地球物理学报  2019, Vol. 62 Issue (1): 316-330   PDF    
布格重力异常建模反演在二连盆地油气勘探中的应用
杨高印1, 王君恒2, 闫后振3     
1. 陕西省地球物理学会, 西安 710075;
2. 中国地质大学(北京), 地球物理与信息技术学院, 北京 100083;
3. 青岛地矿岩土工程有限公司, 青岛 266100
摘要:二连盆地由众多小凹陷组成,伊和凹陷是其中之一.重力资料在盆地"探边摸底"、"定凹选带"等方面发挥着重要作用.本文基于布格重力异常资料,利用2.5D建模反演技术对其中横跨主洼槽的两条测线进行可视化建模及正演拟合.其中,初始模型的几何参数取自二维地震解释结果;物性参数中的纵向密度取自测井声波波速与密度的相关公式.正演拟合为建模反演技术的关键环节,密度横向变化,是在拟合过程中通过人机交互试错调整实现.通过正演拟合,揭示了主洼槽沉积层横向和纵向均存在较大的密度不均匀性,主洼槽有利于油气生成.与地震解释结果对比,二者在赛汉组-第四纪、腾格尔组深度相差不大,但凹陷底部拟合结果与地震解释结果有明显差异.通过钻井结果验证,正演拟合各沉积层深度与钻井揭示的各层深度结果一致,二维地震解释结果偏浅,其可能原因是时深转换选取的速度值偏小造成.
关键词: 二连盆地      伊和凹陷主洼槽      布格重力异常      建模反演      正演拟合     
Application of modeling inversion of Bouguer gravity anomalies to oil and gas exploration in the Erlian Basin
YANG GaoYin1, WANG JunHeng2, YAN HouZhen3     
1. Geophysical Society of Shaanxi Province, Xi'an 710075, China;
2. Institute of Geophysics and Information Technology, China University of Geosciences(Beijing), Beijing 100083, China;
3. Qingdao Geology and Geotechnical Engineering Co., Ltd, Qingdao 266100, China
Abstract: The Erlian basin is composed of many small sags, of which the Yihe sag is one. Gravity information plays an important role in surveys in basins such as "exploring edges and bottoms" and "determining depressions and choosing belts". Based on Bouguer gravity anomaly data, the two lines crossing the main subsags are visually modeled and forward fitted by using the 2.5D modeling inversion techniques. In these procedures, the geometric parameters of the initial model are taken from the two-dimensional seismic interpretation results and the longitudinal density in physical parameters is derived from the correlation formula of the acoustic velocity and density of well logging data. Forward modeling is a key part of modeling inversion, and the lateral change of density is achieved through trial-and-error adjustment of human-computer interaction in the modeling process. The results of forward modeling show that there is a large density heterogeneity in lateral and longitudinal directions of the main subsags which are favorable for oil and gas generation. Compared with the results of seismic interpretation, the depth difference of them in the Saihan Formation-Quaternary and Tengger Formation is not obvious, but the results of the bottom fitting are different from those of the seismic interpretation. Drilling verification indicates that the depth of each sedimentary layer by forward modeling is consistent with that revealed by the drilling. However, the results of the two-dimensional seismic interpretation are relatively shallower, probably because the speed of early time-depth conversion is too small.
Keywords: Erlian basin    Main subsags of Yihe sag    Bouguer gravity anomaly    Modeling inversion    Forward modeling    
0 引言

重力勘探是根据岩矿石之间存在的密度差异,进行地质构造研究及寻找矿产资源的一种传统的地球物理勘探方法.20世纪90年代以前,在沉积盆地的早期油气勘探、评价阶段,重力资料在盆地“探边摸底”、“定凹选带”等方面发挥着重要作用.如邓振球(1985)发现塔里木盆地已知几个含油气凹陷的分布与区域布格重力异常之间有着良好的对应关系,进而利用重力资料在该盆地内寻找新的含油气凹陷.杨俊杰和张伯荣(1989)利用简单的布格重力异常图,轮廓性地恢复陕甘宁盆地东部早古生代的沉积环境,进而确定含油气凹陷.

重力建模反演技术是通过建立和修改场源初始模型拟合实测重力异常,求取场源物性参数和几何参数,通过正演技术达到反演的目的.已知的地质地球物理信息可以作为物性或者几何边界约束条件来使用,有利于建立更为合理的初始模型,制约拟合过程,提高拟合速度和准确性.常用的拟合模型分二度体、二度半体、三度体.

