地震反射同相軸畸變的正演分析方法——在阿姆河右岸區(qū)塊的應(yīng)用

摘 要

摘要：針對土庫曼斯坦阿姆河右岸區(qū)塊目的層沉積相帶變化和上覆鹽膏層受擠壓變形引起的地震反射同相軸畸變問題，為減少解釋的多解性，通過分析研究區(qū)沉積地層特征，并結(jié)合鉆井和測井
摘要：針對土庫曼斯坦阿姆河右岸區(qū)塊目的層沉積相帶變化和上覆鹽膏層受擠壓變形引起的地震反射同相軸畸變問題，為減少解釋的多解性，通過分析研究區(qū)沉積地層特征，并結(jié)合鉆井和測井資料，設(shè)計(jì)了坡折帶相交區(qū)和中石膏受擠壓變形兩類地震地質(zhì)模型。在波動(dòng)方程理論的指導(dǎo)下對模型進(jìn)行了正演模擬，分析了各類正演結(jié)果的地震響應(yīng)特征，并與實(shí)際地震剖面進(jìn)行了比較，為坡折帶相變區(qū)的層位標(biāo)定及對比追蹤找到了確實(shí)可信的理論依據(jù)。分析認(rèn)為：鹽下部分同相軸錯(cuò)斷是中石膏層變形所引起的斷裂假象。該模型正演結(jié)果較好地解決了研究區(qū)解釋中對比方案難以確定的問題，為開展下一步的解釋工作奠定了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：碳酸鹽巖；膏鹽層；地震勘探；同相軸；模型；正演；土庫曼斯坦；阿姆河右岸區(qū)塊
1 研究區(qū)概況
    土庫曼斯坦阿姆河右岸區(qū)塊主要勘探目的層系為上侏羅統(tǒng)卡洛夫-牛津階，為一套海相碳酸鹽巖，又可分為ⅩⅤ層和ⅩⅥ層，儲(chǔ)層主要集中在上部ⅩⅤ層中。其下伏中下侏羅統(tǒng)為一套海陸過渡相含煤(烴源巖)系地層，上覆上侏羅統(tǒng)基末利階泥巖和鹽巖膏巖系列為區(qū)域優(yōu)質(zhì)蓋層。由于目的層沉積相帶的變化和上覆膏巖的強(qiáng)烈變形，導(dǎo)致勘探層系地震波極其復(fù)雜，給層位標(biāo)定與追蹤解釋造成很大困難。為了減少結(jié)果的多解性給勘探部署帶來的風(fēng)險(xiǎn)，筆者根據(jù)前人沉積相的研究結(jié)果以及上覆膏巖層變形對目的層地震反射特征的影響，設(shè)計(jì)了兩類地質(zhì)模型，進(jìn)行了模型正演研究，以期為目的層頂界解釋與追蹤提供依據(jù)。
2 相變區(qū)地質(zhì)模型設(shè)計(jì)與正演分析
    區(qū)域地質(zhì)研究表明，該區(qū)沉積相帶可以劃分為臺(tái)地相和前緣斜坡相。鉆井資料表明，臺(tái)地相碳酸鹽巖沉積厚度穩(wěn)定，上覆地層中缺失泥巖沉積；前緣斜坡相碳酸鹽巖沉積厚度較薄且橫向不穩(wěn)定，上覆地層發(fā)育齊全，臺(tái)地上的A井、B井和前緣斜坡相的C井鉆井地質(zhì)分層(表1)證實(shí)不同相帶各套地層厚度的差異。
表1 主要目的層鉆井厚度表    m
巖層
A井
B井
C井
中石膏層
34
59
121
下鹽層
91
78
188
下石膏層
10
15
50
泥巖層
0
0
16
ⅩⅤ碳酸鹽巖層
52
59
70
ⅩⅥ碳酸鹽巖層
348
342
177
研究區(qū)3口測井資料對碳酸鹽巖頂界(T14)的標(biāo)定結(jié)果見圖1。從圖中可見：臺(tái)地相和前緣斜坡相的碳酸鹽巖頂界并不在同一相位上。這對進(jìn)一步的追蹤和解釋帶來了不確定性?；趨^(qū)域地質(zhì)和鉆測井資料分析，設(shè)計(jì)了沉積相變區(qū)地震地質(zhì)模型(圖2)：臺(tái)地相ⅩⅥ碳酸鹽巖層厚度為50～70m，ⅩⅤ碳酸鹽巖層厚度為300～360m，下石膏層厚度為8～15m，下鹽層厚度為70～100m，中石膏層厚度為30～50m；前緣斜坡相ⅩⅥ碳酸鹽巖層厚度為40～60mm，ⅩⅤ碳酸鹽巖層厚度為80～180m，泥巖層厚度為4～38m，下石膏層厚度為20～80m，下鹽層厚度為40～200m，中石膏層厚度為100～140m；中下侏羅統(tǒng)速度為4100m/s，密度為2.40g/cm3；ⅩⅥ碳酸鹽巖層速度為5900m/s，密度為2.75g/cm3；ⅩⅤ碳酸鹽巖層速度為5600m/s，密度為2.65g/cm3；泥巖層速度為4200m/s，密度為2.45g/cm3；下石膏層和中石膏層的速度為6000m/s，密度為2.96g/cm3；下鹽層和上鹽層速度為4500m/s，密度為2.50g/cm3。取Ricker子波作為入射脈沖，依據(jù)實(shí)際地震資料選取的地震波主頻為30Hz。通過波動(dòng)方程正演計(jì)算，得到的理論地震記錄見圖3。
 

