陳思宇，雷 宛，趙倩倩，李會(huì)娟，陶 娟

（成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院，四川成都610059）

勘探目標(biāo)的日益復(fù)雜，使得地震勘探方法難以取得各方面都滿足需求的高質(zhì)量資料。而多種地球物理方法的聯(lián)合運(yùn)用更有利于克服單一方法的局限性。綜合物探方法雖然精度和分辨率不及地震勘探，但綜合物探方法有各自的特點(diǎn)，如重磁方法橫向分辨率較高，而電磁方法，特別是大地電磁方法（MT）穿透能力較強(qiáng)，可達(dá)地下幾十甚至數(shù)百上千米，且具有不受高阻屏蔽以及對(duì)低阻反映靈敏等特點(diǎn)。綜合物探方法對(duì)于重要深度界面展布的研究、斷裂及典型構(gòu)造的劃分以及有利油氣儲(chǔ)集帶埋藏和分布的預(yù)測(cè)等方面具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，成為地震勘探方法的一種重要補(bǔ)充［1－2］。

我國(guó)南方碳酸鹽巖海相油氣遠(yuǎn)景區(qū)尚處于早期油氣勘探階段。復(fù)雜的地表地質(zhì)條件影響了地震勘探資料的品質(zhì)［3－5］。在勘探資金有限的條件下，希望盡快了解地下空間結(jié)構(gòu)、構(gòu)造形態(tài)特征及有利油氣儲(chǔ)集層埋藏分布特征，綜合物探方法最佳的選擇。綜合物探方法采用除地震勘探以外的多種地球物理方法進(jìn)行資料的綜合收集和處理，降低了單一物探方法的多解性，提高了解釋精度，推進(jìn)了該類地區(qū)油氣勘探的步伐。

鑒于各種地球物理方法的局限性及觀測(cè)誤差、數(shù)據(jù)有限等因素造成了地球物理反問題的多解性，開展綜合方法聯(lián)合正、反演是十分必要的。我們以南方海相碳酸鹽巖油氣有利儲(chǔ)層為目標(biāo)，介紹了MT、重力和磁力資料油氣藏模型聯(lián)合正、反演方法，提取出油氣地質(zhì)－地球物理理論異常特征，將理論異常特征與實(shí)際目標(biāo)特征進(jìn)行反復(fù)比對(duì)，綜合不同物探方法的各自優(yōu)勢(shì)，查明了研究區(qū)褶皺、斷裂和有利油氣儲(chǔ)集層的埋藏展布特征。

1 地質(zhì)概況與巖石物性

1.1 地質(zhì)概況

南方海相碳酸鹽巖油氣遠(yuǎn)景區(qū)地處中上揚(yáng)子板塊東南緣，構(gòu)造變形強(qiáng)烈，主要發(fā)育隔檔式和隔槽式褶皺帶，區(qū)內(nèi)除石炭系及泥盆系地層發(fā)育較薄或不發(fā)育外，較完整地發(fā)育震旦紀(jì)到三疊紀(jì)的海相地層，沉積層系最大厚度近6 000m。該區(qū)內(nèi)埋藏有下寒武統(tǒng)等南方區(qū)域性主力烴源巖和上震旦統(tǒng)陡山沱組等局部性烴源巖，同時(shí)，可能較廣泛地發(fā)育上震旦統(tǒng)燈影組、下寒武統(tǒng)石龍洞組—中上寒武統(tǒng)等南方區(qū)域性碳酸鹽巖儲(chǔ)集層［6］。從少數(shù)鉆孔資料看，普遍缺失上古生界地層。該區(qū)主要地層巖性和電阻率及密度特征見表1。

1.2 巖石物性

物性統(tǒng)計(jì)規(guī)律是綜合物探方法油氣藏模型正、反演的基礎(chǔ)，是進(jìn)行地質(zhì)－重磁電物探綜合解釋的前提條件。我們主要參考中上揚(yáng)子克拉通物性統(tǒng)計(jì)規(guī)律，即上覆沉積蓋層均為無磁性或弱磁性；電阻率及密度幅值的高低則存在一定的相關(guān)性，第四系（Q）至前晚元古界上部（AnPt33）地層電阻率值及密度值依次呈“低、高、低、高、低、高”特征（表1）；下寒武統(tǒng)—晚元古界上部（∈1—Pt33）低阻地層以及（二疊系下統(tǒng)—）志留系—奧陶系上統(tǒng)（（P1－）S—O3）的低密度地層可分別作為中上揚(yáng)子克拉通遠(yuǎn)景區(qū)內(nèi)重要的低阻標(biāo)志層和低密度標(biāo)志層，這有利于非震地球物理勘探數(shù)據(jù)的處理及解釋。

