李明瑞，王學(xué)剛，于波，姚志純，張亞東，黃祥虎

（中國石油長慶油田公司勘探事業(yè)部，陜西西安 710021）

1 概況

鄂爾多斯盆地西緣古生界發(fā)育多套烴源巖[1]、儲層，具備很大的勘探潛力。隨著資料的不斷豐富和地質(zhì)認(rèn)識進(jìn)一步深化，已證實(shí)西緣沖斷帶中生界構(gòu)造油藏、石炭系羊虎溝組致密氣藏、中上奧陶海相頁巖氣發(fā)育[2]。但是，該區(qū)域地質(zhì)、地表?xiàng)l件復(fù)雜，構(gòu)造樣式認(rèn)識不清，地層展布難以落實(shí)；加之晚期構(gòu)造改造強(qiáng)烈，有效圈閉落實(shí)難度大[2]。YT1、LT1 等井的鉆探結(jié)果與地震預(yù)測地層分布不符；過QS2、QS3、QS4 等井的地震反射剖面在深層奧陶系具有“層斷軸不斷”的現(xiàn)象；在沒有鉆井標(biāo)定的情況下，地震識別奧陶系底時(shí)沿強(qiáng)反射軸追蹤會發(fā)生竄層。

深層長城系發(fā)育具一定生烴潛力的泥巖，J1井長城系含氣，因此，盆地深層元古界作為新層系，勘探潛力大。但盆地鉆達(dá)長城系的井較少，現(xiàn)有的二維地震資料深層反射能量弱，深層基底斷裂及地層分布不清楚，基底斷裂對上覆油藏的控藏規(guī)律需進(jìn)一步深化研究。鄂爾多斯盆地西緣僅依靠現(xiàn)有二維地震資料進(jìn)行系統(tǒng)、深入分析存在一定難度。

因此，本文從非地震、地震、鉆井多種信息入手，提出了以問題為驅(qū)動，運(yùn)用針對目標(biāo)的解釋性非地震技術(shù)思路解決山前、地表、地下雙復(fù)雜區(qū)的難題，即在非地震資料常規(guī)處理的基礎(chǔ)上圍繞地質(zhì)需求進(jìn)行針對性處理解釋，把非地震技術(shù)用于山前復(fù)雜區(qū)走滑斷裂和深部地層的識別，實(shí)現(xiàn)了鄂爾多斯盆地西緣地震—非地震一體化綜合應(yīng)用。

2 重磁電技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)

通過對研究區(qū)的1000 余件巖石樣品實(shí)測、30 余口井資料的密度、電阻率、磁化率的分析，同時(shí)借鑒前人物性分析結(jié)果[3-4]，認(rèn)為鄂爾多斯盆地西緣具有開展重磁電研究工作的物性基礎(chǔ)。

密度連井曲線顯示基底與沉積蓋層、長城系與下古生界、下古生界與上古生界間的密度界面清楚（圖1），深層長城系發(fā)育一套低密度地層。

圖1 研究區(qū)內(nèi)密度連井曲線

通過對電測井及地面地質(zhì)與CEMP 的首支電阻率資料的收集[3-4]、整理和統(tǒng)計(jì)分析，認(rèn)為鄂爾多斯盆地西緣上古生界為一套相對低阻層；下古生界為次高阻層，下古生界地層發(fā)育較全時(shí)內(nèi)部具有高低變化特征；薊縣系表現(xiàn)為一套高阻層或次高阻層，長城系為低阻層，太古界與下元古界為基底高阻。

因此，利用重力和時(shí)頻電磁可以預(yù)測基底頂界、元古界—古生界、上—下古生界區(qū)域不整合面的地層分布。

3 針對目標(biāo)的解釋性非地震技術(shù)

