前陆冲断带下盘的掩伏构造假象分析与校正<br/>——以准噶尔盆地东部“火北掩伏带”为例

前陆冲断带下盘的掩伏构造假象分析与校正
——以准噶尔盆地东部“火北掩伏带”为例

2018-09-17梁舒艺高新峰伏小鹏

天然气工业 2018年8期

黄芸梁舒艺高新峰高明伏小鹏

1.中国石油新疆油田公司勘探开发研究院 2.中国石油大学（华东）地球科学与技术学院

0 引言

勘探实践表明，处于造山带和盆地之间过渡部位的前陆冲断带及其下盘掩伏带是油气勘探的重要领域，国内已在前陆冲断带及其下盘掩伏带中发现多个油气田[1-4]。目前有关前陆冲断带下盘掩伏构造、盐下构造等的研究多侧重于掩伏体下盘和盐下各种构造圈闭形态的落实，其前提条件是下盘掩伏背斜和盐下构造真实存在且仅是构造有所变形或构造高点有偏移[5-6]；而针对时间域构造假象及时间域复杂构造多解性的研究则多偏重于高速盐丘、海底峡谷等特殊地貌或上覆地层厚度剧变等对下伏构造层成像有“上拉、下拽”形成的构造假象[7-17]。对于上盘推覆体为高速火山岩体时，仅是作为上覆层高速异常存在的现象之一被提及[6]，而火山岩体厚度横向变化及尖灭对下盘构造成像的影响及“假断裂、假构造”的判识方法则鲜有涉及，也没有勘探实例验证。

准噶尔盆地东北缘克拉美丽前陆冲断带为石炭系火山岩高角度逆冲的碰撞隆起带，逆冲断裂下盘在时间域剖面上表现为完整的“掩伏背斜”，是油气地质条件评价较高的勘探领域。但因上盘推覆体为高速火山岩体且横向厚度变化剧烈至减薄尖灭，勘探实践中出现了推覆体下盘的“掩伏背斜”消失、钻井与地震解释结果不符的“困惑”。为此，依据正演模型、叠前深度偏移剖面及倾角测井资料解释成果，结合“掩伏背斜”的钻探井——火北2井钻探实例，分析了克拉美丽前陆冲断带下盘时间域“假背斜、假断裂”形成的原因，以期为后续类似火成岩推覆体发育区甄别假构造、降低勘探成本、提高钻探成功率提供借鉴。

1 地质背景

准噶尔盆地周缘发育古生代褶皱山系，西北部为西准噶尔造山带，南部为天山，东北部为东准噶尔造山带（克拉美丽山）。多位学者[18-19]结合地面露头的岩石学资料、构造几何形态的分析和沉积充填序列等多方面的综合分析，提出盆地东北缘晚古生代发育前陆盆地的观点：海西运动时期，准噶尔板块处于挤压的大地构造环境中，准噶尔盆地与周缘板块、地体拼接，褶皱隆起，形成凸起、断褶及凹陷组成的克拉美丽山前带的基本构造格局，近东西走向的沙奇凸起和前陆凹陷的基本构造格局控制了全区二叠纪地层的沉积范围。晚石炭世—早二叠世，随着克拉美丽山进一步向南逆冲，在沙奇凸起和克拉美丽前陆冲断带之间形成东西轴向的前陆盆地。其中克拉美丽前陆冲断带为近东西向展布、石炭系火山岩高角度逆冲的碰撞隆起带，逆冲断裂下盘在时间域剖面上表现为完整的“掩伏背斜”，因位于火烧山油田以北，故简称为火北掩伏带，二级构造单元隶属于沙帐断褶带（图1）。

图1 火北掩伏带构造位置图

火北掩伏带的勘探于2002年火北1井完钻测试仅获低产油气流而一度停滞。2011年为重查逆掩推覆体下盘二叠系掩伏带的含油气性，在火北1井上钻的掩伏背斜北部高点位置钻火北2井（图2）。实钻结果表明，火北2井二叠系顶界埋深比火北1井还低70 m，表明最初钻探的火北掩伏背斜不存在，且表现为向北倾伏的单斜，即时间域剖面上的火北掩伏背斜是假象。

图2 火北掩伏带M200001地震测线地质解释剖面（火北2井钻前时间域剖面）

2 火北掩伏带断裂假象分析

火北掩伏带位于克拉美丽冲断带的西段，高速的石炭系火山岩逆掩推覆在二叠系之上。结合区域构造应力分析，与逆冲断裂火北断裂同期会发育一系列近东西走向的伴生断裂，图2剖面中的火14井北断裂在解释中就被当作是伴生断裂之一，且钻前论证中被认为是重要的油源断裂。

火北2井实钻目的层埋深与最初设计的出入很大，勘探目的层中二叠统平地泉组一段顶界埋深不仅没有高于火北1井反而比火北1井低了近70 m，那么，火北2井钻探的背斜构造圈闭受火山岩推覆体的影响是构造假象？作为油源断裂的火14井北断裂其地震波组的错断特征也是假象？由此展开了多个地质模型的正演，首先考虑了石炭系火山岩高速层的横向厚度及尖灭点位置变化的影响。

首先设计了石炭系火山岩高速层的横向厚度变化（0～600 m）及尖灭点位置变化前后的两类模型，目的是落实下盘地震波组的错断是否受到火山岩体尖灭的影响，即落实火14井北断裂的真实性。其推覆体的层速度主要利用二维叠加速度谱通过层位控制法求取，火山岩体的层速度取5 500 m/s；下伏地层利用地震速度谱以解释层位和火北1、火北2井钻井作约束，应用层位控制求取地层层速度场。