布格重力异常的正演拟合作为建模反演的关键环节,由于计算量大,自20世纪90年代以后,随着计算机的普及才得以快速发展.例如黎益仕等(1994)建立了一套实时编辑、修改重磁模型的正演拟合程序,实现了DOS下的实时正演拟合,极大地提高了拟合工作效率.姚长利等(1998)对重磁异常正反演可视化实时方法技术进行了改进,给出了2.5D多边形截面棱柱体模型,进一步提高了计算速度和质量.

不规则截面二度体重力异常的正演计算已经有很多方法(Talwani et al., 1959Talwani and Ewing, 1960Bhattacharyya and Navolio, 19751976).较常用的多边形截面法(Talwani et al., 1959)采用边数为N的多边形代替场源体轮廓,按Hubbert(1948)的线积分法计算模型的重力异常.

利用2.5度体和三度体模型对任意形状场源进行正演,目前常用点元法、线元法和面元法.这些方法的基本思想是将复杂的地质体分割为众多简单地质体的组合,或将三重积分用数值积分来近似计算,注重剖分方法与实际场源体形状的拟合度以及数值积分替代解析积分的近似度.何昌礼和钟本善(1988)推出了计算复杂形体重力异常的高精度三维多面体法,使用任意三角形构成的多面体逼近地下任意复杂形体.田黔宁等(2001)在人机交互正演拟合技术的基础上,研究了三角形多面体几何特征自动反演技术,并与可视化技术相结合,实现了任意复杂地质体重磁异常三维人机联作反演技术.骆遥和姚长利(2007)统一了对多面体重力场、梯度和磁场正演表达形式进行了统一,在重磁场联合正演的过程中,可以相互利用计算过程中的结果,避免了重复计算,从而提高了正演计算效率.

有限元法是重磁正演数值模拟计算中的重要方法之一,能够准确地反映复杂重磁场情况下的场源体分布,对于处理复杂边界问题有显著效果.徐世浙(1994)利用不同的边界条件来求解重力场的场源几何参数和物性参数,其结果具有更高的精度和计算速度.朱自强等(2010)将有限元法应用于二维重力梯度张量正演计算,通过对截面为矩形的两个二度体组合模型进行有限元正演拟合,验证有限元建模方法的精确度,其结果表明,正演拟合曲线与理论模型曲线吻合.

台阶模型是重力异常正演拟合的基本模型.在自然界中,如断层、不整合面均可以被近似看作台阶模型,断裂构造可以近似成台阶模型的组合.因此,对断层构造的重力异常进行深度反演和位置解释中,台阶模型及其重力正演公式被广泛使用(张凤琴等,2008李丽丽等,2012郇恒飞等,2012).

岩石的密度在垂直方向和水平方向常常是变化的(徐世浙等,1984).地层的密度一般随深度增加而增大.根据统计数据(郭武林,1982),地层密度随深度主要呈现线性、双曲线、多项式和指数函数等形式的变化.Cordell(1973)在研究加利福尼亚San Jacin地堑重力异常时首次应用了密度差随深度呈指数变化的模型.Murtly和Rao(Murtly and Rao, 1979; 默撒和罗, 1980)提出了密度随深度线性变化的任意二度体的重力计算方法,其中在深部地层的密度随深度呈线性变化,浅部地层的密度呈指数变化,并将均一密度差的Hubbert(1948)的线积分法引伸到密度差随深度变化的情况,从而导出了密度呈线性和指数变化情况下的二度体重力异常正演的方程式.Rao(1985, 1986)给出了密度随深度呈二次多项式函数变化的二度矩形棱柱体所构成的断裂模型的重力正演解析表达式.姜枚等(1986)通过采用密度随深度线性变化的梯形组合模型来模拟地壳的密度结构.陈胜早(1987)在苏浙皖地区进行重力盆地模拟时采用了密度为深度的三次多项式函数,指出多项式函数可以很好地描述不同深度密度变化的实际情况.张建中等(2000)用任意的多项式函数表示地层密度随深度的变化,提出了一种二度体变密度的重力正演建模方法.至今,对于密度的横向变化研究相对较少,密度横向变化在重力盆地模拟拟合时尤其重要.

