地球物理学报  2011, Vol. 54 Issue (2): 286-293   PDF    
引用本文
杨辉, 文百红, 戴晓峰, 等. 火山岩油气藏重磁电震综合预测方法及应用. 地球物理学报, 2011, 54(2): 286-293, doi: 10.3969/j.issn.0001-5733.2011.02.003.  
YANG H, WEN B H, DAI X F, et al. Comprehensive predication of hydrocarbon deposits in volcanic rock by gravity, magnetic, electrical and seismic data and its application. Chinese J. Geophys. (in Chinese), 2011, 54(2): 286-293, doi: 10.3969/j.issn.0001-5733.2011.02.003.  
火山岩油气藏重磁电震综合预测方法及应用
杨辉1,2, 文百红1,2, 戴晓峰1,2, 王玲1,2, 朱如凯1, 侯连华1, 毛志国1, 张丽君1, 宋雪娟1     
1. 中国石油勘探开发研究院,北京 100083;
2. 中国石油天然气股份有限公司地球物理重点实验室,北京 100083
收稿日期 2010-05-20, 2010-06-01 收修定稿
基金项目: 国家重大科技专项"岩性地层油气藏成藏规律、关键技术及目标评价"项目(2008ZX05001);国家重点基础研究发展计划(973)"古生代火山岩储层分布规律及其改造特征"项目(2009CB219304)资助
作者简介: 杨 辉,男,1961年生,高级工程师,2000年于同济大学获博士学位,2003年从石油大学(北京)博士后流动站出站;现在从事综合地质地球物理研究工作.E-mail:yanghui_phd@petrochina.com.cn
摘要: 通过准噶尔盆地陆东地区数十口钻井资料的对比分析、归纳总结,提出了火山岩油气藏重磁电震综合预测方法.将正则化下延与延拓回返垂直二次导数串联形成了一个新的滤波器,该滤波器相当于首先通过正则化下延将位场曲面延拓至地下目的层段,降低火山岩埋深对磁力异常幅值的影响,然后利用延拓回返垂直二次导数对弱信号进行增强,不仅提高了位场异常的分辨率,而且由于对位场异常幅值信息进行了能量补偿,因而有利于利用增强后的位场异常的幅值划分火山岩岩性.利用该技术对准噶尔盆地陆东地区地震3D工区的重磁资料进行了处理,结合建场测深及3D地震资料进行了综合研究,并根据重磁电震等资料综合预测了火山岩油气藏目标.
关键词: 重力      磁力      建场测深      地震      综合地球物理      火山岩      天然气      准噶尔盆地     
Comprehensive predication of hydrocarbon deposits in volcanic rock by gravity, magnetic, electrical and seismic data and its application
YANG Hui1,2, WEN Bai-Hong1,2, DAI Xiao-Feng1,2, WANG Ling1,2, ZHU Ru-Kai1, HOU Lian-Hua1, MAO Zhi-Guo1, ZHANG Li-Jun1, SONG Xue-Juan1     
1. Research Institute of Petroleum Exploration and Development, PetroChina, Beijing 100083,China;
2. Key Laboratory of Geophysical Prospecting, Petro China, Beijing 100083, China
Abstract: From correlation studies of volcanic hydrocarbon exploration with tens of drilling data in Ludong area of Junggar Basin, China, a comprehensive predication scheme of hydrocarbon deposits in volcanic rock by gravity, magnetic, electrical and seismic data is proposed. By combining regularization downward continuation and return upward continuation vertical second derivation in series a new filtering algorithm is formulated. To reduce the depth effect of volcanic rocks on the magnetic anomalies the surface potential fields are downward continued to the targeted horizon, then the potential fields are enhanced by return upward continuation vertical second derivation. In result the field energy is compensated in contrast to the depth attenuation, which will help to identify the magnetic anomalies caused by volcanic rocks of different type with their anomaly amplitude. By applying the technique to gravity and magnetic data in Ludong area covered with 3D seismic data in Junggar Basin, China, the distribution of volcanic rocks is studied comprehensively by seismic data and TEM profiles and exploration targets of volcanic rock are predicted in Ludong area.
Key words: Gravity      Magnetic      TEM      Seismic      Comprehensive geophysical study      Volcanic rock      Natural gas      Junggar Basin     
1 引 言

火成岩油气藏的勘探经历了极力回避的禁区、偶然发现的困惑、初步探索的徘徊、积极寻找的目标四个阶段，已越来越得到国内外勘探家的重视[1]，成为国内油气勘探的重点领域，如东部的松辽盆地、西部的准噶尔等盆地均在火山岩有重大发现[2~12].

