库车山地高陡复杂构造圈闭研究思路与方法

天然气地球物理勘探收稿日期:2005212221;修回日期:20062042111作者简介:杨宪彰(19792),男,甘肃镇原人,工程师,硕士,主要从事构造地质研究.E -ma il :yangxianzhang @ .库车山地高陡复杂构造圈闭研究思路与方法杨宪彰,彭更新,雷刚林,马玉杰,黄少英(塔里木油田分公司勘探开发研究院,新疆库尔勒841000)摘要:库车山地高陡复杂构造圈闭研究受地震资料品质差和构造建模困难等不利因素影响,圈闭研究精度难以满足需要。

为了提高圈闭研究的精度,在找出高陡复杂构造研究难点的基础上,有针对性地提出:继续进行采集攻关和处理解释一体化,尽可能多地占有地震、钻井和露头资料;加强速度分析并且使多种速度研究方法相结合和相互验证;运用断层相关褶皱理论进行精细浅深层构造建模。

关键词:高陡复杂构造;速度研究;构造建模;断层相关褶皱;倾角测井中图分类号:T E 13211+4 文献标识码:A 文章编号:167221926(2006)0420538205 库车前陆盆地,由于受到强烈的挤压变形而形成高陡复杂构造圈闭,这些圈闭具有丰富的油气资源,近年来陆续发现大型乃至特大型油气田,成为我国西气东输的主力气源区。

但山地高陡复杂构造圈闭研究由于受地震资料品质较差、构造建模困难、速度变化剧烈等诸多因素限制,圈闭研究的精度不尽人意,在很大程度上制约着该区的勘探进程[1]。

1　研究难点1.1　地震资料品质差库车山前为大型推覆构造区,构造样式多种多样,其特征为:地层倾角陡,经常达到60°以上,局部段“直立”,在10°～90°之间变化;而倾向经常呈“膝”状突变;构造形变表现为多层次性,通常浅层为高陡构造,深部为平缓构造;断裂组合和褶曲构造组合复杂。

这些构造特征给石油勘探带来巨大困难,一是地震数据采集困难,且采集品质难以保证;二是地震成像参数不确定,地震资料品质差,尤其在构造的主体部位,大多呈现杂乱反射或空白反射(图1),几乎无法提供直观地震解释信息。

1.2　速度变化剧烈、规律性差高陡构造的地球物理特征主要表现为速度在横向变化大,在纵向上因高速层增多,产生速度陷井,造成叠加剖面上反射同相轴畸变,偏移归位后的时图1　高陡复杂构造典型地震剖面第17卷4期2006年8月 天然气地球科学NA TU RAL GA S GEO SC IENCE V o l .17N o.4A ug .　2006间剖面上大断层下盘的潜伏构造表现不出来,仍为比较平缓的单斜,有时高点位置发生位移和构造幅度变化等[2],地震反射同相轴在高速区形成了上拉畸变,在低速区形成了下拉畸变,成图时如不校正这部分误差,将会引起假构造[3]。

地下介质的地震速度横纵向变化剧烈,使得常规地震剖面很难得到地下地层的真实图像,常规的圈闭研究思路及方法已无法准确刻画地下圈闭特征,成为当前高陡复杂构造地区油气勘探的主要“瓶颈”。

