黄土塬地区中生界地震资料应用的问题与思考

王 猛

(中国石化石油物探技术研究院,江苏 南京 211103)

鄂尔多斯盆地是一个长期发育、多类型叠加的大型复合盆地,蕴含有丰富的油气资源。由于新生代时鄂尔多斯盆地南部接受了巨厚的风成黄土沉积,加之水系对地表的改造,形成了沟壑纵横的黄土塬地貌。由于地震波在黄土介质中波速较低,厚度横向变化巨大的黄土层对地震波能量有非常强的衰减作用,复杂地表使地震采集难度很大,因此黄土塬地区一直被认为是三维地震的禁区。近年来地震采集和处理技术的进步使得三维地震勘探技术重上鄂尔多斯南部黄土塬地区,在取得一定成绩的同时也在地震资料的应用上出现了一些问题和争议,其中大多数争议实际反映了地震资料尤其是地表和地下双复杂地区地震资料的多解性问题,笔者将结合鄂南中生界油气勘探中的问题和黄土塬区特点简要阐述对黄土塬地区中生界三维地震勘探的理解和思考。

1 黄土塬地区中生界地震勘探常见问题

1.1 地震揭示构造趋势与钻井结果相差大

在早期的一些黄土塬地区三维地震资料中存在目的层深度与钻井揭示的实际埋深差距较大现象。经实钻证实,局部也存在地震揭示的构造趋势与实际矛盾的情况。

图1(a)为鄂尔多斯南部某三维地震工区地表高程,图中可见典型的黄土塬“沟”、“塬”地貌,呈现明显线性特征的为黄土塬区规模较大的“深沟”,常与现今主干水系对应。图1(b)和图1(c)分别是在两套地震数据体中追踪获得的中生界内同一套区域性标志反射层的等T0图。图中明显可见,对于同一套区域性标志层,通过两套地震数据获得的T0图在值域上有着一定差别,图1(b)为1 050～1 166 ms,图1(c)为1 065～1 193 ms;且两者所反映的趋势有明显差别,图1(b)为NNW向,图1(c)为NWW向;图1(b)形态与地表高程图具有一定的相似性,在图1(a)中虚线表示为现今主河道位置,图1(b)表现为构造低,属于复杂近地表结构、速度条件导致的地震资料处理过程中的长波长静校正不适当问题,通过改进静校正处理方法可以消除假构造,解决黄土覆盖区严重的静校正问题[1]。

图1 鄂尔多斯盆地南部某工区地表形态与延长组标志层等T0形态对比

1.2 井震标定对应程度差异大

井震标定在地震资料解释中具有重要意义,而其中起着井震联系作用的就是合成地震记录[2-3]。鄂尔多斯盆地中生界主要为碎屑岩,岩性为砂岩、泥页岩夹煤层,整体构造起伏小,岩性界面反射系数大,阻抗差明显,理论上地震主频为30～35 Hz的地震资料在井震标定方面应有比较明显的对应效果。然而在鄂尔多斯盆地南部黄土塬区经常出现深浅层对应效果差异过大的现象,浅层井震吻合较好,中深层吻合效果差。

图2 红河油田H23井合成地震记录

图2所示为鄂南地区红河油田H23井合成地震记录与井旁地震道的对应关系,如图所示,钻井测深1 500～1 940 m的范围内合成地震记录与地震道对应关系好、吻合程度较高,延安组煤层强反射(940～1 000 ms)、延长组内部稳定页岩与围岩形成的强反射(1 050～1 070 ms)井震对应尤其明显。而在1 940～2 220 m井段则对应关系明显变差,具体表现为合成地震记录上并未出现明显强相位,但井旁地震道却显示具有较为明显的中强振幅相位。这种现象在黄土塬区探井中较为普遍。合成地震记录的影响因素也较多,环境校正、声波时差曲线质量、波速频散校正等因素均会对合成地震记录的质量有所影响。但在黄土塬地区中深层井震标定效果不好的主要原因有两个方面,一是受采集条件、采集处理方法影响的地震资料信噪比低,二是侏罗系延安组煤层导致的层间多次波对下伏地层反射形成了干涉,上述合成记录中未出现但井旁地震道中存在的明显同相轴为层间多次波残留。