1 建模反演原理

建模反演技术是基于地震和声波测井资料建立初始模型,然后通过“人机交互式”修改模型的形态及密度参数来进行可视化正演拟合.其中,正演拟合解决反问题,为建模反演的关键环节.

正演模型的二维假设或近似难以满足实际复杂的地质情况,在进行实际资料拟合时,不能真实的反映地下地质特征;针对重力异常直接进行三度体正演,由于其数据量大,计算效率低;而对2.5D场源体采用有限长棱柱体的任意组合,几乎可以逼近任意复杂的场源体,数据计算效率较高,并且对于像二连盆地中的小凹陷,密度横向和纵向均有变化的场源体具有较好的拟合效果.

1.1 2.5D棱柱体模型

2.5D体(即二度半体)是指沿走向截面位置、形状和物性参数不变的有限延伸地质体.

对如图 1所示直角坐标系下的一个多边形2.5D棱柱体,设其密度为ρ,则在空间任一点p(r)引起的重力异常Δg(r)(姚长利和管志宁,1997)为

(1)

图 1 多边形棱柱体模型示意图 Fig. 1 Polygonal prism model

其中,

(2)

G为引力常数, i为棱柱体角点的标号,N为棱柱体的边数,ui=xicosφi+zisinφiui+1=xi+1cosφi+zi+1sinφiwi=-xisinφi+zicosφiRi+1=.

实际正演计算时发现,在上半无源空间,当2.5D棱柱端面与计算点共面且共线情况下(如计算点位于AiAi+1的延长线上),表达式中反正切项均出现分子和分母同时为零的情况,以及在重力公式中也有可能出现部分对数项为零的情况.这些测点的场值成为正演表达式无法计算的解析“奇点”.

针对这些解析“奇点”,骆遥,姚长利等推导出了2.5D重力异常无解析奇点理论表达式.得出:

(3)

其中,uiui+1wiriri+1RiRi+1表达式与之前相同,而φi不同.

(4)

(5)

其中,.

1.2 变密度模型

徐世浙等(1984)利用奥氏公式将重力异常的体积分变换成闭合曲面上的面积分,然后将闭合曲面剖分成许多三角单元,并利用高斯求积公式对每一单元进行数值积分,最后将各单元的积分相加,即得到所求的重力异常.

在变密度的情况下,计算重力异常的公式是Δg(x, y, z)=

(6)

式中场域计算点的坐标为(xyz),ρ(ξ, η, ζ)是物体的密度差,它是场源域坐标的函数.令ρ(ξ, η, ζ)=+++D,其中ABCξηζ方向的密度变化率,D为坐标原点的密度差.

徐世浙是基于密度在横向和纵向上均呈现线性变化构建变密度正演模型,而本文所使用的2.5D棱柱体模型是利用波速换算的地层密度(见3.2.2节),赋予每个棱柱体初始的密度值,通过多个棱柱体在纵向的叠加实现密度随深度的变化,以及适当改变单个棱柱体的密度值实现密度在横向的变化.

在伊和凹陷,密度模型不仅在纵向上随地层深度的增加呈现线性或二次函数形式的变化,而且在横向上也存在一定规律的变化,即沉积凹陷中心的密度较小,边部较大.

2 二连盆地地质与地球物理概况

二连中生代含油气裂谷盆地群位于我国北部,行政区划属内蒙古自治区锡林郭勒、乌兰察布和巴彦淖尔三个盟管辖,面积约13.9万km2(见图 2).传统上划分为2个隆起与5个坳陷,二级单元划分为58个凹(断)陷和22个凸起(费宝生,2001).这58个经正断层强烈拉伸、裂陷而形成的凹陷组成了小微盆地群.盆地分割性强,单个凹陷的规模较小(崔周旗等,2001吴少波等,2003易士威等,2006李金良等,2007).

图 2 伊和(沙那)凹陷地质与地理位置图 Fig. 2 Yihe Sagging geology and geographic location

二连盆地在同一裂谷期(早白垩世),各凹陷不同程度地发育了巴彦花群沉积地层,自下而上为阿尔善组、腾格尔组一段、腾格尔组二段和赛汉塔拉组,构成纵向完整的粗-细-粗旋回.主要的生油层系为阿尔善组、腾格尔组一段.储集层的种类繁多,主要为沉积碎屑岩,砂岩体的成因是多种多样的,最重要的是浅湖相带中的扇三角洲,此外,浊积岩体也是重要类型.盖层岩石类型单一,主要为泥质岩类,下白垩统巴彦花群沉积时期发生了3次湖侵,总时间连续约1600万年,自上而下形成了阿尔善组、腾一段和腾二段3套泥岩盖层,其中腾二段暗色泥岩在凹陷内分布广泛、厚度大,是重要的区域性盖层(郝银全等, 2006).

