非地震勘探在四川盆地的應用前景

郭鴻喜 魏 野 范增輝 夏 銘 何宇霖 李明翼 王 軼

1. 中國石油西南油氣田分公司勘探事業(yè)部 2. 中國石油集團東方地球物理勘探公司西南物探研究院

0 引言

隨著計算機技術的發(fā)展,數(shù)據(jù)處理技術亦不斷進步，過去只能用于新區(qū)、外圍地區(qū)普查工作的非地震勘探技術，開始向盆地局部目標滲透；在高陡構造帶、火山巖覆蓋等地震勘探困難區(qū)、空白區(qū)，起到鑲嵌補充作用，是地震勘探的必要補充或替代技術；在地震勘探可行區(qū)，非地震勘探技術可為構造的含油氣情況提供重要信息，為鉆井部署提供參考資料；即使是在油田開發(fā)中，也對油氣層的描述及動態(tài)監(jiān)測起到特殊作用[1-9]。

目前全國主要盆地均大規(guī)模開展了重力、磁法、電法勘探工作。四川盆地經(jīng)過多年的非地震勘探，也積累了一些高精度的非地震資料。2018 年永探1井在二疊系火山巖地層測試，獲氣22.5×104m3/d，雙探9 井又在山前帶推覆體下盤二疊系鉆遇良好白云巖儲層，揭示了該領域具有巨大的勘探潛力。為了盡快落實永探1 井區(qū)獲氣火山巖的分布范圍以及山前帶的擴大勘探范圍，筆者嘗試通過發(fā)揮非地震勘探優(yōu)勢，以彌補地震勘探的不足。通過大量基礎調研，系統(tǒng)收集、整理有關資料，吸收消化盆地內已有地質成果，分析盆地內地層的重磁電物性特征，建立不同的地質模型進行試驗，確定了不同非地震方法能夠識別到的最小地質體，為四川盆地下步非地震部署和處理解釋提供技術支撐[10-14]。

1 勘探現(xiàn)狀

四川盆地地震勘探主要以二維覆蓋為主，近年來，針對川中地區(qū)下古生界—震旦系、開江—梁平海槽二疊系礁灘、川西北部下二疊統(tǒng)開展了三維連片地震勘探。非地震勘探在盆地內開展較少，主要是20 世紀80 年代以前完成的覆蓋全盆地的重力資料以及航磁資料。自2013 年開始，陸續(xù)在貓兒灘、高石梯—龍女寺和楓順場構造3 個地區(qū)分4 個年度，完成重力面積勘探4 323 km2，重力、磁力、電法剖面共22 條，總長1 600 km。另外，1999年在揚子地臺部署了一條從松潘到湖南邵陽的重、磁、電大剖面，其中穿越四川盆地及周緣長約800 km；2017 年中國石油在盆地中部完成了400 km重磁電剖面(圖1)。盆地非地震資料年代跨度大，分布不均勻，嚴重制約了四川盆地非地震勘探技術的發(fā)展[15-16]。

2 地層、巖石的重磁電物性特征

2.1 密度特征

圖1 四川盆地非地震勘探程度圖

在重力異常解釋中，巖石密度（或巖層間的密度差）是必不可少的參數(shù)。選擇在巴顏喀拉褶皺帶、龍門山斷裂帶、四川臺陷針對不同層系做了密度值測量分析，認為四川盆地存在2 個主要的密度界面，即上三疊統(tǒng)與其下伏地層間、震旦系與基底之間分別存在－0.23 g/cm3、－0.14 g/cm3的差異。

在《四川省重力、航磁異常綜合研究》報告中列出了若干沉積巖、變質巖密度特征值（表1），可以看出，砂巖、頁巖、礫巖的密度值較低，介于2.12 ～2.43 g/cm3；板巖、千枚巖、片巖的密度值中等，介于2.58 ～2.66 g/cm3；石灰?guī)r、白云巖、大理巖的密度值較高，介于2.70 ～2.77 g/cm3。但各巖石的密度變化均較大，資料處理解釋時需結合其他資料進行綜合分析。

表1 四川盆地沉積巖、變質巖密度特征值統(tǒng)計表

綜上所述，四川盆地沉積地層發(fā)育多個密度界面，其中上覆須家河組底、基底頂面是統(tǒng)一的密度界面，這兩個密度界面均可引起顯著的異常。其他界面需要分地區(qū)、分層位進行具體研究，其造成的重力異常也較弱，需開展針對性的處理，才能有效獲取。

2.2 磁性特征

在巴顏喀拉褶皺帶、龍門山斷裂帶、四川臺陷針對不同層系做的磁性特征分析，具有如下特征：

2） 變質類巖石磁性極不均勻，變質程度深、火山質或含火山質的巖石磁性相對強；出露地表的淺—中等程度變質的褶皺基底一般具有弱磁性，弱磁性原因主要巖性是海相碳酸鹽巖、碎屑復理石沉積建造變質，部分含火山巖或火山碎屑巖。