理論記錄與實(shí)際地震剖面的對比表明，從臺(tái)地相到前緣斜坡相，碳酸鹽頂界反射(T14)“竄相位”。這證明了井資料標(biāo)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。圖中還可以看出，前緣斜坡相碳酸鹽巖反射振幅能量比臺(tái)地相的要弱一些，這與實(shí)際地震記錄的情況也是一致的。據(jù)此，落實(shí)了碳酸鹽巖頂界的解釋與對比方案(圖4)。
 

3 上覆膏鹽層變形的模型設(shè)計(jì)與正演分析
    研究區(qū)前緣斜坡相上侏羅統(tǒng)碳酸鹽巖頂?shù)淄噍S出現(xiàn)錯(cuò)斷，地震剖面出現(xiàn)“眼球”(圖5)，也是本地區(qū)地震解釋中的難題。筆者針對這種地震現(xiàn)象查閱了大量的文獻(xiàn)，雷雪、劉麗華等對類似地震現(xiàn)象的四川盆地川中地區(qū)三疊系雷口坡組雷一1亞段已作了分析，但是阿姆河右岸侏羅系卡洛夫-牛津階地層和川中地區(qū)三疊系雷口坡組雷一1亞段的發(fā)育情況存在差異。川中地區(qū)三疊系雷口坡組雷一1亞段是下伏地層和上覆地層均屬于膏鹽地層，屬“鹽底辟構(gòu)造作用”和擠壓作用共同形成，而阿姆河右岸侏羅系卡洛夫 牛津地層下伏是“硬地層”，僅僅是上覆膏鹽巖擠壓作用形成。通常，水平擠壓作用導(dǎo)致巖層發(fā)生縱彎褶皺，垂直力偶作用導(dǎo)致巖層發(fā)生橫彎褶皺，“底辟構(gòu)造作用”屬于垂直力偶作用。鹽巖造成的底辟構(gòu)造屬于蓋層滑脫的差異垂直位移構(gòu)造，主要為剛性差異垂直位移。長期以來，鹽底辟構(gòu)造被廣泛研究，對它的認(rèn)識較深[1]。漆家福等人歸納總結(jié)了鹽底辟構(gòu)造的形成與演化模式有差異負(fù)荷模式、斷層觸發(fā)模式和斷層阻擋的順層流動(dòng)模式3種[1～4]，基于川中地區(qū)三疊系雷口坡組雷一1亞段小斷層的形成，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為形成機(jī)制主要是“底辟構(gòu)造作用”。依據(jù)分析，阿姆河右岸地區(qū)侏羅系卡洛夫-牛津階上覆為強(qiáng)塑性流動(dòng)的石膏和鹽巖，筆者認(rèn)為：一方面局部地區(qū)中石膏層已經(jīng)被鹽巖取代，屬于低速物質(zhì)取代高速物質(zhì)，這種情況容易造成地震旅行時(shí)間變長，地震同相軸下拉；另一方面鹽巖中存在石膏夾塊，屬于高速物質(zhì)替代低速物質(zhì)，地震旅行時(shí)間變短，地震同相軸容易造成上拉。為了驗(yàn)證這種假設(shè)，結(jié)合實(shí)際地震剖面和鉆井分層設(shè)計(jì)了相應(yīng)的地質(zhì)模型(圖6)：模型長度為4000m，中石膏層夾塊寬度為60m，厚度為80m；ⅩⅣ層碳酸鹽巖厚度為50～70 m；ⅩⅤ層碳酸鹽巖厚度為80～160m；泥巖層厚度為6～32m；下石膏層厚度為30～130m；下鹽層厚度為20～208m；中石膏層厚度為0～190m；各層速度設(shè)置同第一個(gè)模型(圖2)。取Ricker子波作為入射脈沖，取地震波主頻為30Hz。波動(dòng)方程正演得到的理論地震記錄如圖7所示。
 

    由圖7可見，在中石膏層受擠壓消失或減薄的區(qū)域，碳酸鹽巖頂?shù)捉缑嬖跁r(shí)間剖面上出現(xiàn)下拉，形成“眼球”；如果鹽巖中存在石膏夾塊，則引起下覆碳酸鹽巖頂?shù)追瓷渫噍S錯(cuò)斷，這顯然會(huì)使解釋進(jìn)入誤區(qū)。由此可提示，在石膏層變形較強(qiáng)烈的地區(qū)，地震解釋要特別關(guān)注中石膏缺失和減薄的區(qū)域。
4 結(jié)論
    針對研究區(qū)解釋中的難點(diǎn)設(shè)計(jì)了兩類地震地質(zhì)模型。通過波動(dòng)方程正演，得到了理論的地震記錄。通過與實(shí)際地震資料的比較，基本落實(shí)了沉積相變區(qū)目的層坡碳酸鹽巖頂界的解釋追蹤對比方案，并為上覆地層擠壓變形引起膏鹽巖強(qiáng)烈的非均質(zhì)性，可能引起的目的層碳酸鹽巖在地震時(shí)間域存在斷裂假象找到了依據(jù)。
    需要指出的是，本次正演設(shè)計(jì)的地震地質(zhì)模型各地層單元的巖石物性參數(shù)都是用常數(shù)，是理想的局部均勻介質(zhì)[5～7]。因此，正演結(jié)果可能存在一定的局限性。隨著探區(qū)勘探開發(fā)的不斷深入，可考慮非均值地層單元的建立。
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(本文作者：龔幸林1，2 吳育林3 楊曉3 梁虹3 龔立3 秦俐3 1.北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院；2.中國石油(土庫曼斯坦)阿姆河天然氣公司；3.川慶鉆探工程公司地球物理勘探公司)