野外露頭巖性組合地震反射特征研究范文

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摘要：隨著油氣勘探深入，地層內(nèi)部巖性組合關(guān)系的精細(xì)描述在油氣田地質(zhì)研究中越來越受到重視。地震資料作為巖性組合綜合響應(yīng)，根據(jù)其反射特征識(shí)別分析巖性組合關(guān)系對(duì)于油氣勘探具有重要意義。目前常規(guī)分析手段主要為數(shù)值模擬與物理模擬，其中物理模擬受震源主頻限制，實(shí)驗(yàn)室條件下難以達(dá)到其要求。為此，利用探地雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行物理模擬，并結(jié)合基于波動(dòng)方程的數(shù)值正演模擬，將二者聯(lián)合應(yīng)用于露頭巖性分析，最終得到實(shí)際野外露頭的砂泥巖層組合關(guān)系。研究結(jié)果表明，該方法較為清晰地表征了研究區(qū)典型露頭巖性組合關(guān)系的地震響應(yīng)特征，為基于地震資料的巖性組合精細(xì)描述提供了依據(jù)，其對(duì)于儲(chǔ)層預(yù)測(cè)具有地質(zhì)指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：油氣勘探；巖性組合；數(shù)值模擬；物理模擬；探地雷達(dá)

0引言

當(dāng)前中國(guó)陸上油氣勘探目標(biāo)逐步轉(zhuǎn)向非常規(guī)低孔、低滲砂巖[1]，鄂爾多斯盆地旬邑地區(qū)延長(zhǎng)組即為其代表[2-4]。砂巖體地層與內(nèi)部巖性組合是該地區(qū)深水沉積地質(zhì)研究的重點(diǎn)，深水沉積研究對(duì)于油氣勘探開發(fā)具有重要意義[5-8]。基于常規(guī)測(cè)井與地震勘探的地層巖性組合分析方法分別受限于鉆井?dāng)?shù)與地震分辨率，為此，眾多學(xué)者采用現(xiàn)代沉積描述、淺層鉆探以及露頭勘測(cè)等方法對(duì)地下沉積特征展開研究，從而獲取地層巖性描述，以指導(dǎo)油氣勘探工作[9-18]。野外露頭的精細(xì)地質(zhì)分析對(duì)油氣勘探具有重要價(jià)值，探地雷達(dá)技術(shù)為精確識(shí)別露頭內(nèi)部地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征提供了有效途徑。探地雷達(dá)技術(shù)是一種借助于高頻電磁波探測(cè)地下內(nèi)部結(jié)構(gòu)的地球物理方法。該技術(shù)是一種有效的淺層探測(cè)手段，因具有攜帶靈活、成像快捷直觀、高分辨率、對(duì)探測(cè)物無損性等優(yōu)點(diǎn)，使其在工程建設(shè)、水利與環(huán)境勘查等方面得到廣泛應(yīng)用[19-25]。國(guó)外學(xué)者首先將探地雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用在漫灘及河道沉積體的研究中，應(yīng)用效果較好，之后不斷得到推廣。Skelly等基于探地雷達(dá)方法分析了河道儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)[26]；Jol等將探地雷達(dá)用于砂巖層內(nèi)部結(jié)構(gòu)的識(shí)別研究[27]；Lunt等通過探地雷達(dá)探索研究了辮狀河砂壩的側(cè)向遷移模式[28]。中國(guó)探地雷達(dá)技術(shù)起步較晚，目前廣泛應(yīng)用于工程勘查方面，但是在地下沉積特征探測(cè)方面的應(yīng)用還有待進(jìn)一步加強(qiáng)[29-30]。以鄂爾多斯盆地旬邑地區(qū)為例，采用探地雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行沉積巖性的物理分析，并結(jié)合地震數(shù)值模擬結(jié)果，詳細(xì)分析了地層內(nèi)部巖性組合的反射特征，為后期油氣藏勘探開發(fā)奠定了基礎(chǔ)，此外也拓寬了探地雷達(dá)技術(shù)在地質(zhì)巖性分析中的應(yīng)用。

