哈拉哈塘地区火成岩弧形断裂成因分析与消除

杨 洋， 安海亭， 但光箭， 张亮亮， 肖 江， 路鹏程， 李相文

(1.西安石油大学 石油工程学院，西安 710065;2.东方地球物理勘探有限责任公司,库尔勒 841001)



哈拉哈塘地区火成岩弧形断裂成因分析与消除

杨 洋1,2， 安海亭2， 但光箭2， 张亮亮2， 肖 江2， 路鹏程2， 李相文2

(1.西安石油大学 石油工程学院，西安 710065;2.东方地球物理勘探有限责任公司,库尔勒 841001)

哈拉哈塘地区二叠系火成岩广泛发育，在地震剖面上火成岩地震相突变的地方会产生断裂地震响应，对该断裂的真伪至今一直存在争议，断裂的存在与否，影响了该区的勘探。这里通过对哈拉哈塘地区火成岩地震地质特征分析，以及地层精细对比、正演模拟，认识到该区火成岩弧形断裂是地震反射假象，并且通过求取火成岩精细速度模型，优选单程波叠前深度偏移方法，有效地消除了火成岩断裂假象。

火成岩； 弧形断裂； 正演模拟； 偏移成像

0 引言

哈拉哈塘地区位于塔里木盆地塔北隆起中段，西为南喀一英买力低凸起，东为轮南低凸起,南邻满加尔凹陷, 北界为轮台断裂带，钻井及地震资料显示该区二叠系火成岩广泛发育，火山活动具有多期次、多类型的特点，复杂的火山活动造成了本区二叠系火成岩的厚度、岩性在纵、横向上的剧烈变化，在地震剖面上火成岩地震相横向突变处会产生断裂的地震响应(图1)，在平面上该断裂呈弧形状展布，受断裂影响，断裂附近地震资料的信噪比明显降低，地质体的成像也变得模糊，前人研究认为存在该断裂。这里利用钻井、测井、地震资料对哈拉哈塘地区二叠系火成岩展开深入研究，分析火成岩弧形断裂假象形成的原因，对该区的勘探具有重要的意义。

图1 哈拉哈塘地区火成岩弧形 断裂假象剖面特征

1 火成岩地震地质特征

1.1 火成岩基本地质特征

目前哈拉哈塘地区已部署钻井337口，普遍在二叠系钻遇火成岩[1-2]，火成岩的厚度分布范围在50 m～945 m之间，厚度变化范围大，钻井揭示区内共发育四种不同岩性的火成岩，分别为英安岩、玄武岩、火山碎屑岩、凝灰岩，不同岩性的火成岩其组成成份存在较大差异，在工区内的分布范围也不一样。

1)英安岩主要成分为石英和钾长石,为酸性喷发岩，粘度大，流动性差，为火山口附近的喷发相，主要分布在该区中央部位。

2)玄武岩主要成分为基性长石和辉石，为基性喷发岩，粘度小，流动性较好，主要分布在该区西部和东北部。

3)火山碎屑岩主要包括火山岩屑、火山块、火山灰，为爆发性的火山碎屑流，碎屑流流速快，因此可越过高低不等的地形，在离火山口较远的地区仍然存在，主要分布在该区东部及西南部。

4)凝灰岩主要成分是火山灰，为空落相的火山碎屑岩，但组成其火山碎屑的物质有50%以上的颗粒直径小于2 mm，由于颗粒比较细，可以随风漂移，因此在全区均有分布。

1.2 火成岩地震相特征

该区三维地震剖面显示，二叠系火成岩地震相主要表现为三类，①空白相；②杂乱相；③平行相。通过地震地质标定可确定火成岩岩性和地震相之间的关系，空白相为英安岩和凝灰岩地震反射特征，平行相为玄武岩地震反射特征，杂乱相为火山碎屑岩地震反射特征，为了进一步研究不同类型火成岩的平面分布特征，把地震数据体拉平制作火成岩切片。

