非地震勘探在四川盆地的应用前景

郭鸿喜 魏 野 范增辉 夏 铭 何宇霖 李明翼 王 轶

1. 中国石油西南油气田分公司勘探事业部 2. 中国石油集团东方地球物理勘探公司西南物探研究院

0 引言

随着计算机技术的发展,数据处理技术亦不断进步，过去只能用于新区、外围地区普查工作的非地震勘探技术，开始向盆地局部目标渗透；在高陡构造带、火山岩覆盖等地震勘探困难区、空白区，起到镶嵌补充作用，是地震勘探的必要补充或替代技术；在地震勘探可行区，非地震勘探技术可为构造的含油气情况提供重要信息，为钻井部署提供参考资料；即使是在油田开发中，也对油气层的描述及动态监测起到特殊作用[1-9]。

目前全国主要盆地均大规模开展了重力、磁法、电法勘探工作。四川盆地经过多年的非地震勘探，也积累了一些高精度的非地震资料。2018 年永探1井在二叠系火山岩地层测试，获气22.5×104m3/d，双探9 井又在山前带推覆体下盘二叠系钻遇良好白云岩储层，揭示了该领域具有巨大的勘探潜力。为了尽快落实永探1 井区获气火山岩的分布范围以及山前带的扩大勘探范围，笔者尝试通过发挥非地震勘探优势，以弥补地震勘探的不足。通过大量基础调研，系统收集、整理有关资料，吸收消化盆地内已有地质成果，分析盆地内地层的重磁电物性特征，建立不同的地质模型进行试验，确定了不同非地震方法能够识别到的最小地质体，为四川盆地下步非地震部署和处理解释提供技术支撑[10-14]。

1 勘探现状

四川盆地地震勘探主要以二维覆盖为主，近年来，针对川中地区下古生界—震旦系、开江—梁平海槽二叠系礁滩、川西北部下二叠统开展了三维连片地震勘探。非地震勘探在盆地内开展较少，主要是20 世纪80 年代以前完成的覆盖全盆地的重力资料以及航磁资料。自2013 年开始，陆续在猫儿滩、高石梯—龙女寺和枫顺场构造3 个地区分4 个年度，完成重力面积勘探4 323 km2，重力、磁力、电法剖面共22 条，总长1 600 km。另外，1999年在扬子地台部署了一条从松潘到湖南邵阳的重、磁、电大剖面，其中穿越四川盆地及周缘长约800 km；2017 年中国石油在盆地中部完成了400 km重磁电剖面(图1)。盆地非地震资料年代跨度大，分布不均匀，严重制约了四川盆地非地震勘探技术的发展[15-16]。

2 地层、岩石的重磁电物性特征

2.1 密度特征

图1 四川盆地非地震勘探程度图

在重力异常解释中，岩石密度（或岩层间的密度差）是必不可少的参数。选择在巴颜喀拉褶皱带、龙门山断裂带、四川台陷针对不同层系做了密度值测量分析，认为四川盆地存在2 个主要的密度界面，即上三叠统与其下伏地层间、震旦系与基底之间分别存在－0.23 g/cm3、－0.14 g/cm3的差异。

在《四川省重力、航磁异常综合研究》报告中列出了若干沉积岩、变质岩密度特征值（表1），可以看出，砂岩、页岩、砾岩的密度值较低，介于2.12 ～2.43 g/cm3；板岩、千枚岩、片岩的密度值中等，介于2.58 ～2.66 g/cm3；石灰岩、白云岩、大理岩的密度值较高，介于2.70 ～2.77 g/cm3。但各岩石的密度变化均较大，资料处理解释时需结合其他资料进行综合分析。

表1 四川盆地沉积岩、变质岩密度特征值统计表

综上所述，四川盆地沉积地层发育多个密度界面，其中上覆须家河组底、基底顶面是统一的密度界面，这两个密度界面均可引起显著的异常。其他界面需要分地区、分层位进行具体研究，其造成的重力异常也较弱，需开展针对性的处理，才能有效获取。

2.2 磁性特征

在巴颜喀拉褶皱带、龙门山断裂带、四川台陷针对不同层系做的磁性特征分析，具有如下特征：

2） 变质类岩石磁性极不均匀，变质程度深、火山质或含火山质的岩石磁性相对强；出露地表的浅—中等程度变质的褶皱基底一般具有弱磁性，弱磁性原因主要岩性是海相碳酸盐岩、碎屑复理石沉积建造变质，部分含火山岩或火山碎屑岩。

