国外深层油气勘探方法

贺晓飞　周德勇　蒋红红　王艳红　程敏　宁宪燕

摘要　由于盆地深部的地质、构造条件极为复杂，深层勘探仍是一个世界性的难题。为了尽快突破胜利油区深层勘探局面，进行了国外深层油气勘探方法调研，提供和引进了国外新的理论和技术。特别是根据胜利油区深层勘探实际，介绍了前苏联CDA技术、综合勘探技术及重磁相结合勘探方法，对今后深层勘探具有较大的、较现实的参考意义。

关键词　深层　勘探方法　重磁勘探　综合勘探　CDA技术　勘探实例

一、引言

近十几年来，深部油气勘探越来越引起世界各国的重视，由于深层勘探是一个复杂、庞大的系统工程，涉及到地质研究、勘探技术、钻井及钻后的各项工程的方方面面的工作。对深层勘探技术，地震勘探仍是主要的勘探方法，但由于深层勘探的地质条件比中、浅层复杂得多，世界上深部勘探效果较好的国家都是充分利用各种勘探方法进行综合勘探，因此如何利用重、磁、电及化探等各种有效手段与地震勘探相结合，是一个需要深入研究和试验探索的问题。本文主要介绍世界上主要深层勘探国家目前使用的深层勘探技术方法及一些较成功的勘探实例，针对这方面进行国外深层勘探的情报调研，为胜利油区尽快突破深层勘探关，提供可借鉴和有价值的资料。

二、地震勘探技术

1.深部综合地震勘探

影响一个地区地震资料品质的主要因素有：地下主要目的层波阻抗分析、地震下传能量问题、静校正问题、全程和层间多次波问题、反射信噪比及分辨率问题等等。在此基础上，通过提高野外采集精度、改进室内资料处理方法，可有效的改善深层地震资料的品质。

在深部地震资料采集、处理中，前苏联的“时间场共深度面元叠加技术（Common Depth Area Stack）”（简称CDA），对提高地震资料的分辨率具有明显的效果。这种技术可将野外24次覆盖的记录，在室内模拟处理高达360次覆盖的剖面。其基本思路是将反映地下一定范围的一个面元内共深度点的所有信息作“同相叠加”，提高信噪比，展宽频带，以提高分辨率。图1是西乌斯特—巴勒尔斯克油田的例子。该剖面纵向上也只有100ms。图1a是24次水平叠加剖面，频带宽度为12～65Hz，泥岩盖层在白色波谷中，其下的油层未反映出来。图1b为同一剖面采用CDA技术模拟180次覆盖的结果，泥岩盖层下出现了油层的反射（油层厚度为5ms），下方的剖面的频带已经展宽到 15～125Hz，主频为100Hz^[1]。

图1　俄罗斯 CDA技术在油田的应用实例图

以北美路易斯安那州Cibicides jeffersonensis（简称Cib jeff）砂层为例。勘探目的层是Cib jeff砂层，厚约15m，自然电位和视电阻率曲线表明该砂层是夹在厚层页岩之间，深度为4069～4084m。该区用可控震源成功地进行了三维采集、处理和解释。应用这些资料，对深部薄层地压型砂层进行成像和成图，并应用垂直和水平分辨率较高的资料，对常规资料无法解释的储集层结构进行了解释，最终取得了比较令人满意的结果^[2]。

2.折射波多次覆盖地震勘探方法

折射波法是将折射波与反射波同时记录，除了拾取折射波初至外，也利用续至波并追踪回折波，并利用折射界面鉴别产生反射多次波的层位。这种方法常用于目的层埋藏深、结构复杂、地表条件不利、观测面积较小的研究地区。

三维深层折射波资料的解释除了有GRM方法和延迟时间法（或称时间项）外，第三种方法包括射线追踪和递归速度模型，该方法用于二维复杂数据体确实有效，可将其进一步应用到三维深层折射波数据体。三维射线追踪是对观测到的时间剖面进行折射体深度和速度成像的最佳方法；也可以将GRM法和延迟时间法结合起来对地层进行成像。最新推出的反射参数处理系统能同时利用反射和散射能量，因而有助于深层及基底反射的成像^[3]。

3.三维勘探法——时间梯度法

在前苏联，用于沉积盆地深部构造的快速三维勘探法——时间梯度法得到了广泛的发展。这种方法比较灵活，可以任意布置记录仪和震源，使勘探工作既方便又经济。

时间梯度法勘探是利用便携式的“龟型”地震仪完成的，能自动进行磁带记录。整个“龟型”地震仪的频率特征（在振幅频率为0.9时）是2.5～14Hz，同时在12个点上进行地震记录，并在平均6km的点距观测条件下，两次挪动仪器就可以覆盖1000km²的研究区^[4]。