火成岩的地震切片显示(图2)，三类地震相的平面分布具有以下特征:空白相的英安岩分布于本区中央部位，杂乱相的火山碎屑岩分布在英安岩外围，平行相的玄武岩分布在英安岩或火山碎屑岩外围，空白地震相和外围的平行、杂乱地震相之间存在一明显的地震相边界。

图2 火成岩地震相平面特征图

1.3 火成岩速度特征

从该区二叠系火成岩声波测井曲线可知，不同类型的火成岩，其声波速度差异也比较大，其中以英安岩速度最大，可达5 400 m/s，玄武岩次之为4 100 m/s～5 100 m/s，凝灰岩最小为4 300 m/s，火山碎屑岩速度变化范围比较广，从4 250 m/s～4 850 m/s，利用工区内火成岩声波测井曲线数据制作火成岩速度平面图，速度平面图显示(图3)，中央部位的英安岩区位于高速区，其外围为相对低速区，火成岩速度的平面分布规律与地震相的平面分布规律是相吻合的，且低速区与高速区之间也存在一明显的速度边界。

图3 火成岩速度差异及平面分布特征

2 火成岩弧形断裂存在性分析

通过以上对本区火成岩地震地质特征分析发现，本区火成岩的岩性分布和速度分布在平面上都具有明显的分区性，且区域边界的位置和火成岩弧形断裂的位置是一致的，这种一致性绝对不是巧合，而是存在因果关系的，可以从两个方面来分析火成岩弧形断裂的存在性。

2.1 模型正演分析

依据哈拉哈塘地区二叠系火成岩地震地质特征进行模型正演，首先是模型的设计(图4)，模型上有一套高速火成岩体，且横向上有岩性突变，模型中间为高速英安岩，速度为5 100 m/s,两边为较低速的玄武岩和火山碎屑岩，速度为4 700 m/s，这样模型上就存在一个横向速度突变处，从该模型的正演剖面上来看，在速度突变处，出现了断裂假象，该断裂假象与实际地震剖面上断裂十分相似，证实资料上的弧形断裂是假的，是由速度的横向突变引起的地震反射假象。

图4 弧形断裂正演模拟分析

2.2 精细地层对比

进一步对该区弧形断裂两侧的地层进行精细对比，A井和B井分布于火成岩弧形断裂两侧，钻井揭示断裂两侧相同地层的埋深落差在2 m～28 m之间，断层两侧地层的倾角在0.4°～1.8°之间 ，由此算出两口井相同地层埋深落差在13 m～40 m之间，所以钻井落差是地层倾角引起的正常地层落差，而断裂两侧相同地层的地震同向轴落差却在50 m～90 m之间，与实钻数据差距大(图5)，证实地震剖面上的断裂为假象，是不应该存在的。

对工区内整个弧形断裂假象周围的钻井统计数据表明，这种现象是普遍存在的，工区内位于弧形断裂假象两侧的钻井共有16口，钻井分层统计数据显示断裂假象两侧相同地层落差为2 m～40 m，地震分层统计数据显示断裂假象两侧相同地层地震同相轴落差为48 m～100 m(表1)，两者差距较大，因此整个工区内地震剖面上的弧形断裂为地震反射假象，是不存在的。

图5 弧形断裂两侧地层精细对比分析

3 火成岩弧形断裂假象的消除

3.1 弧形断裂假象成因分析

目前哈拉哈塘地区地震资料的处理方法,已由叠前时间偏移转为了叠前深度偏移，而偏移成像质量的优劣取决于速度模型的准确性[3-4]，如果速度模型不准确，就无法获得准确的成像，长期以来由于没有认识到火成岩速度的复杂性，速度模型在火成岩段存在较大误差，是造成剖面上断裂假象的因素之一。在叠前深度偏移算法的选择上，该区选取的是克希霍夫叠前深度偏移算法，众所周知,克希霍夫算法是一种高效实用的叠前深度偏移方法，它具有高角度成像，无频散，占用资源少，实现效率高的特点。对于克希霍夫型偏移方法，三个重要因素决定其成像的质量,①层速度场；②射线旅行时；③偏移孔径。该方法在用射线追踪建立旅行时表时[5-6]，常常对速度模型进行平滑处理，当速度横向剧烈变化时无法得到正确的射线路径，因此不适用于本区火成岩速度横向突变条件下的地震成像, 克希霍夫偏移方法是造成剖面上断裂假象的因素之二。