岩石物性是地球物理勘探的基础.火成岩密度具有变化范围大的特点，从酸性到基性密度逐渐增加.相对沉积岩而言，火成岩磁性一般都较强，并且磁化率具有变化范围大的特点，从酸性岩到基性岩磁性逐渐增强.相对沉积岩而言，火成岩电阻率一般都较高，并且电阻率具有变化范围大的特点，从酸性到基性电阻率逐渐增强.火成岩地震波速度具有变化范围大的特点，从酸性到基性速度逐渐增高.上述岩石物性特点决定了可以用重、磁、电、震等不同的地球物理方法对火成岩进行勘探[13~23].考虑到火山岩勘探的特殊性、复杂性以及每一种地球物理勘探方法的局限性及多解性，为了降低勘探风险，也必须充分利用各种地球物理资料综合研究[24~26].

2 火山岩油气藏综合地球物理预测方法

通过5年来对准噶尔盆地火山岩油气勘探的攻关研究，初步形成了针对准噶尔盆地火山岩天然气勘探不同阶段的地球物理技术组合，概括为三步法(见图 1):

图 1 火山岩油气藏综合预测流程图 Fig. 1 A scheme of comprehensive predication of hydrocarbon deposits in volcanic rock

第一步，火山岩区域预测

利用区域性的重、磁资料结合2D 地震以及地质、钻井资料宏观预测火山岩及岩性分布，优选火山岩天然气有利断陷、区块、区带.

第二步，火山岩目标识别

火山岩评价技术第二步主要针对火山岩目标进行识别，实现火山岩目标的微观精细预测.可利用建场测深资料识别火山岩目标，或者通过对3D 地震数据体大跨度地浏览寻找异常，扫描可能的火山岩体，预测火山岩目标.

第三步，火山岩储层预测

针对火山岩目标，根据钻、测井资料建立火山岩识别的地球物理标志，划分火山岩相，通过地震属性及反演预测火山岩储层.

3 重磁深度幅值补偿增强滤波技术

针对正则化下延[27~32]增强深层和延拓回返垂直导数[1]突出局部的特点，结合两种技术的优势，提出了重磁深度幅值补偿异常增强提取新算法.其波谱算子为:

其中，α 为正则化参数；β 为滤波指数；λ 为基波波长；u和v分别为x和y方向的波数，k=；k0为截频波数；z为补偿深度；h为延拓回返高度；p为延拓回返次数.

图 2为不同深度的火山岩体磁异常ΔT与能量补偿增强后异常ΔTZZ 特征值的对比图，从图中可见，不同深度的火山岩体磁异常ΔT随着深度d的增加幅值迅速衰减，深度1500 m 的火山岩体产生的磁异常的幅值是深度5000m的火山岩体所产生异常幅值的近10倍.通过能量补偿增强后这两个深度的火山岩体磁异常特征值基本一致，消除了火山岩体埋深对磁异常幅值的影响.平均而言，通过深度幅值补偿后，同一火山岩体不同深度的异常特征值的误差小于10%，能够满足识别同一类火山岩的需要，较好地消除了火山岩体埋深对重磁异常幅值特征的影响，有利于利用增强后的位场异常的幅值特征划分火山岩岩性，提高磁异常识别火山岩岩性的可靠性.

图 2 不同深度的火山岩体磁异常AT(空心圆）与能量补偿增强后异常(实心圆)特征值的对比 Fig. 2 Comparison of magnetic anomaly characteristics of the same volcanic body at different depths before (open circle) and after (solid circle ) energy compensation
4 应 用

研究区为准噶尔盆地陆东3D 地震工区，该区自2004年以来，先后进行了1/5万重磁、建场测深以及3D 地震勘探工作.

4.1 火山岩及岩性分布预测

利用所提出的深度幅值补偿增强滤波技术，对准噶尔盆地勘探程度较高的陆东地区的磁力异常进行了石炭系顶面磁异常深度幅值补偿增强提取(图 3).通过与40多口钻遇石炭系火山岩井的岩芯资料对比发现，中基性火山岩深度幅值补偿增强后磁异常ΔTZZ特征值为300~350nT/km2，中酸性火山岩深度幅值补偿增强后磁异常ΔTZZ特征值为150~250nT/km2，凝灰岩和沉积碎屑岩深度幅值补偿增强后磁异常ΔTZZ特征值为-20~ 50nT/km2.可见，通过深度幅值补偿，较好地增强了中基性火山岩、中酸性火山岩与凝灰岩和沉积碎屑岩磁异常ΔTZZ的幅值特征差异.

