深层复杂地质构造带地震勘探关键技术
——以四川盆地龙门山断褶带北段为例

赵路子 张光荣 陈 伟 彭 勇 谢 冰 彭 忻 周 祺 曾乙洋

1. 中国石油西南油气田公司 2. 中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司

四川盆地西北部地区早期的野外地质勘探发现，中二叠统栖霞组发育“砂糖状”白云岩[1]，厚度介于30～40 m，储渗性较好，但该套白云岩储层在地腹是否有分布一直存疑。20世纪70～80年代，河湾场构造以中二叠统为目的层开展钻探相继钻获一批气井，但均以石灰岩缝洞型储层为主，未发现白云岩孔隙型储层。2014年，中国石油天然气股份有限公司风险探井ST1井钻遇栖霞组白云岩孔隙型储层，测井解释白云岩储层厚24.4 m，该套储层经射孔酸化测试获日产天然气量87.61×104m3高产工业气流[2]。但是随后钻探的ST2井栖霞组白云岩储层欠发育，测井解释白云岩储层仅1.9 m，测试产气量0.79×104m3/d，表明栖霞组储层存在严重的非均质性。栖霞组地层埋藏深、储层薄[3]，老地震资料分辨率低，储层预测难度大。加之川西北部地区处于盆地边缘山前带，地震资料品质较差，构造落实难。如天井山构造TJ1井钻遇断层复杂陡带，地层多次重复，实钻与设计构造误差大。为此，笔者从地震采集技术入手，通过地震资料采集、处理、解释技术联合攻关，提高资料品质，落实目的层圈闭规模、断层展布及构造接触关系，明确储层发育有利区，为明确川西北部地区勘探方向、井位部署提供技术支撑，对于类似山前复杂构造带勘探具有重要的参考价值。

1 地质特征

1.1 区域概况

四川盆地西北部地区位于四川省江油市、广元市境内，构造上属于川北古中坳陷低缓带，西邻龙门山推覆褶皱带，南接川西中新坳陷低陡带（图1）。地表从白垩系到寒武系均有出露，出露地层多、岩性复杂。地理上属山地地貌，地形切割厉害，地面海拔525～1 950 m，最大高程落差大于1 400 m；区内水系发育，嘉陵江、涪江水系从本区通过。该地区交通网络发达，宝成铁路、绵广高速、108国道贯穿工区，各种乡村、镇、县级公路四通八达，复杂的地面条件对地震资料采集干扰强烈。

1.2 地层特征

图1 四川盆地构造分区图

四川盆地栖霞组总体为一套碳酸盐岩台地沉积，整体存在一个海侵—海退的相对海平面变化旋回，下伏下二叠统梁山组为滨岸沼泽相黑色含煤碎屑岩系，上与中二叠统茅口组石灰岩整合接触。栖霞组岩性主要为灰、浅灰、灰白色厚层及块状亮晶虫藻灰岩、亮晶生屑灰岩、豹斑状云质灰岩[4]，该层在盆地内分布较稳定，川西北部地区地层厚度介于100～140 m。栖霞组自下而上分为栖一段、栖二段，栖二段上部为泥晶灰岩、生屑灰岩；栖二段下部在双鱼石及野外剖面发育晶粒白云岩，色浅、质纯；栖一段为灰、灰黑色中—厚层状细粉晶藻屑、生屑灰岩，夹泥质灰岩和黑色薄层页岩，富含有机质。

1.3 岩石物性特征

根据151个样品的物性统计分析结果，栖霞组白云岩孔隙度最小值为0.42%，最大值为16.51%，平均值为3.58%。孔隙度频率分布主要介于2%～6%，孔隙度大于2%的样品占总数的76.82%，平均值为4.29%。渗透率主要介于0.01～1.00 mD。孔隙度和渗透率总体上具有较好的正相关关系，渗透率随孔隙度增大而增大，揭示了川西北部地区栖霞组储层的储集空间主要为孔隙；部分低孔隙度样品渗透率偏高，表明了该气藏储层同时也受裂缝因素的影响[5]。

