油氣勘探三維地震解釋技術(shù)進展
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[時間:2009-04-13 中國石油新聞中心 關(guān)注度:0]
摘要: 鉆前三維地震的采集幾乎已經(jīng)在國內(nèi)外所有的勘探區(qū)域展開。大的三維地震工區(qū)甚至可以達到相當于盆地的規(guī)模，結(jié)合井孔的生物地層和巖石地層的約束，三維地震數(shù)據(jù)提供了一種新的盆地分析的工具，其分辨率及精確程度都超出了所有先前的方法。用這種工具，石油...
鉆前三維地震的采集幾乎已經(jīng)在國內(nèi)外所有的勘探區(qū)域展開。大的三維地震工區(qū)甚至可以達到相當于盆地的規(guī)模，結(jié)合井孔的生物地層和巖石地層的約束，三維地震數(shù)據(jù)提供了一種新的盆地分析的工具，其分辨率及精確程度都超出了所有先前的方法。用這種工具，石油勘探工作者們能夠在真正的三維空間內(nèi)，詳細而不會遺漏細節(jié)地闡明區(qū)域構(gòu)造、沉積體系、沉積過程、火成巖體系、流體流動、壓實作用、甚至是成巖作用??當然最終目的是要找到工業(yè)性油氣藏。
地震地層學(xué)領(lǐng)域的新進展
自從20世紀70年代開始，地震地層學(xué)一直是以油氣勘探及開發(fā)為中心展開的。由于油氣勘探及相關(guān)行業(yè)的研究中心主要是沉積體系的儲層部分，三維地震數(shù)據(jù)的屬性解釋等技術(shù)大大提高了其空間上的分辨能力。與二維地震相比，三維地震空間分辨率的提高表現(xiàn)在其可以識別沉積體系中很多原先不能識別的組構(gòu)單元。其中最為重要的是識別深水水下河道及其相關(guān)相，三維地震成像揭示了在許多大陸邊緣盆地地下的大型錯綜復(fù)雜的河道沉積體系。
這種與地形相類似的三維地震圖像的廣泛應(yīng)用產(chǎn)生了一門新的地質(zhì)（分支）學(xué)科??“地震地貌學(xué)”，其本質(zhì)就是使古陸地和海底地貌的形成過程在平面及空間上顯示出來。近來，三維地震數(shù)據(jù)被用來詳細描述北海盆地第四紀冰山融化侵蝕形成的下切谷的層序充填序列及地貌學(xué)。在三維地震地層學(xué)大部分應(yīng)用于硅質(zhì)碎屑巖沉積體系的同時，對碳酸鹽的研究也越來越多，主要包括研究碳酸鹽臺地演化、精細描述碳酸鹽形成的構(gòu)造特征以及研究冷水碳酸鹽的地層演化�？傮w上說，如果不考慮地震分辨率的限制，運用三維地震數(shù)據(jù)可以研究任何一種沉積體系的類型，地震地層學(xué)和地震地貌學(xué)將是今后一個主要的研究領(lǐng)域。
構(gòu)造分析領(lǐng)域的新進展
源于三維地震解釋的最重要的構(gòu)造分析上的進展主要是在分析和研究斷層系統(tǒng)幾何形態(tài)和運動特征以及對鹽構(gòu)造的研究上面。在這些領(lǐng)域，三維數(shù)據(jù)體較二維數(shù)據(jù)能夠揭示更加復(fù)雜的幾何特征。
在斷層研究方面最重要的進展是定義斷層如何生長。三維數(shù)據(jù)體揭示了繼承性構(gòu)造的復(fù)雜性及走滑斷層和傾向斷層連接處的微地形，這對于正確認識斷層的生長過程是極其重要的。斷層面幾何形態(tài)以及與圍巖形變的相互關(guān)系在近十年得以廣泛研究。通過三維成圖可以將圍巖褶皺及其它形式的韌性變形準確地刻畫出來，從而加深勘探家們對二者之間相互關(guān)系的理解。
