黃 蕓 梁舒藝 高新峰 高 明 伏小鵬

1.中國石油新疆油田公司勘探開發(fā)研究院 2.中國石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

0 引言

勘探實(shí)踐表明，處于造山帶和盆地之間過渡部位的前陸沖斷帶及其下盤掩伏帶是油氣勘探的重要領(lǐng)域，國內(nèi)已在前陸沖斷帶及其下盤掩伏帶中發(fā)現(xiàn)多個(gè)油氣田[1-4]。目前有關(guān)前陸沖斷帶下盤掩伏構(gòu)造、鹽下構(gòu)造等的研究多側(cè)重于掩伏體下盤和鹽下各種構(gòu)造圈閉形態(tài)的落實(shí)，其前提條件是下盤掩伏背斜和鹽下構(gòu)造真實(shí)存在且僅是構(gòu)造有所變形或構(gòu)造高點(diǎn)有偏移[5-6]；而針對(duì)時(shí)間域構(gòu)造假象及時(shí)間域復(fù)雜構(gòu)造多解性的研究則多偏重于高速鹽丘、海底峽谷等特殊地貌或上覆地層厚度劇變等對(duì)下伏構(gòu)造層成像有“上拉、下拽”形成的構(gòu)造假象[7-17]。對(duì)于上盤推覆體為高速火山巖體時(shí)，僅是作為上覆層高速異常存在的現(xiàn)象之一被提及[6]，而火山巖體厚度橫向變化及尖滅對(duì)下盤構(gòu)造成像的影響及“假斷裂、假構(gòu)造”的判識(shí)方法則鮮有涉及，也沒有勘探實(shí)例驗(yàn)證。

準(zhǔn)噶爾盆地東北緣克拉美麗前陸沖斷帶為石炭系火山巖高角度逆沖的碰撞隆起帶，逆沖斷裂下盤在時(shí)間域剖面上表現(xiàn)為完整的“掩伏背斜”，是油氣地質(zhì)條件評(píng)價(jià)較高的勘探領(lǐng)域。但因上盤推覆體為高速火山巖體且橫向厚度變化劇烈至減薄尖滅，勘探實(shí)踐中出現(xiàn)了推覆體下盤的“掩伏背斜”消失、鉆井與地震解釋結(jié)果不符的“困惑”。為此，依據(jù)正演模型、疊前深度偏移剖面及傾角測(cè)井資料解釋成果，結(jié)合“掩伏背斜”的鉆探井——火北2井鉆探實(shí)例，分析了克拉美麗前陸沖斷帶下盤時(shí)間域“假背斜、假斷裂”形成的原因，以期為后續(xù)類似火成巖推覆體發(fā)育區(qū)甄別假構(gòu)造、降低勘探成本、提高鉆探成功率提供借鑒。

1 地質(zhì)背景

準(zhǔn)噶爾盆地周緣發(fā)育古生代褶皺山系，西北部為西準(zhǔn)噶爾造山帶，南部為天山，東北部為東準(zhǔn)噶爾造山帶（克拉美麗山）。多位學(xué)者[18-19]結(jié)合地面露頭的巖石學(xué)資料、構(gòu)造幾何形態(tài)的分析和沉積充填序列等多方面的綜合分析，提出盆地東北緣晚古生代發(fā)育前陸盆地的觀點(diǎn)：海西運(yùn)動(dòng)時(shí)期，準(zhǔn)噶爾板塊處于擠壓的大地構(gòu)造環(huán)境中，準(zhǔn)噶爾盆地與周緣板塊、地體拼接，褶皺隆起，形成凸起、斷褶及凹陷組成的克拉美麗山前帶的基本構(gòu)造格局，近東西走向的沙奇凸起和前陸凹陷的基本構(gòu)造格局控制了全區(qū)二疊紀(jì)地層的沉積范圍。晚石炭世—早二疊世，隨著克拉美麗山進(jìn)一步向南逆沖，在沙奇凸起和克拉美麗前陸沖斷帶之間形成東西軸向的前陸盆地。其中克拉美麗前陸沖斷帶為近東西向展布、石炭系火山巖高角度逆沖的碰撞隆起帶，逆沖斷裂下盤在時(shí)間域剖面上表現(xiàn)為完整的“掩伏背斜”，因位于火燒山油田以北，故簡(jiǎn)稱為火北掩伏帶，二級(jí)構(gòu)造單元隸屬于沙帳斷褶帶（圖1）。