图 3 陆东地震3D工区深度幅值补偿磁力垂直二次导数异常图 Fig. 3 Energy compensation result of the aeromagnetic data in Ludong area, Junger Basin, China

初步统计分析表明，利用深度幅值补偿增强技术对中基性火成岩预测的符合率为84.6%，中酸性火成岩预测的符合率为73.7%，沉积岩预测的符合率为71.4%，平均符合率为83.2%，证实方法技术的有效性.

利用欧拉反褶积对磁力资料进行了定量计算，并将建场反演、磁力反演、地震资料与钻井资料进行了对比分析.图 4为建场L2004E-1剖面滴西5井附近综合对比图，从图中可见，石炭系为一高阻层，该层与钻井以及地震解释的上石炭统顶面(C2)吻合良好；另外，石炭系内还存在一个高阻层，据钻井资料推测为下石炭统(C1)顶面，而磁力反演的磁性界面深度与该界面基本一致.

图 4 建场L2004E-1剖面滴西5井附近综合对比图 彩图：电阻率剖面;实心圆：地震石炭系顶面;空心圆：磁力Euler反演 Fig. 4 Comparison of TEM, seismic and Euler deconvolution results by protile L2004E-1 Color with white line-TEM resistivity； Solid circle-seismic Carboniferous top； Open circle- Euler deconvolution Carboniferous top.
4.2 火山岩岩相预测

火山岩的岩相、岩性不同，对应的地震反射特征也不相同.在重磁电区域预测的基础上，根据地震反射外部几何形态和内部反射结构，结合研究区已有的钻井和测井资料，进行火山岩相带划分.研究区可划分出爆发相、溢流相和火山沉积相三类.爆发相通常位于火山口附近，喷发能量强、具有丘状的外形，火山碎屑杂乱堆积在火山口，内部反射具有连续性差、弱反射的特征，由于本区后期构造运动抬升，爆发相火山岩后期改造较为严重，识别难度相对较大；溢流相距离火山口有一定距离，常在斜坡和低洼部位稳定分布，具有中强振幅、连续性较好的特点；火山沉积相远离火山口，由于研究区埋藏深，火山碎屑岩和砂泥岩之间波阻抗差异小，缺少好的地震反射界面，因此在地震剖面上火山沉积相具有弱连续杂乱反射、相关性较差的特点.需要指出的是:溢流相火山岩发育稳定，通常呈现大面积的席状和条带状分布，因此溢流相火山岩附近地震信噪比通常比较高.

在区分火山岩岩相的基础上，利用其地震属性特征通常还能较好地对火山岩的岩性进行解释.从该区酸性、中性和基性火山岩典型井分析可知:酸性岩声波时差范围为60~70ft/μs，密度变化范围在2.5~2.6g/cm3 之间，中性岩声波时差位于55~65ft/μs之间，密度变化范围在2.6~2.8g/cm3 之间，以玄武岩为主的基性岩声波时差范围为50~60ft/μs，密度变化范围在2.6~2.8g/cm3 之间.火山岩从酸性到基性基本遵循密度和速度逐渐增加的规律，在相同围岩背景下，反映到地震剖面上振幅能量也逐级减弱，因此地震反射振幅强度在一定程度上能够体现出火山岩岩性特征:沉积岩反射多以弱振幅为主，而火山岩反射多以中强振幅为主、中性火山岩表现为中强振幅，基性火山岩则为强振幅的"亮点"反射异常特征.

图 5为从3D 连片地震资料中沿石炭系顶面向下100ms(200m 左右)提取的相干体(图 5a)和地震振幅(图 5b)属性特征的平面分布图.相干体上可以明显看出团状火山口分布范围，以及围绕火山口发育大面积稳定的溢流相火山岩体.在解释溢流相的基础上再结合地震振幅属性进行火山岩岩性预测，滴西17井附近表现为基性火山岩特征(红色高振幅区)，滴西5井北弱反射为酸性火山岩(蓝色低振幅区)，滴西10 井以南的区域主要为中酸性火山岩.

图 5 陆东地震3D工区相干切片(a)和振幅（b)属性特征 Fig. 5 Slices of 3D seismic coherence (a) and amplitude (b) of Ludong area
4.3 建场测深反演电阻率剖面预测高阻异常体

通过对3D 地震工区建场剖面的电性结构分析，确认了电阻率高阻局部异常揭示高饱和度油气藏的重要意义.建场2004E-1测线与钻探结果的初步对比表明[25](图 6)，钻遇C 高阻异常体的井共8口，7口获得了工业油气流及高产，占87.5%；未钻遇C 高阻异常体的井共5 口，均未获油气流，占100%.

