四川盆地LH地区杂卤石地震综合识别技术研究

罗 晶， 章 雄， 徐 敏， 张洞君， 朱亚东， 郑 虹， 曹琳昱

(中国石油 东方地球物理勘探公司西南物探分公司，成都 610213)

0 引言

四川LH地区杂卤石矿床，是一个大型杂卤石-石膏伴生矿床，自从上个世纪八十年代被发现以来，被广泛地关注。杂卤石是一种难溶性钾盐矿物，所含K、Mg、Ca等组分都是农作物生产所必需的养分。1988年美国钾盐地质专家海特(R.J.Hite)博士来四川考察时指出：“杂卤石作肥料可保持土壤团粒松散，稳定土壤持水性，避免土质板结，土壤不至于盐碱化，且选矿后打磨成矿粉，就可直接利用，它是比其他钾盐更具现实使用价值的钾肥资源。”

我国是一个农业大国，而钾盐的储量只占到全球钾盐总量的1.9%，每年的产量都十分有限，绝大部分钾肥一直靠进口。钾矿作为一种农业生产短缺和急需的现实矿产和化工等行业的重要战略资源，成为找矿和资源评价重点之一。从2016年开始，国家科技部将会同国土资源部、教育部、中科院等部门开展“深地资源勘察开采”重点专项实施。专项将形成3 000 m以浅矿产资源勘探成套技术能力，储备一批5 000 m以深资源勘查前沿技术，油气勘查技术能力扩展到6 500 m～10 000 m，加快“透明地球”技术体系建设，提交一批深地资源战略储备基地，支撑扩展“深地”资源空间。

地震勘探方法作为地球物理勘探方法的一种，不仅在其擅长的油气资源勘探领域，而且在找寻其他矿藏领域也有广泛地应用。目前，前人对钾矿经过多年的探索，对钾盐的成盐理论[1-2]和测井评价方法[3-4]已有一定的研究，但是对于地震的研究却很少涉足。从2011年开始，国内出现了一些针对钾盐的地震识别研究[5-6]，但是仅仅局限在地震资料的解释对比、构造成果的评价以及一些常规的地震手段，而忽略了钾盐(杂卤石)与油气资源的赋存地质条件的差异，且并未形成一套有效的地震评价手段和流程。本次研究选取LH三维地震资料，该区域是前人在80年代进行石膏矿床详查时认为的有利目标区域，现拟利用油气勘探的技术思路，结合杂卤石的赋存地质特征，并运用目前先进的地球物理手段，系统总结出寻找钾矿(杂卤石)的地震勘探解释技术和流程，为深部钾盐精准判识、摸清3 000 m以浅钾盐(杂卤石)资源潜力提供强有力的地震技术支持。

1 杂卤石赋存地质特征分析

1.1 矿体沉积特征

四川盆地海相三叠系为一套碳酸盐岩和蒸发岩的沉积组合，厚为800 m～1 300 m，为盆地重要的盐系地层，蒸发岩极其发育，其分布范围已经超越现今四川盆地，面积大于40*104km2。LH地区杂卤石主要产于中三叠统嘉陵江组嘉五2亚段和雷口坡组雷一1亚段下部的硬石膏中，在古地理位置上处于上扬子台地广阔的局限海台地-蒸发台地的局部低凹地区，水体循环差，蒸发作用强，从而形成一套菱镁质白云岩、硬石膏和石盐频繁的交替沉积。其中，石盐的Br*103/Cl值颇大，达0.4～0.5以上，咸化程度甚高。

1.2 矿体分布特征

研究区构造复杂，塑性变形极其强烈，致使硬石膏-杂卤石重复、断缺，与其上下岩层呈不整合形变接触。矿体明显受波状层间褶曲控制，分布在褶曲底部塑性层处于相对引张状态的部位。杂卤石的分布严格受岩性控制，与硬石膏依附产出，在构造破坏作用较强的构造破碎带，水化石膏及角砾岩大量发育，硬石膏很少保存，无杂卤石分布。矿层底板岩层的破碎，使地下承压水进入石膏层，硬石膏发生水化，杂卤石则发生淋蚀作用[7]。

从近几年盆地钾盐勘察开发的实践表明，具中等褶皱强度，并伴随一定规模断裂发育的构造，既可使矿体能较好地保存，同时也可为后期矿体的开采运移和高产富集作用提供良好的条件。而褶皱强度过大的构造，则可能导致矿藏遭受淋滤破坏，过弱的构造虽保存条件良好，但构造裂隙欠发育，又缺乏卤水足够的储存和运移空间。兼顾矿藏富集和保存两个方面的条件，在构造相对较低缓，褶皱强度中等的背斜构造，较有利于矿藏的高产富集[8]。

