塔里木盆地顺北地区断溶体地震反射特征与识别

马乃拜 金圣林 杨瑞召 孟令彬 王 力 胡永蓁

(①中国石化西北油田分公司勘探开发研究院，新疆乌鲁木齐 830011；②中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院，北京 100083)

1 概况

塔里木盆地是中国最大的内陆含油气盆地，顺北地区位于塔里木盆地顺托果勒低隆(图1)。顺北地区油气勘探目的层为奥陶系，埋藏深度约为7200m。

图1 研究区构造位置图

塔里木盆地碳酸盐岩油气藏中，断裂对油气的运移、富集起到极为重要的作用[1-2]。油气富集区大多分布在大型走滑断裂带或与之相关的次级断裂带上，有利储集空间由溶洞和裂缝组成的复杂缝洞体系构成[3-4]。断溶体已经成为一种重要的油气储集体。

以大型走滑断裂为核心而形成的不规则断溶体的研究近几年才兴起[4]。贾承造[5]提出断裂或断裂带可成为烃类的输导通道或遮挡面。罗群等[6]提出“断层体圈闭”概念，即当一个断层体作为油气运移通道，有着良好的封盖条件时，如果存在油源，便可形成油气聚集的断层体圈闭。周文等[7]根据断裂与溶洞发育之间的关系，提出了“控洞断裂”概念，并指出塔里木盆地碳酸盐岩地层中，断裂多为控制溶洞发育的“控洞断裂”。鲁新便等[3]提出断溶体油藏概念，即碳酸盐岩地层在多期构造及岩溶作用下形成的断控岩溶缝洞体油藏。胡文革等[8]提出了塔里木盆地的剥蚀区为古岩溶残丘、古河道缝洞储层系统，覆盖区为断控缝洞储层系统，系统总结了河道、残丘、断层三种成藏条件下的油气藏类型及开发模式。李鹏飞等[1]根据地震反射特征开展断溶体划分与刻画。徐红霞等[9]采用多种几何类及频率类属性识别断溶体，精细刻画断裂系统。常少英等[10]对断溶体进行划分及评价，归纳了六种断溶体油藏高效井地质解释模式，提出断溶体高效井预测技术，使该类油藏的钻井成功率由65%提高到82%。鲍典等[11]分析断溶体复杂的三维空间和内部结构，描述了断溶体油藏的横向和纵向分隔性。唐海等[12]根据断溶体内部结构，从注入速度、注采位置和裂缝发育程度三个方面，对五种类型断溶体的注水驱替规律和剩余油分布特征开展了数值模拟分析。

断溶体的地震反射特征非常复杂，不易识别。关于断溶体地震反射特征方面的研究并不多见。本文从断溶体形成机理入手，结合顺北地区的岩石物理参数，建立合理的断溶体正演模型；根据正演模拟结果，总结断溶体形成的地震反射特征，指导在地震资料上断溶体的识别，为顺北地区同类油藏的勘探提供参考。

2 断溶体形成机理

断溶体常常是大型溶蚀孔洞较为发育的部位，受构造运动控制，由断裂作用和岩溶作用共同形成(图2)。主要体现在以下两个方面。

(1)水平构造运动使碳酸盐岩脆性地层产生错综复杂的断裂系统，在顺北地区发育大型走滑断裂；碳酸盐岩地层在受到多期次的水平构造作用后，原有的大型断裂发育成为具有一定规模的断裂破碎带。

(2)溶蚀作用进一步改造早期的构造破碎带。此外，垂直构造运动使碳酸盐岩地层抬升，暴露地表，遭受剥蚀。流体更容易通过断裂破碎带下渗，对碳酸盐岩进行溶蚀改造[13-16]。同时，大型走滑断裂的形成使深部及周围地层变得脆弱，导致深部热液上涌，通过溶蚀作用改造断裂破碎带以及附近的碳酸盐岩地层[17]。大型走滑断裂是流体下渗和热液上涌的快速通道，可以双向加速其附近岩溶作用。

顺北地区所在的顺托果勒低隆，先后经历了加里东中期、海西期、印支期、燕山期及喜山期等多期构造运动[11，18]。加里东运动中—晚期，以大规模垂直构造运动为主，断裂不太发育，地层主要受表生岩溶作用，溶蚀程度不大(图2a)； 海西运动时期，研究区为挤压环境，强烈的断裂活动连通早期的断裂体系，形成大型走滑断裂破碎带，构成断溶体“骨架”(图2b)。随着地表水下渗与底部热液上涌，断裂破碎带不断地接受溶蚀作用改造。在多期次构造活动和流体溶蚀的共同作用下，最终形成了一系列柱状的溶蚀孔、洞体(图2c)[19]。这些溶蚀孔、洞体之上被泥灰岩、泥岩等盖层封堵，侧向上被致密碳酸盐岩围岩所遮挡，便可以形成有利的油气圈闭，即断溶体圈闭[3,6]。