圖1 火北掩伏帶構(gòu)造位置圖

火北掩伏帶的勘探于2002年火北1井完鉆測(cè)試僅獲低產(chǎn)油氣流而一度停滯。2011年為重查逆掩推覆體下盤二疊系掩伏帶的含油氣性，在火北1井上鉆的掩伏背斜北部高點(diǎn)位置鉆火北2井（圖2）。實(shí)鉆結(jié)果表明，火北2井二疊系頂界埋深比火北1井還低70 m，表明最初鉆探的火北掩伏背斜不存在，且表現(xiàn)為向北傾伏的單斜，即時(shí)間域剖面上的火北掩伏背斜是假象。

圖2 火北掩伏帶M200001地震測(cè)線地質(zhì)解釋剖面（火北2井鉆前時(shí)間域剖面）

2 火北掩伏帶斷裂假象分析

火北掩伏帶位于克拉美麗沖斷帶的西段，高速的石炭系火山巖逆掩推覆在二疊系之上。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力分析，與逆沖斷裂火北斷裂同期會(huì)發(fā)育一系列近東西走向的伴生斷裂，圖2剖面中的火14井北斷裂在解釋中就被當(dāng)作是伴生斷裂之一，且鉆前論證中被認(rèn)為是重要的油源斷裂。

火北2井實(shí)鉆目的層埋深與最初設(shè)計(jì)的出入很大，勘探目的層中二疊統(tǒng)平地泉組一段頂界埋深不僅沒有高于火北1井反而比火北1井低了近70 m，那么，火北2井鉆探的背斜構(gòu)造圈閉受火山巖推覆體的影響是構(gòu)造假象？作為油源斷裂的火14井北斷裂其地震波組的錯(cuò)斷特征也是假象？由此展開了多個(gè)地質(zhì)模型的正演，首先考慮了石炭系火山巖高速層的橫向厚度及尖滅點(diǎn)位置變化的影響。

首先設(shè)計(jì)了石炭系火山巖高速層的橫向厚度變化（0～600 m）及尖滅點(diǎn)位置變化前后的兩類模型，目的是落實(shí)下盤地震波組的錯(cuò)斷是否受到火山巖體尖滅的影響，即落實(shí)火14井北斷裂的真實(shí)性。其推覆體的層速度主要利用二維疊加速度譜通過層位控制法求取，火山巖體的層速度取5 500 m/s；下伏地層利用地震速度譜以解釋層位和火北1、火北2井鉆井作約束，應(yīng)用層位控制求取地層層速度場(chǎng)。

圖3是火北掩伏帶的構(gòu)造模型及正演結(jié)果。從圖3-a可以看出，火山巖體厚度由尖滅至逐漸增厚，其下伏的二疊系反射同相軸的“相位上移”的幅度也逐漸增大，并且尖滅點(diǎn)A處對(duì)應(yīng)的下伏二疊系地震反射同相軸表現(xiàn)出明顯的地震波組錯(cuò)斷的特征。由此質(zhì)疑：高速層火山巖體的尖滅點(diǎn)及厚度變化梯度與下伏層“斷點(diǎn)”的位置及 “斷距”有關(guān)系？為此設(shè)計(jì)了尖滅點(diǎn)由A點(diǎn)向B點(diǎn)移動(dòng)且火山巖厚度變化梯度減小的地質(zhì)模型（圖3-b），正演結(jié)果表明，隨著石炭系尖滅點(diǎn)由A點(diǎn)向B點(diǎn)移動(dòng)其下伏層“斷點(diǎn)”的位置也隨著尖滅點(diǎn)位置的移動(dòng)而變化至B點(diǎn)，即“波組錯(cuò)斷”的位置始終與火山巖體尖滅點(diǎn)對(duì)應(yīng)；另外下伏層的“斷距”也隨著火山巖厚度變化梯度減小而減小即“相位上移”的幅度減小。由此判斷早期解釋成果（疊后時(shí)間偏移數(shù)據(jù)）中的火14井北斷裂是“假”斷裂，是其上覆層石炭系推覆體減薄尖滅、火山巖高速層對(duì)下伏層的“上拉”影響消失所導(dǎo)致的“波組折斷”現(xiàn)象。

