顧 雯, 徐 敏, 梁 虹, 章 雄, 張洞君, 陸林超, 陳愿愿

(中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司 地球物理勘探公司，成都 610213)

川東雜鹵石的地球物理響應(yīng)特征及地震勘探技術(shù)

顧 雯, 徐 敏, 梁 虹, 章 雄, 張洞君, 陸林超, 陳愿愿

(中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司 地球物理勘探公司，成都 610213)

探討雜鹵石定量預(yù)測(cè)的技術(shù)方法流程。四川盆地三疊系是雜鹵石礦的主要產(chǎn)出層段，但因埋藏深(1～4 km)、厚度薄(單層厚度1 m)，勘探難度大。針對(duì)雜鹵石的特征，從地震勘探角度出發(fā)，采用層拉平技術(shù)、“印模法”、地震多屬性分析技術(shù)、井震協(xié)同反演技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)行各種地震勘探技術(shù)研究，總結(jié)出一套適用于雜鹵石定量預(yù)測(cè)的技術(shù)方法流程。雜鹵石的成因、運(yùn)移以及與斷層的關(guān)系復(fù)雜，通過采用高分辨率AFE技術(shù)對(duì)其進(jìn)行疊后裂縫預(yù)測(cè)，認(rèn)為川東地區(qū)雜鹵石與裂縫有關(guān)。

雜鹵石；三疊系；印模法；地震多屬性；井震協(xié)同反演；AFE技術(shù)

鉀肥是農(nóng)業(yè)三大肥料之一，鉀鹽對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重大意義。雜鹵石(K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O)是一種含鉀礦物，且分布范圍較廣，可直接作為復(fù)合鉀肥使用。雜鹵石的分布具有一定規(guī)律性。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，全球大型雜鹵石集中分布在二疊系、三疊系、古近-新近系這3個(gè)時(shí)期地層中，并集中出現(xiàn)在北緯20°～50°，而中國(guó)正處于雜鹵石富集帶中[1]。上揚(yáng)子板塊西南緣的四川盆地鹵水資源豐富，盆地內(nèi)下、中三疊統(tǒng)蒸發(fā)巖極為發(fā)育，石膏層、鹽鹵水廣泛分布，深部富含鹽巖及雜鹵石，局部見鉀鎂鹽礦物，說明四川盆地三疊系具備成鉀的地質(zhì)前提[2]。近年來隨著四川鉀鹽資源研究和油氣勘探開發(fā)的深入，川東鉀鹽的勘探開發(fā)有一定突破。鑒于中國(guó)對(duì)鉀鹽大量需求和相對(duì)較少的鉀鹽儲(chǔ)量,進(jìn)一步進(jìn)行鉀鹽勘探有重大意義[3-16]。本文從地球物理角度出發(fā)，開展雜鹵石的定量預(yù)測(cè)研究，提出一套針對(duì)雜鹵石的地球物理綜合預(yù)測(cè)技術(shù)流程，以更好地識(shí)別雜鹵石展布規(guī)律，為雜鹵石勘探開發(fā)提供技術(shù)支持。

1 雜鹵石成因和賦存地質(zhì)條件

四川盆地隱伏性鉀鹽資源埋藏較深，具有多期成鹽、3期聚鉀的特點(diǎn)，分布極不均勻，成因類型復(fù)雜多樣。雜鹵石是尋找鉀鹽礦床的重要線索和標(biāo)志，深入研究雜鹵石成因?qū)︹淃}開發(fā)有重要意義。林耀庭等[2]對(duì)農(nóng)樂地區(qū)的雜鹵石礦體分布特征及成因開展過系統(tǒng)研究，認(rèn)為雜鹵石的分布嚴(yán)格受巖性控制，與硬石膏依附產(chǎn)出，在構(gòu)造破壞作用較強(qiáng)的構(gòu)造破碎帶，水化石膏及角礫巖大量發(fā)育，很少保存硬石膏，因此無雜鹵石分布。礦層底板巖層的破碎，致使地下承壓水進(jìn)入石膏層，硬石膏發(fā)生水化，雜鹵石則發(fā)生淋蝕作用。同時(shí)，雜鹵石交代硬石膏的現(xiàn)象普遍存在，在雜鹵石內(nèi)常殘存硬石膏的條帶，推測(cè)為三疊系成巖作用之后，由外來富K、Mg的溶液沿硬石膏晶間孔隙及巖層構(gòu)造裂縫發(fā)生交代作用形成的。

