针对目标的非地震解释技术在鄂尔多斯盆地西缘的应用

2023-12-12李明瑞王学刚于波姚志纯张亚东黄祥虎

石油地球物理勘探 2023年6期

李明瑞，王学刚，于波，姚志纯，张亚东，黄祥虎

（中国石油长庆油田公司勘探事业部，陕西西安 710021）

1 概况

鄂尔多斯盆地西缘古生界发育多套烃源岩[1]、储层，具备很大的勘探潜力。随着资料的不断丰富和地质认识进一步深化，已证实西缘冲断带中生界构造油藏、石炭系羊虎沟组致密气藏、中上奥陶海相页岩气发育[2]。但是，该区域地质、地表条件复杂，构造样式认识不清，地层展布难以落实；加之晚期构造改造强烈，有效圈闭落实难度大[2]。YT1、LT1 等井的钻探结果与地震预测地层分布不符；过QS2、QS3、QS4 等井的地震反射剖面在深层奥陶系具有“层断轴不断”的现象；在没有钻井标定的情况下，地震识别奥陶系底时沿强反射轴追踪会发生窜层。

深层长城系发育具一定生烃潜力的泥岩，J1井长城系含气，因此，盆地深层元古界作为新层系，勘探潜力大。但盆地钻达长城系的井较少，现有的二维地震资料深层反射能量弱，深层基底断裂及地层分布不清楚，基底断裂对上覆油藏的控藏规律需进一步深化研究。鄂尔多斯盆地西缘仅依靠现有二维地震资料进行系统、深入分析存在一定难度。

因此，本文从非地震、地震、钻井多种信息入手，提出了以问题为驱动，运用针对目标的解释性非地震技术思路解决山前、地表、地下双复杂区的难题，即在非地震资料常规处理的基础上围绕地质需求进行针对性处理解释，把非地震技术用于山前复杂区走滑断裂和深部地层的识别，实现了鄂尔多斯盆地西缘地震—非地震一体化综合应用。

2 重磁电技术应用基础

通过对研究区的1000 余件岩石样品实测、30 余口井资料的密度、电阻率、磁化率的分析，同时借鉴前人物性分析结果[3-4]，认为鄂尔多斯盆地西缘具有开展重磁电研究工作的物性基础。

密度连井曲线显示基底与沉积盖层、长城系与下古生界、下古生界与上古生界间的密度界面清楚（图1），深层长城系发育一套低密度地层。

图1 研究区内密度连井曲线

通过对电测井及地面地质与CEMP 的首支电阻率资料的收集[3-4]、整理和统计分析，认为鄂尔多斯盆地西缘上古生界为一套相对低阻层；下古生界为次高阻层，下古生界地层发育较全时内部具有高低变化特征；蓟县系表现为一套高阻层或次高阻层，长城系为低阻层，太古界与下元古界为基底高阻。

因此，利用重力和时频电磁可以预测基底顶界、元古界—古生界、上—下古生界区域不整合面的地层分布。

3 针对目标的解释性非地震技术

针对鄂尔多斯盆地西缘走滑断裂体系、地层分布、深部结构的识别需求，提出了相应的非地震解释技术思路和方案（图2）。主要包括：针对走滑断裂体系的解释采用重、磁弱异常增强和体显示技术；针对地震反射层“层断轴不断”的地区，采用时频电磁目标层精细解释技术进行目标层精细反演，实现复杂区综合构造建模；针对深部地层解释，采用下古生界重力—地震联合剥层技术、重力波场分离及多界面约束反演技术，研究地层厚度和起伏；运用磁力三维反演技术研究深层的基底性质等。

图2 非地震解释技术流程

3.1 多方法识别走滑断裂体系

走滑调节断裂是本文研究的一个重点。走滑断层两盘顺断面走向相对运动[5]，两侧物性没有明显变化，通过观察被走滑断层切割的先存断裂、地形地貌或物探异常的变化等，可以分析和研究走滑断层。针对走滑断层两盘岩石物性差异小、异常显示弱的难点，先采用重、磁弱异常增强和体显示技术突出弱异常，再按不同方位进行照明，分析异常分段特征，解决走滑断裂识别难的问题。鄂尔多斯盆地西缘重力异常呈“反S形”展布，异常宽度变化明显，推测发育具有走滑性质的横向调节断层。为了更加准确反映走滑断裂的平面分布特征，采用了下述多种方法识别走滑断裂。

针对走滑调节断裂的特点，本文提出了按照多种信息“三统一、一参考”的思路，即地质资料、重力异常分区、走滑断裂错断规律相统一，并参考磁力异常分区，对走滑调节断裂进行解释。以甜水堡南断裂为例：露头显示南北方向错断；剩余重力异常表现为明显的异常转换部位；重力线性异常显示南北方向有断点，走滑断裂以北重力异常宽缓、异常走向为北北西向，走滑断裂以南重力异常紧闭、异常走向为南北向；磁力异常显示以此条走滑断裂为界明显分区（图3）。