1.3　地震解释出现多解性受地震资料品质所限和构造样式的复杂多变,地震解释建模常常出现多解性,不同的解释人员对于同样的地震剖面有着不同的解读认识。

BC 00273测线是过库车坳陷克深1构造的一条主测线,当时就出现多种解释方案,地震解释工程师争论不休,其中最典型的被多数人认可的有2种方案。

方案1是双重逆冲叠瓦型构造,此类构造在库车坳陷的高陡复杂构造圈闭中具有一定的代表性,如克拉2特大型气田。

方案2是由许多断块组成的大型圈闭,这种解释方案在地震剖面上也许更为直观(图2)。

图2　地震剖面多解性2　研究思路与方法针对山地高陡复杂构造区圈闭落实困难的情况,近年来,我们逐步开始运用全息理论思想来指导山地高陡复杂构造的圈闭研究。

全息认识方法是全息论在认识中的应用。

根据全息定律,部分是整体的全息包,因此,我们要认识一个事物的整体,可以通过它的一个部分来进行。

从一定意义上来说,全息认识方法也可以说是从规模较小、层次较低的全息包去认识规模较大、层次较高的全息包的方法。

这种方法的实质是简化和还原,即把高级或复杂的事物简化和还原为相对低级或简单的事物,从而使认识变得相对比较容易。

对于发现认识一个圈闭来说,地震资料,钻井资料、露头资料就是这个圈闭的全息包,可以通过认识这些全息包来认识圈闭,由于不同的全息包有不同的信息结构和信息优势,所以,要从一个全息包破解全部圈闭信息,在事实上是有困难的。

解决这个问题的方法就是在认识的时候,应该根据需要,选择那些在某方面具有较强信息优势的全息包,具体到山地高陡复杂构造圈闭研究上就是要在地震资料采集攻关的基础上,开展地震资料处理解释一体化,加强速度分析,并结合已有的地质露头、倾角测井资料,运用断层相关褶皱理论,进行精细构造建模。

2.1　地震与非地震联合研究近10年来非地震勘探取得了长足进步,在新区外围和勘探成熟区或地震困难区的油气勘探和开发中都发挥了越来越大的作用[4～6],目前应用的非地震勘探技术主要包括重力、磁法、电法、遥感和化探等5大类,这些技术以其效率高、投入少、见效快的优势,配合地震相互约束、相互补充、相互验证,发挥了配套勘探的作用,成为地震勘探的有力补充和替代,在复杂地区勘探中取得了明显效果[7]。

库车山前高陡复杂构造区的特点是山地,山前带地形起伏剧烈、表层黄土、砾石层巨厚,岩性岩相变化大;地下目的层系多、埋藏深度变化大,构造变形强烈,层间构造变形显著。

而电磁法具有不受高陡构造、高阻推覆体的屏蔽以及对低阻层反应灵敏等特点,可以清晰地反映山前复杂的地质结构[8]。

勘探实践表明电法勘探能够有效地反映构造复杂区的构造特征,用来指导地震勘探构造建模与解释,落实构造圈闭精度更加可靠。

乌什凹陷神木1构造圈闭,就935N o .4 杨宪彰等:库车山地高陡复杂构造圈闭研究思路与方法 是在电法勘探成果的启示下发现的。

起先的地震剖面上并没有构造显示,电法勘探成果图在其南部的依拉克构造上出现了局部高值(图3),同样在其北部也显示了局部高值,据此推测北部亦有类似构造,后通过对地震资料重新处理解释,终于落实了该构造,并被采纳上钻。

图3　电法勘探成果与地震勘探解释模型相互佐证2.2　结合地表露头资料,建立浅层地质结构山前高陡复杂构造由于浅层地震资料品质差,不能直接描绘浅层地质结构,在变速成图中无法建立准确合理的速度场,成为制约山地构造圈闭落实的难点之一。

但由于大规模的推覆构造作用,高陡复杂构造区常有大量的构造及地质现象出露于地表,通过对探区野外露头的地质调查,可以获取工区有关地下构造和地层岩性以及时代特征方面最为直接的资料,从而为探区构造模式和地层模式的建立提供比较可靠的依据。

具体做法是将露头资料的地层界限及倾角数据标注在相应的地震剖面上,再结合地震反射较为合理地推断浅层地质结构(图4)。

图4　利用露头资料建立浅层地质模型2.3　运用断层相关褶皱理论,指导更加合理的地震解释断层相关褶皱理论由John Supp e 等人开创,主要用于探索地壳上部构造变形特征、断层褶皱的几何学和运动学规律,主要包括断层转折褶皱、断层传播褶皱及滑脱褶皱3个基本模型,因其理论要点阐明了褶皱变形与断层密切相关,和断层、褶皱之间的几何学、运动学关系,具有合理的推断功能,能够有效的指导山前高陡复杂构造地震剖面解释及构造建模。