二连盆地沉积物的分布具有离盆地边缘愈远,沉积物的粒度愈细、密度愈小的特点,以及沉积凹陷深水区是泥岩的发育中心区域,发育有生物质泥岩,而泥岩密度较小,这会使得沉积凹陷中心密度较小,边部较大.对于这种密度横向变化的刻画有重要意义,凹陷中心密度越小,引起重力负异常幅值就越大,如果岸边物质补给越少,凹陷古沉积中心深水环境维持时间就越长,对盆地生油就越有利.

二连盆地布格重力异常具有明显的东高西低的特点,重力异常最高为-10×10-5m·s-2,西部最低值达-154×10-5m·s-2.这一特征主要反映了莫霍面埋深的变化,表明东部地壳厚度薄,向西逐渐加厚.局部重力异常主要反映凹陷的位置,如赛汉塔拉、阿南、乌里雅斯太、巴音都兰、伊和等多个凹陷均与局部重力异常吻合.

3 伊和凹陷地质地球物理概况

伊和凹陷又称沙那凹陷(据中石油),位于我国北部的内蒙古高原中部,行政隶属于内蒙古自治区锡林郭勒盟阿巴嘎旗(见图 2)伊和高勒苏木.

3.1 地质概况

二连盆地自20世纪80年代在马尼特拗陷发现了阿尔善油田之后,开展了大规模石油勘探,在伊和高勒地区,完成了1:20万重力、磁力、电法普查和测网为1 km×1 km至1 km×2 km的二维地震勘探工作,发现了伊和凹陷,并于1984年11月钻探了B6井,发现了下白垩统暗色泥岩.

构造上,伊和凹陷位于二连盆地马尼特坳陷西部地区,是一个呈北东走向的中生代凹陷,东西长约60 km,南北宽约20 km,面积约1200 km2,白垩系最大埋深约2800 m.凹陷呈不对称双断,北陡南缓,中心偏于北侧断裂,分东、中、西三个次级洼槽,中洼槽是主洼槽(图 3).油气藏分布严格受控于主洼槽,从油气生成到聚集成藏,主洼槽自成体系,并经过长期深水环境,形成大量生物质黑色泥岩,这是形成生油岩的必要条件.

图 3 伊和凹陷断裂与构造单元分布图 Fig. 3 Yihe sag fracture and tectonic unit distribution

单一地震资料解释认为凹陷分割性强、基底T11埋深浅,最深处不超过2500 m.主洼槽又被“中央隆起构造带”分解为南北两个面积更小的沉积中心,湖相、浅湖相沉积范围局限,综合评价为Ⅲ类凹陷,为欠有利凹陷,因此,中石油终止了该区的勘探工作(杨高印,2014).2008年初,作者对伊和凹陷及其邻区重力资料进行了重新的精细处理与解释,认为伊和凹陷是一个有利的下白垩统生油凹陷.2013年8月YHB1井于井深1198~1302 m发现厚104 m的油气显示段,并获工业油流,实现突破.同时发现底部存在一个可疑的沉积旋回(介于阿尔善组和古生界之间),这个可疑旋回在后面的分析中多次提到.

3.2 地球物理特征

在伊和凹陷,有1: 20、1: 1万重力资料,磁力普查资料和测网为1 km×1 km至1 km×2 km的二维地震勘探资料,B6、YHB1、YH-3、YH-5和YH-6井的测井声波速度资料.

3.2.1 布格重力异常特征

伊和凹陷布格重力异常的形态呈南北高、中间低、北东向的特征(图 4).东南部布格重力值最高可达-92×10-5m·s-2,研究区西南部重力值最低达-119×10-5m·s-2.