图3 多信息综合解释走滑调节断裂

3.2 时频电磁目标层精细解释

围绕山前地表及地质复杂区，特别是研究区内的地震反射层“层断轴不断”的地区，以及地震资料深层反射能量弱的区域，首先进行时频电磁井控反演，实现目标层精细反演，在此基础上进行全层位综合构造建模。具体步骤为：①通过钻井电阻率曲线标定电性层；②参考露头标定，综合钻井、地震、地质图、重力图，对电阻率剖面构建表层精细模型；③参考浅层地震反射清楚地区，应用断层相关褶皱等理论从区域构造演化角度指导浅层的构造建模；④横向建立山前区域构造模式；⑤纵向发挥电法深部勘探优势建立深层地质模型；⑥实现三维构造模型立体可视化。

3.3 下古生界地层重力—地震联合剥层

首先利用钻井、时频电磁的电性层及地震资料清楚的反射层进行层位约束[6-10]，计算非目的层的重力异常响应；然后利用磁源伪重力岩体校正技术分离出岩性重力异常，消除火成岩等特殊岩性体的影响；最后从重力总场中剥离非目的层和岩性的异常响应，进而获取反映主要地层分布的重力异常。重点是三维密度体归一化重力异常提取：第一步基底内幕密度归一化，第二步中上元古界密度归一化，第三步上古生界地层密度归一化，第四步中新生界地层密度归一化。通过上述处理获得反映下古生界厚度变化的重力异常。

3.4 重力波场分离及多界面约束反演技术

地层密度参数统计表明，纵向发育三个主密度界面分别对应：①中生界底；②上古生界底；③长城系底。采用波场分离和多界面约束反演技术[11-14]以及下古生界地层重力—地震联合剥层技术，确定不同层系异常埋深，分别获得了上述三个界面的重力剥层异常分布特征（图4）。以中生界底为例，反映出该界面埋深在天环坳陷自南向北逐渐抬升。而在西缘冲断带中生界残余厚度差异较大，界面埋深的整体特征与研究区内10口井点实钻结果吻合度高，界面反演结果可靠。最新钻探的LT1井证实了重力异常高的区域缺失下古生界，即上古生界钻穿后进入长城系。

图4 不同界面的重力剥层异常

3.5 三维磁力反演技术

三维磁力反演方法采用Li 等[15-16]和Li 等[17]提出的重磁数据三维反演方法，利用对模型目标函数约束，同时引入深度加权函数克服位场反演中的“趋肤效应”，反演中能够对各反演单元进行磁性约束。如果把地下磁性异常体的存在视作其磁性的变化，可以用一个物性函数来表示。通过确定磁性的函数或函数值，达到确定异常体存在及其分布的目的。对于地下三维体，可划分为一系列的立方体单元，每个单元内部磁性均匀，不同单元具有不同的磁性。根据位场理论，磁性均匀的块体单元所产生的磁力异常与磁性成正比，比例系数仅与块体单元的形状及空间位置有关。当块体单元大小、位置固定时，比例系数能够预先确定。磁性是唯一描述地质体的参数，也是唯一需要反演的参数。通过分析认为，研究区发育两套磁性层，分别是基底磁性层（太古界强磁基底和中下元古界中弱磁性基底）和局部发育的火山岩磁性层。在磁力资料处理中采用多次迭代异常分离技术，获得局部火成岩体磁异常，再通过磁性体三维反演获得磁化率的空间分布。三维反演结果（图5）较直观地刻画了磁性体的空间分布特征，反映出磁性体由深到浅的发育情况。

图5 磁力三维反演磁化率分布图

4 断裂和地层的新认识

解释性非地震技术的应用给该地区断裂和地层分布带来了新的认识。走滑断裂信息的提取深化了鄂尔多斯盆地西缘已有的断裂体系和构造模式的认识，走滑断裂的分布得到了后期三维地震资料的证实。电性层分布特征引导了地震资料中深部地层的解释。

4.1 西缘南段断裂新认识

前人对鄂尔多斯盆地西缘断裂系统有所研究。基于高精度重磁资料，利用本文提出的重力异常立体影像全方位照明技术以及异常特征“三统一、一参考”的原则进行了新一轮分析，系统梳理、解剖了西缘南段断裂系统。

与已有的断裂认识相比主要有三点进展（图6）：

图6 断裂分布的新（左）、老（右）解释结果对比

一是发现了西缘一系列走滑断裂，深化了盆内走滑断裂认识，重磁电资料解释的走滑调节断裂得到了最新三维地震资料所证实（图7）。鄂尔多斯盆地西缘上地壳以逆冲为主，伴有走滑断裂。走滑调节断裂主要有近东西向、北东向和北西向三组。西缘发育的走滑调节断裂控制了中生界的分布[18]，中生界作为中央古隆起西侧古生界天然气藏的区域盖层，厚度较大的分布区保存条件更为有利。此外，高角度走滑调节断裂能够沟通深层油源，对中生界油气藏分布及油气富集具有一定控制作用。