图 6 陆东建场L2004E-1剖面电阻率异常剖面图 Fig. 6 Resisitivity section of TEM profile L2004E-1

从电阻率测井资料对比可知，获高产油气流的滴西21井在目标层段电阻率高达100Ωm，而未获油气流的滴西31井电阻率小于2Ωm，电阻率差异在一个数量级以上.另外，已探明的彩25 井气藏以及滴西10井气藏范围与高阻异常范围基本一致，高阻范围略大于气藏范围.高阻异常与高饱和度油气藏有关，油气藏为高阻，因而可以利用高阻异常来预测油气藏.但是，高阻异常只是油田藏的必要条件，为了减小多解性，需要进一步研究油气藏的激发极化参数(如激电相位或极化率)异常特征.

4.4 目标综合预测

根据磁力异常与地震局部构造高点叠合(图 7)、重磁物性反演交汇识别火山岩岩性、地震属性预测的火山岩岩相、岩性和建场测深高阻异常特征等资料，在建场测深剖面502号点及442号点北附近预测了两个火山岩目标，并提出了建议井位(见图 5~8).

图 7 陆东地震3D工区磁力异常与地震局部构造高点叠合图 等值线：磁力垂直二次导数；彩图：地震局部构造髙点. Fig. 7 Overlapping map of magnetic anomaly overlapped on seismic local structure Contour-magnetic second derivative； Color-seismic local structure.
图 8 过目标地震剖面图 上图：南北向剖面；下图：东西向剖面. Fig. 8 Seismic sections through predicted target upper-NS section； lower-WE section.

建议井1依据如下:

(1) 该目标位于北北东向以及北东东向磁力异常梯度带交汇处，推测裂缝发育(图 7)；

(2) 建场测深反演的电阻率剖面为高阻局部异常，高阻异常埋深约1600m(图 6)；

(3) 根据3D 地震资料，石炭系顶面下200m 附近火山岩岩相为爆发相(图 5、图 8)，下部为溢流相(图 8)；

(4) 根据3D 地震资料，石炭系顶面下200m 附近火山岩岩性为弱反射、低振幅的酸性火山岩(图 5、图 8).下部为中强振幅的中基性火山岩(图 8)，这与根据重磁物性反演交汇识别推测火山岩岩性为中基性火山岩一致[25]；

(5) 为地震局部构造高点(图 7、图 8).

建议井2依据如下:

(1) 该目标位于北东东向磁力异常梯度带，推测裂缝发育(图 7)；

(2) 根据重磁物性反演交汇识别推测火山岩岩性为中基性火山岩[25]；

(3) 建场测深反演的电阻率剖面为高阻局部异常，高阻异常埋深约1800m(图 6)；

(4) 为2D 地震局部构造高点[25].

5 结论、认识与建议

(1) 针对火山岩天然气勘探的不同阶段，充分发挥每一种地球物理方法的优势，选用不同的地球物理技术组合，形成火山岩天然气勘探预测的三步法.

(2) 提出了重磁异常深度幅值补偿增强新技术，降低了火山岩体埋深对重磁异常幅值特征的影响，提高了同类火山岩体岩性识别的准确性.

(3) 利用欧拉反褶积对磁力资料进行了定量计算，反演结果与钻井、地震以及建场电阻率反演剖面的初步对比分析表明，石炭系高阻层与钻井以及根据地震解释的上石炭统顶面(C2)吻合良好；下石炭统(C1)顶面为一个高阻层，该层与磁力反演的磁性界面深度一致.

分析，确认了电阻率高阻异常揭示高饱和度油气藏的重要意义.建场2004E-1测线与钻探结果的初步对比表明，钻遇C 高阻异常体的井共8口，7口获得了工业油气流及高产，占87.5%；未钻遇C 高阻异常体的井共5口，均未获油气流，占100%.

(4) 通过对3D地震工区建场剖面的电性结构分析，确认了电阻率高阻异常揭示高饱和度油气藏的重要意义.建场2004E-1测线与钻探结果的初步对比表明，钻遇C 高阻异常体的井共8口，7口获得了工业油气流及高产，占87.5%；未钻遇C 高阻异常体的井共5口，均未获油气流，占100%.

(5) 根据重磁电震等资料综合预测了两个火山岩勘探目标，火山岩埋藏深度均小于2000 m，是目前研究区内的两个有利勘探目标.

(6) 建议进一步加强岩石物性的研究工作，岩石物性的统计分析要按照岩性、时代分别统计，并且按照时代细分到统，如按照上、下石炭统(C2、C1)统计分析磁化率资料.另外，不仅要研究火山岩的感磁，还要研究火山岩的剩磁，以进一步深化研究工作.

(7) 建议开展时频电磁法勘探.即不仅要研究电阻率信息，还要研究极化率信息，增加信息量，减少多解性.

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