重磁电(井)震综合物探技术在识别达巴松凸起石炭系深部火山岩中的应用

卞保力, 江梦雅, 王学勇, 张 生,蒋中发, 刘海军, 齐 松

1)中国石油新疆油田公司勘探开发研究院, 新疆克拉玛依 834000;2)中国石油东方地球物理公司综合物化探处, 河北涿州 072751

近年来, 准噶尔盆地深层火山岩勘探屡获突破,展现了火山岩储集体的良好勘探前景(何文军, 2019;张磊等, 2019; 苏东旭等, 2020; 黄芸等, 2020)。准噶尔盆地历经了多期构造运动与演化, 早期裂谷或断陷阶段一般发生过多期强烈的岩浆活动, 保存了众多的深层火山岩。在经过风化作用后, 火山岩比相同埋深的其他岩类具有更加优越的储集性能, 在合适的石油地质条件下有利于天然气体的富集, 从而形成大规模的天然气藏(毛翔等, 2012; 张磊等,2019)。达巴松凸起周缘石炭系发育大套火山岩, 岩相特征为玄武岩、安山岩、火山角砾岩及少量火山碎屑岩等, 其中以安山岩为主的火山熔岩主要以溢流相形式大面积持续喷发, 造成火山岩叠置发育,表现为地震响应特征复杂, 火山岩内部反射杂乱,各火山岩界面特征不明显(阿布力米提等, 2019; 李宗浩等, 2021)。针对达巴松凸起周缘火山岩储层地质特点, 在深入分析达巴松凸起钻井、物性资料的基础上, 利用重磁电异常信息模式判别技术, 预测了石炭系火山岩的平面展布, 缩小和锁定了深层火山岩地震勘探的有利靶区; 再以地震相分析、地震属性解释、构造制图及综合评价为主要技术手段,对深层火山岩进行定量识别和预测, 落实和优选了深层火山岩有利勘探目标, 总结了深层特殊地质体勘探的综合物探技术的识别方法, 认清了火山岩相分布规律及特点, 进而预测了本区火山岩有利储层分布, 极大提高了火山岩气藏的描述精度, 对准噶尔盆地油气勘探具有重要的指导意义。

1 研究区概况

准噶尔盆地达巴松凸起南、北两侧毗连盆1井西凹陷和玛湖凹陷两大富烃凹陷, 东西两侧以中拐凸起及夏盐凸起为界(图1)。该凸起经过石炭纪的隆起抬升及早二叠世早期剥蚀作用, 玛湖凹陷区与盆1井西凹陷区沉积明显厚于达巴松凸起区。受构造活动的影响, 研究区总体表现为南西倾, 局部发育大型背斜构造, 深、浅断裂发育, 不同期次形成的断裂直接控制着该区构造形态及油气运移。同时,深层发育玄武岩、安山岩、火山角砾岩及少量火山碎屑岩等。以安山岩为代表的火山熔岩以溢流相的形式大面积连续喷发, 导致火山岩叠置发育, 进而在地震上表现为火山岩内部杂乱反射, 火山岩边界不明显等反射特征。基于以上两大控凸、控藏因素,精细刻画断裂及预测火山岩岩相及平面展布显得尤为重要。

图1 达巴松凸起构造位置图Fig.1 Simplified tectonic sketch map showing the location of Dabasong uplift

准噶尔盆地达巴松地区自上而下发育的地层为: 第四系(Q)、新近系、古近系、白垩系东沟组(K2d)、吐谷鲁群(K1tg)、侏罗系头屯河组(J2t)、侏罗系西山窑组(J2x)、侏罗系三工河组(J1s)、侏罗系八道湾组(J1b)、三叠系、二叠系和石炭系, 石炭系为达巴松地区主要火山岩发育层位。

2 研究区火山岩综合响应特征

2.1 火山岩相重、磁、电响应特征识别、提取

特殊地质体在密度、磁化率或电阻率等物性组合方面往往存在特殊性, 可通过多方法综合物探技术对其进行综合识别、提取(冯玉辉等, 2016; 张楠等, 2019;代春梦等, 2019; 周惠等, 2019)。据此我们通过详细分析研究区不同类型火山岩的物性(密度、磁化率和电阻率)特征, 及其相应的重、磁、电等物探异常组合, 对达巴松凸起火山岩分布进行了识别和提取。