近些年，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過大量的研究[17-21]，發(fā)現(xiàn)雜鹵石的成因主要有3種：(1)原生沉積作用，當(dāng)海水濃縮到硫酸鉀鎂鹽沉積階段時(shí)，有一部分外來鈣源作為補(bǔ)充，形成雜鹵石；也可能是在硫酸鈣沉積階段有鉀鎂離子作為補(bǔ)充形成。(2)準(zhǔn)同生交代，早期沉淀的硬石膏(或石膏)與鹵水不斷濃縮形成的濃鹵水(濃鹵水中富含鉀、鎂離子)發(fā)生反應(yīng)形成雜鹵石。(3)后生交代，在成巖作用以后，外來溶液與巖石發(fā)生交代作用形成雜鹵石；也可能存在不同水體的混合摻雜作用。

由于雜鹵石成因復(fù)雜，其預(yù)測(cè)難度也很大。林耀庭等[2]推測(cè)雜鹵石是在三疊系成巖作用之后，由外來富K+、Mg+的溶液沿硬石膏晶間孔隙及巖層構(gòu)造裂縫發(fā)生交代作用形成的。眾所周知，裂縫發(fā)育帶與構(gòu)造密切有關(guān)，同時(shí)考慮到與大斷裂的伴生關(guān)系，斷層附近往往伴生大量裂縫，在遠(yuǎn)離斷層的地區(qū)迅速消失。筆者認(rèn)為原生沉積的雜鹵石與裂縫成因無關(guān)，對(duì)于交代作用的雜鹵石則與裂縫密切相關(guān)，本區(qū)雜鹵石主要與交代作用有關(guān)。

2 雜鹵石的地球物理響應(yīng)特征

川東地區(qū)嘉五2(T1j5-2)-雷一1(T2l1-1)沉積時(shí)期在古地理位置上處于局限海臺(tái)地、蒸發(fā)臺(tái)地的局部低凹地區(qū)，水體循環(huán)性差，蒸發(fā)作用強(qiáng)，從而形成膏巖沉積。塑性的膏鹽層在強(qiáng)構(gòu)造應(yīng)力作用下揉皺變形，地震響應(yīng)特征為強(qiáng)波峰反射但連續(xù)性差，盆地內(nèi)雜鹵石見于嘉四2(T1j4-2)、嘉五2-雷一1及雷四2(T2l4-2)3套含鹽層系中。雜鹵石由于賦存于膏鹽層(石膏、硬石膏)中，在地震剖面上被屏蔽于膏鹽層的強(qiáng)波峰反射中；且雜鹵石層厚度較薄，預(yù)測(cè)難度較大(圖1)。

為進(jìn)一步分析雜鹵石的地震響應(yīng)特征，筆者進(jìn)行了正演模型分析。先設(shè)計(jì)一個(gè)含雜鹵石和膏鹽的楔形模型(圖2)，再選用35 Hz雷克子波進(jìn)行正演模型試驗(yàn)。從正演模型結(jié)果(圖3)看出，雜鹵石在地震上的響應(yīng)特征是強(qiáng)峰反射。這和前面的分析相呼應(yīng)，即雜鹵石由于賦存于膏鹽層(石膏、硬石膏)中，其地震響應(yīng)特征受到膏鹽的影響，被屏蔽于膏鹽的強(qiáng)峰反射中。

3 雜鹵石的地球物理預(yù)測(cè)方法

雜鹵石單層厚度薄，由于地震分辨率的限制，傳統(tǒng)地震反演方法無法滿足雜鹵石的精細(xì)預(yù)測(cè)。地震資料雖然分辨率較低，但具有橫向分布密集的優(yōu)勢(shì)。地震沉積學(xué)研究表明，地震波形的橫向變化與沉積環(huán)境密切相關(guān)，可以利用地震波形的橫向變化精細(xì)描述空間結(jié)構(gòu)的變化特征。