1研究區(qū)地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地是處于華北古生代克拉通臺(tái)地上的一個(gè)中、新生代大型內(nèi)陸疊合盆地，具有多構(gòu)造體系、多旋回演化、多沉積類型的特點(diǎn)。盆地沉積構(gòu)造演化過程包括5個(gè)階段：中晚元古代拗拉谷；早古生代淺海臺(tái)地；晚古生代近海平原；中生代內(nèi)陸湖盆；新生代周邊斷陷。其中，中生代延長(zhǎng)組的沉積層序發(fā)育較為完整，包含了河流—三角洲—湖泊沉積體系。該組自長(zhǎng)10沉積期開始發(fā)育，主要表現(xiàn)為湖盆沉降；長(zhǎng)9沉積時(shí)期湖盆沉降速率加速，湖盆面積不斷增大；在長(zhǎng)8沉積期呈現(xiàn)出差異性抬升現(xiàn)象，隨后在長(zhǎng)7沉積期湖盆快速沉降；在長(zhǎng)6沉積期沉降速率降低，三角洲沉積體系發(fā)育；在長(zhǎng)4-5—長(zhǎng)1沉積期，湖盆逐步緩慢抬升。此次研究層位主要為長(zhǎng)7，該段沉積時(shí)期為延長(zhǎng)組最大的湖泛時(shí)期，以三角洲及深水沉積廣泛發(fā)育為特點(diǎn)。

2探地雷達(dá)基本原理

探地雷達(dá)技術(shù)主要是借助于發(fā)射天線發(fā)射的高頻電磁波，該電磁波脈沖在地下傳播時(shí)如遇到介質(zhì)常數(shù)存在差異的界面，即發(fā)生反射及透射[25]，而反射回地表的電磁波則由接收天線所接收，經(jīng)離散化采樣處理轉(zhuǎn)化為時(shí)間序列信號(hào)。測(cè)點(diǎn)上雷達(dá)反射記錄反映了反射波振幅強(qiáng)度、相位等信息，通過對(duì)反射剖面的處理解釋即可實(shí)現(xiàn)對(duì)地下目標(biāo)體的探測(cè)。

3沉積露頭模擬分析

研究區(qū)內(nèi)發(fā)育大量復(fù)合水道沉積砂體，具有明顯的沉積特征，因此，通過野外實(shí)地踏勘識(shí)別出這種典型沉積的露頭（圖1），從而在實(shí)際露頭剖面基礎(chǔ)上開展對(duì)沉積組合特征的研究。圖1中露頭下部地層判識(shí)為典型復(fù)合水道沉積砂體，從該露頭剖面上來看，垂向上沉積地層巖性較為雜亂，剖面中間部分可見明顯的透鏡狀沉積砂體。由出露地層的下部至上部，首先是厚層中細(xì)粒砂巖，巖性與地層厚度較為連續(xù)，基本上變化不大；其次是薄層砂巖夾雜薄層泥巖，該段地層巖性呈現(xiàn)明顯的等厚砂層夾雜薄層泥巖的特征，并且地層巖性連續(xù)性較好；再次為中厚層的中細(xì)粒砂巖，該段地層連續(xù)性較差，由于受下切作用侵蝕造成剖面上呈現(xiàn)下凹狀，部分段夾雜薄層泥巖；最上部主要為泥巖段，地層連續(xù)性差，巖性主要呈現(xiàn)砂泥巖互層，部分層段（如凹形上部）砂泥巖薄互層呈現(xiàn)為等厚砂巖近似對(duì)稱狀分布，且砂巖層明顯較薄。

3.1雷達(dá)成像

采用探地雷達(dá)技術(shù)對(duì)典型沉積體露頭進(jìn)行高精度成像，模擬實(shí)際地震勘探分析。研究中采用在工程建設(shè)、環(huán)境勘查等方面應(yīng)用效果較為良好的RIS-K2型探地雷達(dá)，根據(jù)實(shí)際露頭成像需要，結(jié)合探地雷達(dá)天線頻率與探測(cè)分辨率的關(guān)系，選擇200MHz的探地雷達(dá)天線。