針對生長斷層的研究主要是在第三系三角洲，如墨西哥灣三角洲，研究的目的主要在于分析生長斷層的運動學(xué)，這對于揭示斷塊運動和盆地整體幾何形態(tài)的內(nèi)在聯(lián)系有很大的啟迪性作用。近年在北海含油氣斷陷盆地采集的大面積三維地震能夠研究斷層的運動演化對于整個半地塹盆地發(fā)育的控制，同時對于認識斷陷期上地殼的運動演化也有重要的作用。
與以前常用的傳統(tǒng)野外露頭對比方法相比，三維地震在分辨率上仍存在一定的局限性，不能顯示直接的運動學(xué)標志，斷面構(gòu)造的微小細節(jié)及局部應(yīng)變也無法識別。然而，利用地震屬性在一定程度上填補了這項空白，小尺度的斷層可以明顯地通過相干屬性和振幅屬性來識別。隨著科技的發(fā)展，勘探家們借助于數(shù)字模型及模擬模型，將來必將會從正斷層體系擴展到對逆沖斷層和走滑扭動斷層體系的研究，尤其是現(xiàn)在深水褶皺和逆沖帶成為油氣勘探的重點領(lǐng)域。
對流體巖石相互作用的新認識
判別多邊形斷層系統(tǒng) 闡明三維地震技術(shù)能夠?qū)⒁郧安荒茏R別的地質(zhì)特征描繪出來的一個很好的例子是首次利用三維地震數(shù)據(jù)在英國北海Alba油田識別多邊形斷層系統(tǒng)。多邊形斷層的平面幾何形態(tài)呈多邊形，具有規(guī)模較�。〝鄬娱g距一般小于500米）、斷距較�。ㄒ话�10～100米）的特征，其由一系列小的正斷層組成并發(fā)育在特定的地層中。盡管先前在這個主要的含油氣區(qū)通過大量的二維地震解釋工作已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這些斷層，并將其成因正確地解釋為是富黏土沉積物早期脫水作用形成的，但只有通過三維地震數(shù)據(jù)才能準確地識別出其復(fù)雜的多邊形幾何形態(tài)。
多邊形斷層系統(tǒng)主要發(fā)育在細粒沉積體系中，因為細粒沉積體系中沉積物高的原始孔隙度在壓實作用的早期階段經(jīng)歷了最大的壓實應(yīng)變。石油勘探家們建立了一個基于埋藏作用早期體積收縮的多邊形斷層模型，他們認為就像富黏土質(zhì)沉積物一樣壓實應(yīng)變不是一維的（垂向），而是伴隨著孔隙流體的排驅(qū)及沉積物體積收縮而表現(xiàn)出來的三維空間的應(yīng)變。目前，多邊形斷層在全球30多個盆地均有發(fā)現(xiàn)，其對于壓實過程、細粒沉積體系（蓋層）的滲透性以及盆地中早期流體的排驅(qū)都有重要的指示作用。最近，在挪威的Ormen Lange氣田發(fā)現(xiàn)多邊形斷層使得該區(qū)深水砂巖儲層發(fā)生了強烈的變形，這預(yù)示著多邊形斷層系統(tǒng)可能會在儲層地質(zhì)學(xué)研究方面發(fā)揮更重要的作用。
識別氣體的噴溢構(gòu)造 氣體噴溢構(gòu)造在地震剖面上往往表現(xiàn)為細長的、圓柱型特征，其破壞了反射同向軸的連貫性，垂向上的延伸距離可達1000米，甚至更大，平面上的特征一般為圓狀到次圓狀，直徑一般小于200米。側(cè)向和垂向范圍的有限性是它們先前沒有被二維地震數(shù)據(jù)識別出來的主要原因，其與氣體聚集或暗礁等速度異常體引起的散射/衰減等地震假象有一定的相似性之處。通過現(xiàn)在的三維地震精細成像技術(shù)揭示了其復(fù)雜的三維幾何形態(tài)，使其與地震假象區(qū)分開來。
根據(jù)這些表面具有麻坑的通道組合，有人提出它們的形成是由于深部儲層中氣體充注孔隙流體快速運移的結(jié)果。通過區(qū)域類比，他們認為通道最可能是由于非滲透性富黏土沉積物內(nèi)的裂縫帶構(gòu)成。因此，從這些通道形成的時刻起就充當了流體垂向運移的通道。自從專家們第一次識別出這種構(gòu)造以后，類似的構(gòu)造在其它的研究中也被發(fā)現(xiàn)，主要關(guān)注的焦點是流體流動對這種通道形成的驅(qū)動機制。