首先, 结合达巴松凸起岩屑标本测定和测井资料统计, 系统整理了达巴松凸起及周缘石炭系地层钻井岩心的密度、磁性和电阻率结果, 在此基础上确定了石炭系地层的物性组合特征(表1)。由此, 可以将研究区不同岩性在平面上的发育和展布进行识别和划分。

表1 达巴松凸起周缘石炭系岩石物性特征一览表Table 1 Petrophysical characteristics of the Carboniferous around the Dabasong uplift

通过对研究区不同岩性的重、磁、电性特征的归纳, 可以较为明确的归纳出研究区不同岩性综合物探异常的组合特征:①石炭系砂岩和泥岩等表现为中高密度和弱磁性; ②基性火成岩岩性表现为高密度和强磁性; ③安山岩、英安岩和火山角砾岩表现为中等密度和中强磁性; ④凝灰岩和霏细岩表现为低密度和弱磁性。综合利用上述综合物探异常的组合特征, 就可以较好地区分研究区内基性岩、中酸性岩、凝灰岩和砂泥岩等石炭系基岩的空间展布。缩小和锁定深层火山岩地震勘探的有利靶区, 为进一步开展深层火山岩定量识别和预测提供基础。

2.2 火山岩相地震响应特征分析

除重、磁、电综合异常特征外, 火山岩在地震剖面上同样存在明显的响应特征, 主要表现为剖面上的上小下大丘状特征, 在水平切片上与围岩之间明显呈“环状-密集-杂乱”特征(张志让等, 2011)。火山地质体侧翼具有超覆形态, 反射轴向火山岩圈闭顶端尖灭, 上部地层具有披覆特征, 中间薄两侧加厚。而不同火山岩岩相及岩性组合有不同的地震响应特征, 根据全区多口探井的井震联合分析结果,可以建立达巴松凸起石炭系火山岩储层地震响应识别模式。

(1)安山岩: 喷溢相, 表现为中-弱振幅、中-低频率、连续性差, 随火山角砾增加振幅逐渐增强、波形逐渐杂乱;

(2)玄武岩: 溢流相, 表现为似层状、中等-强振幅、连续反射特点;

(3)火山角砾岩: 爆发相, 位于火山通道附近,表现为中振幅、连续性差、中-低频率、杂乱或空白反射等特点;

(4)火山碎屑岩: 火山沉积相, 表现为弱振幅、连续性好、低频、层状-平行反射等特点。

本次研究根据巴松凸起及北部玛湖凹陷周缘的火山岩井震特征与重磁电异常形态, 在重磁电异常资料识别火山岩区域的基础上, 利用火山岩井震特征, 通过对已有井标定, 在地震剖面上清晰地划分出了不同火山岩相带的类型及分布(表 2)。主要包括: ①爆发相: 岩性主要以火山角砾岩为主。②溢流相: 岩性主要以安山岩、玄武岩为主, 含少量流纹岩。③火山沉积相: 岩性以沉凝灰岩及凝灰岩为主。

表2 达巴松凸起及玛湖凹陷火山岩井震响应特征及重磁电性异常Table 2 Characteristics of well-seismic and gravity-magnetic-electronic anomaly of volcanic rocks of Dabasong uplift and Mahu sag

3 火山岩综合识别技术的应用

3.1 高精度重、磁、电综合解释及其对火山岩区的识别

本次研究的高精度重、磁资料处理和综合解释是在综合分析认识其它物探、地质、钻井等资料基础上, 以地层岩石密度、磁化率变化特征为基础,应用异常分离技术等数据处理手段, 从重力异常和磁力ΔT异常中提取具有特定地质意义的异常信息,从而剥离得到反映石炭系地层特征的重、磁异常资料图件(图 2a, b)。从重力剩余异常图上来看, 火山岩区发育在达巴松、夏盐凸起重力高带, 主要位于玛东3—夏盐2井—达探1井一带。异常特点是重力高整体呈北东东走向, 异常值变化范围一般在0～1.29×10-5ms-2之间, 对应中基性喷发岩、火山碎屑岩等。达巴松凸起重力高带位于工区南部及陆西工区交界处, 整体呈近东西向展布, 对应中基性、中酸性喷发岩及火山碎屑岩等。从重力剩余异常图上来看, 夏盐凸起、达巴松凸起中-弱磁异常带呈宽缓的低频正磁异常特征展布, 结合钻井分析, 引起这些正磁异常的主要为石炭系中基性、中酸性喷发岩。

