卞保力, 江夢(mèng)雅, 王學(xué)勇, 張 生,蔣中發(fā), 劉海軍, 齊 松

1)中國(guó)石油新疆油田公司勘探開發(fā)研究院, 新疆克拉瑪依 834000;2)中國(guó)石油東方地球物理公司綜合物化探處, 河北涿州 072751

近年來, 準(zhǔn)噶爾盆地深層火山巖勘探屢獲突破,展現(xiàn)了火山巖儲(chǔ)集體的良好勘探前景(何文軍, 2019;張磊等, 2019; 蘇東旭等, 2020; 黃蕓等, 2020)。準(zhǔn)噶爾盆地歷經(jīng)了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與演化, 早期裂谷或斷陷階段一般發(fā)生過多期強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng), 保存了眾多的深層火山巖。在經(jīng)過風(fēng)化作用后, 火山巖比相同埋深的其他巖類具有更加優(yōu)越的儲(chǔ)集性能, 在合適的石油地質(zhì)條件下有利于天然氣體的富集, 從而形成大規(guī)模的天然氣藏(毛翔等, 2012; 張磊等,2019)。達(dá)巴松凸起周緣石炭系發(fā)育大套火山巖, 巖相特征為玄武巖、安山巖、火山角礫巖及少量火山碎屑巖等, 其中以安山巖為主的火山熔巖主要以溢流相形式大面積持續(xù)噴發(fā), 造成火山巖疊置發(fā)育,表現(xiàn)為地震響應(yīng)特征復(fù)雜, 火山巖內(nèi)部反射雜亂,各火山巖界面特征不明顯(阿布力米提等, 2019; 李宗浩等, 2021)。針對(duì)達(dá)巴松凸起周緣火山巖儲(chǔ)層地質(zhì)特點(diǎn), 在深入分析達(dá)巴松凸起鉆井、物性資料的基礎(chǔ)上, 利用重磁電異常信息模式判別技術(shù), 預(yù)測(cè)了石炭系火山巖的平面展布, 縮小和鎖定了深層火山巖地震勘探的有利靶區(qū); 再以地震相分析、地震屬性解釋、構(gòu)造制圖及綜合評(píng)價(jià)為主要技術(shù)手段,對(duì)深層火山巖進(jìn)行定量識(shí)別和預(yù)測(cè), 落實(shí)和優(yōu)選了深層火山巖有利勘探目標(biāo), 總結(jié)了深層特殊地質(zhì)體勘探的綜合物探技術(shù)的識(shí)別方法, 認(rèn)清了火山巖相分布規(guī)律及特點(diǎn), 進(jìn)而預(yù)測(cè)了本區(qū)火山巖有利儲(chǔ)層分布, 極大提高了火山巖氣藏的描述精度, 對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地油氣勘探具有重要的指導(dǎo)意義。

1 研究區(qū)概況

準(zhǔn)噶爾盆地達(dá)巴松凸起南、北兩側(cè)毗連盆1井西凹陷和瑪湖凹陷兩大富烴凹陷, 東西兩側(cè)以中拐凸起及夏鹽凸起為界(圖1)。該凸起經(jīng)過石炭紀(jì)的隆起抬升及早二疊世早期剝蝕作用, 瑪湖凹陷區(qū)與盆1井西凹陷區(qū)沉積明顯厚于達(dá)巴松凸起區(qū)。受構(gòu)造活動(dòng)的影響, 研究區(qū)總體表現(xiàn)為南西傾, 局部發(fā)育大型背斜構(gòu)造, 深、淺斷裂發(fā)育, 不同期次形成的斷裂直接控制著該區(qū)構(gòu)造形態(tài)及油氣運(yùn)移。同時(shí),深層發(fā)育玄武巖、安山巖、火山角礫巖及少量火山碎屑巖等。以安山巖為代表的火山熔巖以溢流相的形式大面積連續(xù)噴發(fā), 導(dǎo)致火山巖疊置發(fā)育, 進(jìn)而在地震上表現(xiàn)為火山巖內(nèi)部雜亂反射, 火山巖邊界不明顯等反射特征?；谝陨蟽纱罂赝埂⒖夭匾蛩?精細(xì)刻畫斷裂及預(yù)測(cè)火山巖巖相及平面展布顯得尤為重要。