1.4 储层测井响应特征

川西北部地区栖霞组储层岩性以颗粒白云岩为主，储层段自然伽马（能谱）较低，深浅双侧向降低，呈明显“正差异”特征[6]；电成像测井图上见溶蚀孔洞与裂缝，斯通利波能量衰减异常，钻井过程可见显示。如ST3井栖二段储层，岩性以白云岩为主，常规测井曲线储层段特征清楚：自然伽马较低，声波时差增大，密度降低，中子升高，阵列声波、斯通利波能量衰减明显，储层段对应电成像上见多条裂缝，且有溶蚀孔、洞发育。该井在钻进栖二段储层井段7 456～7 486 m过程中见3段气测异常（图2）。

图2 ST3井栖霞组测井曲线图

2 地震勘探难点与技术对策

2.1 地震勘探难点

川西北部地区地震勘探存在以下难点：①野外地震资料采集难。一是山地地表起伏剧烈，高程落差大，沟壑纵横，安全风险高，施工难度大；二是施工区域处于盆地边缘山前带，表层风化剥蚀严重，静校正问题突出，严重影响地震资料的精确成像；三是地表出露多套地层、多种岩性[7]，不同岩性、不同地表的激发、接收条件变化大，制约了单炮资料的品质提升。②构造圈闭落实难。研究区位于四川盆地西北角，该地区经历的多期构造运动对其影响极大，断裂发育，构造样式多样，逆掩推覆构造复杂，地震资料信噪比低，断层解释、层位追踪和落实构造特征难度大。③深层薄储层预测难。栖霞组埋深较大，一般大于6 000 m，深层地震资料信号弱；栖霞组白云岩岩性组合复杂，储层厚度薄，储层累计厚度介于10～25 m，整体表现为低孔隙、低渗透特征，非均质性强；储层与围岩波阻抗差异较小，地球物理响应特征不明显，而常规处理的地震资料主频低、频带窄、分辨率低，难以满足深层薄储层预测的需求。

2.2 技术思路与对策

针对川西北部地区地震难点提出以下技术思路与对策：①针对复杂地表、地下地质构造的野外地震资料采集。基于地震老资料分析和地质目标，采用高覆盖、宽方位、大偏移距理念优化观测系统设计，优化激发和接收参数；加强项目施工运行保障。②针对复杂构造带地震处理解释。通过地震资料叠前处理成像，提高资料信噪比和成像品质，确保断层、构造成像准确可靠；结合重磁电资料开展地震资料精细解释，落实地腹构造形态、断层展布及圈闭规模。③针对深层薄储层预测。通过模型正演建立储层地震响应模式，优选地震属性，预测储层分布，提高储层预测精度。总之，通过采集、处理、解释一体化联合攻关，形成适合川西北部地区深层复杂构造带的地震勘探系列技术。

3 关键技术

3.1 复杂构造野外采集技术

首先针对复杂地表条件优化激发参数。开展精细近地表岩性结构和速度结构调查，为分区、分段动态井深设计提供依据；针对性药量试验寻找适合观测系统的最佳激发药量；加强钻井过程岩性识别能力，确保激发岩性的准确性。其次针对地下深层复杂构造，优化三维地震采集参数。通过小面元（12.5 m×25.0 m）、高覆盖次数（11×11次）提高地震剖面信噪比和构造复杂部位成像效果；宽方位（横纵比0.8）增加地震资料方位信息；大偏移距（最大炮检距7 018 m）有利于较深目的层的偏移归位。第三优化接收参数。采用高灵敏度单点检波器采集拓宽有效反射频道宽度；采用复杂地表的分区埋置工艺确保接收效果最佳；强化检波器埋置过程质量控制确保埋置质量。通过室内优化设计、实验与现场验证联合作业，形成了以下特色技术：①表层结构精细调查技术。在表层岩性复杂、近地表速度变化的地区，利用微测井技术开展先期表层结构调查。针对该地区局部砾石区厚度较大的特点，开展了详细的砾石区表层结构调查工作，通过采用钻50 m单深井、岩性录井和小道距层析等技术，详细调查了砾石表层结构厚度和速度分布特征, 为室内静校正提供了准确的厚度和速度模型数据。②动态井深岩性识别方法。包括一“看”：观察施钻过程中粉尘颜色，根据颜色差异判断激发岩性；二“摸”：根据井底岩屑颗粒大小及硬度，判断激发岩性；三“听”：监听钻杆与岩层钻进时钻机不同转速的声音及感觉不同转速的震动强弱，判断激发岩性；四“验证”：通过室内单炮分析，验证激发岩性。③单点检波器埋置工具及工艺方法。为了改善接收条件，针对不同出露地表（竹林、裸露岩石、硬化地表、河滩砾石区、冰面区）采用专用埋置工具及配套的工艺方法，提高资料品质。以上志留统车家坝组砂质页岩地表出露区采集的地震资料为例，选取邻近的新老采集单炮分频扫描对比，新采集单炮资料品质较好，浅、中、深层均可见有效反射，信噪比较高（图3）。