表1 中上揚(yáng)子克拉通地層巖性、電阻率及密度特征［7］

2 綜合物探方法聯(lián)合正演計(jì)算

2.1 重磁力、MT聯(lián)合正演原理

系統(tǒng)總結(jié)與歸類典型褶皺、斷層和油氣藏模型特征，參考物性統(tǒng)計(jì)規(guī)律及實(shí)測(cè)重磁力、地電結(jié)構(gòu)特征，建立重磁電物探構(gòu)造／油氣藏模型進(jìn)行正演計(jì)算。其中，重磁正演采用2.5維任意多邊形截面水平柱體重磁場(chǎng)正演方法［8］，MT正演采用2維有限元法正演方法［9］。通過綜合物探方法模型正演計(jì)算，提取出重磁力、MT對(duì)于各類地質(zhì)構(gòu)造及有利油氣儲(chǔ)層的異常響應(yīng)特征。

2.2 重磁力、MT構(gòu)造／油氣模型的建立

依據(jù)南方海相碳酸鹽巖油氣遠(yuǎn)景區(qū)內(nèi)物性統(tǒng)計(jì)規(guī)律、主要構(gòu)造單元地質(zhì)特征、區(qū)域油氣地質(zhì)特征、地球物理場(chǎng)特征、MT實(shí)測(cè)工作參數(shù)等，在缺少地震剖面以及鉆井資料的條件下，通過多種非震物探資料的解釋和綜合研究，給定了自前晚元古界～下三疊統(tǒng)（AnPt33—T1）共5套地層的電阻率、密度以及磁化強(qiáng)度參數(shù)（表2）。經(jīng)飽和煤油及飽和鹽水巖樣測(cè)試的結(jié)果顯示，當(dāng)古生界地層賦存油氣時(shí)，地層電阻率值較飽和鹽水狀態(tài)升高，升高范圍約2 000Ω·m；密度值較富水時(shí)降低，降低范圍約0.3～0.4g／cm3；由于油氣中烴類的長(zhǎng)期微滲漏作用［10］，使得油氣儲(chǔ)層及圍巖的磁化強(qiáng)度小幅升高。

2.3 重磁力、MT構(gòu)造／油氣模型正演結(jié)果

通過重磁力、MT構(gòu)造／油氣模型聯(lián)合正演，總結(jié)出了南方海相碳酸鹽巖型油氣遠(yuǎn)景區(qū)內(nèi)典型的斷層油氣藏及地層油氣藏的重磁電理論異常規(guī)律。

圖1a和圖1b分別為斷層油氣藏模型，其正、反演結(jié)果分別如圖1c和圖1d所示。在不含油氣的斷層模型中，斷裂帶左側(cè)的重力異常幅值為正，幅值為0～0.5mGal；斷裂帶右側(cè)重力異常幅值較左側(cè)呈低值特征，幅值為－0.8～－0.1mGal；在斷裂帶出露淺地表附近，重力異常曲線出現(xiàn)極小值，極小值約為－0.823mGal，與斷裂帶位置對(duì)應(yīng)較好（圖1c）。而含油氣模型中，由于油氣密度相對(duì)沉積地層較低，導(dǎo)致重力異常曲線幅值較不含油氣時(shí)整體降低，呈負(fù)異常，幅值最低－3.43mGal，而且低值范圍更大，與油氣賦存范圍在地表的投影對(duì)應(yīng)較好（圖1d）。ΔT磁異常曲線則主要反映淺地表磁化強(qiáng)度突變的位置，對(duì)應(yīng)于磁化強(qiáng)度比沉積地層更高的斷裂帶出露淺地表的位置，但ΔT磁異常曲線對(duì)埋藏于地下的油氣藏反應(yīng)不明顯（圖1e，圖1f）。在MT電性剖面中，含油氣和不含油氣斷層模型的頻率—視電阻率剖面結(jié)果（圖1g，圖1h）及反演斷面圖結(jié)果（圖1i，圖1j）均相似。當(dāng)求取含油氣與不含油氣模型MT反演斷面視電阻率值之差時(shí)，在油氣賦存的深度范圍內(nèi)，視電阻率值升幅為50～60Ω·m，與油氣賦存的層位及范圍較為吻合（圖2）。因此，在代表同一套地層的電性層內(nèi)追蹤局部高阻層位，可作為追蹤有利油氣儲(chǔ)層的重要對(duì)比依據(jù)。