圖1 達(dá)巴松凸起構(gòu)造位置圖Fig.1 Simplified tectonic sketch map showing the location of Dabasong uplift

準(zhǔn)噶爾盆地達(dá)巴松地區(qū)自上而下發(fā)育的地層為: 第四系(Q)、新近系、古近系、白堊系東溝組(K2d)、吐谷魯群(K1tg)、侏羅系頭屯河組(J2t)、侏羅系西山窯組(J2x)、侏羅系三工河組(J1s)、侏羅系八道灣組(J1b)、三疊系、二疊系和石炭系, 石炭系為達(dá)巴松地區(qū)主要火山巖發(fā)育層位。

2 研究區(qū)火山巖綜合響應(yīng)特征

2.1 火山巖相重、磁、電響應(yīng)特征識(shí)別、提取

特殊地質(zhì)體在密度、磁化率或電阻率等物性組合方面往往存在特殊性, 可通過多方法綜合物探技術(shù)對(duì)其進(jìn)行綜合識(shí)別、提取(馮玉輝等, 2016; 張楠等, 2019;代春夢(mèng)等, 2019; 周惠等, 2019)。據(jù)此我們通過詳細(xì)分析研究區(qū)不同類型火山巖的物性(密度、磁化率和電阻率)特征, 及其相應(yīng)的重、磁、電等物探異常組合, 對(duì)達(dá)巴松凸起火山巖分布進(jìn)行了識(shí)別和提取。

首先, 結(jié)合達(dá)巴松凸起巖屑標(biāo)本測(cè)定和測(cè)井資料統(tǒng)計(jì), 系統(tǒng)整理了達(dá)巴松凸起及周緣石炭系地層鉆井巖心的密度、磁性和電阻率結(jié)果, 在此基礎(chǔ)上確定了石炭系地層的物性組合特征(表1)。由此, 可以將研究區(qū)不同巖性在平面上的發(fā)育和展布進(jìn)行識(shí)別和劃分。

表1 達(dá)巴松凸起周緣石炭系巖石物性特征一覽表Table 1 Petrophysical characteristics of the Carboniferous around the Dabasong uplift

通過對(duì)研究區(qū)不同巖性的重、磁、電性特征的歸納, 可以較為明確的歸納出研究區(qū)不同巖性綜合物探異常的組合特征:①石炭系砂巖和泥巖等表現(xiàn)為中高密度和弱磁性; ②基性火成巖巖性表現(xiàn)為高密度和強(qiáng)磁性; ③安山巖、英安巖和火山角礫巖表現(xiàn)為中等密度和中強(qiáng)磁性; ④凝灰?guī)r和霏細(xì)巖表現(xiàn)為低密度和弱磁性。綜合利用上述綜合物探異常的組合特征, 就可以較好地區(qū)分研究區(qū)內(nèi)基性巖、中酸性巖、凝灰?guī)r和砂泥巖等石炭系基巖的空間展布。縮小和鎖定深層火山巖地震勘探的有利靶區(qū), 為進(jìn)一步開展深層火山巖定量識(shí)別和預(yù)測(cè)提供基礎(chǔ)。

