地震反射同相轴畸变的正演分析方法——在阿姆河右岸区块的应用_工程实践

摘要

摘要：针对土库曼斯坦阿姆河右岸区块目的层沉积相带变化和上覆盐膏层受挤压变形引起的地震反射同相轴畸变问题，为减少解释的多解性，通过分析研究区沉积地层特征，并结合钻井和测井

摘要：针对土库曼斯坦阿姆河右岸区块目的层沉积相带变化和上覆盐膏层受挤压变形引起的地震反射同相轴畸变问题，为减少解释的多解性，通过分析研究区沉积地层特征，并结合钻井和测井资料，设计了坡折带相交区和中石膏受挤压变形两类地震地质模型。在波动方程理论的指导下对模型进行了正演模拟，分析了各类正演结果的地震响应特征，并与实际地震剖面进行了比较，为坡折带相变区的层位标定及对比追踪找到了确实可信的理论依据。分析认为：盐下部分同相轴错断是中石膏层变形所引起的断裂假象。该模型正演结果较好地解决了研究区解释中对比方案难以确定的问题，为开展下一步的解释工作奠定了基础。

关键词：碳酸盐岩；膏盐层；地震勘探；同相轴；模型；正演；土库曼斯坦；阿姆河右岸区块

1 研究区概况

土库曼斯坦阿姆河右岸区块主要勘探目的层系为上侏罗统卡洛夫-牛津阶，为一套海相碳酸盐岩，又可分为ⅩⅤ层和ⅩⅥ层，储层主要集中在上部ⅩⅤ层中。其下伏中下侏罗统为一套海陆过渡相含煤(烃源岩)系地层，上覆上侏罗统基末利阶泥岩和盐岩膏岩系列为区域优质盖层。由于目的层沉积相带的变化和上覆膏岩的强烈变形，导致勘探层系地震波极其复杂，给层位标定与追踪解释造成很大困难。为了减少结果的多解性给勘探部署带来的风险，笔者根据前人沉积相的研究结果以及上覆膏岩层变形对目的层地震反射特征的影响，设计了两类地质模型，进行了模型正演研究，以期为目的层顶界解释与追踪提供依据。

2 相变区地质模型设计与正演分析

区域地质研究表明，该区沉积相带可以划分为台地相和前缘斜坡相。钻井资料表明，台地相碳酸盐岩沉积厚度稳定，上覆地层中缺失泥岩沉积；前缘斜坡相碳酸盐岩沉积厚度较薄且横向不稳定，上覆地层发育齐全，台地上的A井、B井和前缘斜坡相的C井钻井地质分层(表1)证实不同相带各套地层厚度的差异。

表1 主要目的层钻井厚度表 m

岩层	A井	B井	C井
中石膏层	34	59	121
下盐层	91	78	188
下石膏层	10	15	50
泥岩层	0	0	16
ⅩⅤ碳酸盐岩层	52	59	70
ⅩⅥ碳酸盐岩层	348	342	177

研究区3口测井资料对碳酸盐岩顶界(T₁₄)的标定结果见图1。从图中可见：台地相和前缘斜坡相的碳酸盐岩顶界并不在同一相位上。这对进一步的追踪和解释带来了不确定性。基于区域地质和钻测井资料分析，设计了沉积相变区地震地质模型(图2)：台地相ⅩⅥ碳酸盐岩层厚度为50～70m，ⅩⅤ碳酸盐岩层厚度为300～360m，下石膏层厚度为8～15m，下盐层厚度为70～100m，中石膏层厚度为30～50m；前缘斜坡相ⅩⅥ碳酸盐岩层厚度为40～60mm，ⅩⅤ碳酸盐岩层厚度为80～180m，泥岩层厚度为4～38m，下石膏层厚度为20～80m，下盐层厚度为40～200m，中石膏层厚度为100～140m；中下侏罗统速度为4100m/s，密度为2.40g/cm³；ⅩⅥ碳酸盐岩层速度为5900m/s，密度为2.75g/cm³；ⅩⅤ碳酸盐岩层速度为5600m/s，密度为2.65g/cm³；泥岩层速度为4200m/s，密度为2.45g/cm³；下石膏层和中石膏层的速度为6000m/s，密度为2.96g/cm³；下盐层和上盐层速度为4500m/s，密度为2.50g/cm³。取Ricker子波作为入射脉冲，依据实际地震资料选取的地震波主频为30Hz。通过波动方程正演计算，得到的理论地震记录见图3。

理论记录与实际地震剖面的对比表明，从台地相到前缘斜坡相，碳酸盐顶界反射(T₁₄)“窜相位”。这证明了井资料标定结果的准确性。图中还可以看出，前缘斜坡相碳酸盐岩反射振幅能量比台地相的要弱一些，这与实际地震记录的情况也是一致的。据此，落实了碳酸盐岩顶界的解释与对比方案(图4)。

