逆掩断裂带正演分析与解释——以英雄岭地区为例

doi:10.11720/wtyht.2019.1091

逆掩断裂带正演分析与解释——以英雄岭地区为例

熊业刚, 罗铮, 张启全, 王海峰, 李祥, 朱波, 王振强

中国石油青海油田分公司勘探开发研究院,甘肃敦煌 736202

Overthrust belt forward analysis and interpretation:A case study of Yingxiongling area

XIONG Ye-Gang, LUO Zheng, ZHANG Qi-Quan, WANG Hai-Feng, LI Xiang, ZHU Bo, WANG Zhen-Qiang

Qinghai Oilfield Company Exploration and Development Research Institute of PetroChina,Dunhuang 736202,China

责任编辑: 叶佩

收稿日期: 2018-03-8 修回日期: 2019-05-4 网络出版日期: 2019-06-20

基金资助:

中国石油天然气股份有限公司重大科技专项“柴达木盆地建设高原大油气田勘探开发关键技术研究与应用”子课题“柴达木盆地复杂油气藏地震配套技术研究”. 2016E-01

Received: 2018-03-8 Revised: 2019-05-4 Online: 2019-06-20

作者简介 About authors

熊业刚(1985-),男,2011年毕业于西南石油大学地球探测与信息技术专业,研究方向为地震资料处理与解释及综合评价。。

摘要

柴达木盆地逆掩断裂发育,由于受断裂影响,下盘成像困难且复杂。为此以地震数值模拟技术为依托,综合地震、测井数据建立地质模型开展正演,指导地震资料的处理解释工作。英雄岭地区逆掩带正演结果表明:由于上盘高速地层的存在,对下盘断裂覆盖地层造成单斜、局部假断层、基岩同相轴上拉、断面形态发生改变等地震假象。文中的成果对柴达木盆地英雄岭地区及其他构造油气藏的勘探目标区的地震数据处理、解释具有借鉴作用。

关键词： 逆掩断裂 ; 测井数据 ; 地质模型 ; 地震正演 ; 构造油气藏

Abstract

In the Qaidam Basin,the overthrust is developed and,because of the influence of fracture,the footwall imaging is difficult and complex.Based on the seismic numerical simulation technology,the authors integrated seismic and logging data to set up a geological model so as to guide the seismic processing and interpretation.The forward results of the Yingxiongling area show that,due to the high speed formation on the hanging wall,there appear monoclinic,local pseudo faults,bedrock pull-up and fault shape change in the footwall.The results obtained in this paper can be used for reference to the seismic data processing and interpretation in Yingxiongling area and exploration target areas of other structural reservoirs in the Qaidam Basin.

Keywords： overthrust ; logging data ; geological model ; seismic forward ; structural reservoirs

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本文引用格式

熊业刚, 罗铮, 张启全, 王海峰, 李祥, 朱波, 王振强. 逆掩断裂带正演分析与解释——以英雄岭地区为例. 物探与化探[J], 2019, 43(3): 551-557 doi:10.11720/wtyht.2019.1091

XIONG Ye-Gang, LUO Zheng, ZHANG Qi-Quan, WANG Hai-Feng, LI Xiang, ZHU Bo, WANG Zhen-Qiang. Overthrust belt forward analysis and interpretation:A case study of Yingxiongling area. Geophysical and Geochemical Exploration[J], 2019, 43(3): 551-557 doi:10.11720/wtyht.2019.1091

0 前言

柴达木盆地受多期构造运动尤其是喜山运动强烈挤压作用,地表和地下地质结构复杂多变^[1,2,3]。主要表现在以下几个方面:①地区地表速度变化较大,严重影响了小幅度构造和含气地震异常的识别;②复杂山地、高陡构造带,地震资料信噪比低,干扰波和有效波的识别和处理困难;③受逆掩断裂的影响,断层下盘精确速度难以获得,偏移成像不准,造成构造形态不正确,产生错误解释结果,降低了油气勘探的效果。针对柴达木盆地复杂地区地质情况,选择英雄岭地区油砂山逆掩断裂带作为主要研究目标,通过地震正演模型技术来分析该地质条件下成像不准确的原因,以指导该区的地震资料处理和解释。

1 问题的提出

逆掩断裂在盆地内广泛发育,位于英雄岭地区的狮子沟—油砂山浅层逆掩断裂具有特殊性和代表性。该断裂是一条区域性逆掩大断裂^[4],平面上断裂走向为NW向,该断裂EW长约55 km。剖面上浅层断开层位至 $N_{2}^{2}$ ,向深层滑脱于 $E_{3}^{2}$ 地层中,纵向上断距上大下小、断面上陡下缓,具有明显的逆掩断层的特征。