2.2 火山巖相地震響應(yīng)特征分析

除重、磁、電綜合異常特征外, 火山巖在地震剖面上同樣存在明顯的響應(yīng)特征, 主要表現(xiàn)為剖面上的上小下大丘狀特征, 在水平切片上與圍巖之間明顯呈“環(huán)狀-密集-雜亂”特征(張志讓等, 2011)。火山地質(zhì)體側(cè)翼具有超覆形態(tài), 反射軸向火山巖圈閉頂端尖滅, 上部地層具有披覆特征, 中間薄兩側(cè)加厚。而不同火山巖巖相及巖性組合有不同的地震響應(yīng)特征, 根據(jù)全區(qū)多口探井的井震聯(lián)合分析結(jié)果,可以建立達(dá)巴松凸起石炭系火山巖儲(chǔ)層地震響應(yīng)識(shí)別模式。

(1)安山巖: 噴溢相, 表現(xiàn)為中-弱振幅、中-低頻率、連續(xù)性差, 隨火山角礫增加振幅逐漸增強(qiáng)、波形逐漸雜亂;

(2)玄武巖: 溢流相, 表現(xiàn)為似層狀、中等-強(qiáng)振幅、連續(xù)反射特點(diǎn);

(3)火山角礫巖: 爆發(fā)相, 位于火山通道附近,表現(xiàn)為中振幅、連續(xù)性差、中-低頻率、雜亂或空白反射等特點(diǎn);

(4)火山碎屑巖: 火山沉積相, 表現(xiàn)為弱振幅、連續(xù)性好、低頻、層狀-平行反射等特點(diǎn)。

本次研究根據(jù)巴松凸起及北部瑪湖凹陷周緣的火山巖井震特征與重磁電異常形態(tài), 在重磁電異常資料識(shí)別火山巖區(qū)域的基礎(chǔ)上, 利用火山巖井震特征, 通過對(duì)已有井標(biāo)定, 在地震剖面上清晰地劃分出了不同火山巖相帶的類型及分布(表 2)。主要包括: ①爆發(fā)相: 巖性主要以火山角礫巖為主。②溢流相: 巖性主要以安山巖、玄武巖為主, 含少量流紋巖。③火山沉積相: 巖性以沉凝灰?guī)r及凝灰?guī)r為主。

表2 達(dá)巴松凸起及瑪湖凹陷火山巖井震響應(yīng)特征及重磁電性異常Table 2 Characteristics of well-seismic and gravity-magnetic-electronic anomaly of volcanic rocks of Dabasong uplift and Mahu sag

3 火山巖綜合識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用

3.1 高精度重、磁、電綜合解釋及其對(duì)火山巖區(qū)的識(shí)別

本次研究的高精度重、磁資料處理和綜合解釋是在綜合分析認(rèn)識(shí)其它物探、地質(zhì)、鉆井等資料基礎(chǔ)上, 以地層巖石密度、磁化率變化特征為基礎(chǔ),應(yīng)用異常分離技術(shù)等數(shù)據(jù)處理手段, 從重力異常和磁力ΔT異常中提取具有特定地質(zhì)意義的異常信息,從而剝離得到反映石炭系地層特征的重、磁異常資料圖件(圖 2a, b)。從重力剩余異常圖上來看, 火山巖區(qū)發(fā)育在達(dá)巴松、夏鹽凸起重力高帶, 主要位于瑪東3—夏鹽2井—達(dá)探1井一帶。異常特點(diǎn)是重力高整體呈北東東走向, 異常值變化范圍一般在0～1.29×10-5ms-2之間, 對(duì)應(yīng)中基性噴發(fā)巖、火山碎屑巖等。達(dá)巴松凸起重力高帶位于工區(qū)南部及陸西工區(qū)交界處, 整體呈近東西向展布, 對(duì)應(yīng)中基性、中酸性噴發(fā)巖及火山碎屑巖等。從重力剩余異常圖上來看, 夏鹽凸起、達(dá)巴松凸起中-弱磁異常帶呈寬緩的低頻正磁異常特征展布, 結(jié)合鉆井分析, 引起這些正磁異常的主要為石炭系中基性、中酸性噴發(fā)巖。

