准噶尔盆地南缘时频电磁浅部砾石层识别及对深层非常规油气勘探的意义

白诗筠，张 生，崔志伟，卞保力，宋志华，张嵘鑫

(1.中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司，河北 涿州 072751；2.中国石油集团新疆油田分公司，新疆 克拉玛依 834000)

0 引言

准噶尔盆地南缘冲断带油气资源丰富，长期以来受到地质家们的关注。近年来，随着准噶尔盆地南缘四棵树凹陷高探1井的油气高产突破，进一步表明了准噶尔盆地南缘具备形成大型油气田的潜力。但是，准噶尔盆地南缘冲断带地质结构复杂，目前存在多个勘探难点，其中对油气勘探影响较大的因素是浅层第四系发育巨厚的砾石层，造成地震速度建模困难，严重影响了深层圈闭目标的落实。

准噶尔盆地南缘地貌复杂，发育多个河道和冲积扇，砾石层广泛分布。砾石层对勘探的影响主要表现在3个方面：1)冲积扇主体砾石沉积区稳定砾石底界获取难，影响构造形态；2)背斜两翼高陡过渡区速度波场变化较大，静校正方法难以适应，静校正精度低，影响构造接触关系落实；3)河流及周缘表层结构突变，精细建模难，影响成像品质，断裂难刻画。

该文系统研究了准噶尔盆地南缘浅层砾石的物性特征，总结砾石的电阻率特征，同时开展时频电磁模型正演，设计了针对浅层砾石的双源宽频时频电磁采集参数，以达到精确刻画砾石的目的，为地震速度建模提供依据。

1 工区地震地质分析

准噶尔盆地南缘冲断带的形成和演化直接受控于天山造山带的形成和演化。白垩纪—古近纪时期，天山造山带已经隆起，至新近纪，天山进一步抬升，南高北低的古地形决定了主要物源方向为由南向北。四棵树凹陷受构造作用的影响，新近系的沉积演化表现出一个抬升变浅、充填萎缩以及沉积体系不断向北迁移的湖盆主体。沉积物在山前地带厚度巨大，发育多个冲积扇体。由于砾石层是与冲积扇相关的，因此研究区域内的冲积扇形成及演化特征可以更好地了解砾石层空间分布特征。

钻探成果表明，准噶尔盆地南缘四棵树凹陷主要发育第四系、新近系、古近系、白垩系及侏罗系等地层。准噶尔盆地南缘电阻率测井资料显示，研究区地层电性特征清晰，自上而下表现为“表层高阻-次高阻-低阻-相对高阻-低阻”的电性特征，电阻率测井曲线如图1所示。

图1 研究区电阻率测井曲线Fig.1 The resistivity logging curve of the study area

第四系(Q)测井电阻率值较大，一般为20～300 Ω·m,表现为典型的高阻特征；新近系独山子组(N2d)测井电阻率值相对稳定，一般为10～80 Ω·m，总体表现为一套次高阻层；新近系塔西河组(N1t)地层电性具有“上高下低”的特征，测井电阻率值稳定在1～10 Ω·m，总体表现为一套低阻层；新近系沙湾组(N1s)测井电阻率值一般为5～40 Ω·m，为相对高阻层；古近系—白垩系(E-K)测井电阻率值相对较小，一般为1～15 Ω·m，表现为低阻特征。电阻率测井曲线显示，浅层第四系西域组砾石层表现为典型的高阻特征，电阻率值明显高于正常沉积地层。

研究区测井地层电阻率统计见表1。通过对研究区电阻率特征分析，砾石电性特征差异明显，具备利用时频电磁法识别砾石层的先决条件。同时也与研究区的区域地质认识符合，可以用时频电磁法对该区的巨厚砾石层进行识别。

表1 研究区测井地层电阻率统计表Table 1 Statistical table of resistivity of logging formation in study area

2 时频电磁浅部砾石层反演预测

为了研究砾石层分布特征，在准噶尔盆地南缘冲断带四棵树凹陷西湖1、独山1、高探1和托6井区开展了时频电磁勘探工作，部署3条时频电磁测线，测线总长度127 km，卫星图片如图2所示。采用时频电磁Occam反演方法对卫星图片进行了处理，获得了3条时频电磁电阻率反演剖面。