图 4 伊和凹陷布格重力异常(含二维地震测线位置)图 Fig. 4 Yihe sag Bouguer gravity anomaly (including the position of 2D seismic line)

在研究区中东部,布格重力异常北东向展布,在西部重力异常则南北向展布.布格重力异常的特征反映出凹陷前中生界基底面起伏及各沉积地层的起伏形态和密度变化特征,三个重力低与三个洼槽有好的对应关系,还间接地揭示了古沉积深水环境的稳定性和生物质泥岩的发育程度.

布格重力异常有面积和异常幅值的大小,在二连盆地各凹陷重力负异常处理和解释中,也需要考虑这两个因素.异常的面积由凹陷面积大小决定,负异常的幅值由凹陷的深度,特别是主洼槽的深度,以及其中的岩性所决定.在考虑凹陷的生油条件时,主洼槽的生物泥岩厚度和面积是主要因素.

在凹陷重力低异常幅值大小形成机理中,有两个方面的内容.一个方面是由于凹陷存在质量亏损,另一个方面是质量亏损的大小和类型.其中,质量亏损的大小涉及凹陷的深度,类型涉及深水生物泥岩的厚度.比如同样面积和深度的凹陷,如果岸边物源补给强度较弱,即有相对长期的深水环境,形成的生物泥岩较厚,重力负异常的幅值就越大;如果岸边物源补给强度较强(如哈邦凹陷),深水沉积有较多的泥砂成分,形成细砂岩、黑色泥岩的薄互层,平均密度较大,重力负异常幅值就小.所以,在一般条件下,负重力异常越低,面积规模越大,预示深水沉积环境越好,生油岩越发育.在二连盆地中,重力异常和凹陷含油气状况有密切关系(见表 1).

表 1 重力异常与凹陷面积、深度、深水环境和烃源岩的关系 Table 1 The relationship between gravity anomalies and depression area, depth, deep water environment and source rock

再从凹陷形成过程的角度分析,决定布格重力异常有两个关键因素:凹陷基底深度和砂、泥岩分离程度.基底埋深与重力负异常幅值大小密切相关.砂、泥岩分离程度决定了凹陷(找油角度)优劣程度,凹陷的分离程度越好,找油前景越好.其中,搬运距离和水动力活跃程度是决定砂、泥分离程度的两个决定性因素.搬运距离越长、水动力越弱,砂、泥分离程度就越好,就更易于形成深湖相暗色生物泥岩沉积区.

凹陷形成过程中“砂泥同源”,砂、泥分离程度具有以下一般特征:①凹陷之间比较:凹陷大,搬运的距离长,砂、泥更易于实现彻底的分离;②坳陷内部比较:靠近坳陷中心的凹陷,砂、泥更易于完成彻底的分离(一般地水动力弱),靠近隆起区或者山区,则不易于实现砂泥的彻底分离;③一个凹陷的内部,主洼槽更利于砂泥的彻底分离(如阿南凹陷的多个洼槽,只有善南洼槽有油气勘探的价值);④一个主洼槽的内部,缓带比陡带更易实现砂泥的分离(缓带距离长、水动力弱).

伊和凹陷主洼槽面积358 km2,YH175地震测线对应的布格异常幅值最大-131.0 mGal,平均-125.6 mGal,YH177地震测线对应的布格异常幅值最大-131.5 mGal,平均-124.1 mGal.主洼槽较深面积较大,深水沉积环境维持周期较长,生物泥岩发育;砂、泥分离较好.

3.2.2 密度特征

地质体中的密度值与地震波在地质体中的传播速度是密切相关的(徐公达等,1995),利用速度资料换算的密度参数会方便准确.

前人通过露头标本测定、钻井岩芯测定、声波测井及地震速度换算得到二连盆地密度资料(见表 2).

表 2 二连盆地岩石密度统计表 Table 2 Statistics on rock density of Erlian basin

伊和凹陷的内部,沉积物粒度大小所引起的密度变化大于相同粒度不同沉积时代的沉积物密度变化,泥岩密度小于砂岩的密度,剧烈的锯齿状密度-井深变化曲线清楚地反映出砂、泥岩之间的密度差异情况(图 5).利用最小二乘法对波速和密度进行线性、二次函数拟合和指数拟合(图 6).对比三种拟合曲线,发现二次拟合与指数拟合效果不明显,线性效果较好,选择地震波速与地层密度线性关系公式.最小二乘法公式如下:

(7)

图 5 YHB1测井P波波速与密度曲线图 Fig. 5 P wave velocity and density curve of YHB1
图 6 YHB1井地震波速与地层密度拟合曲线对比 Fig. 6 The comparison of seismic wave velocity and stratigraphic density fitting curve of YHB1

将各点的数据代入(7)式,计算出参数a0=2.8178、a1=-0.0018,即密度与波速关系式为:ρ=-0.0018VP+2.8178.