图7 新采集的三维地震测线上走滑断裂特征

二是进一步明确西缘分段式结构。西缘南段受走滑调节断裂的控制划分为不同段，各段由于挤压应力不同，构造样式、地层发育特征不同。由南向北的构造样式变化如下：由发育高角度冲断层和基底卷入构造样式逐渐变为发育滑脱断层和逆掩推覆样式[19]，由断鼻构造逐渐变为多排隐伏构造。推断在前锋带发育的沿二叠系煤层滑脱断层下盘发育的多排隐伏构造是下步油气有利勘探区。下古生界发育断垒和地堑构造，不同构造段内断陷展布受不同走滑调节断裂控制，断陷内古生界剥蚀程度不同，断裂与古隆起共同控制了古隆起西侧地层的分布。

三是通过重新梳理西缘断裂系统，进一步落实了西缘与天环坳陷的接触关系。与以往的认识不同，非地震资料显示西缘与天环坳陷的边界断裂于彭阳东附近断距逐渐趋于零，不再向南继续延伸，因此，以往认识的天环坳陷西侧边界应进一步向西扩展。

4.2 地层预测成效以及认识

4.2.1 后期钻井证实了预测的古生界分布

过QS2、QS3、QS4 井的地震反射剖面在深层奥陶系具有“层断轴不断”现象，地震反射层虽然连续，但QS2、QS3、QS4 井钻探结果证实了同一个反射层属于不同层位。因此在没有钻井标定情况下，利用地震资料识别奥陶系底时沿强反射轴追踪会发生窜层（图8）。时频电磁反演的电阻率剖面反映古隆起西侧发育正断层，断层东、西两侧地层厚度发生了明显的变化，古隆起西侧下古生界发育于中新元古界裂陷槽背景之上，古隆起上方下古生界减薄或者缺失，时频电磁预测地层结果进一步被钻井验证。断裂以西，下古生界巨厚，QS3 井实钻超过600 m；断裂以东，下古生界厚度薄，QS2 井仅残存几十米（图8）。基于非地震资料成果，在西缘南段上钻YT3 井，重力剥层异常反映YT3 井下古生界发育厚度较大（图4b中），时频电磁目标层精细反演的电阻率剖面图显示奥陶系次高阻层（图9 中O1-O2）巨厚，约2000 m；YT3 井实际钻揭中上奥陶统厚度为2000 余米，重力和时频电磁预测结果与实际钻探结果吻合。同时，YT3 井在奥陶系获突破，成为盆地首口古生界工业油流井，拉开了古生界石油勘探的序幕，进一步证实了盆地西缘南段古生界油藏的勘探潜力。

图8 过QS2-QS3-QS4 井地震反射剖面（下）与时频电磁反演电阻率（上）对比

图9 过YT3 井的时频电磁反演电阻率图

4.2.2 识别了深部长城系地层

古隆起西侧深层发育低电阻率和低密度地层，利用重力—地震联合反演和重力剥层技术刻画了长城系裂陷槽的分布，在前人认识的基础上，进一步细化了中上元古界的整体分布，盆地内裂陷成北东—南西向厚薄相间展布。

4.2.3 提供了下步风险井位部署建议

通过对重磁电、地震、钻井资料等多种信息的一体化研究，分析了鄂尔多斯盆地西缘南段中央古隆起西侧的断裂、古生界分布、长城系裂陷槽的展布特征，结合烃源岩、储层分布、盖层条件、断层及圈闭发育情况等，预测西缘南段三个领域可作为下一步勘探的有利区。

（1）鄂尔多斯盆地中央古隆起对下古生界具有重要控制作用。盆地中东部已经发现下古生界风化壳气藏和白云岩岩性圈闭气藏。本文通过分析认为中央古隆起西侧下古生界发育，且靠近上古生界煤系源岩成藏条件较为有利，因此，古隆起西侧的鼻状隆起区背景上发育的断垒和地堑构造是进一步勘探的有利区，同时提供了风险井点位。

（2）鄂尔多斯盆地西缘冲断带惠沙断裂下盘发育的多排隐伏构造是古生界进一步勘探的首选目标。

（3）西缘逆冲断层具有多层系非常规气立体勘探的潜力。源岩及盖层为中上奥陶统、羊虎沟组及太原组暗色泥岩；区内储层包括乌拉力克组、羊虎沟组及太原组[20]。YT3井向南有古生界地层的分布，储层和烃源岩均较发育。YT3井南部古隆起的西侧，重力导数异常明显，推断YT3井南部构造发育，因此，预测YT3井向南古隆起的西侧构造圈闭发育区可作为下一步油气勘探有利区。