1.3 矿体形成机制

由于杂卤石赋存形式的不同和结构的特殊性，其形成过程十分复杂，不能一概而论，要根据实际情况做具体的分析。通常认为，杂卤石形成于早成岩阶段，由富含K+和Mg2+的卤水和早期形成的石膏、硬石膏或者钙芒硝发生逆向反应形成[9]。在钾镁盐沉积阶段或者卤水中已经有超饱和的K+和Mg2+，富钙和硫酸根的溶液外来补给形成杂卤石[10]。近些年，国内、外学者通过大量的研究总结，发现杂卤石的成因主要有3种成因方式：①原生沉积作用，当海水浓缩到硫酸钾镁盐沉积阶段时，有一部分外来钙源作为补充，形成杂卤石，也可能是在硫酸钙盐沉积阶段有钾镁离子作为补充形成；②准同生交代，早期沉淀的硬石膏(或石膏)与卤水不断浓缩形成的浓卤水(浓卤水中富含钾、镁离子)发生反应形成杂卤石；③后生交代，在成岩作用以后，外来溶液与岩石发生交代作用形成杂卤石。

前人对四川盆地杂卤石的成因问题经过多次讨论后，绝大部分人认为是后期交代成因形成。其形成原因主要是由于石膏转变为硬石膏过程发生脱水，而水遇易溶性钾镁盐又发生了水溶变质作用，进而产生了富K和Mg的热卤水，最后又与硬石膏次生交代产生杂卤石[11-14]。蔡克勤等[15]对四川农乐地区的杂卤石成因进行分析，分析认为该区域杂卤石主要有以下2种成因：①主要为准同生交代作用形成(硬石膏与浓卤水作用形成)；②后生交代成因形成。

2 矿体空间分布趋势分析

杂卤石一般与多钙钾石膏、硫锶钾石共生矿物伴生存在，表明了盐类淋滤变质的复杂性。矿层经复杂的热融、水溶变质交代作用而成，导致了杂卤石在沉积后并没有一个统一的岩性组合，对应于地震剖面的外部及内部形态上没有统一的共性特征。一方面，根据井震标定分析，结合川东地区高陡复杂构造的解释模式(图1)，对比解释嘉五2亚段底和雷一2亚段底(图2)；另一方面，在精细层位对比解释的基础上，基于古地貌恢复的三维成图，便可绘制出矿体赋存的地层厚度分布图(图3)。

厚度大的区域主要分布在陡缓转折带和向斜部位，受膏岩塑性地层的影响，地层的变形褶皱使地层厚度增大。由于杂卤石与膏岩的赋存关系，膏岩厚的地方，杂卤石可能发育，但需要借助其他技术手段综合考虑分析。

图1 LH6井地震地质剖面Fig.1 Well LH6 seismogeological cut plane

图2 LH地区地震剖面展示图Fig.2 LH region seismic cross section

图3 杂卤石赋存地层厚度空间分布图Fig.3 Thickness profile of polyhalite distribution

3 敏感测井曲线分析

杂卤石的测井响应特征通常表现为(图4)：①井径曲线规则，无扩径现象；②自然伽马值较高，通常在90 API～180 API；③自然伽马能谱测井钾含量较高(普遍大于4%)，钍、铀曲线值较低；④三孔隙度曲线中，声波时差大，中子值高(通常大于18)，密度值也较大(大于2.72 g/cm3)；⑤电阻率表现为高值。泥岩层的自然伽马值较高，声波、中子值也较大，与杂卤石响应特征类似，但是泥岩层通常密度值较低，电阻率值低，且泥岩层疏松易垮塌，井径曲线往往不规则。

从LH三维的实际钻井资料来看，在杂卤石发育的嘉五2-雷一1地层中，围岩岩性主要包括石膏、硬石膏、灰质白云岩和白云岩，不含泥岩(图5)，部分井在雷口坡组底部发育一套绿豆岩，一般为1 m～2 m。绿豆岩为一富含钾铝硅酸盐的火山凝灰岩，经水解作用，产生去玻化脱硅蚀变为水云母粘土岩。因此，绿豆岩通常含有放射性钾元素，且部份井绿豆岩中还含有杂卤石。在地震综合预测中，将不把绿豆岩作为影响因素考虑到杂卤石的厚度预测中，而储层的精细描述将重点针对杂卤石的敏感曲线(GR或RT)开展交会分析、门槛值确定，以便开展后续的岩性模拟定量预测。

4 优势属性分析

属性预测分析是将提取和优化后的各种地震属性与已知井的地层结构、岩石物性、储层含油气等信息相结合，明确可利用地震属性的地质物理意义，并进行精细的解释、推断，从而得出对储层定性或定量的结论。

受膏岩褶皱的影响，其间发育的杂卤石存在非均值性和复杂性，在杂卤石发育区，可利用最能准确表征其特点的属性特征进行区域的定性描述。从优选的的多种属性分析来看(图6)，弧长属性是表征时窗内地震波道的长度，反映了地震波振幅和频率

