何青松，石艷玲，宋群會，曾凡桂

(1.太原理工大學，煤科學與技術(shù)教育部及山西省重點實驗室，山西太原 030024;2.中國石油東方地球物理公司，河北涿州 072751)

1 引言

電磁測深作為一種不可或缺的物探方法，在基礎地質(zhì)、礦產(chǎn)勘查、地熱及工程勘探等地球物理勘探中備受青睞(劉光鼎，2002;趙國澤等，2007;趙殿棟，2009)。在油氣勘探中電磁測深則同重磁力勘探方法一起被稱為非地震類，而入另冊。然而，21世紀以來，電磁測深法在地震方法難以奏效的地區(qū)，如玄武巖覆蓋區(qū)、逆掩推覆帶以及深層目標油氣勘探中均取得了成功(Strack et al.，1990;呂友生等，1994)。其中大功率固定源法(LOTEM)采用200kW大功率發(fā)射系統(tǒng)、24位電磁采集站，其勘探精度較常規(guī)電磁法有明顯提高(樸化榮，1990)，在近年來的油氣目標勘探與研究中取得良好的效果，而受到廣泛報道和應用(賈進斗等，1998;何展翔等，2001)，本文將要介紹的LOTEM在中國西部T盆地ZY構(gòu)造帶地區(qū)深層儲層研究就是其中之一例。

關(guān)于T盆地奧陶統(tǒng)白云巖儲層特征與成因類型有很多探討和論述，對該區(qū)白云巖儲層的沉積環(huán)境以及控制作用都進行了大量研究(顧家裕，2000;蔣裕強等，2000;楊威等，2000;劉忠寶等，2004;杜耀斌等，2005;焦存禮，2011)。沈昭國等(1995)早在1995年就對該盆地古生界白云石化成因機理及模式進行了探討，后來邵龍義等(2002)又對該盆地西部隆起寒武系及奧陶系白云巖類型及形成機理進行了研究，王祺等(2001)則論述了該盆地西部碳酸鹽巖成巖環(huán)境特征及其對儲層物性的控制作用;安曉璇(2010)對該盆地塔中地區(qū)寒武－奧陶系白云巖儲層特征進行了研究，指出了該地區(qū)奧陶系古潛山型油氣藏成藏條件和中上奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖層序發(fā)育對同生期巖溶作用的控制，對該區(qū)油氣勘探前景，特別是下古生界白云巖儲層油氣勘探前景作了中肯的評價，展示出了良好油氣勘探潛力(康玉柱，2006;鄭和榮等，2007)。2010年我國西部T盆地ZY構(gòu)造帶地區(qū)部署的深井－TY2井在下奧陶統(tǒng)白云巖段獲得高產(chǎn)工業(yè)油氣流，這一突破證實了前人的研究成果，白云巖儲層的發(fā)現(xiàn)標志著中國西部T盆地白云巖是一個現(xiàn)實的油氣勘探領域。

但由于下古生界白云巖與灰?guī)r的波阻抗差很小，加之目標地層埋深較大，地表地質(zhì)條件較復雜，因而僅僅依靠地震資料研究深部構(gòu)造及進行巖性對比效果不太理想，經(jīng)過攻關(guān)也未能取得實質(zhì)性的進展。在研究產(chǎn)氣層電測井資料時，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)氣層電阻率相當?shù)?，而且產(chǎn)量與電測電阻率大小成反比;進一步研究表明高阻碳酸巖中的這類產(chǎn)氣白云巖段往往具有較大的孔隙度和較圍巖低得多的電阻率，因此針對這種物性特征采用電磁測深進行勘探無疑是最佳選擇，而大功率LOTEM因其所具有的勘探精度和勘探深度又成為首選。盡管物性條件頗佳，但該探區(qū)地表覆蓋巨厚流動沙丘，地下目標深度大，厚度小，這對于LOTEM法是一個嚴峻的挑戰(zhàn)。對于該探區(qū)低阻白云巖儲層的研究無疑是一種積極的、有意義的探索。

2 大沙漠區(qū)LOTEM工作方法

LOTEM法采用長直導線(AB)向地下供入強大的方波電流(100A)，在一定距離(收發(fā)距R=6～15km)處的剖面上，通過磁棒接收方波激發(fā)后產(chǎn)生的純二次場，圖中T為激發(fā)信號周期(s)(圖1)。首先，將發(fā)射點A、B選擇在潮濕低凹處，用推土機將浮砂推開，直到出現(xiàn)濕砂為止，采用鐵板作為接地;A、B之間采用四組電纜并聯(lián)，以降低電路電阻，AB供電極一般長6～10km。接收采用磁棒，挖坑垂直埋置，并用浮砂覆蓋以免風動干擾。由于供電電流可達100A，因而資料信噪比相當高。