3.2數(shù)值正演

在露頭實(shí)際剖面地層基礎(chǔ)上，得到典型復(fù)合水道沉積砂體的地質(zhì)原型模型（與野外露頭比例為1∶1）。鑒于露頭剖面尺度有限，為匹配實(shí)際地震資料，對(duì)層厚進(jìn)行等比例變化后再正演模擬。圖3a為基于圖1中實(shí)際復(fù)合水道沉積砂體露頭所建立的地質(zhì)原型模型，根據(jù)層厚比例，分別設(shè)置與原型模型比例為1∶40、1∶75、1∶100、1∶150、1∶200的模型進(jìn)行正演，所得結(jié)果分別見圖3b—f。從圖3b中可以看出，地震剖面上同相軸數(shù)量明顯少于地質(zhì)模型中地層分界面數(shù)目，并且凹型界面的下凹程度相比原型模型較緩，對(duì)應(yīng)關(guān)系較差。圖3c中地震剖面上同相軸數(shù)量有所增加，但仍然少于原型模型中地層分界面數(shù)目。此外反射剖面上砂泥巖互層部分由于干涉作用發(fā)生同相軸錯(cuò)斷，與原型模型中砂泥巖互層關(guān)系存在解釋上的假象。圖3d中地震剖面上同相軸數(shù)量基本與原型模型巖性分界面相對(duì)應(yīng)，砂泥巖互層部分對(duì)應(yīng)關(guān)系也較為清楚，部分段反射能量存在較弱現(xiàn)象。圖3e所顯示出的地震剖面同相軸與地質(zhì)模型巖性分界面的對(duì)應(yīng)關(guān)系較為清晰，同相軸反射能量進(jìn)一步增強(qiáng)，部分砂泥巖互層段存在同相軸扭曲現(xiàn)象。圖3f中地震剖面上同相軸分布形態(tài)與地質(zhì)模型中巖性分界面形態(tài)對(duì)應(yīng)較為良好，同相軸同樣也表現(xiàn)得較為平滑連續(xù)，部分段可見巖性尖滅，總體上與原型模型較為吻合。6而為基于地震反射特征的地下巖性組合識(shí)別奠定了理論基礎(chǔ)。圖4典型巖性組合的數(shù)值模擬結(jié)果

4結(jié)論

（1）深水沉積研究在油氣勘探開發(fā)具有重要價(jià)值，鄂爾多斯盆地旬邑地區(qū)具有明顯的深水沉積特點(diǎn)。通過野外露頭開展深水沉積的精細(xì)地質(zhì)研究可以克服地震及測(cè)井技術(shù)的不利因素，從而有效指導(dǎo)沉積砂巖體內(nèi)部信息的研究。（2）探地雷達(dá)技術(shù)能夠區(qū)分地下不同電性介質(zhì)界面，實(shí)現(xiàn)地下沉積結(jié)構(gòu)的高分辨率成像。成像結(jié)果可反映露頭剖面的整體連續(xù)特征，相比其他野外露頭研究手段，具有高分辨率及橫向連續(xù)性較好的優(yōu)勢(shì)。（3）利用探地雷達(dá)技術(shù)獲取旬邑地區(qū)典型沉積砂體露頭剖面的成像結(jié)果，并結(jié)合實(shí)際露頭地質(zhì)模型正演模擬，分析代表性沉積組合的反射特征。結(jié)果表明，物理模擬與數(shù)值模擬對(duì)應(yīng)關(guān)系較為良好。探地雷達(dá)技術(shù)在露頭地質(zhì)調(diào)查中可以發(fā)揮較為重要的作用，應(yīng)充分挖掘該技術(shù)與露頭精細(xì)地質(zhì)研究相結(jié)合的應(yīng)用潛力，為有效指導(dǎo)油氣勘探提供地質(zhì)基礎(chǔ)。

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.作者：余為維1，馮磊2.3，杜艷艷1 單位：1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，2.河南理工大學(xué)