3.2 复杂构造带地震成像技术

川西北部地区地势变化剧烈，地表高程变化大，最大高差超过1 400 m，存在较严重的静校正问题。从单炮及叠加剖面上看，北部山区噪声重、种类多、信噪比低、目的层埋藏深，需要合理提高地震分辨率满足对目的层储层横向展布精细刻画的需求；同时，如何建立准确的偏移速度场使得二叠系主要目的层构造圈闭和储层精确成像是处理的核心工作。

3.2.1 微测井约束层析静校正技术

针对地表地势特征以及出露岩性不同造成的高速层顶界速度差异，充分发挥该区微测井资料的作用，采用联合约束层析反演方法[8]，在通过大炮初至反演中，将表层调查资料解释的速度作为约束条件，得到更精确的近地表速度结构，从而计算得到更精确的静校正量。微测井约束层析静校正技术较好地解决了近地表低、降速带静校正问题。精细速度分析和地表一致性剩余静校正、非线性剩余静校正多次迭代技术解决了该区的高频静较正问题，资料叠加成像取得很好的效果（图4-a、4-b）。

图3 新老采集单炮分频扫描对比图

3.2.2 保真保幅高分辨率处理技术

保真保幅高分辨率处理技术[9-12]的关键在于叠前高保真去噪和高分辨率处理，叠前高保真去噪是在最大限度地保护有效信息的频率和振幅特征的前提下，针对面波干扰与隧道风机造成的强机械干扰：采用分阶建模压噪技术建立工区面波模型进行针对性的面波压制；采用异常噪声衰减方法压制强机械干扰，并在炮域、共接收点域、十字交叉域应用这些技术使各种噪声得到了合理的衰减和压制。去噪后的单炮和叠加剖面反射波组特征清楚、明显，提高了三维地震资料的信噪比（图4-a、4-b）。

在高分辨率处理中，首先充分利用VSP资料[13]，求取准确的补偿因子，消除几何扩散和吸收衰减造成的纵向能量不均衡性；其次采用稳健地表一致性反褶积技术消除由于激发、接收条件不一致造成的能量、子波不一致问题；最后用VSP资料获取精确的Q场，采用反Q滤波技术[14-15]，提高地震资料的纵向分辨率（图 4-a、4-b）。

图4 新老地震资料剖面对比图

3.2.3 全方位角度域叠前深度偏移技术

统计中主要发文期刊前15位为：农业图书情报学刊(80篇)、河南图书馆学刊(67篇)、科技情报开发与经济(66篇)、图书情报工作(51篇)、内蒙古科技与经济(46篇)、情报探索(46篇)、才智(40篇)、中华医学图书情报杂志(38篇)、张家界日报(38篇)、图书馆学刊(37篇)、科技信息(35篇)、医学信息学杂志(34篇)、现代情报(31篇)、中国教育信息化(29篇)、黑龙江科技信息(20篇)。可见图书情报类期刊是我国信息素养研究成果主要刊载者和推动者，同时科技信息类期刊也积极刊载相关研究成果，这值得肯定和鼓励的好现象。