3 火北掩伏帶背斜假象校正

3.1 正演模型

圖3 火北掩伏帶的構(gòu)造模型及正演結(jié)果圖

在圖2的時(shí)間域剖面上，火北2井位于構(gòu)造形態(tài)為一兩翼回落明顯的背斜高點(diǎn)上，上鉆前考慮到上盤的石炭系高速火山巖推覆體會(huì)對(duì)下盤的地層產(chǎn)狀成像有影響[20-22]，但借鑒準(zhǔn)噶爾盆地西北緣和南緣的勘探經(jīng)驗(yàn)，推測(cè)這種速度影響可能只限于影響背斜幅度的高低，即預(yù)計(jì)火北2井實(shí)鉆的目的層段平地泉組一段的頂界埋深可能高于火北1井近80 m或稍小于該數(shù)值（圖4-a），按該區(qū)已證實(shí)的100 m的油氣藏高度測(cè)算，假定火北1井已證實(shí)的油水同層為油氣藏底水邊界，則位于高部位的火北2井獲油氣的可能性極大。但實(shí)際鉆探結(jié)果卻相反，火北2井平地泉組一段頂界埋深要低于火北1井70 m且為明顯的北傾單斜形態(tài)（圖4-b），表明時(shí)間域剖面上顯示的下盤掩伏背斜構(gòu)造形態(tài)“有假”。為進(jìn)一步明確背斜假象產(chǎn)生的原因，設(shè)計(jì)了與實(shí)鉆結(jié)果符合的地質(zhì)模型，即火北2井平地泉組一段頂界埋深低于火北1井70 m且下伏地層為整體向北傾伏的單斜。采用的觀測(cè)方式為中間放炮，兩邊接收，接收總道數(shù)為128道，道間距為25 m，炮間距為80 m，覆蓋次數(shù)為60次，采樣時(shí)間間隔設(shè)定為0.5 ms，選取不同頻率子波進(jìn)行正演模擬。

正演結(jié)果無一例外地表現(xiàn)為下盤掩伏帶的地震反射層“上拉”的特征，只要推覆體石炭系高速火山巖層存在，必定會(huì)對(duì)下盤掩伏層產(chǎn)生相位“上拉”現(xiàn)象。其中上覆石炭系高速層的速度越高（除了實(shí)測(cè)速度為5 500 m/s以外，還分別試驗(yàn)了4 500 m/s以及6 500 m/s兩套速度模型）其對(duì)下伏地層的產(chǎn)狀影響越大，即地震反射相位“上拉”的角度更大。

圖4 火北掩伏帶平地泉組一段頂界構(gòu)造圖

高速火山巖體逆沖、厚度橫向劇烈變化、與下伏層相比速度快速變化，導(dǎo)致波的傳播不再是理論上的雙曲線，成像點(diǎn)與實(shí)際的繞射點(diǎn)位置在時(shí)間方向上出現(xiàn)偏移。

上盤推覆體石炭系高速層的存在對(duì)下伏地層的波組相位有明顯的“上拉”現(xiàn)象，其“相位上移”的波組與逆掩推覆斷裂（火北斷裂）的斷面波“相得益彰”形成了兩翼回落特征明顯的背斜假象。

3.2 地層傾角測(cè)井

地層傾角測(cè)井能提供地層產(chǎn)狀（傾角、傾向），通過模式組合可恢復(fù)地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)，將其顯示在地震剖面上可輔助構(gòu)造解釋，為落實(shí)構(gòu)造形態(tài)提供依據(jù)。需要指出的是，地層傾角測(cè)井所測(cè)數(shù)據(jù)為地層相對(duì)于磁北極的真傾角，而地震剖面一般與磁北極方向有一定的方位角，地層真傾角要顯示到過井地震剖面上，就必須經(jīng)過投影，轉(zhuǎn)換為視傾角。轉(zhuǎn)換完成后，利用時(shí)深關(guān)系將其顯示在任一方向的過井地震剖面上。傾角標(biāo)定結(jié)果和地層傾向玫瑰圖顯示如圖4-b所示，火北1井、火北2井二疊系傾向北東，呈現(xiàn)向北東方向“下傾”且增厚的趨勢(shì)，構(gòu)造高點(diǎn)位于西南部。