1.3 同相轴接触关系不清

黄土塬区地震资料还可见如下典型特征:

(1)如图3和图4,T6c之上的延长组内幕反射轴形态与延安组煤层与围岩形成的反射轴(T5b)形态相似,呈现出“平行褶皱”的构造样式,而非削截不整合;

(2)延安组煤层内部可见同相轴的中断错开和数量变化,表现出“层间小断裂”的特征,这种特征也可在相干检测中表现出来;

(3)T5b和T6c反射轴之间局部出现明显的强振幅异常,其形态类似“侵入体”或“底辟”;

(4)“类底辟”现象之下的同相轴表现出与“类底辟”内部同相轴相似的形态。

在常规的地震解释思路下,“褶皱”、“逆冲断裂”等现象被解释为挤压冲断的构造作用,但对同一工区内不同方向的剖面特征进行分析发现,在各个方向上均有前述“平行褶皱”及“层间小断裂”现象,这与构造应力场对构造的控制作用原理明显不符,故上述现象并非构造成因,其形成的真正原因也是受到上覆煤系地层强反射的影响。

图3 鄂南镇泾-何家坪地区典型纯波剖面(SW-NE方向)

图4 鄂南镇泾-何家坪地区典型纯波剖面(NW-SE方向)

1.4 地震属性假象

地震属性分析技术是建立在三维地震资料基础上有效的岩性、储层预测手段,在地震勘探中发挥着重要作用。在黄土塬区针对三叠系延长组的研究中发现,振幅、波形、相位等地震属性以及根据地震资料采用地球物理反演技术获得的成果存在假象,不能够有效地反映目的层的真实相对关系。

图5是鄂南镇泾地区某工区的属性与岩性反演成果图,图5(a)为该区侏罗系底部沿煤层提取的均方根振幅平面分布图,图5(b)为反演获得的三叠系延长组中下部某油层组的砂岩厚度平面分布图。图5(b)三叠系砂岩厚度分布趋势与图5(a)侏罗系底部煤层分布趋势有明显的相关性。侏罗系煤层相对高度发育的位置所对应的三叠系砂体厚度小,反之,侏罗系煤层不发育的位置对应的三叠系砂体厚度大,且边界高度吻合。侏罗系煤层发育位置一定程度受控于前侏罗纪的古地貌,与北东东流向的河流冲沟有对应关系,而三叠系砂体处于来自西南部物源的辫状河三角洲前缘,却呈现与前侏罗纪古地貌一致的汇聚形态,这种继承性的关系与地质规律不符,且储层预测结果也与实钻不吻合。

本例中的地震属性假象,与前述井震标定问题、同相轴接触关系不清问题一致,也是来自侏罗系煤层的影响,后文另有阐述。

2 对黄土塬地区中生界地震勘探问题的思考

2.1 黄土塬地表对于地震资料的影响

鄂尔多斯盆地南部的黄土塬区表层覆厚约为几米到几百米的松散黄土,其中黄土塬区黄土厚度一般约为300 m,坡地黄土厚度为150～200 m,冲沟地黄土厚度为0～100 m,原生黄土层潮湿,基岩以下含水,由于黄土层的厚度、含水性以及速度纵横向变化较大,因此低降速带纵横向变化较大,低降速带的不均与分布和其对于地震波传播速度的剧烈影响导致严重的静校正问题。图1(b)中与地表形态相似的地下构造为静校正过度引起,而图1(c)中采用井控中长波长静校正技术较好地解决了这个问题。值得一提的是,井控静校正技术作为中长波长静校正技术的有效手段也存在不足之处,即对井资料的高度依赖,探井密度直接影响静校正效果。