表2 綜合物探構(gòu)造／油氣藏正演模型密度、磁化強(qiáng)度及電阻率參數(shù)

圖1 綜合方法聯(lián)合正演斷層油氣藏模型及計(jì)算結(jié)果

圖2 斷層模型油氣藏MT響應(yīng)

在地層油氣藏模型（圖3a，圖3b）中，對(duì)于不含油氣的情況，由于淺地表不同時(shí)代地層密度的變化，重力異常曲線反映出了正演模型剩余密度“左高右低”的特征（圖3c）；當(dāng)?shù)叵沦x存一定規(guī)模且埋藏較淺的地層油氣藏時(shí)，在油氣賦存位置投影到地表的范圍內(nèi)，重力異常值降低，降低范圍介于1～3mGal（圖3d）。含油氣模型ΔT磁異常正演曲線中，在油氣賦存位置出現(xiàn)極大值，幅值最大約為0.85nT，較好地反映了由于化學(xué)作用呈高磁性特征的油氣圈閉（圖3e，圖3f）。在MT頻率—視電阻率剖面圖（里程1～3km，頻率1～102Hz）及反演斷面（里程1～3km，深度－0.5～－2.0km）上，地層油氣賦存的位置視電阻率值升高（圖3g至圖3j）。求取含油氣與不含油氣模型MT反演斷面視電阻率值之差，可發(fā)現(xiàn)在油氣賦存的位置視電阻率升高100～600Ω·m，上覆的薄層高阻地層視電阻率值則略有下降（圖4）。

綜合以上兩組構(gòu)造／油氣藏模型正、反演結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于埋深較淺的油氣藏，綜合物探方法對(duì)其埋藏深度及空間特征響應(yīng)明顯，這有利于尋找埋藏較淺的局部下古生界有利油氣圈閉；對(duì)于埋深大于3km的油氣藏，綜合物探方法無法直接尋找油氣圈閉，主要目標(biāo)應(yīng)放在厘定油氣賦存有利層位的空間展布特征上。

圖3 綜合方法聯(lián)合正演地層油氣藏模型及計(jì)算結(jié)果

圖4 地層模型油氣藏MT響應(yīng)

3 應(yīng)用效果分析

研究區(qū)選擇在中上揚(yáng)子克拉通ZL地區(qū)，在該區(qū)中部施測(cè)了ZL綜合物探剖面，MT點(diǎn)距500m，重力點(diǎn)距50m。剖面西段為復(fù)式向斜，核部出露下志留統(tǒng)砂泥巖為主的碎屑巖，兩翼依次為奧陶系灰?guī)r、泥巖互層，寒武系白云巖層；剖面東段為復(fù)式背斜段，基底卷入褶皺核部，地表多出露元古界變質(zhì)巖系。復(fù)式背斜西邊界斷裂在燕山期是重要的逆沖推覆構(gòu)造邊界［11］，對(duì)兩翼沉積蓋層控制明顯，破壞了復(fù)式背斜的完整性。

為提高地質(zhì)－物探綜合解釋精度，將綜合物探方法構(gòu)造／油氣藏模型聯(lián)合正演所提取的重磁電理論異常特征作為對(duì)比依據(jù)，結(jié)合重力、MT油氣藏模型正、反演成果，分析理論成果與實(shí)測(cè)資料的差異，修改和完善地球物理解釋模型，盡量減小地球物理資料解釋的多解性，達(dá)到與實(shí)際的最佳擬合，推測(cè)有利儲(chǔ)層的空間展布特征。

