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，地層內部巖性組合關系的精細描述在油氣田地質研究中越來越受到重視。地震資料作為巖性組合綜合響應，根據其反射特征識別分析巖性組合關系對于油氣勘探具有重要意義。目前常規分析手段主要為數值模擬與物理模擬，其中物理模擬受震源主頻限制，實驗室條件下難以達到其要求。為此，利用探地雷達技術進行物理模擬，并結合基于波動方程的數值正演模擬，將二者聯合應用于露頭巖性分析，最終得到實際野外露頭的砂泥巖層組合關系。研究結果表明，該方法較為清晰地表征了研究區典型露頭巖性組合關系的地震響應特征，為基于地震資料的巖性組合精細描述提供了依據，其對于儲層預測具有地質指導意義。

關鍵詞：油氣勘探；巖性組合；數值模擬；物理模擬；探地雷達

0引言

當前中國陸上油氣勘探目標逐步轉向非常規低孔、低滲砂巖[1]，鄂爾多斯盆地旬邑地區延長組即為其代表[2-4]。砂巖體地層與內部巖性組合是該地區深水沉積地質研究的重點，深水沉積研究對于油氣勘探開發具有重要意義[5-8]。基于常規測井與地震勘探的地層巖性組合分析方法分別受限于鉆井數與地震分辨率，為此，眾多學者采用現代沉積描述、淺層鉆探以及露頭勘測等方法對地下沉積特征展開研究，從而獲取地層巖性描述，以指導油氣勘探工作[9-18]。野外露頭的精細地質分析對油氣勘探具有重要價值，探地雷達技術為精確識別露頭內部地質結構特征提供了有效途徑。探地雷達技術是一種借助于高頻電磁波探測地下內部結構的地球物理方法。該技術是一種有效的淺層探測手段，因具有攜帶靈活、成像快捷直觀、高分辨率、對探測物無損性等優點，使其在工程建設、水利與環境勘查等方面得到廣泛應用[19-25]。國外學者首先將探地雷達技術應用在漫灘及河道沉積體的研究中，應用效果較好，之后不斷得到推廣。Skelly等基于探地雷達方法分析了河道儲層結構[26]；Jol等將探地雷達用于砂巖層內部結構的識別研究[27]；Lunt等通過探地雷達探索研究了辮狀河砂壩的側向遷移模式[28]。中國探地雷達技術起步較晚，目前廣泛應用于工程勘查方面，但是在地下沉積特征探測方面的應用還有待進一步加強[29-30]。以鄂爾多斯盆地旬邑地區為例，采用探地雷達技術進行沉積巖性的物理分析，并結合地震數值模擬結果，詳細分析了地層內部巖性組合的反射特征，為后期油氣藏勘探開發奠定了基礎，此外也拓寬了探地雷達技術在地質巖性分析中的應用。

1研究區地質概況

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

2探地雷達基本原理

探地雷達技術主要是借助于發射天線發射的高頻電磁波，該電磁波脈沖在地下傳播時如遇到介質常數存在差異的界面，即發生反射及透射[25]，而反射回地表的電磁波則由接收天線所接收，經離散化采樣處理轉化為時間序列信號。測點上雷達反射記錄反映了反射波振幅強度、相位等信息，通過對反射剖面的處理解釋即可實現對地下目標體的探測。

3沉積露頭模擬分析

研究區內發育大量復合水道沉積砂體，具有明顯的沉積特征，因此，通過野外實地踏勘識別出這種典型沉積的露頭（圖1），從而在實際露頭剖面基礎上開展對沉積組合特征的研究。圖1中露頭下部地層判識為典型復合水道沉積砂體，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，首先是厚層中細粒砂巖，巖性與地層厚度較為連續，基本上變化不大；其次是薄層砂巖夾雜薄層泥巖，該段地層巖性呈現明顯的等厚砂層夾雜薄層泥巖的特征，并且地層巖性連續性較好；再次為中厚層的中細粒砂巖，該段地層連續性較差，由于受下切作用侵蝕造成剖面上呈現下凹狀，部分段夾雜薄層泥巖；最上部主要為泥巖段，地層連續性差，巖性主要呈現砂泥巖互層，部分層段（如凹形上部）砂泥巖薄互層呈現為等厚砂巖近似對稱狀分布，且砂巖層明顯較薄。

3.1雷達成像

采用探地雷達技術對典型沉積體露頭進行高精度成像，模擬實際地震勘探分析。研究中采用在工程建設、環境勘查等方面應用效果較為良好的RIS-K2型探地雷達，根據實際露頭成像需要，結合探地雷達天線頻率與探測分辨率的關系，選擇200MHz的探地雷達天線。

3.2數值正演

在露頭實際剖面地層基礎上，得到典型復合水道沉積砂體的地質原型模型（與野外露頭比例為1∶1）。鑒于露頭剖面尺度有限，為匹配實際地震資料，對層厚進行等比例變化后再正演模擬。圖3a為基于圖1中實際復合水道沉積砂體露頭所建立的地質原型模型，根據層厚比例，分別設置與原型模型比例為1∶40、1∶75、1∶100、1∶150、1∶200的模型進行正演，所得結果分別見圖3b—f。從圖3b中可以看出，地震剖面上同相軸數量明顯少于地質模型中地層分界面數目，并且凹型界面的下凹程度相比原型模型較緩，對應關系較差。圖3c中地震剖面上同相軸數量有所增加，但仍然少于原型模型中地層分界面數目。此外反射剖面上砂泥巖互層部分由于干涉作用發生同相軸錯斷，與原型模型中砂泥巖互層關系存在解釋上的假象。圖3d中地震剖面上同相軸數量基本與原型模型巖性分界面相對應，砂泥巖互層部分對應關系也較為清楚，部分段反射能量存在較弱現象。圖3e所顯示出的地震剖面同相軸與地質模型巖性分界面的對應關系較為清晰，同相軸反射能量進一步增強，部分砂泥巖互層段存在同相軸扭曲現象。圖3f中地震剖面上同相軸分布形態與地質模型中巖性分界面形態對應較為良好，同相軸同樣也表現得較為平滑連續，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別奠定了理論基礎。圖4典型巖性組合的數值模擬結果

4結論

（1）深水沉積研究在油氣勘探開發具有重要價值，鄂爾多斯盆地旬邑地區具有明顯的深水沉積特點。通過野外露頭開展深水沉積的精細地質研究可以克服地震及測井技術的不利因素，從而有效指導沉積砂巖體內部信息的研究。（2）探地雷達技術能夠區分地下不同電性介質界面，實現地下沉積結構的高分辨率成像。成像結果可反映露頭剖面的整體連續特征，相比其他野外露頭研究手段，具有高分辨率及橫向連續性較好的優勢。（3）利用探地雷達技術獲取旬邑地區典型沉積砂體露頭剖面的成像結果，并結合實際露頭地質模型正演模擬，分析代表性沉積組合的反射特征。結果表明，物理模擬與數值模擬對應關系較為良好。探地雷達技術在露頭地質調查中可以發揮較為重要的作用，應充分挖掘該技術與露頭精細地質研究相結合的應用潛力，為有效指導油氣勘探提供地質基礎。

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