利用关系式对YH-11和YHB1井密度与深度数据进行分析(图 7),证实地震剖面解释得出的伊和凹陷存在三个速度界面,也是密度界面,存在密度差异,即T3、T8和Tg界面两边密度有明显变化.这些界面将凹陷沉积层按密度分为4个:

图 7 YH-11 (a)和YHB1 (b)井密度曲线 Fig. 7 The density curve of YH-11 (a) and YHB1 (b)

(1) T3以上地层(包括新生界、上白垩统的赛汉组)为赛汉组-第四纪,计算平均密度为2.16 g·cm-3

(2) T3-T8之间的层位为腾格尔组,计算平均密度为2.3 g·cm-3

(3) T8-Tg之间的阿尔善组,计算平均密度为2.39 g·cm-3

(4) Tg以下地层为基底,密度最高,计算平均密度为2.6 g·cm-3.

T3上下地层之间的密度差为0.14 g·cm-3,T8上下地层之间的密度差为0.09 g·cm-3,Tg上下地层之间的密度差为0.21 g·cm-3.

4 建模反演

伊和凹陷油气藏分布主要在主洼槽,所以选择横穿主洼槽的两条测线做拟合,并且,这两条测线与二维地震YH175和YH177测线重合,便于建模和多种资料对比.

通过人机交互,先计算初始模型异常曲线,然后修改模型几何参数,最后修改物性参数的办法使得计算曲线与实测曲线重合.

4.1 初始模型建立

初始模型包括几何参数和物性参数.几何参数主要有各地层界线深度及地层厚度,断裂及其对地层的切割状况,不整合面等,物性参数主要有各地层平均密度、剩余密度以及密度的横向和纵向不均匀等.

4.1.1 物性参数的选择

如3.2.2节所述,伊和凹陷存在的三个密度界面(T3、T8和Tg),将凹陷分为4个层位,即赛汉组-第四纪(K1bs-Q)、腾格尔组(K1bt)、阿尔善组(K1ba)和基底(古生界Pz),根据波速与密度的关系式,计算每层平均密度值分别为2.16 g·cm-3、2.30 g·cm-3、2.39 g·cm-3、2.60 g·cm-3.由于腾格尔组厚度较大,另将其分为腾二段(K1bt2)、腾一段上(K1bt1)和腾一段中下(K1bt1-K1bt1),计算密度分别为2.30 g·cm-3、2.32 g·cm-3、2.35 g·cm-3.初始模型暂时不考虑密度横向不均匀的影响.

4.1.2 几何参数的选择

根据地震剖面解释结果可以得到赛汉组-第四纪、腾二段、腾一段上、腾一段中下和阿尔善组的厚度大致为500~650 m、300~400 m、550~700 m、600~750 m和300~400 m,以及这些界面的走向、倾向和倾角.在伊和凹陷共有大小断裂17条,走向主要为北东向和北北西向,均为正断层.规模较大的两条断裂(F1和F2)走向北东,分列主洼槽南北两边(图 38a),其他的断裂基本上都发育于这两条大断裂之间,并对每个界面形成复杂的穿切.T3分界面为角度不整合面.

图 8 伊和凹陷YH175线初始模型与纵向密度不均匀、横向密度不均匀时布格重力异常正演拟合图 (a) YH175线与初始模型的正演计算结果.模型纵向为变密度,横向为均匀密度,几何形态与地震剖面一致;(b) YH175线同层密度横向均匀时的正演拟合结果,模型纵向为变密度,横向为均匀密度,几何参数(各层边界)发生变化;(c) YH175线同层密度横向不均匀时的正演拟合结果.模型纵向为变密度,横向为变密度(中心密度变小,边部变大),层位深度增大. Fig. 8 The initial model and the forward fitting of bouguer gravity anomaly when both the longitudinal density and the transverse density are not uniform in YH175 line of Yihe sag
4.2 正演拟合 4.2.1 横向和纵向密度不均匀结果

对4.1节所述的YH175线初始模型进行计算,正演曲线和实测曲线在测线中心位置具有显著的差异,即模型布格重力异常幅值小于实测布格重力异常,最大相差3 mGal(见图 8a).因此,利用地震解释结果建立的密度横向均匀初始模型与实际地质体存在一定的差异,需要对初始模型做进一步修改.