图4 杂卤石测井曲线特征Fig.4 Polyhalite borehole log

图5 LG001-29井嘉五2-雷一1段岩性柱状图Fig.5 Well LG001-29 jiawu2-leiyi1 lithological column

的综合变化情况，其基本能准确表征杂卤石的富集规律。从整体面貌上来看，颜色变化过渡自然，井吻合率高，同时与定量成果的验证也具有一定相似性(图10)。

5 基于DEM的地震资料应用

数字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)，是通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字化模拟(即地形表面形态的数字化表达)，它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型。在杂卤石地震资料应用中，杂卤石的埋藏深度影响着杂卤石的实际开采价值。当埋藏深度达到3 000 m，侧压力为600 kgf/cm3,会导致膏岩变形加剧[16]。故3 000 m以浅的资源勘探区块将成为首选的目标靶区，3 000 m～5 000 m为战略储备的备选靶区。

四川盆地川东地区山势陡峻，切割厉害，高程落差大。经过融合处理和正射纠正后的遥感影像及数字高程模型，可准确地为地震勘探提供精度达到2.5m的地表高程，结合目的层的地震反射构造图，可准确地预测目的层的埋藏深度(图7)。

图6 嘉五2-雷一1层段间多种属性平面分布图Fig.6 Multi-attribute areal profile in jiawu2-leiyi1

图7 数字高程模型图及嘉五2底界地震反射埋深图Fig.7 Digital elevation model profile and jiawu2 base seismic buried depth profile

图8 嘉五2-雷一1裂缝分布预测图Fig.8 Jiawu2-leiyi1 split forecast profile

6 波形复杂程度及微细裂缝刻画

比起传统的相干预测，针对小尺度裂缝的AFE技术更能凸显层间或层内的小裂缝，表征出目的层的波形复杂程度。AFE技术主要是在第三代本征相干属性结果的基础上对倾角扫描，进行线性滤波和断层边界增强，提取倾角和方位属性，进行小尺度的裂缝识别。

从杂卤石的成藏机理来看，微细裂缝为杂卤石准同生交代或后生交代提供了运移通道，也为后期杂卤石的开采注水提供了渗滤条件。所以，对目的层的微细裂缝的刻画显得尤为重要，因而在对地震资料AFE处理的基础上，进一步开展三个方面的综合考虑：①沿主测线或联络线进行线性噪音滤波，使得有效信息得到增强；②消除华①上、华②沿L方向以外的信息，增强破碎带信息的抗干扰能力，突出资料复杂带的有效信号；③检测判断裂缝相干值的梯度变化方向，增强资料较好区域(华②和30号断层之间)的线性异常条带(图8)。

7 储层预测及精细描述

研究区内杂卤石非常薄，约1.5 m～17 m，单层厚度为0.5 m～3.5 m，故本次储层的精细描述采用地震波形特征指示反演。该方法的基本思路是井间模拟时除了空间距离作为一个次要控制因素。而将地震波形的相似性作为主要因素来优选统计样本，使模拟结果实现井和震协同。

地震波形指示反演，利用地震波形的横向变化信息来代替变差函数筛选有效样本，表征储层空间结构，也就是说在考虑了距离的基础上，更一步考虑了波形的相似性，而后面的模拟部分和地质统计学

方法一样，即通过统计学建模、贝叶斯判别、马尔可夫链蒙特卡罗先进技术得到多个等概率的随机反演结果，进行不确定性分析，最后得到模拟结果。这种反演方法较地质统计学反演来说，最大的优点就是确定性成分增加了，另外是利用到波形的横向变化信息，具有相控思想，因此横向分辨率也提高了(图9)。

8 杂卤石富集区综合评价

通过精细的储层描述预测的杂卤石厚度与嘉五2层段的地震反射埋藏深度图叠合，预测4个有利区块。按照目前浅深部资源综合勘察和增储的要求，3 000 m作为一个勘探评价的门限值。首要的目标优选靶区位于龙会潜伏构造这一区域，杂卤石较厚，埋藏浅，约6.47 km2；张家场区块(Ⅱ)、涌兴场(Ⅲ)、三房营(Ⅳ)杂卤石较厚，但埋藏较深，为备选靶区，合计约104.94 km2(图10、表1)

表1 杂卤石优选目标区综合评价表

图9 LG27-LH005-x1井伽马连井反演剖面Fig.9 Well LG27-LH005-x1 GR well-tie inverted section

图10 杂卤石综合预测图Fig.10 Polyhalite synthesize forecast profile

9 结论及建议

1)笔者从地震勘探的角度出发，结合杂卤石赋存地质特征和最新的物探技术，详细地阐述了地震手段在矿产资源勘查中的应用，对四川盆地找寻钾盐矿床具有积极意义。

2)本次研究可供借鉴的单井分析评价资料较少，主要是以往的研究均是针对油气资源。随着国家对资源勘探部署的战略提升，针对矿产资源的单井评价乃至地震采集都将会是今后发展的趋势。

3)不同行业之间的思路融汇、多学科的交叉分析往往能带来突破性进展，因此，把油气勘探手段与矿产资源勘察合理地结合起来，实行油气、矿产兼探，借助三维地震资料，利用地球物理手段，不但具有重大战略意义还具有技术上的可行性。

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