表1 弧形断裂假象两侧地层钻井与地震落差对比

3.2 弧形断裂假象的消除方法

通过以上分析认识到，要想消除火成岩弧形断裂假象，关键在于提高火成岩速度的描述精度以及选取适合速度横向突变的偏移算法[7]，通过研究认识到可以利用火成岩不同的地震相来控制其速度的分布范围，在此基础上进行火成岩相控速度反演，使得速度模型更加符合实际火成岩地质特征。在偏移方法的选择上，认为通常的克希霍夫偏移方法是不适合该区特殊地质条件的，而波动方程叠前深度偏移是由全方程导出[8-9]，不是基于高频近似的渐进解，所以能够适应速度场强横向变化而且具有较高的计算效率，因此可以解决本区火成岩强横向变速条件下地质体的地震波成像问题，选用基于波动方程的单程波偏移方法，效果应该会更好。

4 应用效果

从该区叠前时间偏移地震剖面上可以看出(图6)，受火成岩速度横向突变的影响，剖面上弧形断裂的假象比较明显，且对附近资料的性噪比产生了很大的影响，通过利用新的速度体，在克希霍夫叠前深度偏移地震剖面上，断裂得到了初步地消除，断裂附近地震资料的信噪比得到了一定提升，在单程波叠前深度偏移地震剖面上，断裂得到了彻底地消除，附近地震资料的信噪比也得到了大幅提升，同时也提高了速度突变处的地震资料的成像精度，断裂下方碳酸盐岩缝洞型储层的成像变得清晰可见。

5 结论

通过对哈拉哈塘地区火成岩弧形断裂的探讨，得出以下结论：

1)哈拉哈塘地区火成岩弧形断裂是不存在的，是由于该区二叠系火成岩速度横向上的突变造成的地震反射假象。

2)对于横向上存在速度突变的地质体，在地震资料处理过程中速度的精细描述显得尤为重要，在此基础上优选适合速度横向突变的单程波叠前深度偏移算法，是解决由于速度的突变对资料产生影响的重要途径。

图6 针对火成岩弧形断裂假象精细处理地震剖面对比

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Analyses and strategies of igneous curved fracture in Hlahatang region

YANG Yang1,2, AN Hai-ting2, DAN Guang-jian2, ZHANG Liang-liang2, Xiao Jiang2LU Peng-cheng2, LI Xiang-wen2

(1.Xi’an shiyou University, College of Petroleum Engineering, Xi’an 710065,China;2.CNPC BGP ,Korla 841001,China)

Permian igneous rocks in the Halahatang region are widely developed. The mutation place of igneous seismic facies on seismic section will produce the seismic response of the fracture. The authenticity of the fracture has been controversial. The existence of the fracture affect the exploration in this region. Basing on the analysis of seismic and geologic characteristics of igneous rock in the Halahatang region and fine stratigraphic correlation, model simulations, we recognize that the igneous curved fracture are seismic reflection-illusion . We effectively eliminate the fracture illusion of the igneous rock by using the fine speed model of igneous rock and one-way wave prestack depth migration methods.

igneous rock; curved fracture; model simulations; prestack depth migration

2014-09-23改回日期：2014-12-14

杨洋(1984-)，男，工程师，从事地震资料解释，E-mail：yangy3@cnpc.com.cn。

1001-1749(2015)05-0651-05

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2015.05.18