)中，在地震剖面上被屏蔽于膏盐层的强波峰反射中；且杂卤石层厚度较薄，预测难度较大(图1)。

为进一步分析杂卤石的地震响应特征，笔者进行了正演模型分析。先设计一个含杂卤石和膏盐的楔形模型(图2)，再选用35 Hz雷克子波进行正演模型试验。从正演模型结果(图3)看出，杂卤石在地震上的响应特征是强峰反射。这和前面的分析相呼应，即杂卤石由于赋存于膏盐层(石膏、硬石膏)中，其地震响应特征受到膏盐的影响，被屏蔽于膏盐的强峰反射中。

3 杂卤石的地球物理预测方法

杂卤石单层厚度薄，由于地震分辨率的限制，传统地震反演方法无法满足杂卤石的精细预测。地震资料虽然分辨率较低，但具有横向分布密集的优势。地震沉积学研究表明，地震波形的横向变化与沉积环境密切相关，可以利用地震波形的横向变化精细描述空间结构的变化特征。

首先，对该地区采用“残厚法”、“印模法”相结合进行古地貌研究，精细刻画三叠系沉积时期古地貌特征，优选对杂卤石薄层敏感的弧长属性，先定性划分出杂卤石有利预测区域。

图1 井震精细标定Fig.1 Synthetic seismogram of signature log

图2 杂卤石楔形模型Fig.2 Wedge model of polyhalite

图3 杂卤石正演模型Fig.3 Forward model of polyhalite

其次，采用地震波形特征指示反演方法[22]尝试定量预测杂卤石分布。其主要思想是将地震波形的薄层干涉特征作为判别、优化反射系数结构的控制条件，将待预测的地震波形与所有已钻井地震波形进行比较，筛选出波形特征最相似的井作为优选样本，模拟储层的纵向分布结构。该方法充分利用地震波形的横向变化来表征储层的空间结构变化，模拟结果更客观，根据样本井的分布特征进行克里金概率模拟，得到每一个样点值的概率分布。模拟过程充分利用了空间密集分布的地震数据并体现了相控模拟的思想，其频率成分是一个由低到高逐步确定的过程，高频成分的整体确定性相比传统随机模拟得到大幅提高。与传统随机模拟不同的是地震波形指示模拟建立初始模型的过程并不采用序贯的方式进行，即待模拟点的模拟数据并不参与下一个未知点的模拟过程。这样做使得模拟过程更加遵从地震波形相似的样本优选原则，使模拟结果中频(地震频带)符合地震反演结果，超出地震频带的高频成分与样本井结构特征一致，即完成了预测道的模拟，得到宽频带模拟体。此方法深度协同地震的横向分辨能力与测井的垂向分辨能力，实现杂卤石分布预测，对四川盆地三叠系杂卤石的定量预测方法进行了探索。

另外，采用高分辨率“AFE技术”[23]对工区进行叠后裂缝预测，为后期工程钻井改造提供技术支撑。

4 应用效果分析

4.1 杂卤石定量预测

本区雷口坡组的各段主要为灰岩、白云岩与硬石膏岩呈多旋回的频繁互层，各层段不同程度地发育有硬石膏岩，层数较多，单层厚度小，横向变化大，杂卤石赋存于膏盐层(石膏、硬石膏)中，与其伴生。依据地球物理方法寻找油气的思路，本文先结合沉积特征、古地貌分析、地震属性分析优选杂卤石有利区域，再进一步应用地震波形指示反演定量预测杂卤石富集区。

印模法[24]是以补偿沉积原理为参考依据，通过水平基准面(侵蚀面至其上覆)的厚度反映古地貌。一般情况下，厚度较大的地方，就处于古地貌的低势区；厚度较小的地方，就处于古地貌的高势区。从雷一3-嘉五2古地貌图上(图4)看出，含杂卤石井主要分布在古地貌低势区；在等厚构造图上主要分布在陡缓转折带和向斜部位(图5)。

图4 雷一3--嘉五2古地貌图Fig.4 Palaeogeomorphic block map for T2l1-3-T1j5-2

图5 雷一3--嘉五2厚度分布平面图Fig.5 Contour map showing the thickness of T2l1-3-T1j5-2

弧长属性[3]是振幅与频率的混合属性，指时窗内地震道波长度，其大小间接反映了地震波振幅和频率的大小：振幅越大，频率越高，则对应的弧长越长。本文优选弧长属性进行杂卤石定性预测。从表1中杂卤石的弧长值与厚度可看出，弧长值基本能表征杂卤石的富集规律。弧长属性平面图上有利区分布与杂卤石富集规律的地质认识相吻合(图6)。结合古地貌分析、厚度平面图结果，综合划分出嘉五2-雷一3杂卤石富集有利区。

在定性基础上采用地震波形指示反演技术进行杂卤石的定量预测，图7为LG27井至LH005-x1井连井反演剖面，图中黄红色表征杂卤石层段。从图中看出，反演整体面貌较好，绿黄色层段呈较连续展布，杂卤石层段整体厚度与实际钻井资料吻合较好，符合地质规律。