這種管狀流體通道發(fā)現(xiàn)的更廣泛意義是它們出現(xiàn)在基質(zhì)滲透性很低的隔水層中，裂縫通道穿過蓋層巖層達上千米，這對于盆地流體流動的研究開創(chuàng)了一個新的途徑，尤其是其可能和烴類運移及圈閉的封存性有重要的關(guān)系。因為麻坑可以作為這種管狀通道存在的直接證據(jù)，隨著在海底三維地震成像中麻坑不斷地被識別出來，表明這種高度集中的流體流動是普遍存在的。
揭示的流體巖石相互作用 有許多文獻是關(guān)于利用三維地震來推測流體巖石相互作用的規(guī)模和幾何學(xué)形態(tài)的例子，而這些通過露頭研究是做不到的。這包括很多對大規(guī)模砂巖侵入體的研究，通過露頭了解大規(guī)模砂巖體侵入已經(jīng)超過一個世紀了，但是，其規(guī)模及在盆地內(nèi)的展布范圍，如北海盆地，直到在盆地內(nèi)采集了密集的三維地震時才認識清楚，同時還發(fā)現(xiàn)了一些先前不知道的侵入體類型，包括厚度可以達到幾十米、側(cè)向及垂向的展布距離可以達到幾百米規(guī)模的“翼狀”和“圓錐狀”侵入體。流體巖石相互作用的例子還有一些是關(guān)于大規(guī)模軟沉積變形的，包括盆地規(guī)模發(fā)育的密度倒置及差異負載現(xiàn)象、大規(guī)�；盎卢F(xiàn)象、泥底辟及泥火山現(xiàn)象。三維地震對復(fù)雜構(gòu)造的詳細分析和成因解釋的作用是明確的，并且在這些領(lǐng)域仍舊有許多內(nèi)容有待于進一步研究。
對成巖作用進行盆地規(guī)模（面積在10000平方公里以上）成圖的方法開創(chuàng)了一種新的對成巖轉(zhuǎn)變階段進行流體巖石相互作用研究的方法，這對于其它的成巖作用過程可能會有更多新的發(fā)現(xiàn)。
火山巖體系研究的新領(lǐng)域
人們一直以來都主要是在以實驗為基礎(chǔ)的巖石學(xué)及地球化學(xué)領(lǐng)域里開展火山巖體系研究，地球物理方面的貢獻相對較小，但是隨著人們認識到許多大的火山巖床都分布被動大陸邊緣，其（如廣角反射地震學(xué)）對于認識這種大的火山巖體系的分布及成因所起的作用就顯得越來越重要。
當油氣勘探在富含油氣的區(qū)域勘探到火山巖周邊時，如英國、挪威、巴西及西非這些國家的大西洋邊緣，許多大的三維工區(qū)被采集用來揭示火山巖的分布范圍，雖然不能產(chǎn)生直接經(jīng)濟利益，然而油氣勘探開發(fā)專家們對火山巖體系感興趣的原因主要有以下幾點：影響地震成像及鉆探更深的油藏目標；熱液體系和儲層相互作用導(dǎo)致成巖作用；火成巖侵入期會迫使上覆巖層發(fā)生褶皺而形成圈閉構(gòu)造。
用三維地震數(shù)據(jù)來描述火成巖床是最適宜不過的了，因為它們相對于圍巖而言具有較大的波阻抗，三維地震數(shù)據(jù)成像能夠很好地顯示出來，可以直接對其進行解釋，這就意味巖床的三維空間幾何形態(tài)就能被精確地確定下來，這在巖床和圍巖相互作用及巖漿侵入的方式上產(chǎn)生了一些新穎的結(jié)論。
對巖床三維地震制圖一個最重要的新的發(fā)現(xiàn)就是許多巖床都呈一個底部平坦或稍凹、邊部呈較高角度的不整合侵入的碗狀幾何形態(tài)，利用三維地震數(shù)據(jù)不僅可以確定火山巖床的數(shù)量，還可以把它們之間的相互關(guān)系詳細地刻畫出來。
還有哪些發(fā)展?jié)摿?