針對鄂爾多斯盆地西緣走滑斷裂體系、地層分布、深部結(jié)構(gòu)的識別需求，提出了相應(yīng)的非地震解釋技術(shù)思路和方案（圖2）。主要包括：針對走滑斷裂體系的解釋采用重、磁弱異常增強(qiáng)和體顯示技術(shù)；針對地震反射層“層斷軸不斷”的地區(qū)，采用時(shí)頻電磁目標(biāo)層精細(xì)解釋技術(shù)進(jìn)行目標(biāo)層精細(xì)反演，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜區(qū)綜合構(gòu)造建模；針對深部地層解釋，采用下古生界重力—地震聯(lián)合剝層技術(shù)、重力波場分離及多界面約束反演技術(shù)，研究地層厚度和起伏；運(yùn)用磁力三維反演技術(shù)研究深層的基底性質(zhì)等。

圖2 非地震解釋技術(shù)流程

3.1 多方法識別走滑斷裂體系

走滑調(diào)節(jié)斷裂是本文研究的一個重點(diǎn)。走滑斷層兩盤順斷面走向相對運(yùn)動[5]，兩側(cè)物性沒有明顯變化，通過觀察被走滑斷層切割的先存斷裂、地形地貌或物探異常的變化等，可以分析和研究走滑斷層。針對走滑斷層兩盤巖石物性差異小、異常顯示弱的難點(diǎn)，先采用重、磁弱異常增強(qiáng)和體顯示技術(shù)突出弱異常，再按不同方位進(jìn)行照明，分析異常分段特征，解決走滑斷裂識別難的問題。鄂爾多斯盆地西緣重力異常呈“反S形”展布，異常寬度變化明顯，推測發(fā)育具有走滑性質(zhì)的橫向調(diào)節(jié)斷層。為了更加準(zhǔn)確反映走滑斷裂的平面分布特征，采用了下述多種方法識別走滑斷裂。

針對走滑調(diào)節(jié)斷裂的特點(diǎn)，本文提出了按照多種信息“三統(tǒng)一、一參考”的思路，即地質(zhì)資料、重力異常分區(qū)、走滑斷裂錯斷規(guī)律相統(tǒng)一，并參考磁力異常分區(qū)，對走滑調(diào)節(jié)斷裂進(jìn)行解釋。以甜水堡南斷裂為例：露頭顯示南北方向錯斷；剩余重力異常表現(xiàn)為明顯的異常轉(zhuǎn)換部位；重力線性異常顯示南北方向有斷點(diǎn)，走滑斷裂以北重力異常寬緩、異常走向?yàn)楸北蔽飨?，走滑斷裂以南重力異常緊閉、異常走向?yàn)槟媳毕?；磁力異常顯示以此條走滑斷裂為界明顯分區(qū)（圖3）。

圖3 多信息綜合解釋走滑調(diào)節(jié)斷裂

3.2 時(shí)頻電磁目標(biāo)層精細(xì)解釋

圍繞山前地表及地質(zhì)復(fù)雜區(qū)，特別是研究區(qū)內(nèi)的地震反射層“層斷軸不斷”的地區(qū)，以及地震資料深層反射能量弱的區(qū)域，首先進(jìn)行時(shí)頻電磁井控反演，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)層精細(xì)反演，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行全層位綜合構(gòu)造建模。具體步驟為：①通過鉆井電阻率曲線標(biāo)定電性層；②參考露頭標(biāo)定，綜合鉆井、地震、地質(zhì)圖、重力圖，對電阻率剖面構(gòu)建表層精細(xì)模型；③參考淺層地震反射清楚地區(qū)，應(yīng)用斷層相關(guān)褶皺等理論從區(qū)域構(gòu)造演化角度指導(dǎo)淺層的構(gòu)造建模；④橫向建立山前區(qū)域構(gòu)造模式；⑤縱向發(fā)揮電法深部勘探優(yōu)勢建立深層地質(zhì)模型；⑥實(shí)現(xiàn)三維構(gòu)造模型立體可視化。

3.3 下古生界地層重力—地震聯(lián)合剝層

首先利用鉆井、時(shí)頻電磁的電性層及地震資料清楚的反射層進(jìn)行層位約束[6-10]，計(jì)算非目的層的重力異常響應(yīng)；然后利用磁源偽重力巖體校正技術(shù)分離出巖性重力異常，消除火成巖等特殊巖性體的影響；最后從重力總場中剝離非目的層和巖性的異常響應(yīng)，進(jìn)而獲取反映主要地層分布的重力異常。重點(diǎn)是三維密度體歸一化重力異常提?。旱谝徊交變?nèi)幕密度歸一化，第二步中上元古界密度歸一化，第三步上古生界地層密度歸一化，第四步中新生界地層密度歸一化。通過上述處理獲得反映下古生界厚度變化的重力異常。