3.3 深度域剖面

在目前的地震數(shù)據(jù)處理中,基于地下地層為水平層狀介質(zhì)這一前提條件。該條件除了要求地下界面是水平展布外，還同時(shí)假定每層介質(zhì)的速度是橫向不變的，目前所有的資料處理方法和理論推導(dǎo)都是基于這一假設(shè)。而實(shí)際地質(zhì)情況要復(fù)雜得多，火北掩伏帶上覆層為厚度橫向變化劇烈的高速火山巖，現(xiàn)有方法即受限制，以致最終處理結(jié)果出現(xiàn)問題。

為進(jìn)一步證實(shí)火北掩伏帶背斜是時(shí)間域剖面上的假象，結(jié)合實(shí)鉆結(jié)果和構(gòu)造特征建立了層速度模型，針對(duì)新進(jìn)站的三維采集數(shù)據(jù)體進(jìn)行了疊前深度偏移成像處理。波動(dòng)方程疊前深度偏移成像技術(shù)是解決橫向變速情況下復(fù)雜構(gòu)造成像的有效手段，能很好地解決速度場(chǎng)出現(xiàn)橫向變化時(shí)時(shí)間域剖面下伏地層構(gòu)造成像位置不準(zhǔn)確的問題。圖5是與前述的二維測(cè)線（M200001）位置重合的三維疊前深度偏移剖面，與圖2對(duì)比發(fā)現(xiàn)，下盤真實(shí)的地層傾向與傾角測(cè)井資料的玫瑰圖反映的地層傾向吻合較好，兩口井目的層的埋深也與實(shí)鉆相符。再次證實(shí)火北掩伏帶的背斜不存在，火北2井平地泉組一段的頂界埋深要低于火北1井，早期解釋的火14井北斷裂不存在，整體構(gòu)造形態(tài)為北傾“下栽”的單斜形態(tài)，是前陸沖斷帶中深凹帶（前淵）的典型特征，二疊系整體為山前最厚、向南超覆減薄。時(shí)間域剖面上的火北掩伏背斜是上覆石炭系高速層引起的“假構(gòu)造”，火14井北斷裂是上盤石炭系火山巖推覆體橫向減薄尖滅導(dǎo)致的地震波組“上拉錯(cuò)斷”的假象。

圖5 過火北1—火北2井Line306地震測(cè)線地質(zhì)解釋剖面（PSDM疊前深度偏移剖面）

4 結(jié)論

1）地層速度的橫向變化（突變）可導(dǎo)致速度異常區(qū)下伏地層構(gòu)造形態(tài)的畸變, 出現(xiàn)假構(gòu)造和構(gòu)造高點(diǎn)偏離的現(xiàn)象；火北掩伏構(gòu)造就是因逆沖斷層上盤石炭系火山巖高速層存在且橫向厚度突變（尖滅）導(dǎo)致的構(gòu)造假象。

2）在時(shí)間剖面上引起下伏地層出現(xiàn)假構(gòu)造現(xiàn)象的因素很多，除文中提及的高速火山巖逆掩推覆體外，還有高速的鹽丘、天然氣富集層造成的速度低異常、上覆地層產(chǎn)狀較陡和上覆地層厚度橫向劇變等。

3）在高信噪比的勘探區(qū)，疊前深度偏移技術(shù)是解決時(shí)間域剖面上構(gòu)造假象的最佳手段；在不具備進(jìn)行疊前深度偏移條件的情況下，可通過建立正確的三維速度場(chǎng)、變速時(shí)深轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)成圖。

4）重視構(gòu)造建模，充分運(yùn)用正演模型、地層傾角測(cè)井等資料，建立復(fù)雜構(gòu)造區(qū)的典型構(gòu)造樣式及地震構(gòu)造解釋模型，去偽存真。