图3是火北掩伏带的构造模型及正演结果。从图3-a可以看出，火山岩体厚度由尖灭至逐渐增厚，其下伏的二叠系反射同相轴的“相位上移”的幅度也逐渐增大，并且尖灭点A处对应的下伏二叠系地震反射同相轴表现出明显的地震波组错断的特征。由此质疑：高速层火山岩体的尖灭点及厚度变化梯度与下伏层“断点”的位置及 “断距”有关系？为此设计了尖灭点由A点向B点移动且火山岩厚度变化梯度减小的地质模型（图3-b），正演结果表明，随着石炭系尖灭点由A点向B点移动其下伏层“断点”的位置也随着尖灭点位置的移动而变化至B点，即“波组错断”的位置始终与火山岩体尖灭点对应；另外下伏层的“断距”也随着火山岩厚度变化梯度减小而减小即“相位上移”的幅度减小。由此判断早期解释成果（叠后时间偏移数据）中的火14井北断裂是“假”断裂，是其上覆层石炭系推覆体减薄尖灭、火山岩高速层对下伏层的“上拉”影响消失所导致的“波组折断”现象。

3 火北掩伏带背斜假象校正

3.1 正演模型

图3 火北掩伏带的构造模型及正演结果图

在图2的时间域剖面上，火北2井位于构造形态为一两翼回落明显的背斜高点上，上钻前考虑到上盘的石炭系高速火山岩推覆体会对下盘的地层产状成像有影响[20-22]，但借鉴准噶尔盆地西北缘和南缘的勘探经验，推测这种速度影响可能只限于影响背斜幅度的高低，即预计火北2井实钻的目的层段平地泉组一段的顶界埋深可能高于火北1井近80 m或稍小于该数值（图4-a），按该区已证实的100 m的油气藏高度测算，假定火北1井已证实的油水同层为油气藏底水边界，则位于高部位的火北2井获油气的可能性极大。但实际钻探结果却相反，火北2井平地泉组一段顶界埋深要低于火北1井70 m且为明显的北倾单斜形态（图4-b），表明时间域剖面上显示的下盘掩伏背斜构造形态“有假”。为进一步明确背斜假象产生的原因，设计了与实钻结果符合的地质模型，即火北2井平地泉组一段顶界埋深低于火北1井70 m且下伏地层为整体向北倾伏的单斜。采用的观测方式为中间放炮，两边接收，接收总道数为128道，道间距为25 m，炮间距为80 m，覆盖次数为60次，采样时间间隔设定为0.5 ms，选取不同频率子波进行正演模拟。

正演结果无一例外地表现为下盘掩伏带的地震反射层“上拉”的特征，只要推覆体石炭系高速火山岩层存在，必定会对下盘掩伏层产生相位“上拉”现象。其中上覆石炭系高速层的速度越高（除了实测速度为5 500 m/s以外，还分别试验了4 500 m/s以及6 500 m/s两套速度模型）其对下伏地层的产状影响越大，即地震反射相位“上拉”的角度更大。

图4 火北掩伏带平地泉组一段顶界构造图

高速火山岩体逆冲、厚度横向剧烈变化、与下伏层相比速度快速变化，导致波的传播不再是理论上的双曲线，成像点与实际的绕射点位置在时间方向上出现偏移。

上盘推覆体石炭系高速层的存在对下伏地层的波组相位有明显的“上拉”现象，其“相位上移”的波组与逆掩推覆断裂（火北断裂）的断面波“相得益彰”形成了两翼回落特征明显的背斜假象。

3.2 地层倾角测井

地层倾角测井能提供地层产状（倾角、倾向），通过模式组合可恢复地质构造形态，将其显示在地震剖面上可辅助构造解释，为落实构造形态提供依据。需要指出的是，地层倾角测井所测数据为地层相对于磁北极的真倾角，而地震剖面一般与磁北极方向有一定的方位角，地层真倾角要显示到过井地震剖面上，就必须经过投影，转换为视倾角。转换完成后，利用时深关系将其显示在任一方向的过井地震剖面上。倾角标定结果和地层倾向玫瑰图显示如图4-b所示，火北1井、火北2井二叠系倾向北东，呈现向北东方向“下倾”且增厚的趋势，构造高点位于西南部。

3.3 深度域剖面

在目前的地震数据处理中,基于地下地层为水平层状介质这一前提条件。该条件除了要求地下界面是水平展布外，还同时假定每层介质的速度是横向不变的，目前所有的资料处理方法和理论推导都是基于这一假设。而实际地质情况要复杂得多，火北掩伏带上覆层为厚度横向变化剧烈的高速火山岩，现有方法即受限制，以致最终处理结果出现问题。

为进一步证实火北掩伏带背斜是时间域剖面上的假象，结合实钻结果和构造特征建立了层速度模型，针对新进站的三维采集数据体进行了叠前深度偏移成像处理。波动方程叠前深度偏移成像技术是解决横向变速情况下复杂构造成像的有效手段，能很好地解决速度场出现横向变化时时间域剖面下伏地层构造成像位置不准确的问题。图5是与前述的二维测线（M200001）位置重合的三维叠前深度偏移剖面，与图2对比发现，下盘真实的地层倾向与倾角测井资料的玫瑰图反映的地层倾向吻合较好，两口井目的层的埋深也与实钻相符。再次证实火北掩伏带的背斜不存在，火北2井平地泉组一段的顶界埋深要低于火北1井，早期解释的火14井北断裂不存在，整体构造形态为北倾“下栽”的单斜形态，是前陆冲断带中深凹带（前渊）的典型特征，二叠系整体为山前最厚、向南超覆减薄。时间域剖面上的火北掩伏背斜是上覆石炭系高速层引起的“假构造”，火14井北断裂是上盘石炭系火山岩推覆体横向减薄尖灭导致的地震波组“上拉错断”的假象。