在反演基础上结合杂卤石的测井响应特征，最终得到杂卤石富集区厚度平面图(图8)。区内杂卤石富集区展布趋势与弧长属性具有相似特征，杂卤石厚度西北部较东南部厚，且厚度变化较大；向斜区及陡缓转折带杂卤石分布较厚(井以西)，构造顶部(井附近)杂卤石较薄。除此以外，LH潜伏构造及工区东部零星存在一些杂卤石发育区。厚度平面图基本符合沉积地质规律，且反演厚度与钻井吻合度较高，为杂卤石的定量预测提供了技术支撑。

图7 地震波形指示反演剖面图Fig.7 Inversion section of seismic wave indicator

4.2 裂缝预测

AFE技术[23](auto fault extraction)是在第三代本征相干属性结果的基础上进行倾角扫描，通过2两次滤波来消除采集和处理过程中带来的不规则干扰。第一项滤波是沿主测线或联络测线方向进行线性噪音滤波，使得有效信息增强；第二项滤波是消除一定角度范围以外的信息，使得特定角度范围内的有效信息增强。通过对其进行线性滤波和断层边界增强，提取倾角和方位属性，进行小尺度的裂缝识别。对于由构造变形引起的裂缝发育带和断层，采用AFE技术效果更为明显。

表1 杂卤石弧长属性值与厚度Table 1 Arclength attribute values and thickness of polyhalite

图8 LH地区雷一3--嘉五2杂卤石厚度平面图Fig.8 Map showing polyhalite thickness of T2l1-3-T1j5-2 in LH area

图9 LH地区雷一3--嘉五2裂缝分布预测图Fig.9 Fracture prediction for T2l1-3-T1j5-2 in LH area

图9是该区裂缝分布预测图。由于构造挤压强烈，除华蓥山1号、2号、30号断层为南北向展布，其余断层皆为近东西向展布，地形变形强烈；平面图上小尺度裂缝特征清晰，大型断裂AFE特征值强，小尺度裂缝特征值相对较弱；含杂卤石井主要位于裂缝发育带附近。

5 结论与认识

a.鉴于对四川盆地东部LH地区杂卤石矿层的研究是首次利用地震资料进行定量预测，本文通过多种地震勘探方法探索性预测，总结出一套适用于四川盆地东部地区杂卤石的地震综合预测技术流程，即先确定杂卤石地震响应特征和测井响应特征，再通过印模法、地震属性技术、井震结合反演技术综合预测杂卤石有利富集区，结合地质理论及认识，为四川盆地杂卤石的定量预测提供技术性支撑。

b.本区由于嘉陵江组内部膏岩非常发育，并且受构造挤压作用影响膏岩塑性揉皱剧烈，顶部膏岩流向断层下盘的陡缓转折带，使该部位的膏岩积累且厚度增加；在向斜的一些相对低洼处膏岩沉积也较厚，它们皆为杂卤石的有利富集区。

c.杂卤石的成因、运移以及与断层的关系存在多解性，本文通过对杂卤石进行裂缝预测，认为该地区杂卤石成因与裂缝有关。

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CharacteristicsgeophysicalresponseofpolyhaliteanditsseismicexplorationtechnologyineastSichuanBasin,China

GU Wen, XU Min, LIANG Hong, ZHANG Xiong, ZHANG Dongjun, LU Linchao, CHEN Yuanyuan

GeophysicalProspectingCompany,ChuanqingDrillingEngineeringCompanyLimitedofCNPC,Chengdu610213,China

Triassic in Sichuan Basin is the main production formation of polyhalite, which generally has a buried depth of 1～4 km, and a single layer thickness of 1 m. This paper discusses the geophysical technical method of quantitative prediction of polyhalite. However, seismic characteristics of polyhalite in the basin are not well studied at present. So, the exploration of polyhalite in this area is extremely challenging. Various seismic exploration technologies, such as layer flattening technique, impression method, seismic attribute technology and seismic motion inversion technology, are studied in consideration of the particular physical properties of polyhalite. A technique process of polyhalite quantitative prediction is proposed in the paper so as to provide theoretical and technical support for Triassic polyhalite exploration and development in Sichuan Basin. Since the genesis and the migration of polyhalite has a complex relation with fault, high resolution AFE technique is used for the prediction of fractures. It proves that the polyhalite in the region is related to fractures.

polyhalite; Triassic; impression method; seismic multi-attribute; seismic motion inversion technology; auto fault extraction technology

P631.42; P578.73 [

] A

10.3969/j.issn.1671-9727.2017.05.02

1671-9727(2017)05-0521-08

2017-02-20。

国家科技重大专项(2011ZX05013-001); 中国石油集团公司重大科技专项(2013E-3808)。

顾雯(1986-),女,工程师,主要从事储层预测研究工作, E-mail:tigerkangta@126.com。