3 上覆膏盐层变形的模型设计与正演分析

研究区前缘斜坡相上侏罗统碳酸盐岩顶底同相轴出现错断，地震剖面出现“眼球”(图5)，也是本地区地震解释中的难题。笔者针对这种地震现象查阅了大量的文献，雷雪、刘丽华等对类似地震现象的四川盆地川中地区三叠系雷口坡组雷一¹亚段已作了分析，但是阿姆河右岸侏罗系卡洛夫-牛津阶地层和川中地区三叠系雷口坡组雷一¹亚段的发育情况存在差异。川中地区三叠系雷口坡组雷一¹亚段是下伏地层和上覆地层均属于膏盐地层，属“盐底辟构造作用”和挤压作用共同形成，而阿姆河右岸侏罗系卡洛夫牛津地层下伏是“硬地层”，仅仅是上覆膏盐岩挤压作用形成。通常，水平挤压作用导致岩层发生纵弯褶皱，垂直力偶作用导致岩层发生横弯褶皱，“底辟构造作用”属于垂直力偶作用。盐岩造成的底辟构造属于盖层滑脱的差异垂直位移构造，主要为刚性差异垂直位移。长期以来，盐底辟构造被广泛研究，对它的认识较深^[1]。漆家福等人归纳总结了盐底辟构造的形成与演化模式有差异负荷模式、断层触发模式和断层阻挡的顺层流动模式3种^[1～4]，基于川中地区三叠系雷口坡组雷一¹亚段小断层的形成，大多数学者认为形成机制主要是“底辟构造作用”。依据分析，阿姆河右岸地区侏罗系卡洛夫-牛津阶上覆为强塑性流动的石膏和盐岩，笔者认为：一方面局部地区中石膏层已经被盐岩取代，属于低速物质取代高速物质，这种情况容易造成地震旅行时间变长，地震同相轴下拉；另一方面盐岩中存在石膏夹块，属于高速物质替代低速物质，地震旅行时间变短，地震同相轴容易造成上拉。为了验证这种假设，结合实际地震剖面和钻井分层设计了相应的地质模型(图6)：模型长度为4000m，中石膏层夹块宽度为60m，厚度为80m；ⅩⅣ层碳酸盐岩厚度为50～70 m；ⅩⅤ层碳酸盐岩厚度为80～160m；泥岩层厚度为6～32m；下石膏层厚度为30～130m；下盐层厚度为20～208m；中石膏层厚度为0～190m；各层速度设置同第一个模型(图2)。取Ricker子波作为入射脉冲，取地震波主频为30Hz。波动方程正演得到的理论地震记录如图7所示。

由图7可见，在中石膏层受挤压消失或减薄的区域，碳酸盐岩顶底界面在时间剖面上出现下拉，形成“眼球”；如果盐岩中存在石膏夹块，则引起下覆碳酸盐岩顶底反射同相轴错断，这显然会使解释进入误区。由此可提示，在石膏层变形较强烈的地区，地震解释要特别关注中石膏缺失和减薄的区域。

4 结论

针对研究区解释中的难点设计了两类地震地质模型。通过波动方程正演，得到了理论的地震记录。通过与实际地震资料的比较，基本落实了沉积相变区目的层坡碳酸盐岩顶界的解释追踪对比方案，并为上覆地层挤压变形引起膏盐岩强烈的非均质性，可能引起的目的层碳酸盐岩在地震时间域存在断裂假象找到了依据。

需要指出的是，本次正演设计的地震地质模型各地层单元的岩石物性参数都是用常数，是理想的局部均匀介质^[5～7]。因此，正演结果可能存在一定的局限性。随着探区勘探开发的不断深入，可考虑非均值地层单元的建立。

参考文献

[1] 雷雪，李忠，翟中华.川中地区中三叠统雷口坡组构造特征及解释方法探讨[J].石油物探，2005，44(2)：137-141.

[2] 刘丽华，刘定锦，李乐.川中龙女寺地区雷一¹亚段构造解释方法[J].天然气工业，2009，29(2)：45-48.

[3] 漆家福.油区构造解析[M].东营：石油大学出版社，2001：6-7，10-11，160-184.

[4] 侯艳平，孙向阳，任建业.东淮凹陷盐滑脱变形构造及其在油气勘探中的意义[J].石油与天然气地质，2004，25(1)：58-61.

[5] 季玉新，韩文功，沈财余.胜利油田典型地质模型的地震正演[J].石油地球物理勘探，2006，41(5)：561-572.

[6] 张家震，马士忠，王新峰，等.车镇凹陷北部陡坡带下古生界油气分布控制因素[J].西南石油学院学报，2005，27(4)：5-8.

[7] 宋建国，刘励云，周廷全.陡坡带复杂地质模型的建立[J].石油地球物理勘探，2008，43(4)：473-478.

(本文作者：龚幸林^1，2 吴育林³ 杨晓³ 梁虹³ 龚立³ 秦俐³ 1.北京大学地球与空间科学学院；2.中国石油(土库曼斯坦)阿姆河天然气公司；3.川庆钻探工程公司地球物理勘探公司)