時(shí)頻電磁資料在縱向上可以比較清晰地反映火山巖與其它巖性的差異, 可以對(duì)地下地層的深度、發(fā)育形態(tài)及展布特征有明顯的反映(李燕麗等,2016; 王志剛等, 2016; 何展翔等, 2020)。根據(jù)達(dá)巴松凸起周緣部署的三條高精度建場(chǎng)測(cè)深精細(xì)處理,可以從電阻率高低判斷火山巖的發(fā)育區(qū)域, 其中紅色區(qū)域高阻部分為火山巖的發(fā)育區(qū), 其余淺色為沉積巖或者火山碎屑巖的發(fā)育區(qū)(圖2c)。

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地達(dá)巴松凸起周緣剩余重力異常(a)、剩余磁力異常(b)和ZYOX2013TFEM-02測(cè)線電阻率反演剖面(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、剖面劃分約束基礎(chǔ)上, 利用三維重力與三維磁力反演方法, 結(jié)合測(cè)井約束標(biāo)定進(jìn)一步確定異常體三維空間展布(張楠等, 2016; 周月等, 2021;張镕哲等, 2021)。三維重磁物性層序反演法是依據(jù)重磁異常特征將平面異常場(chǎng)按等級(jí)進(jìn)行劃分, 形成對(duì)應(yīng)的約束系數(shù), 實(shí)施三維密度或三維磁化率反演,獲得三維物性分布, 以刻畫地下地質(zhì)體特征。井約束三維重磁物性層序反演法是在三維重磁物性層序反演法的基礎(chǔ)上加進(jìn)井約束條件, 將已知先驗(yàn)信息加入到反演模型中, 對(duì)反演過程進(jìn)行約束, 使得反演結(jié)果更加符合地下實(shí)際地質(zhì)情況。從本次井約束三維重磁物性層序反演密度、磁化率結(jié)果來看(圖3), 基本反映了研究區(qū)密度、磁化率的三維空間展布形態(tài)。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地達(dá)巴松凸起周緣三維磁化率體及磁化率切片圖Fig.3 3-D magnetic susceptibility bodies and magnetic susceptibility sections around the Dabasong uplift in Junggar basin

3.2 火山機(jī)構(gòu)識(shí)別技術(shù)

火山口控制著火山體和火山巖相分布, 明確火山口位置是尋找有利相帶的關(guān)鍵依據(jù)。在高精度重、磁確定的有利火山巖發(fā)育帶上, 在通過高精度三維地震震相拾取、分析對(duì)火山機(jī)構(gòu)的形態(tài)進(jìn)行刻畫,可獲得研究區(qū)火山機(jī)構(gòu)及火山口的詳細(xì)特征(張楠等, 2016; 李坤白等, 2017; 代春萌等, 2019)。首先,通過磁力垂直二次導(dǎo)數(shù)異常圖、剩余磁力異常圖判斷火成巖發(fā)育區(qū)帶, 研究石炭系總體火成巖分布特征(圖4a)。然后, 在磁力三維反演基礎(chǔ)上, 結(jié)合時(shí)頻電磁資料、重磁電震反演剖面提取出石炭系剩余磁力異常圖, 預(yù)測(cè)石炭系火成巖分布情況、識(shí)別火山口存在部位, 火山口在磁異常圖上的表現(xiàn)往往為等軸狀或橢圓狀的圈閉磁力高, 個(gè)別火山口由于后期剝蝕較為嚴(yán)重, 異常圈閉形狀稍有改變, 串珠狀磁力高往往是沿基底大斷裂展布的火山口的反映。本區(qū)主要有兩類磁力異常, 一類為高頻磁力異常, 呈等軸狀、帶狀展布, 根據(jù)火山活動(dòng)機(jī)制及巖石物性參數(shù)判別其為火成侵入巖的反映; 另一類為中低頻磁力異常, 依據(jù)火山噴發(fā)巖所引起的磁力異常特征,判別主要為火山噴發(fā)巖的反映。