首先，對(duì)該地區(qū)采用“殘厚法”、“印模法”相結(jié)合進(jìn)行古地貌研究，精細(xì)刻畫三疊系沉積時(shí)期古地貌特征，優(yōu)選對(duì)雜鹵石薄層敏感的弧長(zhǎng)屬性，先定性劃分出雜鹵石有利預(yù)測(cè)區(qū)域。

圖1 井震精細(xì)標(biāo)定Fig.1 Synthetic seismogram of signature log

圖2 雜鹵石楔形模型Fig.2 Wedge model of polyhalite

圖3 雜鹵石正演模型Fig.3 Forward model of polyhalite

其次，采用地震波形特征指示反演方法[22]嘗試定量預(yù)測(cè)雜鹵石分布。其主要思想是將地震波形的薄層干涉特征作為判別、優(yōu)化反射系數(shù)結(jié)構(gòu)的控制條件，將待預(yù)測(cè)的地震波形與所有已鉆井地震波形進(jìn)行比較，篩選出波形特征最相似的井作為優(yōu)選樣本，模擬儲(chǔ)層的縱向分布結(jié)構(gòu)。該方法充分利用地震波形的橫向變化來表征儲(chǔ)層的空間結(jié)構(gòu)變化，模擬結(jié)果更客觀，根據(jù)樣本井的分布特征進(jìn)行克里金概率模擬，得到每一個(gè)樣點(diǎn)值的概率分布。模擬過程充分利用了空間密集分布的地震數(shù)據(jù)并體現(xiàn)了相控模擬的思想，其頻率成分是一個(gè)由低到高逐步確定的過程，高頻成分的整體確定性相比傳統(tǒng)隨機(jī)模擬得到大幅提高。與傳統(tǒng)隨機(jī)模擬不同的是地震波形指示模擬建立初始模型的過程并不采用序貫的方式進(jìn)行，即待模擬點(diǎn)的模擬數(shù)據(jù)并不參與下一個(gè)未知點(diǎn)的模擬過程。這樣做使得模擬過程更加遵從地震波形相似的樣本優(yōu)選原則，使模擬結(jié)果中頻(地震頻帶)符合地震反演結(jié)果，超出地震頻帶的高頻成分與樣本井結(jié)構(gòu)特征一致，即完成了預(yù)測(cè)道的模擬，得到寬頻帶模擬體。此方法深度協(xié)同地震的橫向分辨能力與測(cè)井的垂向分辨能力，實(shí)現(xiàn)雜鹵石分布預(yù)測(cè)，對(duì)四川盆地三疊系雜鹵石的定量預(yù)測(cè)方法進(jìn)行了探索。

另外，采用高分辨率“AFE技術(shù)”[23]對(duì)工區(qū)進(jìn)行疊后裂縫預(yù)測(cè)，為后期工程鉆井改造提供技術(shù)支撐。

4 應(yīng)用效果分析

4.1 雜鹵石定量預(yù)測(cè)

本區(qū)雷口坡組的各段主要為灰?guī)r、白云巖與硬石膏巖呈多旋回的頻繁互層，各層段不同程度地發(fā)育有硬石膏巖，層數(shù)較多，單層厚度小，橫向變化大，雜鹵石賦存于膏鹽層(石膏、硬石膏)中，與其伴生。依據(jù)地球物理方法尋找油氣的思路，本文先結(jié)合沉積特征、古地貌分析、地震屬性分析優(yōu)選雜鹵石有利區(qū)域，再進(jìn)一步應(yīng)用地震波形指示反演定量預(yù)測(cè)雜鹵石富集區(qū)。