2012年通过新采集的二维地震资料处理和解释,在油砂山断裂下盘东侧发现英深一号断背斜圈闭,该圈闭在二维地震剖面有明显的构造显示(图1)。根据解释,成果同年钻探了风险井英探1井,设计井深4 600 m,完钻井深5 560 m,完钻层位 $E_{3}^{2}$ 。通过钻探,发现实际地质层位、构造形态与解释成果存在较大误差,分析认为其主要原因是由于处理成像不正确所致^[5,6,7,8];而英中三维地震资料解释及钻探证实该圈闭不存在,实际上英探1井位于向西抬升的斜坡部位(图2)。

图1

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图1 过英探1井二维叠前时间偏移剖面

Fig.1 Two-dimensional prestack time migration profile of Yingtan1

图2

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图2 过英探1井三维叠前深度偏移剖面

Fig.2 Three-dimensional prestack depth migration profile of Yingtan1 well

通过分析位于油砂山的英探1井的钻探结果,认为常规处理的二维地震资料由于上盘地层不同岩性,尤其是老地层出露影响了下盘地震资料处理偏移成像,造成假构造形态,为此,在利用井震资料建立准确地质模型的基础上,采用有限差分地震正演技术,分析逆掩断层下盘的地震反射特征与规律,为在该区做好地震资料处理成像和解释提供指导。

2 地质模型的建立

英雄岭构造格局的形成与其经历的多期构造运动有关, 特别是喜山晚期运动控制了英雄岭构造带的发育和形成。其构造层自下而上可分为:新生界古近系基岩、路乐河组(E₁₊₂)、下干柴沟组下段( $E_{3}^{1}$ )、下干柴沟组上段( $E_{3}^{2}$ );新近系上干柴沟组(N₁) 、下油砂山组( $N_{2}^{1}$ ) 、上油砂山组( $N_{2}^{2}$ ) 、狮子沟组( $N_{2}^{3}$ );第四系七个泉组(Q₁₊₂)。主要地震反射界面自下而上有T₆ 、T_R、T₅ 、T₄、T₃、T₂、T₂'、T₁、T₀ 分别代表不同年代地层的分界面。

利用英中三维叠前深度偏移资料获取过东德2井和英探1井地震剖面(图3),结合VSP、声波测井资料建立油砂山断裂地质模型(图4),设计 $N_{2}^{1}$ 垂向断距2.4 km,逆掩面水平距离10 km。英探1井完钻井深5 560 m,钻遇油砂山断裂上、下盘地层,该井与东德2井都进行了声波与VSP测井,利用该数据求取层速度资料(表1、2)。由层速度数据可以看出,英探1井 $N_{2}^{1}$ 、N₁层段层速度较高,与下盘东德2井相同层段层速度有较大差异,其原因有两个方面,一是油砂山断裂为一压扭性断裂,有一定的走滑分量;二是速度与地层应力有一定的关系,说明油砂山断裂带目前仍为高应力区。

图3

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图3 东德2—英探1连井地震剖面

Fig.3 Seismic profile cross Dongde2 well and Yingtan1 well

图4

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图4 逆掩断裂带地质模型

Fig.4 Overthrust belt geological model

表1 英探1井油砂山断裂上盘层速度

Table 1 Velocity tables of hanging wall of Youshashan fault with Yingtan 1 well

地质层位	深度/m	层速度AC/(m·s^-1)	层速度VSP/(m·s^-1)
$N_{2}^{2}$	103	1637	1081
$N_{2}^{1}$	1756	4484	4894
N₁	2430	5400	5468

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表2 东德2井油砂山断裂下盘层速度

Table 2 Velocity Tables of foot wall of Youshashan fault with Dongde 2 Well

地质层位	深度/m	层速度VSP/(m·s^-1)
Q₁₊₂	794	2513
$N_{2}^{3}$	1200	2710
$N_{2}^{2}$	1540	3215
$N_{2}^{1}$	2350	3450
N₁	2866	4380
$E_{3}^{2}$	3592	4503
$N_{3}^{1}$	3928	4530
E₁₊₂	4420	4587
基岩	4498	5372