圖1 LOTEM勘探示意圖Fig.1 Sketch of LOTEM sounding

3 提高信噪比的預處理方法

由于激發(fā)周期可以人為控制，因此一般每個排列都要記錄64～128個周期的信號，在室內(nèi)處理中可以采用地震法常用的一些處理方法來進一步消除噪聲干擾，提高信噪比，以便有效地提取異常信息、突出電性異常剖面上的標志。按處理的先后可分為疊前處理、疊加處理和疊后處理。疊前處理包括數(shù)據(jù)記錄的回放顯示、頻譜分析，用來了解干擾水平和強干擾噪聲的頻率特征，對個別周期的無規(guī)則的干擾可以直接刪除該周期的記錄，對具有一定頻率特性的干擾，則采取疊前濾波的方法去除該頻率的信號;然后，就可進行疊加處理，即對去除干擾后野外重復采集的周期信號進行疊加，因此，可使隨機噪聲的均方誤差減至最小，疊加后各得到一套衰減曲線;疊后處理的信號可能還包含有一些噪聲，可以進一步進行平滑和濾波，最后，為了消除采集系統(tǒng)響應，需要對疊后信號進行反褶積等。經(jīng)過這些處理后可以得到信號曲線E(t)，其信噪比大大提高，一般能達到0.1% ～0.5%。為了消除裝置響應還要利用關(guān)系式F(t)=K×t×E(t)，求出標準化曲線F(t)。式中:K為裝置系數(shù);t為時間。

4 獲取高精度剖面異常的處理方法

首先是高分辨率剩余異常場的求取，這是借鑒于地震亮點技術(shù)，通過各種運算來突出局部電性異常，尤其是通過分離局部強振幅異常和有關(guān)的波形來實現(xiàn)。具體方法是，首先采用簡單層狀模型擬合求出一個等效的層狀介質(zhì)模型場響應，然后計算實測響應F(t)與模型之差的一階或二階導數(shù)，做出一階或二階高分辨率剩余異常場δf'(t)剖面圖。其中一階導數(shù)剖面圖的特點是，強振幅對應于電性界面，振幅為正時，對應于低－高阻分界面;振幅為負時，對應于高－低阻分界面。顯然二階導數(shù)剖面圖上零界點就是電性界面，振幅為正時對應于高阻層，振幅為負時，對應于低阻層。

第二步采用全區(qū)視電阻率求取方法，將處理后的曲線F(t)轉(zhuǎn)換成視電阻率曲線ρ(t)或視電導曲線S(t)。

第三步是獲得深度剖面:當電磁波向地下傳播時，其速度主要取決于介質(zhì)的導電率，根據(jù)地表不同測點記錄信號到達的時間及相應的視電導值S(t)，便可將對應的高分辨率剩余異常場δf'(t)剖面圖轉(zhuǎn)換成深度剖面δf'(h)。

5 深度剖面的標定與解釋方法

上面所獲得的高精度深度剖面δf'(h)能反映出地下電性微弱的相對變化規(guī)律，但其分辨率仍是有限的，而且也難以對深度剖面做出合理的地質(zhì)解釋，必須尋找一把合適的尺子。故此，我們對電測井曲線做如下處理，首先在深度域作高通空間濾波處理，濾波窗口設置為小于125m左右，相當于獲得了電測井曲線上小的薄層信息，同時，對電測井曲線作低通空間濾波(濾波器的窗口大于500m)處理，得到地層背景電性變化的曲線。然后，從實際電測井曲線中減去上述兩次濾波處理的曲線，得到除去了背景和過薄微層的測井微電性曲線。經(jīng)驗表明，上面濾波窗口的設置要根據(jù)剖面分辨率來做調(diào)整，另外濾波次數(shù)也要視電測曲線采樣點的稀密來確定。最后，將獲得的測井微電性曲線與LOTEM井旁測深曲線進行對比，即對圖2中610和612為LOTEM測點測深曲線進行標定，確定剩余異常場深度剖面的層位和深度。

圖2 井旁測深曲線標定Fig.2 Calibration of near－well sounding curves

從標定的LOTEM井旁測深點出發(fā)，進行強界面對比追蹤，結(jié)合地質(zhì)、地震、鉆井等已知資料，進行剖面地質(zhì)解釋，獲得了兩個比較明顯的的地質(zhì)界面:奧陶系灰?guī)r頂、奧陶系白云巖低阻儲層。圖3為一條剖面的解釋結(jié)果。

圖3 T99－527測線解釋剖面Fig.3 Interpretation section of the line T99 －527

獲取剖面特征參數(shù):為了對儲層特性進行描述，我們綜合探區(qū)鉆井電測資料獲得了電阻率和孔隙度剖面，并計算了儲層有效厚度。

(1)電阻率剖面:LOTEM剩余異常場二階導數(shù)深度剖面反映的是地層電性的相對變化，雖然強弱界面差異明顯、對比性強，但還不是剖面電性變化的直觀反映。

根據(jù)前面的標定我們知道，經(jīng)過處理可以得到測井微電性曲線，測井微電性曲線與LOTEM剖面電性相對變化是基本一致的，但剖面中電性背景被濾除，不能反映真實電阻率變化，為此，我們利用測區(qū)及其周邊35口井的低通空間濾波后的測井電測曲線，通過井間插值和外推，建立全區(qū)電測井電阻率背景值。然后，在LOTEM求得的剩余異常剖面中疊加上這一背景值，即獲得能客觀反映剖面地電特征的電阻率。