3.4 重力波場分離及多界面約束反演技術(shù)

地層密度參數(shù)統(tǒng)計(jì)表明，縱向發(fā)育三個主密度界面分別對應(yīng)：①中生界底；②上古生界底；③長城系底。采用波場分離和多界面約束反演技術(shù)[11-14]以及下古生界地層重力—地震聯(lián)合剝層技術(shù)，確定不同層系異常埋深，分別獲得了上述三個界面的重力剝層異常分布特征（圖4）。以中生界底為例，反映出該界面埋深在天環(huán)坳陷自南向北逐漸抬升。而在西緣沖斷帶中生界殘余厚度差異較大，界面埋深的整體特征與研究區(qū)內(nèi)10口井點(diǎn)實(shí)鉆結(jié)果吻合度高，界面反演結(jié)果可靠。最新鉆探的LT1井證實(shí)了重力異常高的區(qū)域缺失下古生界，即上古生界鉆穿后進(jìn)入長城系。

圖4 不同界面的重力剝層異常

3.5 三維磁力反演技術(shù)

三維磁力反演方法采用Li 等[15-16]和Li 等[17]提出的重磁數(shù)據(jù)三維反演方法，利用對模型目標(biāo)函數(shù)約束，同時(shí)引入深度加權(quán)函數(shù)克服位場反演中的“趨膚效應(yīng)”，反演中能夠?qū)Ω鞣囱輪卧M(jìn)行磁性約束。如果把地下磁性異常體的存在視作其磁性的變化，可以用一個物性函數(shù)來表示。通過確定磁性的函數(shù)或函數(shù)值，達(dá)到確定異常體存在及其分布的目的。對于地下三維體，可劃分為一系列的立方體單元，每個單元內(nèi)部磁性均勻，不同單元具有不同的磁性。根據(jù)位場理論，磁性均勻的塊體單元所產(chǎn)生的磁力異常與磁性成正比，比例系數(shù)僅與塊體單元的形狀及空間位置有關(guān)。當(dāng)塊體單元大小、位置固定時(shí)，比例系數(shù)能夠預(yù)先確定。磁性是唯一描述地質(zhì)體的參數(shù)，也是唯一需要反演的參數(shù)。通過分析認(rèn)為，研究區(qū)發(fā)育兩套磁性層，分別是基底磁性層（太古界強(qiáng)磁基底和中下元古界中弱磁性基底）和局部發(fā)育的火山巖磁性層。在磁力資料處理中采用多次迭代異常分離技術(shù)，獲得局部火成巖體磁異常，再通過磁性體三維反演獲得磁化率的空間分布。三維反演結(jié)果（圖5）較直觀地刻畫了磁性體的空間分布特征，反映出磁性體由深到淺的發(fā)育情況。

圖5 磁力三維反演磁化率分布圖

4 斷裂和地層的新認(rèn)識

解釋性非地震技術(shù)的應(yīng)用給該地區(qū)斷裂和地層分布帶來了新的認(rèn)識。走滑斷裂信息的提取深化了鄂爾多斯盆地西緣已有的斷裂體系和構(gòu)造模式的認(rèn)識，走滑斷裂的分布得到了后期三維地震資料的證實(shí)。電性層分布特征引導(dǎo)了地震資料中深部地層的解釋。

4.1 西緣南段斷裂新認(rèn)識

前人對鄂爾多斯盆地西緣斷裂系統(tǒng)有所研究?；诟呔戎卮刨Y料，利用本文提出的重力異常立體影像全方位照明技術(shù)以及異常特征“三統(tǒng)一、一參考”的原則進(jìn)行了新一輪分析，系統(tǒng)梳理、解剖了西緣南段斷裂系統(tǒng)。

