地震模拟及属性分析在松辽盆地宝龙山地区砂体识别中的研究与应用

赵 威, 张 伟, 宁媛丽, 魏 滨, 李江坤,朱圣伟, 杨晓柳, 李 毅, 吴 勇, 张占彬

(核工业航测遥感中心,中核集团铀资源地球物理勘查技术中心(重点实验室),河北 石家庄 050002)

0 引言

松辽盆地西南部地区系统的铀矿找矿工作始于20世纪70年代,工作范围主要集中在盆地周边蚀源区和盆地内局部地段,找矿方向以砂岩型铀矿为主[1-3]。近年来,该区域在开展带钻区调工作的同时,普通物化探工作也逐步展开,工作方法以二维地震勘探及可控源音频大地电磁测量为主[4-6]。

目前,在铀矿普查阶段,工作区范围内一般较少开展地质及物探测量工作,在进行资料收集时往往会面临地质及测井资料不足的情况,且由砂岩型铀矿成矿理论可知,其砂体埋深一般较浅,多以互薄层形态赋存于河流相砂体之中[7-10],砂体尺度小、散度大,受地层压实作用影响较强。综合上述原因,在对工作区各地震剖面仅进行波阻抗反演时往往会遇见反演参数不足,反演结果不准确等问题[8]。基于此,本文在充分分析工作区已收集到的地质、测井资料后,结合区内实际地质情况,利用正演模拟及属性分析技术,对工作区目的层姚家组下段砂体进行综合解释,经钻孔编录资料表明,该方法取得了较好的应用效果,可为其他地区地震资料解释工作提供参考。

1 工作区地层结构

本次地震勘探工作主要目标层为上白垩统姚家组(K2y),勘探地段处于西南隆起区与瞻榆凹陷区交接处,行政区域属于通辽市宝龙山镇(图1)。工作区基底主要为石炭系-二叠系石灰岩、板岩和轻度变质砂岩及海西期花岗岩(γ4)。盖层主要为中、新生代沉积岩;早白垩世为裂陷阶段,为温湿环境下形成的一套含油、含煤建造;晚白垩世为坳陷阶段,形成坳陷盆地。盆地内盖层主要有上白垩统青山口组(K2qn)、姚家组(K2y)、嫩江组(K2n)、四方台组(K2s)和泰康组(N2t)组成,个别地段零星分布有下白垩统。

图1 松辽盆地西南部地区构造单元区划图

区内姚家组分为上、下两段,总体表现为姚下段砂体单层厚度大,分布较为稳定,连续性好,所夹泥岩多为透镜体;姚上段由于泥岩相对较多且分层性较好,段内砂体多被分隔开来,进而使得姚上段单层砂体厚度整体基本小于姚下段。段内姚下段顶部泛滥平原相沉积的紫红色、砖红色泥岩分布较为稳定,成为区域内隔水层,并与姚上段分界;姚上段岩性以灰色、浅灰色细砂岩为主,中间夹少量中细砂岩及泥质粉砂岩、泥岩,顶部发育5～15 m薄层砖红色、紫红色泥岩,这两套泥岩共同形成了姚家组的稳定隔水层(表1)。

表1 工作区姚家组地层结构

2 工作区沉积体系及砂体特征

通过整理、分析已收集到的工作区地质、测井资料可知,测区内水系较为发育,主要受通辽河、双辽河控制,区内姚家组沿盆地长轴方向发育,形成了冲积扇-辫状河-三角洲-湖泊沉积体系(图2)。

图2 工作区姚家组早期沉积相图

盆地内姚家组沉积期湖盆面积减小,河流向盆地内推进,主要发育为辫状河河道亚相,局部发育为辫状河河漫亚相,岩性以紫红色泥岩、粉砂质泥岩夹泥质砂砾岩,灰白色、灰绿色砂岩为主。辫状河河道亚相砂体连通性、成层性较好,为地浸砂岩型铀矿的形成提供了有利条件。姚家组上覆地层为上白垩统嫩江组(K2n),岩性以深灰色泥岩为主,含介形类、叶肢介类化石,据区域地质资料可知其厚度变化较小,底界与姚家组顶部棕红色泥岩相接触,在工作区内与姚家组上段泥岩共同形成了姚家组灰色砂体的稳定隔水层。

3 砂体正演模拟及属性分析

结合工作区各地层岩性、密度、速度参数统计表(表2)及目的层姚家组河流相“泥-砂-泥”结构沉积体系,先使用地震正演模拟技术来对照、筛选、确认层段内砂体波组响应特征,再通过波阻抗反演及三瞬属性分析结果进一步确认、圈定砂体展布形态,以提高砂体预测精度,具体思路见图3。

表2 工作区地层物性参数

图3 砂体圈定技术路线图

3.1 砂体模型正演

在日常地震资料解释过程中,对地下复杂地质构造及岩性突变区域,可通过模型正演技术来辅助识别地下地层界限及目标地质体,该方法是解决地震多解性的有效手段。结合工作区实际地震记录及层序地层特征,从地震、地质关系的角度出发,利用地震、测井资料分析得到的地层速度、密度及目的层子波主频,可建立指定地层及层段内砂体或其他岩性模型(图4)[11-12]。

图4 D19D06段地震资料及频谱分析

已知目的层上白垩统姚家组河道砂体纵波速度在2.3～2.6 km/s 之间,密度为2.1～2.2 g/cm3,地震响应记录主频在35～40 Hz之间,上下层泥岩纵波速度约为2.3 km/s,密度约为2.2 g/cm3。设计图5所示模型,并采用35 Hz雷克子波来重新进行地震记录,其中砂体宽度在100～200 m之间,厚10～30 m。