應(yīng)用重力2.5維人機(jī)交互正、反演計(jì)算［12］方法，大地電磁非線性共軛梯度反演［13－14］方法，綜合研究區(qū)物性統(tǒng)計(jì)規(guī)律及實(shí)測(cè)地電特征，不斷修正各套地層的密度、電阻率值以及埋藏深度，密切結(jié)合有利儲(chǔ)層的分布層位，進(jìn)行地質(zhì)－地球物理綜合解釋［15－18］，劃分有利儲(chǔ)集構(gòu)造帶，推測(cè)有利儲(chǔ)層的空間展布特征。圖5是中上揚(yáng)子DZ－LSJ綜合物探剖面重力正、反演計(jì)算模型以及計(jì)算結(jié)果，局部重力異常曲線反映了上覆沉積蓋層的密度及厚度的變化；由MT最終油氣模型進(jìn)一步確定了物探剖面的地電結(jié)構(gòu)，同時(shí)推斷了有利儲(chǔ)層的空間展布特征。

從重力、MT油氣模型正、反演結(jié)果（圖5和圖6）可見：二者在相應(yīng)測(cè)線段對(duì)應(yīng)良好，所揭示的地質(zhì)結(jié)構(gòu)及特征基本一致。在里程135及152km處，呈“重力低，視電阻率等值線突變”特征，分別對(duì)應(yīng)了斷層F11與F13，由于斷裂存在多期活動(dòng)，兩盤縱向斷距較大，對(duì)上覆沉積蓋層厚度的控制作用明顯，導(dǎo)致在復(fù)式背斜段內(nèi)，普遍埋藏較深的變質(zhì)基底劇烈向上隆起，與兩斷裂外側(cè)的沉積層序形成較大差異。另外，在斷裂F11下盤一側(cè)的高阻中奧陶統(tǒng)—中寒武統(tǒng)（O2—∈2）灰?guī)r地層及下寒武統(tǒng)—晚元古界上部（∈1—Pt33）低阻地層埋深增加；研究區(qū)內(nèi)發(fā)育一套海相油氣成藏下組合以上震旦統(tǒng)燈影組白云巖、生物碎屑灰?guī)r地層為主的區(qū)域性儲(chǔ)層。結(jié)合綜合物探模型正演計(jì)算及重力、MT油氣模型正反演計(jì)算結(jié)果，推測(cè)在下寒武統(tǒng)—晚元古界上部（∈1—Pt33）低阻電性層上界面賦存薄層有利儲(chǔ)層，厚約數(shù)百米，是斷層油氣成藏前提，其賦存層位與上震旦統(tǒng)燈影組白云巖、生物碎屑灰?guī)r地層吻合，野外地質(zhì)實(shí)測(cè)資料也證實(shí)了推測(cè)。因此，確定斷層F11下盤測(cè)線段為該區(qū)重點(diǎn)有利油氣測(cè)線段，重點(diǎn)勘探層位為上震旦統(tǒng)燈影組海相碳酸鹽巖儲(chǔ)層。

圖5 重力正、反演計(jì)算模型及計(jì)算結(jié)果

圖6 重力、大地電磁聯(lián)合正、反演計(jì)算模型及計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)束語(yǔ)

立足于我國(guó)南方海相碳酸鹽巖油氣遠(yuǎn)景區(qū)，通過綜合物探方法聯(lián)合正演計(jì)算，提取出研究區(qū)內(nèi)各類典型構(gòu)造、斷裂及油氣藏的重磁電理論異常特征，再結(jié)合重力、MT油氣藏模型正、反演計(jì)算，將理論異常特征作為提取實(shí)際地電模型及油氣儲(chǔ)集層空間展布的重要對(duì)比依據(jù)，完成了（油氣）地質(zhì)－地球物理綜合解釋，揭示了研究區(qū)地下空間結(jié)構(gòu)特征以及有利儲(chǔ)層的空間展布特征，推進(jìn)了研究區(qū)油氣勘探進(jìn)程。研究結(jié)果表明了綜合物探方法模型聯(lián)合正、反演計(jì)算方法在南方海相碳酸鹽巖油氣勘探中的必要性和良好效果。

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