图5 鄂南某工区属性与岩性反演成果

复杂的黄土层对于地震波有强烈的吸收作用[4],当在黄土表层进行激发时,一定范围表现为完全塑性,远处则可能表现为较好的弹性,地震波损耗在塑性圈的能量很大,传向远方的能量很小[5],炮点在不同激发位置时地震波损耗程度差异巨大。地表结构的复杂,直接导致地震资料在静校正、信噪比、地表一致性等方面存在与表层结构相关性强的特点。近年来随着处理人员的不断攻关和处理技术手段的提升,这些问题得到了很大改善,但一些现象依然会影响资料的应用。除了地表条件的影响之外,地下地质条件也对地震资料有很大的影响,即前述后一类的多解性问题。

2.2 中生界煤层对于地震资料的影响

鄂尔多斯盆地是一个长期发育、多旋回、多类型叠加的大型复合盆地,整体地层较平缓,但印支末期形成了一套起伏剧烈的侵蚀面。中生代时,在印支运动的作用下,鄂尔多斯盆地南部发生差异抬升,延长组上部地层受印支运动影响剥蚀严重,在强烈的剥蚀作用下形成了沟壑相间的前侏罗纪古地貌。受古地貌和古气候共同影响，上覆延安组地层煤层高度发育且分布不规则,其不规则表现为煤层厚度和发育层数横向分布不均匀,钻井揭示,单层厚度为0.2～10 m,层数为0～9层,且受前侏罗纪古地貌影响具有与古地貌相似的构造起伏。

由于鄂南中生界为碎屑岩地层夹煤层,煤层与围岩之间界面反射系数可达0.5,远大于砂泥岩界面之间的反射系数,这也就导致了煤层与围岩形成的反射强度明显大于砂泥岩界面所形成的弱反射。同时由于屏蔽了更多的地震波能量向深层传递,也导致了传递至煤层之下的地震波能量受到分布不均匀的煤层影响而出现横向不均匀的衰减。

同时,由于煤层的反射系数过强,地震波传递过程中在数套煤层之间会形成多次反射的层间反射波,这种层间多次反射波能量仍较强,旅行时与下部地层形成的一次反射波相近,从而导致多次波与一次有效波叠加干涉,干涉作用分为两部分,一是煤层形成的多次波对于下部反射轴的干涉,二是煤层所形成的反射本身对于下层反射的干涉。

根据地球物理基本原理,煤层与砂泥岩阻抗差异大,容易形成强振幅的反射同相轴,根据这个原理,配合黄土塬区独特的地层发育特征,笔者做出以下几个猜想:

(1)多套煤层之间的层间多次波干扰下部地层的成像;

(2)延安组煤层对于地震波的传递具有吸收衰减作用,而煤层与围岩所形成的强反射对临近的砂泥岩界面形成的反射也具有干涉作用,吸收衰减作用、干涉作用与可能存在的多次波共同作用,会使原本应呈现的“削截”接触关系表现出“平行褶皱”的特征;

(3)延安组内部的同相轴错断现象可能源自真实的层间小断裂,也可能由煤层的不均匀分布(相变)造成的;

(4)延安组底部的煤层与围岩形成的强反射可能是“类底辟”现象产生的原因。

为了验证这四个推论,本文设计了针对性的正演实验。如图6(a)、(c)是两种不同的剥蚀地质模型,剥蚀面之上的薄层分别为砂岩与煤层,地层速度、密度数据均来自实际测井资料。图6(b)、(d)是以上两个模型的波动方程正演结果,图6(b)水平砂泥岩界面所形成的反射轴清晰,与剥蚀面形成的削截接触关系非常明显,而图6(d)水平砂泥岩界面所形成的的反射轴能量弱,削截关系不清楚,可见与剥蚀面近平行的波组,这种倾斜的同相轴对于水平的波组具有干涉作用,层间多次波现象明显。这个实验基本证实了笔者之前的第(1)、第(2)条猜想。故前文中图2所示的合成地震记录中井旁地震道上下部的波组可能属于上部地层产生的多次波。