(2)孔隙度剖面:孔隙度是評價儲層的重要參數(shù)。研究儲層特征，首先就要研究孔隙度的分布特征。這里主要根據(jù)測井孔隙度與電阻率關(guān)系，從上面的電阻率剖面中求取孔隙度剖面。

根據(jù)電測井曲線與巖石物性的對比，可以得出孔隙度與電阻率成反比關(guān)系，即:孔隙度增大，電阻率降低;孔隙度減小，電阻率升高。于是我們對下古生界測井數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，得到了孔隙度與電阻率的關(guān)系式(圖4)，就把LOTEM電阻率剖面轉(zhuǎn)換為孔隙度剖面。

(3)儲層有效厚度:為了提取能反映客觀儲層特征的厚度參數(shù)，我們引入臨界孔隙度Φ0，并且認為:當Φ＜Φ0時，該巖層段厚度不計入儲層厚度;當Φ＞Φ0時，巖層才具有儲集能力，該巖層段厚度計入儲層有效厚度。

圖4 孔隙度與電阻率的關(guān)系Fig.4 Relationship between porosity and resistivity

確定臨界孔隙度:①收集區(qū)內(nèi)深井的奧陶系白云巖儲層埋深及厚度數(shù)據(jù);②列出井旁LOTEM點儲層的孔隙度值，并繪制成曲線;③在LOTEM孔隙度曲線上標出鉆井儲層的位置，取對應的最小孔隙度作為臨界值;④綜合考慮多口鉆井，取Φ0=1.7%。

求取儲層有效厚度:①從LOTEM深度剖面上求出儲層埋深及厚度初值;②在初值范圍內(nèi)搜索孔隙度剖面中儲層段的孔隙度數(shù)據(jù)，找出與臨界孔隙度Φ0值相對應的頂、底埋深，其差即為儲層厚度;③某些測點計算的孔隙度恒小于Φ0值，按上述方法其厚度為零，這里將其儲層厚度設為LOTEM剖面最小分辨率的一半40m。

6 白云巖儲層的初步描述

在分析了奧陶系白云巖低阻儲層的預測電阻率、孔隙度、厚度參數(shù)以及構(gòu)造特征的基礎上，結(jié)合已知的地質(zhì)、鉆井資料，對測區(qū)儲層和油氣有利區(qū)進行了綜合分析、評價:

圖5 奧陶系白云巖儲層描述圖Fig.5 Characteristics of the Ordovician dolomite reservoirs

LOTEM查明中國西部TZY構(gòu)造帶奧陶系白云巖儲層為一低阻電性層，電阻率最小可至30Ω·m，一般為100Ω·m左右，圖5a描述了探區(qū)白云巖儲層的電阻率變化規(guī)律，可見在ZY構(gòu)造帶TY2井至ZY構(gòu)造帶1井存在北西向兩個主要低阻儲層帶，圖5b描述了探區(qū)白云巖儲層的孔隙度變化規(guī)律，一般高產(chǎn)儲層孔隙度大于1.75%，最大可達2.5%，圖5c描述了探區(qū)白云巖儲層的厚度變化規(guī)律，厚度最大可達300m，一般為200m左右。

將儲層的電阻率、孔隙度和厚度圖疊合，得到奧陶系白云巖低阻儲層綜合評價圖(圖5d)，預測了四個最有利的儲層區(qū)(即Ⅰ類儲層區(qū))。

圖5d中:具有高孔隙度、低電阻率及較厚儲層厚度的地區(qū)為I類儲層區(qū);具有高孔隙度、較高電阻率或較薄儲層厚度的地區(qū)為II類儲層區(qū);低孔隙分布區(qū)為III類儲層區(qū)。并且結(jié)果結(jié)合油氣橫向運移規(guī)律進行了綜合評價認為，位于構(gòu)造高部位或斷層附近的Ⅰ類儲層區(qū)，同時也是油氣運移指向的地區(qū)為Ⅰ類有利區(qū)。

7 結(jié)論

針對ZY構(gòu)造帶復雜地表條件，LOTEM法采用特殊的施工方法，采取了大量壓制噪聲干擾的數(shù)據(jù)處理方法，以及提高剖面分辨率的處理手段，使該方法能在深層碳酸鹽巖地區(qū)能有效地分辨碳酸鹽巖高阻中的低阻薄層，彌補了地震資料在碳酸鹽巖中難以獲得有效反射的不足。利用LOTEM資料，結(jié)合測區(qū)內(nèi)鉆井、井旁測深等多種資料，對工區(qū)電性特征進行了研究，初步描述了高阻碳酸鹽巖中低阻儲層特征及分布規(guī)律，并結(jié)合區(qū)內(nèi)鉆井、地質(zhì)、地震資料，對儲層有利目標進行了預測和評價，對于類似地區(qū)和相同物性條件的儲層研究是意義的探索，也可作為地震勘探一種有益的補充。

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