在此基础上卢华复等(1999)发现库车再生前陆45 天　然　气　地　球　科　学 V o l .17盆地冲断带发育多种台阶状断层相关褶皱并建立了库车坳陷山前十大断层相关褶皱构造模型,可供研究人员在地震解释中参考。

山前高陡复杂地区地震资料品质差,在地震剖面上往往只能窥到构造的一部分,在库车坳陷构造圈闭,南翼反射比较清楚,北翼受山体的影响,多为杂乱反射,在此情况下,可利用断层相关褶皱理论的几何学及运动学关系,搞清断层与褶皱相互关系,通过查表计算,推断另外一翼的形态和展布,进而建立正确的构造解释模型。

此外,还可以利用Supp e(1983,1990)等提出的断层相关褶皱几何学定量模型对已经建立好的模型进行检验。

依据Supp e理论,在断层相关褶皱作用过程中,如果断层切穿逆冲岩层的层理,那么岩层发生转折前与断层面的切角(Η)、断层相关褶皱背斜前翼翼间角的半值(r)以及岩层发生转折后与上盘断坡的切角(Β)具有一定的函数关系[9]。

据此,在对地震剖面的构造解释中,建立构造模型以后,必须对模型进行检验,以确定构造模型是否符合自然真实。

通过对地震剖面构造模型进行断层相关褶皱切角检验,再从时间剖面转化为深度剖面,验证切角角度是否与理论角度一致。

陈剑等[7]曾对库车坳陷克拉苏构造东部的一条地震测线建立构造模型,运用断层相关褶皱的切角及背斜翼间角函数关系对构造模型合理性进行检验,取得了很好的效果,并为现场油气勘探所接受。

2.4　钻井、地震联合速度建场,多种速度研究方法相互验证山地高陡复杂构造区地层大多为陆相碎屑岩沉积,岩性岩相变化剧烈,加之构造变形强烈,造成地震速度纵横向变化大,尤其在靠近山体的地区,由于挤压作用,较老的地层被推覆在较新的地层之上。

再加上地震地质条件变差,地震速度谱资料常与实际地质规律相矛盾,因此需要对速度谱进行分析,去伪存真,摒弃不可用的速度谱。

对于速度谱异常区改用综合井层速度量板法进行时深转换,变速成图。

具体做法是统计研究区内钻井V SP测井资料,分析速度随深度变化的规律,建立层速度随深度变化的曲线,即地震测井综合层速度量板。

根据划分出的速度控制层建立层速度模型,利用速度量板的时间与深度的关系将时间剖面转换为深度剖面,然后通过双狐软件将深度剖面转化为平面构造图。

除此之外,目前常用的速度研究手段还包括:层位控制法,即利用叠加速度谱,采用V P3三维射线追踪层位控制法建场;根据层位解释结果进行层速度充填的层速度充填法;利用处理解释一体化的叠前深度偏移技术,此方法在却勒地区应用效果较好,跟钻井结果比较一致。

由于每种速度研究方法有其自身的优势和侧重点,在时深转换中,必须采用多种速度研究方法进行构造编图,利用每种方法所得到的构造叠合图来部署井位,以降低勘探风险。

2.5　利用钻井倾角资料约束构造建模前陆盆地高陡复杂构造长期处于挤压应力环境,地质构造复杂,地层产状变化大,构造样式多以逆冲断裂褶皱复合样式为主。

故应以地震剖面为背景,以单井精细构造解释为基础,通过测井与地震的相互标定,把测井地质标志投影到地震剖面上,同时将倾角测井得到的地层产状转化为沿剖面方向的视倾向与倾角,并以此为约束条件在井间对地震资料进行对比追踪,最终获得较高精度的构造解释剖面,该方法充分发挥了测井与地震两者的优势,提高了解释的精度,并成功地应用于库车山前高陡构造的解释中,取得了明显的效果[10]。

此方法包括单井约束和多井约束,针对山地高陡复杂地质构造,利用从井口到井底的地层倾角测井资料和声波测井资料,研究从浅层到深层构造变化规律,采用倾角测井成果约束地震剖面以及测井地震相互标定特征,使构造解释精度提高。