3） 沉積巖類巖石磁性最弱，一般磁化率均在50×10-64πSI 以下，但亦有例外，當沉積巖類巖石中含有磁鐵礦物時，該沉積巖即會具有一定的磁性。比如，盆地中部和西部地區(qū)下三疊統(tǒng)飛仙關組地層主要為一套紫紅色頁巖、泥砂巖和泥灰?guī)r，其中含有較多的磁鐵礦顆粒（2%～8%），呈星散狀分布于巖石中，具有一定的磁性；而在川東地區(qū)巖性為正常沉積的灰色石灰?guī)r（大冶組），屬于基本無磁性地層。

目前，已在四川盆地較多的鉆孔中見到峨眉山玄武巖，華鎣山區(qū)亦有發(fā)現(xiàn)，故在四川盆地中以玄武巖為磁源體的磁異常[17-18]。

綜上所述，四川盆地磁性巖石及磁性巖層主要是巖漿巖、基性火山巖和深變質的結晶基底。四川盆地中沉積巖層，由于磁性較弱，并在沉積蓋層內受褶皺構造控制，一般只能引起局部的小異常，如重慶北碚至江津一帶的中梁山背斜，因下三疊統(tǒng)飛仙關組（T1f）和中侏羅統(tǒng)沙溪廟組（J2s）的褶皺陡立而形成連續(xù)性較好的線狀磁異常。

2.3 電性特征

四川盆地面積大，位于盆地的不同位置、各地層的巖性可能不同，對應的地層電性結構可能存在差異。

根據(jù)川西北楓順場地區(qū)的鉆井統(tǒng)計結果，結合野外露頭實測的電阻率統(tǒng)計結果，綜合分析認為，該區(qū)存在以下6 套主要電性層：

白堊系—三疊系須家河組統(tǒng)計的電阻率最低，一般約300 Ω·m，局部礫巖體可達1 000 Ω·m。

現(xiàn)代人長期面對電視、電腦、手機等各種屏幕或電子產品，更愿意在網(wǎng)絡中與人無壓力地交流或發(fā)表意見，缺少與現(xiàn)實中人交流的主動性與技巧。所以針對此情況，我才設置此次活動，平時也開展關于友情、心理健康等的主題班會，還分男女抽簽，全班分組搞游園或文體活動，這些活動都是為了讓他們在緊張學習之余，能夠主動敞開心扉，通過口頭紙筆等形式真心交流，希望三年間能收獲滿滿的友情和無悔的青春。我相信，這樣長期地有形無形地教育滲透，會讓他們的性情成長得較為健康陽光，更易融入社會。

三疊系的雷口坡組—嘉二段電阻率變化較大，相對于上覆、下伏地層來說，表現(xiàn)為高阻特征，電阻率平均約1 000 Ω·m。

三疊系的嘉一段—飛一段的電阻率較低，一般約500 Ω·m，表現(xiàn)為低阻特征。

二疊系的長興組至泥盆系的電阻率較高，一般約8 000 Ω·m，表現(xiàn)為高阻特征。

志留系—寒武系相對上覆地層來說，電阻率比較低，一般約1 000 Ω·m，整體表現(xiàn)為下部低阻層特征。

前寒武系電阻率最小為8 000 Ω·m，通常約10 000 Ω·m，表現(xiàn)為基底高阻特征。

通過上述分析可見，四川盆地深層裂陷、火山巖以及古剝蝕面可以引起明顯的重磁電異常，反之通過研究重磁電異常特征，可以研究盆地深層裂陷、火山巖和古剝蝕面的分布[19-22]。

3 識別精度

3.1 重磁力勘探

目前，重力、磁力勘探均采用的同點位進行測量，在油氣勘探上一般是先部署重力，然后再考慮磁力是否同時實施。因此討論重磁測網(wǎng)與地下地質體的關系主要是針對重力進行論證和部署。為了探討重力對深層地質體的分辨能力，根據(jù)四川盆地深層目標的大致埋藏深度，設計了不同規(guī)模的地質模型，進行正演計算，討論重力對深層地質體的預測精度。

根據(jù)區(qū)內地質情況，設計了不同規(guī)模的地質體（圖2）進行正演模擬，地質體頂面埋深6.0 km，寬度分別為20.0 km、10.0 km、5.0 km、2.0 km，厚度分別為0.5 km、1.0 km、2.0 km、3.0 km、4.0 km、5.0 km，根據(jù)密度特征取密度差0.05 g/cm3，計算其不同規(guī)模、埋深引起的重力異常（圖3）。

按照其探測分辨率是重力儀觀測3 倍計算其不同規(guī)模、埋深引起的重力異常，考慮到野外重力儀觀測精度介于（0.03 ～0.04）×10-5m/s2，當?shù)叵碌刭|體埋深大于6.0 km，與圍巖密度差大于0.05 g/cm3，地質體寬度大于2.0 km，厚度大于1.0 km 時，不同規(guī)模的地質體引起的異常值均大于0.1×10-5m/s2；當?shù)刭|體寬度大于5.0 km，厚度大于0.5 km 時，不同規(guī)模的地質體引起的異常值均大于0.1×10-5m/s2（圖3），基本能夠滿足重磁力勘探在基底斷裂和山前帶構造的展布格局及構造演化研究方面的應用。

