野外露头岩性组合地震反射特征研究范文

摘要：随着油气勘探深入，地层内部岩性组合关系的精细描述在油气田地质研究中越来越受到重视。地震资料作为岩性组合综合响应，根据其反射特征识别分析岩性组合关系对于油气勘探具有重要意义。目前常规分析手段主要为数值模拟与物理模拟，其中物理模拟受震源主频限制，实验室条件下难以达到其要求。为此，利用探地雷达技术进行物理模拟，并结合基于波动方程的数值正演模拟，将二者联合应用于露头岩性分析，最终得到实际野外露头的砂泥岩层组合关系。研究结果表明，该方法较为清晰地表征了研究区典型露头岩性组合关系的地震响应特征，为基于地震资料的岩性组合精细描述提供了依据，其对于储层预测具有地质指导意义。

关键词：油气勘探；岩性组合；数值模拟；物理模拟；探地雷达

0引言

当前中国陆上油气勘探目标逐步转向非常规低孔、低渗砂岩[1]，鄂尔多斯盆地旬邑地区延长组即为其代表[2-4]。砂岩体地层与内部岩性组合是该地区深水沉积地质研究的重点，深水沉积研究对于油气勘探开发具有重要意义[5-8]。基于常规测井与地震勘探的地层岩性组合分析方法分别受限于钻井数与地震分辨率，为此，众多学者采用现代沉积描述、浅层钻探以及露头勘测等方法对地下沉积特征展开研究，从而获取地层岩性描述，以指导油气勘探工作[9-18]。野外露头的精细地质分析对油气勘探具有重要价值，探地雷达技术为精确识别露头内部地质结构特征提供了有效途径。探地雷达技术是一种借助于高频电磁波探测地下内部结构的地球物理方法。该技术是一种有效的浅层探测手段，因具有携带灵活、成像快捷直观、高分辨率、对探测物无损性等优点，使其在工程建设、水利与环境勘查等方面得到广泛应用[19-25]。国外学者首先将探地雷达技术应用在漫滩及河道沉积体的研究中，应用效果较好，之后不断得到推广。Skelly等基于探地雷达方法分析了河道储层结构[26]；Jol等将探地雷达用于砂岩层内部结构的识别研究[27]；Lunt等通过探地雷达探索研究了辫状河砂坝的侧向迁移模式[28]。中国探地雷达技术起步较晚，目前广泛应用于工程勘查方面，但是在地下沉积特征探测方面的应用还有待进一步加强[29-30]。以鄂尔多斯盆地旬邑地区为例，采用探地雷达技术进行沉积岩性的物理分析，并结合地震数值模拟结果，详细分析了地层内部岩性组合的反射特征，为后期油气藏勘探开发奠定了基础，此外也拓宽了探地雷达技术在地质岩性分析中的应用。

1研究区地质概况

鄂尔多斯盆地是处于华北古生代克拉通台地上的一个中、新生代大型内陆叠合盆地，具有多构造体系、多旋回演化、多沉积类型的特点。盆地沉积构造演化过程包括5个阶段：中晚元古代拗拉谷；早古生代浅海台地；晚古生代近海平原；中生代内陆湖盆；新生代周边断陷。其中，中生代延长组的沉积层序发育较为完整，包含了河流—三角洲—湖泊沉积体系。该组自长10沉积期开始发育，主要表现为湖盆沉降；长9沉积时期湖盆沉降速率加速，湖盆面积不断增大；在长8沉积期呈现出差异性抬升现象，随后在长7沉积期湖盆快速沉降；在长6沉积期沉降速率降低，三角洲沉积体系发育；在长4-5—长1沉积期，湖盆逐步缓慢抬升。此次研究层位主要为长7，该段沉积时期为延长组最大的湖泛时期，以三角洲及深水沉积广泛发育为特点。

2探地雷达基本原理

探地雷达技术主要是借助于发射天线发射的高频电磁波，该电磁波脉冲在地下传播时如遇到介质常数存在差异的界面，即发生反射及透射[25]，而反射回地表的电磁波则由接收天线所接收，经离散化采样处理转化为时间序列信号。测点上雷达反射记录反映了反射波振幅强度、相位等信息，通过对反射剖面的处理解释即可实现对地下目标体的探测。