时频电磁资料在纵向上可以比较清晰地反映火山岩与其它岩性的差异, 可以对地下地层的深度、发育形态及展布特征有明显的反映(李燕丽等,2016; 王志刚等, 2016; 何展翔等, 2020)。根据达巴松凸起周缘部署的三条高精度建场测深精细处理,可以从电阻率高低判断火山岩的发育区域, 其中红色区域高阻部分为火山岩的发育区, 其余浅色为沉积岩或者火山碎屑岩的发育区(图2c)。

图2 准噶尔盆地达巴松凸起周缘剩余重力异常(a)、剩余磁力异常(b)和ZYOX2013TFEM-02测线电阻率反演剖面(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、剖面划分约束基础上, 利用三维重力与三维磁力反演方法, 结合测井约束标定进一步确定异常体三维空间展布(张楠等, 2016; 周月等, 2021;张镕哲等, 2021)。三维重磁物性层序反演法是依据重磁异常特征将平面异常场按等级进行划分, 形成对应的约束系数, 实施三维密度或三维磁化率反演,获得三维物性分布, 以刻画地下地质体特征。井约束三维重磁物性层序反演法是在三维重磁物性层序反演法的基础上加进井约束条件, 将已知先验信息加入到反演模型中, 对反演过程进行约束, 使得反演结果更加符合地下实际地质情况。从本次井约束三维重磁物性层序反演密度、磁化率结果来看(图3), 基本反映了研究区密度、磁化率的三维空间展布形态。

图3 准噶尔盆地达巴松凸起周缘三维磁化率体及磁化率切片图Fig.3 3-D magnetic susceptibility bodies and magnetic susceptibility sections around the Dabasong uplift in Junggar basin

3.2 火山机构识别技术

火山口控制着火山体和火山岩相分布, 明确火山口位置是寻找有利相带的关键依据。在高精度重、磁确定的有利火山岩发育带上, 在通过高精度三维地震震相拾取、分析对火山机构的形态进行刻画,可获得研究区火山机构及火山口的详细特征(张楠等, 2016; 李坤白等, 2017; 代春萌等, 2019)。首先,通过磁力垂直二次导数异常图、剩余磁力异常图判断火成岩发育区带, 研究石炭系总体火成岩分布特征(图4a)。然后, 在磁力三维反演基础上, 结合时频电磁资料、重磁电震反演剖面提取出石炭系剩余磁力异常图, 预测石炭系火成岩分布情况、识别火山口存在部位, 火山口在磁异常图上的表现往往为等轴状或椭圆状的圈闭磁力高, 个别火山口由于后期剥蚀较为严重, 异常圈闭形状稍有改变, 串珠状磁力高往往是沿基底大断裂展布的火山口的反映。本区主要有两类磁力异常, 一类为高频磁力异常, 呈等轴状、带状展布, 根据火山活动机制及岩石物性参数判别其为火成侵入岩的反映; 另一类为中低频磁力异常, 依据火山喷发岩所引起的磁力异常特征,判别主要为火山喷发岩的反映。

岩浆熔穿围岩所形成的“山根”是识别火山通道以及确定火山口位置的重要依据。深大基底断裂控制着火山口分布, 断裂与火成岩关系密切, 火山口控制岩相及岩体分布。但由于火山爆发时形成许多断裂, 火山体反作用力使其顶部变换成水平张力,上覆地层形成“地堑、半地堑”的断裂特征, 因此火山口反射特征与密集断裂反射特征混在一起。在研究中有针对性的应用构造导向滤波(图 4b), 得到相对准确的火山口检测成果。通过地层体切片、相干体切片分析方法, 发现达巴松地区发育多个较为典型的火山口, 表现为多个非线性团状和扇状外形,预测为火山岩机构发育带。由图4b可以清楚地识别火山岩喷发的中心部位, 在石炭系反射层处形成近似圆形的地震反射异常, 在相干切片上表现为裂缝高度发育区。

图4 达巴松凸起周缘典型火山口识别图Fig.4 Images identifying typical craters around the Dabasong uplift