常规地震资料处理技术偏移后没有方位信息。分方位处理没有考虑地下储层的应力方向、裂缝的方向和密度等地质特性，其处理的数据方位性与应力（裂缝）方向不一致，无法提供准确的地质特性描述。全方位角度域成像技术基于宽方位角地震资料，采用从地下反射点向地面进行射线追踪方式进行全方位全波场地震的成像、描述、可视化，该方法不仅提高了地震资料的信噪比，消除资料边界画弧现象，而且采用全方位道集处理技术，使用地下反射点的有效射线参与成像，剔除无效信号，小断裂偏移归位更加准确。

通过地震处理攻关，三维成像品质明显提高，层间信息更加丰富，构造整体格局更加清楚（图4-a、4-b），主频从30 Hz提高到38 Hz，频宽由老资料8～60 Hz拓宽到新资料6～70 Hz（图5）。

图5 新老地震资料频谱对比图

3.3 基于重磁电—地震联合的复杂构造地震精细解释技术

利用高精度重磁电勘探资料，通过二维连续介质反演、重力和磁力拼图、重磁上延与滤波处理、重磁电联合反演等技术方法，提取反映深层构造的地质结构、断裂及基底结构等的重磁电异常信息。通过川西北部地区2016FSC-MT01电阻率剖面分析，发现龙门山构造带发育一条规模较大的、倾角平缓的①号大断裂，①号大断裂上盘发育叠瓦状构造，下盘发育泥盆—二叠系隐伏构造（图6）。

结合地震资料，进一步落实川西北部地区构造细节和断裂特征：①号断裂属于逆冲推覆构造带前锋带的东边界，为隐伏断裂；①号断裂形成于印支期，活动较强，喜山期未突破上覆的侏罗系；①号断裂东侧下盘具有明显的牵引断凹特征。隐伏前缘带位于①号断裂东侧，由于逆冲推覆挤压作用，在盆地区域产生整体褶皱变形，形成背斜构造带，向西整体抬高，以牵引断凹与①号断裂接触；隐伏前缘带纵向上构造具有三分特征：下构造层具有基底卷入整体弱变形特征，中构造层挤压褶皱整体变形、伴生断块，上构造层具有被动变形特征（图7）。

3.4 基于模型正演的深层白云岩储层预测技术

地震正演模拟技术[16-17]为开展储层预测提供了基础，通过正演模拟，可以分析不同岩性厚度组合对地震响应的影响，总结出不同岩性厚度组合情况下的地震响应特征，建立储层和地震响应特征的联系，为地震资料解释提供依据。川西北部地区栖霞组储层纵向上主要分布于中上部，底部储层不发育。根据实际钻井及地质露头建立白云岩储层厚度渐变的楔状模型（图8）。正演结果表明：当储层不发育时，栖霞组上部表现为弱反射特征；随着储层厚度增大，储层顶界波谷能量逐渐增强，储层底部伴生弱波峰反射（图8）。

单井储层地震精细标定特征与正演结果基本一致：储层发育时，栖霞组上部表现为波谷反射特征；储层不发育时，栖霞组上部表现为弱振幅反射特征（图9）。综合分析认为：栖霞组上部波谷能量变化能够反映储层厚度变化，随着储层厚度增加，栖霞组上部波谷能量逐渐增强。

图6 2016FSC-MT01电阻率剖面图

图7 2003ZH016线时间偏移剖面图

图8 栖霞组储层模型正演图

在高分辨率地震资料处理解释基础上，根据模型正演综合分析得出的栖霞组上部波谷能量变化反映储层厚度变化的认识，建立波谷能量与实钻储层厚度对应关系，从而预测川西北部地区栖霞组储层分布。