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3 模型正演与分析

众所周知地震波数值模拟有多种方法^[9,10,11,12],如射线渐进近似方法与有限差分法,本文采用有限差分法进行地震波场正演,通过提高差分方程的阶数来改善模拟的精度。首先在构建接近实际地质模型的基础上,选择地质模型中代表油砂山断裂南侧平坦部位、断裂上盘构造主体部位和构造北侧地层倾斜部位A,B,C 三个点,(如图5a);其次参照野外地震采集工作的观测系统,采用井下10 m放炮,120道接收,道距30 m,双边放炮的采集参数;最后,采用有限差分法正演A、B、C三个位置的单炮记录(如图5b,5c,5d),并进行叠加处理(如图6)。

图5

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图5 实际地质模型与单炮记录

a—实际地质模型;b—A点单炮记录;c—B点单炮记录;d—C点单炮记录

Fig.5 Actual geological model and single shot record

a—Actual geological model;b—Single shot record of A point;c—Single shot record of B point;d—Single shot record of C point

图6

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图6 模型数据的水平叠加剖面

Fig.6 Horizontal stacking profile of model data

从图5b,5c,5d的三个单炮记录可以看到,构造南侧地层平坦,断裂不发育情况下能够获得有效的反射信息(图5b);构造主体的油砂山断裂上盘浅层能看到有效的反射信息,断裂下盘反射信号很微弱,几乎为空白反射(图5c);构造北侧地层倾斜,有较强的反射信号,但干扰波(干扰波类型为绕射波,绕射波产生在岩性横向突变引起速度不均匀的地方,即F₁与F₂断裂周围)发育(图5d)。从图6叠加剖面分析,构造主体两侧看到较好的反射,但剖面整体干扰波严重,主要为断点绕射,且能量较强,同时对逆掩断裂覆盖的区域影响较大,断裂下盘主体构造形态畸变严重。

对图7叠前时间偏移处理结果分析,偏移解释结果与实际地质模型存在有很大的差异。其原因有:①由于上覆高速地层的影响,油砂山断裂形态与地质模型(图4)差异大,在模型上断面设计铲式断层,由于上覆高速地层的存在,断面成像位置向上抬升,断面形态发生改变,由地质模型设计的铲式断层变为“弓”型或坡坪式断层;②由于受逆掩断层上下盘横向速度剧烈变化的影响,造成下盘中浅层(1 500~2 500 ms)主体部位出现假断层与上倾单斜构造现象; ③由于受上覆高速地层的影响,随着逆掩面宽度的增大,断层下盘深层出现假背斜构造形态,其时间误差大约在600 ms左右。

图7

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图7 模型数据的叠前时间偏移剖面

Fig.7 Prestack time migration profile of model data

4 叠前深度域成像

造成速度变化(或异常)的因素很多, 除逆掩断层推覆外, 局部具有高速异常体的盐丘、局部火成岩体特殊岩层、上覆较陡地层都会在时间剖面上引起下伏地层出现假构造现象,造成解释上的错误,给勘探部署和钻探带来失误。

从理论上来将,叠前时间偏移技术只能解决水平层状介质的共反射点叠加成像问题,而对于复杂构造,尤其是速度横向变化剧烈时,叠前时间偏移就会产生与实际地质构造不相符的假象,因此,叠前时间偏移难以解决此类问题,必须通过建立准确的深度—速度模型,并采用叠前深度偏移成像技术来解决^[13,14,15]。

图8是利用准确的模型速度和采用Kirchhoff叠前深度偏移后的地震剖面。从剖面上可以看到油砂山断面形态、基岩上拉隆起、中浅层单斜、假断层等现象消除,与设计的地质模型形态基本一致。所以,叠前深度偏移是解决复杂逆掩断层准确成像的有效方法。

图8

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图8 模型数据的叠前深度偏移剖面

Fig.8 Prestack depth migration profile of modeling data

5 结论

通过建立英雄岭地区油砂山逆掩断裂带地质模型与正演模拟,明确了时间偏移很难解决复杂构造,尤其是逆掩断裂上下盘地层的准确成像问题,在叠前时间偏移剖面上,下盘中浅层地层会产生断层、单斜与基岩上凸隆起背斜构造假象,基岩地层上凸幅度可达600 ms。

由正演模拟分析可知,对于复杂地质构造,尤其是存在逆掩断裂形成的纵横向速度剧烈变化时,最有效的解决手段就是综合利用钻井、地震解释成果建立精确的深度—深度模型,采用叠前深度偏移成像处理方法来解决其成像不准问题。

The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

王桂宏, 李永铁, 张敏 , 等.

柴达木盆地英雄岭地区新生代构造演化动力学特征

[J]. 地学前缘, 2004,11(4):417-423.