保持初始模型密度保持不变,通过改变模型的几何参数(各层边界)拟合实测布格重力异常值,当模型重力异常曲线与实测曲线吻合时,得到的各地层界面高低起伏不平,与地震资料矛盾,也不符合自然沉积规律,尤其是赛汉塔拉组-第四系底部较为明显(图 8b).

将模型的深度增大,同时考虑物性参数横向不均匀性,即将模型中心密度适当减小,边部增大,经反复试错拟合,使模型异常曲线与实测曲线重合.拟合的各地层界限变得平整(见图 8c),与地震解释相符,但凹陷深度比地震解释结果要大.经过同样的过程,可做出YH177线同层密度不均匀时正演拟合结果(图 10a).

将正演拟合结果与伊和凹陷地质特征对比分析得出:

(1) 沉积凹陷在其形成过程中,凹陷周缘的物质由于风化作用形成的沙粒及黏土,搬运到凹陷后,形成砂、泥岩.伊和主洼槽面积大,搬运的距离长,砂、泥实现彻底分离,粗的砂岩分布在凹陷的边部,泥岩分布在凹陷的中心;凹陷的沉积中心是泥岩最发育的区域,而砂岩密度较大,泥岩密度较小,这会使得沉积凹陷中心密度较小,边部较大,形成密度横向不均匀.

(2) 沉积凹陷中心为深水区,既是泥岩的发育中心区域,也是好烃源岩发育的区域,以及长期深水环境的存在,生物沉积泥岩发育良好,特别是主凹槽,异常面积大,幅值大.有利于油气生成.

4.2.2 正演拟合与地震解释结果对比

将测线YH175、YH177拟合结果与相应的二维地震剖面解释结果进行对比.其中,正演拟合时考虑了地形的起伏.

图 9为YH175线,地震剖面从左至右古生界顶部的深度依次为:1153 m,2158 m,1804 m,2285 m和2728 m;利用正演拟合得到的模型同一位置古生界顶部的深度依次为:1462 m,2573 m,2112 m,2766 m和3033 m;两个剖面相同位置的古生界顶部深度分别相差:309 m,415 m,308 m,481 m和305 m.重力拟合深度明显较大.

图 9 伊和凹陷YH175线重力正演拟合结果与地震解释结果对比图 (a)布格重力异常曲线与正演拟合剖面;(b)地震剖面;(c)地震解释剖面. Fig. 9 The comparison of gravity forward fitting results with seismic interpretation results in YH175 line of Yihe sag (a) Bouguer gravity anomaly curve and forward fitting profile; (b) Seismic profile; (c) Seismic interpretation profile.

图 10为YH177线,地震解释剖面从左至右古生界顶部的深度依次为:1866 m,1689 m,1485 m,2253 m和2869 m;拟得到的同一位置古生界顶部的深度依次为:2336 m,2084 m,1715 m,2493 m和3350 m;两个剖面相同位置的古生界顶部深度分别相差:470 m,395 m,230 m,240 m和481 m.重力拟合深度同样明显较大.

图 10 伊和凹陷YH177线重力正演拟合结果与地震解释结果对比图 (a)布格重力异常曲线与正演拟合剖面;(b)地震剖面;(c)地震解释剖面. Fig. 10 The comparison of gravity forward fitting results with seismic interpretation results in YH177 line of Yihe sag (a) Bouguer gravity anomaly curve and forward fitting profile; (b) Seismic profile; (c) Seismic interpretation profile.

从伊和凹陷YH175线和YH177线重力正演拟合结果与地震解释结果对比图可以看出,地震解释剖面与正演拟合得到的模型在赛汉组-第四纪、腾格尔组深度相差不大,而同一位置古生界顶部的深度相差400 m左右.

对于凹陷底部拟合结果与地震解释结果有明显差异,可以大胆推论:

(1) 早期的二维地震资料反映的是凹陷多次裂陷-反转后的现今状态,伊和凹陷根据该地震资料进行解释时,可能会将t7或t8解释成了t11或tg,预示底部层位厚度较大,或有新的层位存在.这个发现对其他凹陷也许有参考价值.