图6 剥蚀背景的简单正演实验

通过针对煤层分布对反射结构影响的正演实验(如图7所示)可以看出,当煤层尖灭时,煤层及其附近的反射轴能量突变明显;而当煤层不均匀分布时，特别是在单套与多套煤层之间的过渡区,煤层及其附近的同相轴表现出中断错开的特征,这种特征通常被解释为断裂,而实际地质模型中并未设计断裂。此外,延安组底部一套煤层的加入使得正演结果上表现出类似“底辟”的现象。

2.3 黄土塬区地震资料应用分析

黄土塬地区的地震资料品质涵盖了“成像质量问题”、“构造解释陷阱”和“储层预测陷阱”三大问题,其特点和成因可以简单归纳如表1。近地表结构、速度复杂变化,松散的黄土塬地表影响地震波激发传播,地下速度变化,煤层强反射界面引起的屏蔽、干涉、层间多次波等原因共同作用,最终导致地震资料应用的复杂多解(图8)。

图7 延安组底部煤层导致的同相轴中断错开和“类底辟”现象

根本原因直接原因地震资料症状应用存在的问题 地表结构地下速度黄土塬山地戈壁速度异常体煤层等强反射界面近地表结构、速度复杂地震波激发传播受地表条件影响空间速度变化屏蔽干涉层间多次波构造不准确信号同相不叠加,成像质量差有效信号弱,低信噪比能量一致性与地表相关时间域构造现象有效信号弱反射结构对应不好低信噪比,构造不准确成像质量问题构造解释陷阱储层预测陷阱

图8 黄土塬区地震资料应用难点及成因关系

地表结构、地下速度的复杂性,使成像变得复杂。在地球物理原理的限制下,特殊地质体的存在会对传统的地震资料解释模式产生一定的影响。而实际地震资料中出现的“异常”现象,可以通过地质与地球物理思维的有效结合给予合理解释。在针对鄂南黄土塬区地震资料开展工作时,应采取针对性解释原则:

(1)鄂南地区延长组受到印支末期抬升剥蚀影响,缺失部分地层,延长组残余地层与上覆延安组角度不整合,而非平行褶皱;

(2)同相轴能量突变或中断错开可能是受到煤层不均匀分布的影响,并非都是断裂,不宜盲目解释为断裂,相干检测结果的应用也应注意规避此类现象;

(3)延长组内幕反射可能受到了层间多次波的干扰,应特别重视。

3 结 论

(1)黄土塬地区中生界地震资料应用中常出现成像质量问题、构造解释陷阱和储层预测陷阱三大问题,集中表现在地震揭示构造趋势与钻井结果相差大、井震标定对应程度差异大、同相轴接触关系不清及地震属性假象问题方面。

(2)黄土塬区地震资料应用的复杂多解是黄土塬地区特殊的近地表结构、速度复杂变化,松散的黄土塬地表影响地震波激发传播,地下速度变化,煤层强反射界面引起的屏蔽、干涉、层间多次波等原因共同作用所导致的。

(3)延长组残余地层与上覆延安组角度不整合,而非平行褶皱;同相轴能量突变或中断错开可能是受到煤层不均匀分布的影响,并非都是断裂;延长组内幕反射可能受到了层间多次波的干扰,在针对鄂南黄土塬区地震资料开展工作时,应采取针对性解释原则。

(4)在地球物理原理的限制下,特殊地质体的存在会对传统的地震资料解释模式产生一定的影响。而实际地震资料中出现的“异常”现象,都可以通过地质与地球物理思维的有效结合给予合理解释。地质物探相结合是评价可靠性、解决多解性的关键。