图2 断溶体形成过程示意图

3 断溶体地震正演模拟

通过模型正演可以获得断溶体的地震响应特征，从而建立其识别标志。本次地质模型建立主要依据断溶体的形成机理，结合顺北地区的实际资料而成(图3)。需要说明如下。

(1)尺寸。设计模型主干断裂纵向延伸约3000m。由于断溶体多受大型走滑断裂控制，断裂破碎带横向延伸长且规模较大，因此设计断溶体系统横向延伸3000m左右，其周围小型溶洞群及溶蚀系统横向上延伸约为300m。

(2)形态。根据断溶体平面形态，鲁新便等[3]将其分为条带状、夹心饼状和平板状三种类型，因此断溶体模型仍可设计为以主干大型走滑断裂为核心，以断裂破碎带为围岩，并体现岩溶水下渗及局部热液上涌的溶蚀缝洞系统。此外，主干断裂还可以发育分支断裂，形成总体形态为柱状的地质模型。

图3 断溶体正演地质模型

(3)岩石物理参数。根据研究区测井数据统计，不同岩性地层的速度及密度如表1所示。

表1 断溶体正演模型岩石物理参数

(4)地震参数。采集方式与实际地震资料相同，即采用中间放炮、两侧接收进行数据采集。观测系统面元尺寸为25m×25m，覆盖次数为15次，检波器为120个，间距为25m，炮点为74个，炮间距为100m，检波点随炮点移动，满覆盖距离为6000m以上。根据井旁地震道提取的子波频率为30Hz，因而选择30Hz雷克子波作为正演子波输入。

利用商业软件Tesseral进行二维正演，采用声波方程估算实际地质条件下地震能量传播的二维波场效应(图4)，模型在进行声波方程模拟时仅使用纵波速度和密度两参数。

图4 模拟过程中不同时刻的波场快照

采用叠前深度克希霍夫法对波场模拟结果进行偏移处理；将数据体从时间域转换为深度域，使其可以与设计的地质模型叠合，进而分析断溶体地震响应特征。根据模拟地震特征与模型吻合情况适当调整模型及其速度、密度参数，重复上述步骤，可以得到最终符合模型的断溶体地震反射特征(图5)。

图5 断溶体地震响应特征

由图5可见，断溶体以大型走滑断裂为核心，在大型走滑断裂附近产生一系列具有明显缝洞储层特征的地震反射特征。大型走滑断裂处同相轴“错断”，而缝洞储层为单个“串珠”反射或者强、弱“串珠”反射群等。对于主干断裂附近的分支断裂，仍然具有以上两点特征，只是在规模上有所差异。主干断裂和多个分支断裂的断溶体组合，在整体上可构成“花束”状的地震反射结构。

4 断溶体地震识别与钻井验证

根据正演模拟得到的断溶体地震反射响应特征，可以指导在实际地震剖面上断溶体的识别(图5)。

从顺北地区实际地震剖面解释结果(图6)看，大型走滑断裂的同相轴“错断”、其周围出现的“串珠”状、强、弱“串珠”反射群以及“花束”状地震反射特征均与正演模拟特征一致。断溶体横向延伸约为3000m；单个溶洞横向延伸约为300m，纵向延伸约50m，与地震正演模拟结果吻合较好。

根据钻井资料，可以验证断溶体地震识别的准确性。图6为经过不同钻井的实际地震剖面，剖面上钻井处均显示有断溶体的地震反射特征。每口井均有油气显示，具体生产情况为：井1漏失528.0m3，日产油123.0t，日产气3.7×104m3； 井2漏失134．5m3，累计产液1791.3m3； 井3漏失1810.0m3，日产油87.0t，日产气4.0×104m3； 井4放空0．4m，漏失562.0m3，日产油107.0t，日产气3.5×104m3。放空、漏失原因主要为钻遇裂缝—孔洞型储层，即断溶体发育部位。

图6 研究区断溶体实际地震剖面

根据上述特征可以寻找断溶体储层并进行钻探、油气开采。例如，本次研究识别一“串珠”状强地震反射异常，推测可能发育断溶体储集体(图7)，因而设计了井5，结果钻遇高产，一周内累计产液426.8t，产油375.1t，产气15.0×104m3。由此可见，根据断溶体正演获得的地震响应特征可以指导实际地震资料上断溶体的识别。

图7 断溶体识别与验证

5 结论

(1)断溶体的形成主要受构造作用和溶蚀作用影响。构造作用控制断溶体规模和整体形态，下渗流体及上涌热液的溶蚀作用成就其最终形态，形成以大型走滑断裂为核心的断裂—缝洞储集系统。

(2)正演模拟结果表明，断溶体以“错断”同相轴表示大型走滑断裂，以单个“串珠”，强、弱“串珠”反射群等表示缝洞储层。二者以大型走滑断裂为核心，整体上呈现“花束”状的地震反射特征。

(3)正演模拟断溶体的地震反射特征可以指导实际地震数据中断溶体的识别。实际钻井的产能验证了断溶体储层的油气储集能力，证明设计的断溶体模型较为可靠。据此，断溶体可在实际地震剖面上进行识别。