與已有的斷裂認(rèn)識相比主要有三點(diǎn)進(jìn)展（圖6）：

圖6 斷裂分布的新（左）、老（右）解釋結(jié)果對比

一是發(fā)現(xiàn)了西緣一系列走滑斷裂，深化了盆內(nèi)走滑斷裂認(rèn)識，重磁電資料解釋的走滑調(diào)節(jié)斷裂得到了最新三維地震資料所證實(shí)（圖7）。鄂爾多斯盆地西緣上地殼以逆沖為主，伴有走滑斷裂。走滑調(diào)節(jié)斷裂主要有近東西向、北東向和北西向三組。西緣發(fā)育的走滑調(diào)節(jié)斷裂控制了中生界的分布[18]，中生界作為中央古隆起西側(cè)古生界天然氣藏的區(qū)域蓋層，厚度較大的分布區(qū)保存條件更為有利。此外，高角度走滑調(diào)節(jié)斷裂能夠溝通深層油源，對中生界油氣藏分布及油氣富集具有一定控制作用。

圖7 新采集的三維地震測線上走滑斷裂特征

二是進(jìn)一步明確西緣分段式結(jié)構(gòu)。西緣南段受走滑調(diào)節(jié)斷裂的控制劃分為不同段，各段由于擠壓應(yīng)力不同，構(gòu)造樣式、地層發(fā)育特征不同。由南向北的構(gòu)造樣式變化如下：由發(fā)育高角度沖斷層和基底卷入構(gòu)造樣式逐漸變?yōu)榘l(fā)育滑脫斷層和逆掩推覆樣式[19]，由斷鼻構(gòu)造逐漸變?yōu)槎嗯烹[伏構(gòu)造。推斷在前鋒帶發(fā)育的沿二疊系煤層滑脫斷層下盤發(fā)育的多排隱伏構(gòu)造是下步油氣有利勘探區(qū)。下古生界發(fā)育斷壘和地塹構(gòu)造，不同構(gòu)造段內(nèi)斷陷展布受不同走滑調(diào)節(jié)斷裂控制，斷陷內(nèi)古生界剝蝕程度不同，斷裂與古隆起共同控制了古隆起西側(cè)地層的分布。

三是通過重新梳理西緣斷裂系統(tǒng)，進(jìn)一步落實(shí)了西緣與天環(huán)坳陷的接觸關(guān)系。與以往的認(rèn)識不同，非地震資料顯示西緣與天環(huán)坳陷的邊界斷裂于彭陽東附近斷距逐漸趨于零，不再向南繼續(xù)延伸，因此，以往認(rèn)識的天環(huán)坳陷西側(cè)邊界應(yīng)進(jìn)一步向西擴(kuò)展。

4.2 地層預(yù)測成效以及認(rèn)識

4.2.1 后期鉆井證實(shí)了預(yù)測的古生界分布

過QS2、QS3、QS4 井的地震反射剖面在深層奧陶系具有“層斷軸不斷”現(xiàn)象，地震反射層雖然連續(xù)，但QS2、QS3、QS4 井鉆探結(jié)果證實(shí)了同一個反射層屬于不同層位。因此在沒有鉆井標(biāo)定情況下，利用地震資料識別奧陶系底時(shí)沿強(qiáng)反射軸追蹤會發(fā)生竄層（圖8）。時(shí)頻電磁反演的電阻率剖面反映古隆起西側(cè)發(fā)育正斷層，斷層?xùn)|、西兩側(cè)地層厚度發(fā)生了明顯的變化，古隆起西側(cè)下古生界發(fā)育于中新元古界裂陷槽背景之上，古隆起上方下古生界減薄或者缺失，時(shí)頻電磁預(yù)測地層結(jié)果進(jìn)一步被鉆井驗(yàn)證。斷裂以西，下古生界巨厚，QS3 井實(shí)鉆超過600 m；斷裂以東，下古生界厚度薄，QS2 井僅殘存幾十米（圖8）?；诜堑卣鹳Y料成果，在西緣南段上鉆YT3 井，重力剝層異常反映YT3 井下古生界發(fā)育厚度較大（圖4b中），時(shí)頻電磁目標(biāo)層精細(xì)反演的電阻率剖面圖顯示奧陶系次高阻層（圖9 中O1-O2）巨厚，約2000 m；YT3 井實(shí)際鉆揭中上奧陶統(tǒng)厚度為2000 余米，重力和時(shí)頻電磁預(yù)測結(jié)果與實(shí)際鉆探結(jié)果吻合。同時(shí)，YT3 井在奧陶系獲突破，成為盆地首口古生界工業(yè)油流井，拉開了古生界石油勘探的序幕，進(jìn)一步證實(shí)了盆地西緣南段古生界油藏的勘探潛力。