(2) 在伊和凹陷中,影响重力异常的因素有构造运动,特别是挤压力,会挤压原凹陷中发育逆断层,使凹陷“变浅”,这种情况下,原来的生油凹陷在地震剖面上反映“深度不够”而被定为Ⅲ类.但由于较厚的低密度生油岩的存在,重力异常仍然反映出较大的规模和较大的幅值,伊和凹陷是个评价级别为Ⅰ类的好凹陷.

4.2.3 钻井验证

钻井结果初步证实了上述推论,将正演拟合结果和地震解释结果分别与2013年最新钻井结果进行比较.图 9图 10中的两条线通过YH-5井、YH-3井和YH-6井,现将这三口井钻井数据与正演拟合、地震解释数据列表如表 3.

表 3 YH-5、YH-3、YH-6井与正演拟合、地震解释层位深度表(单位:m) Table 3 The horizon depth table of the YH-5, YH-3, YH-6 well and forward fitting, seismic interpretation (Unit: m)

表 3中可以看出,在腾格尔组底部以上两个界面,正演拟合地震解释结果均钻井结果接近.差异主要出现在古生界顶部.

YH-5井的完钻深度为1836 m,底部为阿尔善组中部,没有打穿.从表 3图 9中可以看出,正演拟合阿尔善底部深度2124 m比地震解释1910 m深了214 m.

YH-3井的完钻深度为1360 m,钻达古生界,其中缺失了阿尔善组.从表 3图 10中可以看出,正演拟合古生界顶部深度1230 m,地震解释阿尔善底部深度1225 m与钻井在可疑旋回底部深度1204 m十分接近.

YH-6井的完钻深度为2077 m,其中缺失了腾格尔组二段,从表 3图 10中可以看出,YH-6井尽管未打穿该可疑沉积旋回,但深度已达到2077 m,而地震解释结果古生界顶部深度才2010 m.因此地震解释深度较浅,正演拟合在古生界顶部深度为2203 m,与YH-6井较为吻合.

通过以上对比,可得出:

(1) 正演拟合结果与钻井结果一致性较好.正演拟合能更好的反映凹陷地层深度.

(2) YH-3井、YH-6井钻遇的可疑沉积旋回,在正演拟合上可以解释,而在地震解释上体现不出.可能时深转换时地震波速选择偏小,导致地震剖面解释的凹陷深度比钻井浅几百米.

5 结论

(1) 伊和凹陷布格重力异常反映了赛汉塔拉组-第四系、都红木组、腾格尔组、阿尔善组等地层的分布与厚度变化.

(2) 2.5D建模反演技术对伊和凹陷YH175和YH177剖面进行可视化建模和模型正演拟合是合理有效的,做到了同时描述密度纵向不均匀和横向不均匀.

(3) 初始模型的几何参数取值需以二维地震解释结果为依据.物性参数中纵向密度取值以测井声波波速资料与密度的相关研究结果为依据.密度横向变化需在拟合过程中,通过人机交互试错调整实现.

(4) 主洼槽沉积层横向和纵向均存在密度不均匀性,通过正演拟合揭示了该密度变化,肯定了主洼槽是主要生油部位.

1) 在横向上,由于伊和凹陷主洼槽面积大,搬运物经历的距离长,砂、泥实现彻底分离,使得粗的砂岩分布在凹陷的边部,泥岩分布在凹陷的中心;长期深水环境的存在,沉积有大量生物质泥岩,使得中心密度较小,边部密度较大,对生油有利.

2) 在纵向上,底部由于压实成岩作用,会使得密度较大.早期伊和凹陷主洼槽深度也较大,凹陷经过裂陷-挤压反转后,使得局部深度变浅.

(5) 在伊和凹陷主洼槽,重力资料正演拟合深度与钻井结果具有一致性,而地震解释时深转换时地震波波速选择偏小,导致地震剖面解释的凹陷深度比钻井浅几百米.因此,仅根据地震资料将伊和凹陷综合评价为Ⅲ类凹陷,为欠有利凹陷是不妥的,此凹陷应为Ⅰ类的好凹陷.

(6) 重力异常正演拟合精细刻画了凹陷中密度横向与纵向不均匀性,这结果有助于对凹陷油气勘探前景的早期(没有探井、少量或者没有二维地震资料)评价和含油气凹陷优选工作有应用价值.

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