印模法[24]是以補(bǔ)償沉積原理為參考依據(jù)，通過水平基準(zhǔn)面(侵蝕面至其上覆)的厚度反映古地貌。一般情況下，厚度較大的地方，就處于古地貌的低勢(shì)區(qū)；厚度較小的地方，就處于古地貌的高勢(shì)區(qū)。從雷一3-嘉五2古地貌圖上(圖4)看出，含雜鹵石井主要分布在古地貌低勢(shì)區(qū)；在等厚構(gòu)造圖上主要分布在陡緩轉(zhuǎn)折帶和向斜部位(圖5)。

圖4 雷一3--嘉五2古地貌圖Fig.4 Palaeogeomorphic block map for T2l1-3-T1j5-2

圖5 雷一3--嘉五2厚度分布平面圖Fig.5 Contour map showing the thickness of T2l1-3-T1j5-2

弧長(zhǎng)屬性[3]是振幅與頻率的混合屬性，指時(shí)窗內(nèi)地震道波長(zhǎng)度，其大小間接反映了地震波振幅和頻率的大?。赫穹酱?，頻率越高，則對(duì)應(yīng)的弧長(zhǎng)越長(zhǎng)。本文優(yōu)選弧長(zhǎng)屬性進(jìn)行雜鹵石定性預(yù)測(cè)。從表1中雜鹵石的弧長(zhǎng)值與厚度可看出，弧長(zhǎng)值基本能表征雜鹵石的富集規(guī)律?；￠L(zhǎng)屬性平面圖上有利區(qū)分布與雜鹵石富集規(guī)律的地質(zhì)認(rèn)識(shí)相吻合(圖6)。結(jié)合古地貌分析、厚度平面圖結(jié)果，綜合劃分出嘉五2-雷一3雜鹵石富集有利區(qū)。

在定性基礎(chǔ)上采用地震波形指示反演技術(shù)進(jìn)行雜鹵石的定量預(yù)測(cè)，圖7為L(zhǎng)G27井至LH005-x1井連井反演剖面，圖中黃紅色表征雜鹵石層段。從圖中看出，反演整體面貌較好，綠黃色層段呈較連續(xù)展布，雜鹵石層段整體厚度與實(shí)際鉆井資料吻合較好，符合地質(zhì)規(guī)律。

在反演基礎(chǔ)上結(jié)合雜鹵石的測(cè)井響應(yīng)特征，最終得到雜鹵石富集區(qū)厚度平面圖(圖8)。區(qū)內(nèi)雜鹵石富集區(qū)展布趨勢(shì)與弧長(zhǎng)屬性具有相似特征，雜鹵石厚度西北部較東南部厚，且厚度變化較大；向斜區(qū)及陡緩轉(zhuǎn)折帶雜鹵石分布較厚(井以西)，構(gòu)造頂部(井附近)雜鹵石較薄。除此以外，LH潛伏構(gòu)造及工區(qū)東部零星存在一些雜鹵石發(fā)育區(qū)。厚度平面圖基本符合沉積地質(zhì)規(guī)律，且反演厚度與鉆井吻合度較高，為雜鹵石的定量預(yù)測(cè)提供了技術(shù)支撐。

圖7 地震波形指示反演剖面圖Fig.7 Inversion section of seismic wave indicator

4.2 裂縫預(yù)測(cè)

AFE技術(shù)[23](auto fault extraction)是在第三代本征相干屬性結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行傾角掃描，通過2兩次濾波來消除采集和處理過程中帶來的不規(guī)則干擾。第一項(xiàng)濾波是沿主測(cè)線或聯(lián)絡(luò)測(cè)線方向進(jìn)行線性噪音濾波，使得有效信息增強(qiáng)；第二項(xiàng)濾波是消除一定角度范圍以外的信息，使得特定角度范圍內(nèi)的有效信息增強(qiáng)。通過對(duì)其進(jìn)行線性濾波和斷層邊界增強(qiáng)，提取傾角和方位屬性，進(jìn)行小尺度的裂縫識(shí)別。對(duì)于由構(gòu)造變形引起的裂縫發(fā)育帶和斷層，采用AFE技術(shù)效果更為明顯。

表1 雜鹵石弧長(zhǎng)屬性值與厚度Table 1 Arclength attribute values and thickness of polyhalite