3） 沉积岩类岩石磁性最弱，一般磁化率均在50×10-64πSI 以下，但亦有例外，当沉积岩类岩石中含有磁铁矿物时，该沉积岩即会具有一定的磁性。比如，盆地中部和西部地区下三叠统飞仙关组地层主要为一套紫红色页岩、泥砂岩和泥灰岩，其中含有较多的磁铁矿颗粒（2%～8%），呈星散状分布于岩石中，具有一定的磁性；而在川东地区岩性为正常沉积的灰色石灰岩（大冶组），属于基本无磁性地层。

目前，已在四川盆地较多的钻孔中见到峨眉山玄武岩，华蓥山区亦有发现，故在四川盆地中以玄武岩为磁源体的磁异常[17-18]。

综上所述，四川盆地磁性岩石及磁性岩层主要是岩浆岩、基性火山岩和深变质的结晶基底。四川盆地中沉积岩层，由于磁性较弱，并在沉积盖层内受褶皱构造控制，一般只能引起局部的小异常，如重庆北碚至江津一带的中梁山背斜，因下三叠统飞仙关组（T1f）和中侏罗统沙溪庙组（J2s）的褶皱陡立而形成连续性较好的线状磁异常。

2.3 电性特征

四川盆地面积大，位于盆地的不同位置、各地层的岩性可能不同，对应的地层电性结构可能存在差异。

根据川西北枫顺场地区的钻井统计结果，结合野外露头实测的电阻率统计结果，综合分析认为，该区存在以下6 套主要电性层：

白垩系—三叠系须家河组统计的电阻率最低，一般约300 Ω·m，局部砾岩体可达1 000 Ω·m。

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三叠系的雷口坡组—嘉二段电阻率变化较大，相对于上覆、下伏地层来说，表现为高阻特征，电阻率平均约1 000 Ω·m。

三叠系的嘉一段—飞一段的电阻率较低，一般约500 Ω·m，表现为低阻特征。

二叠系的长兴组至泥盆系的电阻率较高，一般约8 000 Ω·m，表现为高阻特征。

志留系—寒武系相对上覆地层来说，电阻率比较低，一般约1 000 Ω·m，整体表现为下部低阻层特征。

前寒武系电阻率最小为8 000 Ω·m，通常约10 000 Ω·m，表现为基底高阻特征。

通过上述分析可见，四川盆地深层裂陷、火山岩以及古剥蚀面可以引起明显的重磁电异常，反之通过研究重磁电异常特征，可以研究盆地深层裂陷、火山岩和古剥蚀面的分布[19-22]。

3 识别精度

3.1 重磁力勘探

目前，重力、磁力勘探均采用的同点位进行测量，在油气勘探上一般是先部署重力，然后再考虑磁力是否同时实施。因此讨论重磁测网与地下地质体的关系主要是针对重力进行论证和部署。为了探讨重力对深层地质体的分辨能力，根据四川盆地深层目标的大致埋藏深度，设计了不同规模的地质模型，进行正演计算，讨论重力对深层地质体的预测精度。

根据区内地质情况，设计了不同规模的地质体（图2）进行正演模拟，地质体顶面埋深6.0 km，宽度分别为20.0 km、10.0 km、5.0 km、2.0 km，厚度分别为0.5 km、1.0 km、2.0 km、3.0 km、4.0 km、5.0 km，根据密度特征取密度差0.05 g/cm3，计算其不同规模、埋深引起的重力异常（图3）。

按照其探测分辨率是重力仪观测3 倍计算其不同规模、埋深引起的重力异常，考虑到野外重力仪观测精度介于（0.03 ～0.04）×10-5m/s2，当地下地质体埋深大于6.0 km，与围岩密度差大于0.05 g/cm3，地质体宽度大于2.0 km，厚度大于1.0 km 时，不同规模的地质体引起的异常值均大于0.1×10-5m/s2；当地质体宽度大于5.0 km，厚度大于0.5 km 时，不同规模的地质体引起的异常值均大于0.1×10-5m/s2（图3），基本能够满足重磁力勘探在基底断裂和山前带构造的展布格局及构造演化研究方面的应用。