巖漿熔穿圍巖所形成的“山根”是識(shí)別火山通道以及確定火山口位置的重要依據(jù)。深大基底斷裂控制著火山口分布, 斷裂與火成巖關(guān)系密切, 火山口控制巖相及巖體分布。但由于火山爆發(fā)時(shí)形成許多斷裂, 火山體反作用力使其頂部變換成水平張力,上覆地層形成“地塹、半地塹”的斷裂特征, 因此火山口反射特征與密集斷裂反射特征混在一起。在研究中有針對(duì)性的應(yīng)用構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波(圖 4b), 得到相對(duì)準(zhǔn)確的火山口檢測(cè)成果。通過地層體切片、相干體切片分析方法, 發(fā)現(xiàn)達(dá)巴松地區(qū)發(fā)育多個(gè)較為典型的火山口, 表現(xiàn)為多個(gè)非線性團(tuán)狀和扇狀外形,預(yù)測(cè)為火山巖機(jī)構(gòu)發(fā)育帶。由圖4b可以清楚地識(shí)別火山巖噴發(fā)的中心部位, 在石炭系反射層處形成近似圓形的地震反射異常, 在相干切片上表現(xiàn)為裂縫高度發(fā)育區(qū)。

圖4 達(dá)巴松凸起周緣典型火山口識(shí)別圖Fig.4 Images identifying typical craters around the Dabasong uplift

3.3 火山巖巖相帶的劃分技術(shù)

火山巖在地震剖面和水平切片上的外部幾何形態(tài)、內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)和振幅、頻率、連續(xù)性等參數(shù)特性, 是火山巖地震相的直觀反映。根據(jù)鄰近區(qū)域已鉆標(biāo)志性探井的分析, 結(jié)合井震綜合標(biāo)定后, 最終確定出了研究區(qū)及其附近區(qū)域石炭系綜合特征為:①爆發(fā)相火山巖, 以夏鹽 1井為代表, 其測(cè)井曲線特征為自然伽馬值高值, 曲線鋸齒化, 高幅度。地震響應(yīng)特征為丘狀加厚、同向軸呈現(xiàn)強(qiáng)弱相間突變,雜亂不連續(xù)、振幅強(qiáng)弱相間反射, 重力異常高、中強(qiáng)磁力、中低電阻率異常; ②溢流相火山巖, 以夏鹽 2井為代表, 其測(cè)井曲線特征為自然伽馬值變化小、鋸齒變化程度小, 雙側(cè)向曲線數(shù)值小。地震響應(yīng)特征為似層狀、中等-強(qiáng)振幅、連續(xù)反射, 重力異常高、強(qiáng)磁、高電阻率異常; ③火山沉積相火山巖, 以莫深 1井為代表, 其測(cè)井曲線特征為自然伽馬曲線呈鋸齒-齒狀, 雙側(cè)向曲呈中高值齒狀。地震響應(yīng)特征為層狀、強(qiáng)振幅、連續(xù)反射, 重力負(fù)異常、弱磁、低電阻率異常(圖5)。

圖5 達(dá)巴松地區(qū)火山巖相井、地震、電阻率特征圖Fig.5 Characteristics of the well, seismic, and resistivity of volcanic rocks from Dabasong area

采用地震相特征結(jié)合火山巖噴發(fā)模式定性預(yù)測(cè)、地震屬性提取的層位選擇是識(shí)別火山巖相帶的關(guān)鍵, 主要利用火山巖地層中內(nèi)插的新層位提取層間沿層地震切片或地震屬性, 并根據(jù)不同的火山巖相帶特性, 在測(cè)井資料約束下利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)地震波形進(jìn)行分類的地震相, 對(duì)火山巖巖相預(yù)測(cè)與重磁預(yù)測(cè)的巖相平面圖基本一致(圖 6a), 且能更細(xì)地區(qū)分火山巖巖相。根據(jù)前述, 爆發(fā)相總體屬于雜亂反射; 火山沉積相屬于火山巖到沉積巖的過渡相帶,兼具火山巖和沉積巖的特征, 在火山巖發(fā)育地帶,它是連續(xù)性最好的區(qū)域, 同時(shí)也是成層性最好、產(chǎn)狀變化最緩慢的區(qū)域; 溢流相帶也具有一定的連續(xù)性, 但包含不規(guī)則反射。根據(jù)以上多屬性劃分的邊界、火山機(jī)構(gòu)識(shí)別的結(jié)果, 結(jié)合鉆井資料可確定各個(gè)區(qū)帶的火山口相、爆發(fā)相(近火山口相)、溢流相、火山沉積巖相帶平面圖(6b)。