圖8 過QS2-QS3-QS4 井地震反射剖面（下）與時(shí)頻電磁反演電阻率（上）對比

圖9 過YT3 井的時(shí)頻電磁反演電阻率圖

4.2.2 識別了深部長城系地層

古隆起西側(cè)深層發(fā)育低電阻率和低密度地層，利用重力—地震聯(lián)合反演和重力剝層技術(shù)刻畫了長城系裂陷槽的分布，在前人認(rèn)識的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步細(xì)化了中上元古界的整體分布，盆地內(nèi)裂陷成北東—南西向厚薄相間展布。

4.2.3 提供了下步風(fēng)險(xiǎn)井位部署建議

通過對重磁電、地震、鉆井資料等多種信息的一體化研究，分析了鄂爾多斯盆地西緣南段中央古隆起西側(cè)的斷裂、古生界分布、長城系裂陷槽的展布特征，結(jié)合烴源巖、儲層分布、蓋層條件、斷層及圈閉發(fā)育情況等，預(yù)測西緣南段三個領(lǐng)域可作為下一步勘探的有利區(qū)。

（1）鄂爾多斯盆地中央古隆起對下古生界具有重要控制作用。盆地中東部已經(jīng)發(fā)現(xiàn)下古生界風(fēng)化殼氣藏和白云巖巖性圈閉氣藏。本文通過分析認(rèn)為中央古隆起西側(cè)下古生界發(fā)育，且靠近上古生界煤系源巖成藏條件較為有利，因此，古隆起西側(cè)的鼻狀隆起區(qū)背景上發(fā)育的斷壘和地塹構(gòu)造是進(jìn)一步勘探的有利區(qū)，同時(shí)提供了風(fēng)險(xiǎn)井點(diǎn)位。

（2）鄂爾多斯盆地西緣沖斷帶惠沙斷裂下盤發(fā)育的多排隱伏構(gòu)造是古生界進(jìn)一步勘探的首選目標(biāo)。

（3）西緣逆沖斷層具有多層系非常規(guī)氣立體勘探的潛力。源巖及蓋層為中上奧陶統(tǒng)、羊虎溝組及太原組暗色泥巖；區(qū)內(nèi)儲層包括烏拉力克組、羊虎溝組及太原組[20]。YT3井向南有古生界地層的分布，儲層和烴源巖均較發(fā)育。YT3井南部古隆起的西側(cè)，重力導(dǎo)數(shù)異常明顯，推斷YT3井南部構(gòu)造發(fā)育，因此，預(yù)測YT3井向南古隆起的西側(cè)構(gòu)造圈閉發(fā)育區(qū)可作為下一步油氣勘探有利區(qū)。

5 結(jié)論

（1）本文提出的非地震解釋技術(shù)思路與方案能夠較好地預(yù)測走滑斷裂以及深部地層展布特征，對山前復(fù)雜區(qū)斷裂系統(tǒng)及深部結(jié)構(gòu)提出了新的認(rèn)識，在類似的山前復(fù)雜區(qū)具有借鑒意義。

（2）山前復(fù)雜區(qū)時(shí)頻電磁對中深部地層有很好的響應(yīng)。地震反射層“層斷軸不斷”的地區(qū)，當(dāng)沒有鉆井標(biāo)定時(shí)，地震反射層雖然連續(xù)，但同一個反射層是不同層位的反映，在這種“層斷軸不斷”的地區(qū)，時(shí)頻電磁反演電阻率能夠引導(dǎo)地震預(yù)測地層屬性。

（3）地震深層反射不清晰的區(qū)域，時(shí)頻電磁與重力資料能夠作為地震資料的有效補(bǔ)充以預(yù)測深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)。