盡管三維地震技術(shù)在過去的二十年里已經(jīng)在石油勘探開發(fā)領(lǐng)域里廣泛應(yīng)用，但是其作為一個研究工具仍處于起步階段，原因是：（1）三維地震數(shù)據(jù)處理的難度較大，要求有專門的軟件和硬件設(shè)施（雖然很多現(xiàn)在可以直接在個人計算機平臺上進行）；（2）地質(zhì)學(xué)家對這些解釋技術(shù)的了解、掌握甚少；（3）研究單位缺少對地震分辨率及全球三維地震研究狀況的了解。但隨著越來越多的基于三維地震數(shù)據(jù)的研究成果被發(fā)表出來，其應(yīng)用將越來越廣泛。
在很大程度上，三維地震數(shù)據(jù)作為研究工具真正的價值在于其能夠空前詳細地大面積刻畫盆地內(nèi)的特征，說我們正進入一個新的基礎(chǔ)地質(zhì)繪圖時代并不夸張，如果沒有分辨力的限制，計算機會使地表及地下的狀況實現(xiàn)完全可視化。這個能力無疑開創(chuàng)了很多新的盆地分析方法，如：地層對比、地表校正及區(qū)域?qū)有虻貙訉W(xué)，確定主要、次要構(gòu)造元素，勘探層序與構(gòu)造的相互關(guān)系。
利用三維地震可以更精確地估算出從伸展大陸邊緣到海洋邊緣沉積物的流量，并將其和氣候、地形學(xué)、地球動力學(xué)聯(lián)系起來。簡而言之，三維地震數(shù)據(jù)使我們提高了量化盆地演化的程度。
三維地震技術(shù)將在構(gòu)造地質(zhì)許多詳盡的要素上產(chǎn)生影響，但是更多的復(fù)雜的變形體系將會成為將來富有成效的研究領(lǐng)域，如鹽及泥巖的走滑和逆沖系統(tǒng)。鹽構(gòu)造的研究已經(jīng)有了相當?shù)倪M步，但是對于鹽及泥巖構(gòu)造的形成過程還有很多領(lǐng)域有待量化，從而更加清晰地刻畫侵入體的活動及蓋層與下伏地層的關(guān)系。走滑和逆沖系統(tǒng)都對反射地震學(xué)提出了挑戰(zhàn)，隨著三維地震成像質(zhì)量的提高，三維地震方法正在克服這些問題，今后在這方面可能會有新的發(fā)現(xiàn)。
石油勘探、開發(fā)越來越重視在石油勘探開發(fā)領(lǐng)域中可以建立地震屬性和石油物理特征之間的關(guān)系，以實現(xiàn)對儲集巖層（現(xiàn)在的熱點）及巖性地層的橫向預(yù)測，其中涉及了三維可視化技術(shù)、地震屬性技術(shù)、反演技術(shù)、時頻分析技術(shù)等，這些技術(shù)同時也促進了地震地貌學(xué)及地震沉積學(xué)的形成和發(fā)展。今后在石油勘探開發(fā)、石油地質(zhì)、地震研究、沉積學(xué)研究等多方面的綜合研究將逐步加強。
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