圖2 重力勘探地質體模型示意圖

圖3 不同地質模型引起的重力異常對比圖

結果表明地質體寬度大于2.0 km，地質體沉積巖厚度大于1.0 km 時，引起的異常能被觀測到并被識別出來。當密度差大于0.05 g/cm3，在地質體同等厚度的情況下，可探測的地質的寬度可以更小?；蛘弋斆芏炔畲笥?.05 g/cm3，在地質體同等寬度的情況下，可探測的地質體的厚度可以更小。

根據(jù)重力測量對地質體的識別能力，要求每條測線控制每個地質體測點密度大于3 個，則認為觀測異?？煽?。因此，當探測地質體寬度大于2.0 km 時，重力測點間距小于500.0 m 可以滿足勘探要求。

圖4 是貓兒灘重力測量實際資料按照不同測網(wǎng)進行的成圖，可見隨著測網(wǎng)密度的加大，對地下地質體的分辨能力逐漸提高。其中測網(wǎng)4.0 km×4.0 km 僅能看到地質構造的趨勢，可以探測寬度大于10.0 km 的地質體引起的重力異常。測網(wǎng)4.0 km×2.0 km、2.0 km×2.0 km 重力異常的信息越來越豐富，可以探測寬度大于8.0 km的地質體引起的重力異常。當測網(wǎng)2.0 km×0.5 km 時，可以探測寬度4.0 km 的地質體引起的重力異常。

圖4 不同測網(wǎng)觀測的布格重力異常對比圖

圖5 是川中大足附近重力測量實際資料按照不同測網(wǎng)進行的成圖，其中圖5-a 區(qū)域重力是20世紀80 年代以前采集，測網(wǎng)和重力觀測精度不詳，圖5-b和圖5-c均為1989年采集按照不同測網(wǎng)成圖。從圖5-a 與圖5-b、c 對比看，二者的形態(tài)差別較大，可見20 世紀80 年代以前采集的重力資料測網(wǎng)稀、重力觀察精度低，對地下地質體的分辨能力差。1989 年采集重力資料細節(jié)豐富，重力測網(wǎng)較密、重力觀測精度高；從圖5-b 測網(wǎng)1.00 km×1.00 km與圖5-c 測網(wǎng)0.25 km×0.25 km 對比看，測網(wǎng)0.25 km×0.25 km 獲得的重力異常對地質體的分布能力顯著提高。

圖5 川中大足地區(qū)不同測網(wǎng)觀測的布格重力異常對比圖

3.2 電法勘探

電法勘探主要分為利用天然場源的大地電法和利用人工源的廣域電法，觀測方式有2D 剖面觀測和3D 面元觀測。利用人工源的廣域電法是一種頻率域電法勘探方法，通過發(fā)送與接收不同頻率的信號來探測不同深度的地電信息[23-24]。無論哪種觀測方式，電法勘探的分辨率主要與地質體的規(guī)模有關，即與地質體的寬度和厚度有關。

根據(jù)四川盆地的地表條件和以往電法勘探的經(jīng)驗，一般只部署500 m 或250 點距的電法勘探，廣域電測法勘探可以部署50 m 點距[22]。按照經(jīng)驗，在埋深6.0 km 以下，電法的縱向分辨率大于500 m，因此在設計地質模型時，主要考慮在天然場源的大地電法勘探方法下不同地質體寬度。

參考目前四川盆地勘探深度已經(jīng)大于6.0 km，設計地質體埋深6.0 km，地質體寬度分別為20.0 km、10.0 km、5.0 km，厚度3.0 km 的模型，按照電性特征，淺層電阻率取5 000 Ω·m，地質體取2 000 Ω·m，基巖取10 000 Ω·m ，計算不同規(guī)模地質體引起的電性異常（圖6），討論電法的分辨率。

結果表明在天然場源的大地電磁法勘探方法下，當電法點距250 m，地質體埋深大于6.0 km，地質體寬度大于5.0 km 引起的電性異常均可探測。當?shù)刭|體與圍巖的電阻率差異大于5 倍時，在地質體同等厚度的情況下，電法點距減小，可探測的地質體寬度可以更小。

4 結論

1）通過已有非地震資料和巖性體物性的分析研究，四川盆地深層裂陷、火山巖以及古剝蝕面可以引起明顯的重磁電異常，非地震勘探技術具有有效的識別能力。

2）由于四川盆地面積大，經(jīng)歷多期構造運動，盆地地質結構、地層巖性和山前帶構造復雜。非地震勘探具備在地形及地下復雜地區(qū)識別地質體的優(yōu)勢，目前的非地震勘探精度有能力解決基底斷裂和山前帶構造的展布格局和構造演化研究。

圖6 不同模型的電阻率正演剖面對比圖