图2 准噶尔盆地南缘四棵树地区卫星图片Fig.2 Satellite image of Sikeshu Area in the southern margin ofJunggar Basin

以往的研究成果表明,准噶尔盆地南缘第四系西域组砾石层广泛发育,横向厚度变化较快,砾石层最大厚度可达2 km,地震难以有效识别,三维地震剖面如图3所示。为了预测砾岩分布特征,该文对时频电磁电阻率反演剖面进行了砾岩分布预测。

图3 准噶尔盆地南缘四棵树凹陷过独南构造东西向三维地震剖面(上部方框为难以识别的浅层砾石；下部圆框为难以精确落实的深层目标)Fig.3 EW-trending 3D seismic profile passing through the Dunan structure in the Sikeshu Sag,southern margin of Junggar Basin(The upper box is shallow gravel that difficult to identify; The lower box is the deep target is difficult to achieve precisely)

从准噶尔盆地南缘四棵树凹陷01线时频电磁电阻率反演剖面可以看出，研究区浅层发育较厚的连续高阻层，依据岩性物性分析，上述高阻层主要为砾石层的表现。根据高探1井标定，分析认为浅层主要存在3套不同的电性标志层[3]：第1套电性标志层为潜水面的响应，潜水面以上地层不含水，岩石间主要为空气填充，导电性较差，电阻率较高，此界面在电阻率剖面上主要表现为电阻率极值面，其底界埋深一般约在200 m；第2套电性标志层为粗碎屑高速砾岩，高速砾岩位于潜水面以下，岩石含水具有一定的导电性，电阻率由大变小。高速砾岩在01线时频电磁电阻率反演剖面如图4所示，呈“南厚北薄”的特征，南部天山山前砾石沉积较厚，向北厚度逐渐减小，剖面上高速砾岩最厚处位于高探1井以南，厚度可达1 500 m；第3套电性标志层为中-细碎屑次高速砾石层，位于高速砾岩下部，岩石粒级度较上部高速砾岩明显变小，岩性以砂砾岩和砂泥岩互层为主，电阻率相对较低。次高速砾岩在时频电磁电阻率反演剖面上厚度较小，其分布较为均匀。

图4 准噶尔盆地南缘四棵树凹陷双源宽频时频电磁01线电阻率反演剖面Fig.4 Dual-source broadband time-frequency electromagnetic resistivity inversion profile of line 01 in the Sikeshu Sag, southern margin Junggar Basin

时频电磁01线电阻率反演剖面揭示的砾石展布规律，主要与四棵树河形成的冲积扇相关，在山前深大断裂下盘快速沉积；北部远离断裂一侧厚度逐渐减薄，岩相主要以扇中相和扇前缘相为主。

准噶尔盆地南缘四棵树凹陷02线时频电磁电阻率反演剖面显示,浅层高速砾岩层总体具有“东厚西薄”的特征,厚度横向变化剧烈,高速砾石层最大厚度在西湖2井东,厚度可达1 100 m,测线西段高速砾石层厚度较小,约为300～500 m；中-细碎屑次高速砾岩沉积相对较为稳定,测线东段最大沉积厚度约为800 m,向西厚度减小至约400 m。高速砾岩在02线时频电磁电阻率反演剖面如图5所示,时频电磁02线砾石主要与第四系冲积扇分布有关。测线东部邻近独山子背斜,为砾石的主要物源区,砾石加厚区位于独山子背斜翼部,结合地表露头分析,奎屯河古河道对西湖1井东局部砾石层厚区有明显控制作用,奎屯河在早期流经剖面砾石层该部位,后期受构造应力影响河流冲破独山子背斜核部,河流改道形成了现今的沉积格局。测线西段远离天山和独山子背斜等物源区,砾石沉积厚度较小。

图5 准噶尔盆地南缘四棵树凹陷双源宽频时频电磁02线电阻率反演剖面Fig.5 Dual-source broadband time-frequency electromagnetic resistivity inversion profile of line 02 in the Sikeshu Sag, southern margin Junggar Basin