3.3 火山岩岩相带的划分技术

火山岩在地震剖面和水平切片上的外部几何形态、内部反射结构和振幅、频率、连续性等参数特性, 是火山岩地震相的直观反映。根据邻近区域已钻标志性探井的分析, 结合井震综合标定后, 最终确定出了研究区及其附近区域石炭系综合特征为:①爆发相火山岩, 以夏盐 1井为代表, 其测井曲线特征为自然伽马值高值, 曲线锯齿化, 高幅度。地震响应特征为丘状加厚、同向轴呈现强弱相间突变,杂乱不连续、振幅强弱相间反射, 重力异常高、中强磁力、中低电阻率异常; ②溢流相火山岩, 以夏盐 2井为代表, 其测井曲线特征为自然伽马值变化小、锯齿变化程度小, 双侧向曲线数值小。地震响应特征为似层状、中等-强振幅、连续反射, 重力异常高、强磁、高电阻率异常; ③火山沉积相火山岩, 以莫深 1井为代表, 其测井曲线特征为自然伽马曲线呈锯齿-齿状, 双侧向曲呈中高值齿状。地震响应特征为层状、强振幅、连续反射, 重力负异常、弱磁、低电阻率异常(图5)。

图5 达巴松地区火山岩相井、地震、电阻率特征图Fig.5 Characteristics of the well, seismic, and resistivity of volcanic rocks from Dabasong area

采用地震相特征结合火山岩喷发模式定性预测、地震属性提取的层位选择是识别火山岩相带的关键, 主要利用火山岩地层中内插的新层位提取层间沿层地震切片或地震属性, 并根据不同的火山岩相带特性, 在测井资料约束下利用神经网络对地震波形进行分类的地震相, 对火山岩岩相预测与重磁预测的岩相平面图基本一致(图 6a), 且能更细地区分火山岩岩相。根据前述, 爆发相总体属于杂乱反射; 火山沉积相属于火山岩到沉积岩的过渡相带,兼具火山岩和沉积岩的特征, 在火山岩发育地带,它是连续性最好的区域, 同时也是成层性最好、产状变化最缓慢的区域; 溢流相带也具有一定的连续性, 但包含不规则反射。根据以上多属性划分的边界、火山机构识别的结果, 结合钻井资料可确定各个区带的火山口相、爆发相(近火山口相)、溢流相、火山沉积岩相带平面图(6b)。

图6 达巴松凸起火山岩相带划分图Fig.6 The sketch map showing the lithofacies of volcanic rock from the Dabasong uplift

目前, 综合物化探技术在准噶尔盆地深层火山岩储层油气勘探中得到了广泛应用。盆地累计完成1:5万高精度重磁勘探面积超过70 000 km2, 完成电法勘探超过10 000 km, 在盆地石炭系岩性识别、结构研究等方面取得了较好的勘探效果。

4 结论

本文在深入分析达巴松凸起地钻井、物性资料的基础上, 利用重磁电异常信息模式判别、地震相分析、地震属性解释、构造制图等综合物探评价技术, 对准噶尔盆地达巴松凸起深层火山岩进行识别和预测, 落实和优选了深层火山岩有利勘探目标:

(1)综合利用多种地球物理资料和解释技术, 在研究区深层石炭系解释并识别了火山岩14个, 火山岩总面积1562 km2, 优选部署了风险探井达探1井,在石炭系见良好天然气显示, 该井是准噶尔盆地首口在深层石炭系见天然气显示的探井, 有望开辟腹部深层大背斜、火山岩岩性油气藏勘探的新领域。

(2)准噶尔盆地叠合盆地下组合广泛发育深层火山岩, 具有利用地球物理勘探和综合解释技术进行识别和预测的物理基础。

(3)高精度重磁勘探和处理手段, 可以较快圈定深层火山岩发育区, 锁定和缩小地震勘探靶区, 再通过井震统一的解释技术, 运用地震属性、相干体刻画等方法, 使得火山岩的解释在兼顾定性和定量结果的同时进一步深入解剖了火山岩内部的精细特征。

(4)重、磁、电、井、震的有机结合, 不仅在火山岩的识别精度上有了较大提高, 也证实了火山岩性、岩相与火山岩储层的重要关系。

(5)通过本次重磁电(井)震“五维一体”综合物探技术, 认清了火山岩相分布规律及特点, 进而预测了本区火山岩有利储层分布, 极大提高了火山岩气藏的描述精度, 取得了良好的勘探效果。在此基础上开展深层特殊地质体多方法综合物探技术总结,进一步推动勘察成果的实际运用, 对准噶尔盆地油气勘探具有重要的指导意义。

Acknowledgements:

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