图9 栖霞组单井储层精细标定图

4 技术应用与勘探成果

4.1 落实了构造特征

精细地质解释结果表明：川西北部地区以①号断裂为界，可分为逆冲推覆构造带和隐伏前缘带（图6、图7）；逆冲推覆带以逆冲推覆变形为主，地面出露泥盆系—基底地层，从北向南依次发育青川、北川—映秀以及马角坝等大型逆冲推覆断裂；隐伏前缘带构造变形相对较弱，纵向分层特征明显，以发育背冲断层为主，主要发育背斜、断背斜以及断块构造；①号断裂对隐伏前缘带的油气聚集有重要的控制作用，逆冲推覆带大型推覆断裂发育，出露地层古老，构造变形复杂；①号断裂上盘存在多排叠瓦状构造，为潜在的勘探有利区。

4.2 明确了双鱼石—江油地区整体处于构造高带

通过地震勘探技术应用，落实了川西北部地区构造特征及圈闭规模，明确了双鱼石—江油地区整体处于构造高带。川西北部地区栖霞组白云岩有利发育区与多排构造叠合，具备形成大型构造—岩性复合圈闭的条件，圈闭面积达1 223 km2，勘探潜力巨大。实钻与地震预测深度对比，新完成的双鱼石地区栖霞组顶界构造图绝对误差为5.4～59.0 m，相对误差为0.2%～1.0%。

4.3 落实了双鱼石以南地区栖霞组台缘带白云岩储层连片发育

双鱼石地区实钻井栖霞组储层厚度一般介于10～25 m，纵向上主要分布在栖霞组中上部，白云岩顶部距栖霞组顶界20～35 m。地震预测表明：川西北部地区栖霞组白云岩储层大面积分布，总体具备“西南厚东北薄”的特征；ST1井—江油地区储层发育，厚度普遍介于10～30 m，ST2井—广元地区储层较差（图10）。

4.4 推动了川西北部地区深层海相碳酸盐岩勘探开发示范工程

通过采集、处理、解释一体化联合攻关，山前复杂构造带地震资料成像质量逐步改善，有效地提高了构造解释和储层预测精度，处理解释成果有力地支撑了后续探井、开发井井位目标优选和储量申报工作，推动了川西北部地区深层海相碳酸盐岩勘探开发示范工程。目前，该成果已累计支撑部署井位18口，实施12口，其中已完成井SY001-1井在栖霞组测试产气83.72×104m3/d、ST3井在栖霞组测试产气41.86×104m3/d、ST8井在栖霞组测试产气36.88×104m3/d，已完钻的ST7井钻遇厚层孔隙型白云岩储层，岩心表明储层发育，测井解释为气层。

5 结论

1）复杂构造高精度三维地震采集技术具有宽方位、小面元、大偏移距、高覆盖次数、单点检波器接收等技术特点，资料品质优于二维地震资料，信息更加丰富可靠，可以提高复杂构造带野外单炮品质，有利于精细解释和储层预测。

图10 川西北部地区栖霞组地震预测储层厚度图

2）微测井约束层析静校正技术能够得到更精确的近地表速度结构，较好地解决近地表低、降速带静校正问题，基于VSP资料的高分辨率处理能够提高地震资料的纵向分辨率，全方位角度域成像技术可以进行全方位全波场地震的成像，提高成像精度。

3）高精度重磁电资料提取反映深层构造的地质结构、断裂及基底结构等重磁电异常信息，确定宏观构造样式、地层分布、主要断层位置；重磁电—地震联合解释技术有助于落实复杂构造带构造细节和断裂特征。

4）形成适合于川西北部地区复杂的地面、地下地质条件下的地震勘探配套技术应用效果好：发现该地区①号断裂下盘隐伏前缘带栖霞组白云岩有利发育区与多排构造叠合，圈闭面积大，具备形成大型构造—岩性复合圈闭的条件；①号断裂上盘逆冲推覆构造带中二叠统存在叠瓦状构造，是潜在的勘探有利区；川西北部地区具备立体勘探、整体部署的条件，可以作为四川盆地海相大中型气田近期勘探重点领域；配套技术成果有力地推动了川西北部地区深层海相碳酸盐岩勘探开发示范工程。

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