通过电阻率剖面反演预测浅层电性变化规律,认为砾岩的岩性分布总体表现为,SKS2019TFEM-1线剖面显示高探1井以西砾岩最厚,且电阻率最高,主要位于冲击扇的扇根部位。由于四棵树地区砾岩沉积相模式主要是长期稳定和继承性的单物源冲积扇,砾石顺物源方向粒度逐渐减小,结合过高探1井的电阻率剖面可以发现,由南向北即由山前向盆地方向中浅部电阻率逐渐变小,说明砾岩粒度逐渐变细,这与其他野外露头的特征相吻合。研究区的冲积扇物源主要来自于几大水系,高泉地区主要是四棵树河这一大水系形成的冲积扇,从扇根到扇端的砾石大小都呈减小趋势,而且四棵树河第四系冲积扇的扇根和扇端砾石大小有几十倍甚至上百倍的差距,扇根的砾石普遍是粗砾,含巨砾和中砾,而扇中以中砾为主,到扇端主要发育小砾岩-细砾岩。而各层系之间,由于研究区后期构造活动强烈,使得后期冲积扇发育,因此无论是哪个水系的沉积物,在相同位置,自下而上砾石都是不断变大的。电阻率剖面电性特征较清楚地揭示了中浅部电性特征自下而上逐渐变大,第四系电阻率要高于新近系,因此由新近系向第四系砾岩粒度逐渐变大。

3 浅部砾岩的精细刻画对深层非常规油气勘探意义

1)建立浅层准确的速度模型，为深层速度谱及模型建立打下了坚实的基础。

2)根据时频电磁揭示的电性结构，为地震速度建模提供了重要依据，有效提升了深层非常规圈闭及勘探目标的精度。从图6所示准噶尔盆地南缘地震HE201211 K线成像多轮迭代PSDM对比剖面可以看出，地震常规处理剖面深层目标成像较差，构造刻画不清(如图6a所示)；参考该文时频电磁速度建模的处理剖面成果及建立的速度谱模型，深层反射特征清楚，地震资料品质有了明显的改善(如图6b所示)。改善的地震剖面在深部非常规油气勘探层位及目标识别中发挥了重要作用。

图6 准噶尔盆地南缘地震HE201211K线成像多轮迭代PSDM对比剖面Fig.6 Multiround iterative PSDM contrast profile of seismic HE201211K line imaging in southern margin Junggar Basin

4 结论

1)双源宽频时频电磁技术在常规时频电磁勘探的基础上，通过加密高频采集频率，可大幅提升时频电磁浅层勘探精度。准噶尔盆地南缘冲断带勘探实践表明，第四系西域组砾岩与正常沉积地层之间存在明显的电阻率差异，具备时频电磁勘探良好的物性条件，当时频电磁高频采集频点拓展至58个以上，可有效探测砾岩分布形态和底界埋深。

2)双源宽频时频电磁精确刻画了准噶尔盆地南缘浅层砾石的发育特征，较为清晰地识别出了研究区砾石展布规律，发现准噶尔盆地南缘浅层主要发育2套砾石层，上部为低速砾石层，表现为“高阻低速”特点，沉积相对稳定，厚度较小；下部为高速砾石层，厚度较大，随着埋深逐渐增大，电阻率逐渐降低，该套砾石横向厚度变化剧烈，向山前快速堆积，最大厚度可达1 500 m，对地震速度建模影响较大。

3)时频电磁在准噶尔盆地南缘浅层砾石的解释结果，为地震速度建模提供了重要参考，从而大幅提升了地震深层目标刻画的精度，后续钻探的呼探1井及天安1井等钻探结果与解释成果吻合度高。

4)近年来，通过准噶尔盆地南缘测井资料的分析，发现浅层砾石的电阻率明显高于正常沉积地层，具备通过双源宽频时频电磁法进行砾石识别刻画的物性条件。通过模型正演等技术，制定了针对浅层砾石的时频电磁采集参数，并在准噶尔盆地南缘四棵树凹陷开展现场试验攻关，在深层非常规油气勘探中取得了较好的勘探效果。