圖6 達(dá)巴松凸起火山巖相帶劃分圖Fig.6 The sketch map showing the lithofacies of volcanic rock from the Dabasong uplift

目前, 綜合物化探技術(shù)在準(zhǔn)噶爾盆地深層火山巖儲(chǔ)層油氣勘探中得到了廣泛應(yīng)用。盆地累計(jì)完成1:5萬高精度重磁勘探面積超過70 000 km2, 完成電法勘探超過10 000 km, 在盆地石炭系巖性識(shí)別、結(jié)構(gòu)研究等方面取得了較好的勘探效果。

4 結(jié)論

本文在深入分析達(dá)巴松凸起地鉆井、物性資料的基礎(chǔ)上, 利用重磁電異常信息模式判別、地震相分析、地震屬性解釋、構(gòu)造制圖等綜合物探評(píng)價(jià)技術(shù), 對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地達(dá)巴松凸起深層火山巖進(jìn)行識(shí)別和預(yù)測(cè), 落實(shí)和優(yōu)選了深層火山巖有利勘探目標(biāo):

(1)綜合利用多種地球物理資料和解釋技術(shù), 在研究區(qū)深層石炭系解釋并識(shí)別了火山巖14個(gè), 火山巖總面積1562 km2, 優(yōu)選部署了風(fēng)險(xiǎn)探井達(dá)探1井,在石炭系見良好天然氣顯示, 該井是準(zhǔn)噶爾盆地首口在深層石炭系見天然氣顯示的探井, 有望開辟腹部深層大背斜、火山巖巖性油氣藏勘探的新領(lǐng)域。

(2)準(zhǔn)噶爾盆地疊合盆地下組合廣泛發(fā)育深層火山巖, 具有利用地球物理勘探和綜合解釋技術(shù)進(jìn)行識(shí)別和預(yù)測(cè)的物理基礎(chǔ)。

(3)高精度重磁勘探和處理手段, 可以較快圈定深層火山巖發(fā)育區(qū), 鎖定和縮小地震勘探靶區(qū), 再通過井震統(tǒng)一的解釋技術(shù), 運(yùn)用地震屬性、相干體刻畫等方法, 使得火山巖的解釋在兼顧定性和定量結(jié)果的同時(shí)進(jìn)一步深入解剖了火山巖內(nèi)部的精細(xì)特征。

(4)重、磁、電、井、震的有機(jī)結(jié)合, 不僅在火山巖的識(shí)別精度上有了較大提高, 也證實(shí)了火山巖性、巖相與火山巖儲(chǔ)層的重要關(guān)系。

(5)通過本次重磁電(井)震“五維一體”綜合物探技術(shù), 認(rèn)清了火山巖相分布規(guī)律及特點(diǎn), 進(jìn)而預(yù)測(cè)了本區(qū)火山巖有利儲(chǔ)層分布, 極大提高了火山巖氣藏的描述精度, 取得了良好的勘探效果。在此基礎(chǔ)上開展深層特殊地質(zhì)體多方法綜合物探技術(shù)總結(jié),進(jìn)一步推動(dòng)勘察成果的實(shí)際運(yùn)用, 對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地油氣勘探具有重要的指導(dǎo)意義。

Acknowledgements:

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