图2 重力勘探地质体模型示意图

图3 不同地质模型引起的重力异常对比图

结果表明地质体宽度大于2.0 km，地质体沉积岩厚度大于1.0 km 时，引起的异常能被观测到并被识别出来。当密度差大于0.05 g/cm3，在地质体同等厚度的情况下，可探测的地质的宽度可以更小。或者当密度差大于0.05 g/cm3，在地质体同等宽度的情况下，可探测的地质体的厚度可以更小。

根据重力测量对地质体的识别能力，要求每条测线控制每个地质体测点密度大于3 个，则认为观测异常可靠。因此，当探测地质体宽度大于2.0 km 时，重力测点间距小于500.0 m 可以满足勘探要求。

图4 是猫儿滩重力测量实际资料按照不同测网进行的成图，可见随着测网密度的加大，对地下地质体的分辨能力逐渐提高。其中测网4.0 km×4.0 km 仅能看到地质构造的趋势，可以探测宽度大于10.0 km 的地质体引起的重力异常。测网4.0 km×2.0 km、2.0 km×2.0 km 重力异常的信息越来越丰富，可以探测宽度大于8.0 km的地质体引起的重力异常。当测网2.0 km×0.5 km 时，可以探测宽度4.0 km 的地质体引起的重力异常。

图4 不同测网观测的布格重力异常对比图

图5 是川中大足附近重力测量实际资料按照不同测网进行的成图，其中图5-a 区域重力是20世纪80 年代以前采集，测网和重力观测精度不详，图5-b和图5-c均为1989年采集按照不同测网成图。从图5-a 与图5-b、c 对比看，二者的形态差别较大，可见20 世纪80 年代以前采集的重力资料测网稀、重力观察精度低，对地下地质体的分辨能力差。1989 年采集重力资料细节丰富，重力测网较密、重力观测精度高；从图5-b 测网1.00 km×1.00 km与图5-c 测网0.25 km×0.25 km 对比看，测网0.25 km×0.25 km 获得的重力异常对地质体的分布能力显著提高。

图5 川中大足地区不同测网观测的布格重力异常对比图

3.2 电法勘探

电法勘探主要分为利用天然场源的大地电法和利用人工源的广域电法，观测方式有2D 剖面观测和3D 面元观测。利用人工源的广域电法是一种频率域电法勘探方法，通过发送与接收不同频率的信号来探测不同深度的地电信息[23-24]。无论哪种观测方式，电法勘探的分辨率主要与地质体的规模有关，即与地质体的宽度和厚度有关。

根据四川盆地的地表条件和以往电法勘探的经验，一般只部署500 m 或250 点距的电法勘探，广域电测法勘探可以部署50 m 点距[22]。按照经验，在埋深6.0 km 以下，电法的纵向分辨率大于500 m，因此在设计地质模型时，主要考虑在天然场源的大地电法勘探方法下不同地质体宽度。

参考目前四川盆地勘探深度已经大于6.0 km，设计地质体埋深6.0 km，地质体宽度分别为20.0 km、10.0 km、5.0 km，厚度3.0 km 的模型，按照电性特征，浅层电阻率取5 000 Ω·m，地质体取2 000 Ω·m，基岩取10 000 Ω·m ，计算不同规模地质体引起的电性异常（图6），讨论电法的分辨率。

结果表明在天然场源的大地电磁法勘探方法下，当电法点距250 m，地质体埋深大于6.0 km，地质体宽度大于5.0 km 引起的电性异常均可探测。当地质体与围岩的电阻率差异大于5 倍时，在地质体同等厚度的情况下，电法点距减小，可探测的地质体宽度可以更小。

4 结论

1）通过已有非地震资料和岩性体物性的分析研究，四川盆地深层裂陷、火山岩以及古剥蚀面可以引起明显的重磁电异常，非地震勘探技术具有有效的识别能力。

2）由于四川盆地面积大，经历多期构造运动，盆地地质结构、地层岩性和山前带构造复杂。非地震勘探具备在地形及地下复杂地区识别地质体的优势，目前的非地震勘探精度有能力解决基底断裂和山前带构造的展布格局和构造演化研究。

图6 不同模型的电阻率正演剖面对比图