3沉积露头模拟分析

研究区内发育大量复合水道沉积砂体，具有明显的沉积特征，因此，通过野外实地踏勘识别出这种典型沉积的露头（图1），从而在实际露头剖面基础上开展对沉积组合特征的研究。图1中露头下部地层判识为典型复合水道沉积砂体，从该露头剖面上来看，垂向上沉积地层岩性较为杂乱，剖面中间部分可见明显的透镜状沉积砂体。由出露地层的下部至上部，首先是厚层中细粒砂岩，岩性与地层厚度较为连续，基本上变化不大；其次是薄层砂岩夹杂薄层泥岩，该段地层岩性呈现明显的等厚砂层夹杂薄层泥岩的特征，并且地层岩性连续性较好；再次为中厚层的中细粒砂岩，该段地层连续性较差，由于受下切作用侵蚀造成剖面上呈现下凹状，部分段夹杂薄层泥岩；最上部主要为泥岩段，地层连续性差，岩性主要呈现砂泥岩互层，部分层段（如凹形上部）砂泥岩薄互层呈现为等厚砂岩近似对称状分布，且砂岩层明显较薄。

3.1雷达成像

采用探地雷达技术对典型沉积体露头进行高精度成像，模拟实际地震勘探分析。研究中采用在工程建设、环境勘查等方面应用效果较为良好的RIS-K2型探地雷达，根据实际露头成像需要，结合探地雷达天线频率与探测分辨率的关系，选择200MHz的探地雷达天线。

3.2数值正演

在露头实际剖面地层基础上，得到典型复合水道沉积砂体的地质原型模型（与野外露头比例为1∶1）。鉴于露头剖面尺度有限，为匹配实际地震资料，对层厚进行等比例变化后再正演模拟。图3a为基于图1中实际复合水道沉积砂体露头所建立的地质原型模型，根据层厚比例，分别设置与原型模型比例为1∶40、1∶75、1∶100、1∶150、1∶200的模型进行正演，所得结果分别见图3b—f。从图3b中可以看出，地震剖面上同相轴数量明显少于地质模型中地层分界面数目，并且凹型界面的下凹程度相比原型模型较缓，对应关系较差。图3c中地震剖面上同相轴数量有所增加，但仍然少于原型模型中地层分界面数目。此外反射剖面上砂泥岩互层部分由于干涉作用发生同相轴错断，与原型模型中砂泥岩互层关系存在解释上的假象。图3d中地震剖面上同相轴数量基本与原型模型岩性分界面相对应，砂泥岩互层部分对应关系也较为清楚，部分段反射能量存在较弱现象。图3e所显示出的地震剖面同相轴与地质模型岩性分界面的对应关系较为清晰，同相轴反射能量进一步增强，部分砂泥岩互层段存在同相轴扭曲现象。图3f中地震剖面上同相轴分布形态与地质模型中岩性分界面形态对应较为良好，同相轴同样也表现得较为平滑连续，部分段可见岩性尖灭，总体上与原型模型较为吻合。6而为基于地震反射特征的地下岩性组合识别奠定了理论基础。图4典型岩性组合的数值模拟结果

4结论

（1）深水沉积研究在油气勘探开发具有重要价值，鄂尔多斯盆地旬邑地区具有明显的深水沉积特点。通过野外露头开展深水沉积的精细地质研究可以克服地震及测井技术的不利因素，从而有效指导沉积砂岩体内部信息的研究。（2）探地雷达技术能够区分地下不同电性介质界面，实现地下沉积结构的高分辨率成像。成像结果可反映露头剖面的整体连续特征，相比其他野外露头研究手段，具有高分辨率及横向连续性较好的优势。（3）利用探地雷达技术获取旬邑地区典型沉积砂体露头剖面的成像结果，并结合实际露头地质模型正演模拟，分析代表性沉积组合的反射特征。结果表明，物理模拟与数值模拟对应关系较为良好。探地雷达技术在露头地质调查中可以发挥较为重要的作用，应充分挖掘该技术与露头精细地质研究相结合的应用潜力，为有效指导油气勘探提供地质基础。

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.作者：余为维1，冯磊2.3，杜艳艳1 单位：1.中国地质大学(北京)，2.河南理工大学