图2显示的是在滨黑海地区依据地震标准层作出的构造图。标准层对应于基底顶面（V_r=6.2～6.5km/s）。构造图上划分出了面积不大、但幅度较大、具有明显近南北走向的凸起和凹陷，并划分了一条近东西走向、切割基底和整个沉积盖层的断裂，这条断裂将果尔黑茨基盆地的深层构造与大高加索南坡隆起状块体分开^[4]。

图2　滨黑海时间梯度法试验区基底顶面构造图

三、电法勘探

1.差分标定法（差分归一法、差分电场法）

有源可调频率的瞬变电场差分标定法（缩写为ДНМ），在前苏联地质结构比较复杂的伊尔库茨克探区、目的层较深的滨里海盆地以及其他地区取得了一些成功的实例。

该方法的函数特征为随地下介质电性特征的不同，可以选用阶值不同的三种P(t）参数，即：P₁(t）为在作为勘探目标的油气储集层处于高电阻介质之内，当介质剖面的总电导率不超过100S（西门子）时，可以利用P₁(t）函数异常来寻找与圈划油气藏；P₂(t）为当含油气层上覆层为数公里厚的低电阻率介质时，利用P₂(t）函数来寻找与圈划油气藏将更为有利；P₃(t）为当介质中既有高电阻率岩层屏蔽，又存在低电阻率岩层覆盖的条件下，可以利用P₃(t）函数来寻找与圈划油气藏^[5]。

差分标定法具有以下几点优越性：观测参数误差小，改善了数据的可靠性；具有较高的横向分辨率并能排除纵、横向侧面异常体的干扰；检测极化异常体的灵敏度较高并具有较好的垂向分辨能力；具有更加灵敏可靠的直接找油气功能^[5]。

柴金斯油藏位于滨里海盆地北部奥伦堡地区，产油层深逾4000m，上覆介质为低阻的厚层泥岩（ρ＝2Ω·m,h=3000m）和厚层的岩盐（ρ＞1000Ω.m,h=2000m）。该区域试用差分标定法P₃(t）参数圈划油藏取得较成功实例。根据地震法资料，在4000～5000m深度范围内发现了一系列的复杂构造，按照P₃(t）曲线的外形，可分为三类：①负值梯度类，是深部无油气层的特征；②正值梯度类，是油气藏上方的特征；③畸变形类，是盐下层内有垂向异常体所在地的特征，如深度在4800～5200m盐丘下断裂所致，以及4460～4480m处盐下层小幅度断裂所致，这些已被地震勘探及钻井所证实^[5]。

2.大地电磁测深法

作为地震勘探的重要补充手段的大地电磁测深，尤其是面积型或宽线式多次覆盖的大地电磁测深法，在解决深部和结晶基底方面，以及提高纵向和横向分辨率方面有很大的潜力。20世纪80年代，曾用此法划分出了滨里海盆地北部埋深5km、厚度仅数米的含油或含水的石炭系碳酸盐岩油气藏。

以南安大略沉积盆地的大地电磁测深勘探^[6]为例。该盆地地层层序由夹少量蒸发盐岩和砂岩的碳酸盐岩和页岩层序组成，泥盆系和志留系朝东北边缘移动逐渐消失，基本由奥陶系组成单一的地层剖面。对该盆地的一套可控源大地电磁测深资料进行了解释，并将结果和已知地质剖面作了对比，表明导出的电性模型与已知地质剖面对比得较好。确定该测深地点的位置，以便能够利用倾斜沉积层的优越性。从盆地浅层到深部剖面依次解释资料获得最终的模型。按这种方式解释大大减少了单个位置测深资料多层解释中的固有的多义性。

3.瞬变电磁测深

瞬变电磁测深法（TEM）是在大地电磁测深基础上发展起来的，在勘探精度、分辨率和抗干扰、预测岩性探测深度等方面的功能显著提高。其特点在于：垂向分辨率显著优于其他电法（只要深部地层电导值跃变大于10%时就能分辨）、静态畸变小、受地表不均的影响小，因而无需进行静态校正，适合在火山岩覆盖区、碳酸盐岩出露和黄土源等表面层静校困难的地区使用；横向影响小，有利于探测断层的位置和探明与断层有关的储集层内的油水边界；适合在高阻剖面所在的储集层内探明油水边界；适合在高阻剖面内探测低阻岩系或在良导体沉积覆盖的盆地内探测深部高阻基底；因记录仪器轻便，适合在地形复杂区内灵活布置施工。此法在俄罗斯若干重要探区已被列入钻井论证的必备资料。