图5 砂体正演模型

由图6模型正演记录可知,对于相互叠置的河道砂体,受砂泥岩波阻抗差异的影响,其接触面会产生明显的反射界面。正演记录上纵向砂体波组呈中等或弱振幅响应,内部伴随着极性反转;横向上各砂体彼此冲刷相连,单个呈透镜状展布。

图6 砂体模型地震反射剖面

3.2 地震属性分析

地震属性是地震记录中所包含的地震波几何形态、运动学特征、动力学特征及统计学特征的相关测量值,其中振幅类属性主要反应反射波能量的强弱,可对地层岩性、孔隙度、不整合面及层序地层变化情况进行揭示;分析地震波在地下传播过程中因岩性不同而引起的一系列瞬时变化,即频谱类属性,可用来追踪、预测地下地层边界、岩性及地层厚度信息[13-14]。

对模型正演记录进行振幅类属性分析(图7),可见在正演记录上反射波能量强度与砂体厚度成正相关关系,砂体厚度越厚,反应的反射波振幅能量越强。

图7 砂体模型振幅属性分析

对模型正演记录进行频谱类属性分析(图8),可以看出在正演记录上,砂泥岩界面表现为中高频响应,内部砂体表现为高频响应,说明频率属性在一定程度上能够反应地震剖面内的岩性界面及大小。

图8 砂体模型频率属性分析

此外,相位属性作为地震记录同相轴连续性的度量,其连续则表示信号通过的介质是各向同性的均匀介质,不连续则表明信号在传播途径中遇到有异常介质(图9),常可以用来指导地下层位及沉积相的划分,也可以用来分辨地下异常地质体。

图9 砂体模型相位属性分析

4 实际工区应用

4.1 波阻抗反演

以往核地矿系统的地震砂体解释工作主要从地震相特征和“三瞬”属性入手,只能定性解释工作区砂体的大致发育情况。近年来核工业系统逐渐开始引入石油、煤炭地震领域广泛使用的波阻抗反演技术来对目标层砂体发育情况进行精细刻画,相比之前的方法而言,有效使用波阻抗反演技术的确能大幅提高砂体解释精度,但该方法需要一个重要的基础数据,即声波测井资料,而以往的铀矿测井工作往往不开展该项工作,这就需要当前地震资料解释人员结合其他测井资料对声波测井曲线进行重构后,才能继续开展相关工作,如果测井资料处理不当,则会加重反演结果的多解性,此时结合地震资料正演技术及多属性分析技术的综合解释、相互印证工作就显得尤为重要,也是一种对低勘探开发区域进行砂体有效解释的解决途径[15]。图10为工作区D19D06测线整理测井资料后的波阻抗反演剖面,由图10可知测线上姚家组整体波阻抗范围在(4.5～6.0)×106kg·m-3·m·s-1之间,局部可达7.0×106kg·m-3·m·s-1,其表现的波阻特征与工作区地层物性参数表及沉积环境基本保持一致,但还不能准确划分出砂体展布形态。

图10 D19D06段地震资料波阻抗反演剖面

4.2 三瞬属性分析

工作区姚家期处于盆地内热降坳陷阶段,沉积环境以长期、稳定、快速沉降的水退环境为主,伴随有间歇性波动上升,长期的氧化环境有利于铀源的迁出与运移,同时使其顶底板具有“泥-砂-泥”互层的沉积结构[16]。图11a为姚家组上下段瞬时相位图,从图11a中可以看出双程反射时在0.35～0.4 s、0.4～0.6 s之间有明显的接触面存在,中间同相轴呈现弯曲、扰动、下切的现象,且中间有小的透镜状结构,符合河流相反应特征。

图11 工作区姚家组下段地震剖面三瞬图

图11b、11c分别为姚家组上下段瞬时振幅、瞬时频率图,图11中可以看出姚家组上段表现为中低振幅、中低频率、连续性一般的特征;姚家组下段表现为中强振幅、低频率、连续性较好的反射波组特征。根据收集到的地质资料可知姚家组地层基本呈水平、缓坡状展布,其中,姚上段岩性以浅灰色、灰白色细砂岩为主,含少量中细砂岩及泥质粉砂岩、泥岩;姚下段岩性以褐红色砂岩、灰色细砂岩、中砂岩和粗砂岩为主,厚层砂岩中有不连续的薄层泥岩,在瞬时振幅及瞬时频率属性特征上均有明显的反应。

结合波阻抗反演圈定的地层阻抗范围及正演模拟和属性分析的结果,可以推断得出目的层姚家组下段河道砂体多呈透镜状、弱振幅、高频率的特点。取工作区测线附近有钻井编录资料的D19D06号剖面来对其砂体解释结果进行验证(图12),目的层段500～600 m之间解释的砂体位置及厚度范围与钻井资料较为吻合,说明上述方法具有一定的有效性。

图12 工作区姚家组下段砂体圈定图

5 结论

通过对工作区上白垩统姚家组地震、测井、地质资料的综合研究,结合砂体正演模拟及地震剖面属性分析,有效圈定了目的层段内的砂体展布范围,并得出如下认识:

(1)模型正演技术是验证未知地震记录成像问题的有效方法,通过模型正演来研究砂体波组特征时,需结合岩石物理参数建立合理的地质模型,在此基础上再开展属性分析研究,可为后续砂体圈定工作提供依据。

(2)工作区测井资料较少时,直接利用地震三瞬属性来进行砂体识别、地层层序划分工作的辅助研究具有重要意义,工作区内上白垩统姚家组砂体呈透镜状、弱振幅、高频率的特点。

(3)根据不同区域地质条件,选择不同方式的组合预测技术来对区内砂体解释工作展开综合研究是十分必要的,但并非每个地区都具有通用的研究方案,想要得到更加准确的结果,需要资料解释人员进行大量的测试及验证。