圖8 LH地區(qū)雷一3--嘉五2雜鹵石厚度平面圖Fig.8 Map showing polyhalite thickness of T2l1-3-T1j5-2 in LH area

圖9 LH地區(qū)雷一3--嘉五2裂縫分布預(yù)測(cè)圖Fig.9 Fracture prediction for T2l1-3-T1j5-2 in LH area

圖9是該區(qū)裂縫分布預(yù)測(cè)圖。由于構(gòu)造擠壓強(qiáng)烈，除華鎣山1號(hào)、2號(hào)、30號(hào)斷層為南北向展布，其余斷層皆為近東西向展布，地形變形強(qiáng)烈；平面圖上小尺度裂縫特征清晰，大型斷裂AFE特征值強(qiáng)，小尺度裂縫特征值相對(duì)較弱；含雜鹵石井主要位于裂縫發(fā)育帶附近。

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

a.鑒于對(duì)四川盆地東部LH地區(qū)雜鹵石礦層的研究是首次利用地震資料進(jìn)行定量預(yù)測(cè)，本文通過多種地震勘探方法探索性預(yù)測(cè)，總結(jié)出一套適用于四川盆地東部地區(qū)雜鹵石的地震綜合預(yù)測(cè)技術(shù)流程，即先確定雜鹵石地震響應(yīng)特征和測(cè)井響應(yīng)特征，再通過印模法、地震屬性技術(shù)、井震結(jié)合反演技術(shù)綜合預(yù)測(cè)雜鹵石有利富集區(qū)，結(jié)合地質(zhì)理論及認(rèn)識(shí)，為四川盆地雜鹵石的定量預(yù)測(cè)提供技術(shù)性支撐。

b.本區(qū)由于嘉陵江組內(nèi)部膏巖非常發(fā)育，并且受構(gòu)造擠壓作用影響膏巖塑性揉皺劇烈，頂部膏巖流向斷層下盤的陡緩轉(zhuǎn)折帶，使該部位的膏巖積累且厚度增加；在向斜的一些相對(duì)低洼處膏巖沉積也較厚，它們皆為雜鹵石的有利富集區(qū)。

c.雜鹵石的成因、運(yùn)移以及與斷層的關(guān)系存在多解性，本文通過對(duì)雜鹵石進(jìn)行裂縫預(yù)測(cè)，認(rèn)為該地區(qū)雜鹵石成因與裂縫有關(guān)。

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CharacteristicsgeophysicalresponseofpolyhaliteanditsseismicexplorationtechnologyineastSichuanBasin,China

GU Wen, XU Min, LIANG Hong, ZHANG Xiong, ZHANG Dongjun, LU Linchao, CHEN Yuanyuan

GeophysicalProspectingCompany,ChuanqingDrillingEngineeringCompanyLimitedofCNPC,Chengdu610213,China

Triassic in Sichuan Basin is the main production formation of polyhalite, which generally has a buried depth of 1～4 km, and a single layer thickness of 1 m. This paper discusses the geophysical technical method of quantitative prediction of polyhalite. However, seismic characteristics of polyhalite in the basin are not well studied at present. So, the exploration of polyhalite in this area is extremely challenging. Various seismic exploration technologies, such as layer flattening technique, impression method, seismic attribute technology and seismic motion inversion technology, are studied in consideration of the particular physical properties of polyhalite. A technique process of polyhalite quantitative prediction is proposed in the paper so as to provide theoretical and technical support for Triassic polyhalite exploration and development in Sichuan Basin. Since the genesis and the migration of polyhalite has a complex relation with fault, high resolution AFE technique is used for the prediction of fractures. It proves that the polyhalite in the region is related to fractures.

polyhalite; Triassic; impression method; seismic multi-attribute; seismic motion inversion technology; auto fault extraction technology

P631.42; P578.73 [

] A

10.3969/j.issn.1671-9727.2017.05.02

1671-9727(2017)05-0521-08

2017-02-20。

國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05013-001); 中國(guó)石油集團(tuán)公司重大科技專項(xiàng)(2013E-3808)。

顧雯(1986-),女,工程師,主要從事儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究工作, E-mail:tigerkangta@126.com。