4.电磁排列剖面法

电磁排列剖面法（EMAP）是根据地表一条线性测线测得的电磁响应结果而绘成的电阻－深度剖面。这种方法采用空间排列数据采集和处理技术，可有效地处理复杂的三维地下构造显示。大多数EMAP信号采集和处理技术均与常规大地电磁法相同，但是，它的优越性主要在于密集数据采样和对不利的三维构造效应的有效处理，可对电阻率剖面做出可靠的估计。

由于野外采集系统的改进，即模拟地震的时间域采集、处理和解释方法，使精度大大提高。由于采集点密集，克服了表层静位移，加之电磁法本身具有穿透高阻层的能力，能够清楚地分辨出3～5km以下，厚度在100m以内的低阻电性层。由于分辨率的提高，现在已用其进行寻找灰岩内幕构造、火成岩下油气层追踪等地震方法困难地区的勘探

胡秋平等著.与我国渤海湾盆地深层类似的国外盆地石油地质特征研究.中国石油天然气集团公司信息研究所.1998.

四、重力和磁法勘探

深大断裂通常呈现较强的磁异常带和重力高值异常带，因此，在断裂发育的探区和深中部块体结构的研究中，应充分利用航磁和重力资料。

在重力反演方面，利用重力的“特征点”法、全归一梯度法等来反演求解密度剖面。该方法已用在区分横向密度不均匀性或揭示垂直的深大断裂方面，其作法是利用重力观测资料进行反演计算，求得密度剖面，然后叠合地震和电法资料，进一步划分地层及区别可能的岩性，在此基础上建立密度地质模型。以此作为初始模型，再用正演方法计算该模型的重力值，使正演重力值与观测重力值拟合，使其误差在要求范围之内

胡秋平等著.与我国渤海湾盆地深层类似的国外盆地石油地质特征研究.中国石油天然气集团公司信息研究所.1998.

在俄罗斯曾用此法在西西伯利亚西北部密度剖面上拟合出了一个埋深6km，厚度达2km的巨型礁体，引起了轰动

胡秋平等著.与我国渤海湾盆地深层类似的国外盆地石油地质特征研究.中国石油天然气集团公司信息研究所.1998.

对西西伯利亚油气藏附近重磁场特征的研究表明，重磁场与油气藏存在某种空间关系。首先借助二维傅里叶频谱（DFS）分析对振幅和频率进行研究；然后进行变换、滤波和“移动窗口”分析，编制区域和局部异常图及位场导数图，研究已知油气藏区域的参数分布^[7]。

油气藏大部分位于区域重磁正异常的斜坡上，该异常被解释为与深部裂谷型构造相关。同时还证实了油气藏的位置通常与局部重磁极小值是一致的，而这些极小值是由于基底为低密度和低磁化强度所引起。西西伯利亚北部的所有已知油气藏均位于波长大约90～100km且梯度较大的重力异常区内。这种新揭示的油气藏与位场参数之间的关系，在勘探程度低的陆地和海洋可用于预测新的油气藏^[7]。

五、渗透介质地震声学法

渗透介质地震声学是一种物探新方法，其主要特征为：将烃储集层模型视作一不均匀介质；孔隙空间中的流体是一活性动力学非均质导体，能够积聚和转换（模拟）波动过程；储藏层框架则是一静态非均质导体，控制着动力学非均质导体的运动^[8]。

该方法可以通过内部参数关系或是流体相对其岩架的体积流量而正面求解；反向求解则是通过激发、记录和分析解释一组类似的流体波取得，其运动学和动力学参数是借助流体流量来确定的。通过综合分析声波测井流体法、垂直地震测深法、地震勘探和实验观测结果，就能确保所获解的可靠性^[8]。

利用计算和程序的综合分析可以求出有效孔隙度、孔隙直径、渗透率、产量和沿着井的生产剖面深度上的饱和率特性。此法在阿斯特拉罕穹隆和东西伯利亚已取得成功实例^[8]。

六、FMI测井技术

FMI是在地层倾角仪基础上发展起来的最新一代电阻率成像测井仪，全称为全井眼地层微电阻率成像仪。它利用高分辨微电阻率产生电图像，研究岩石层理、构造、孔隙变化、裂缝以及沉积相等，并为准确判断油气层提供依据。在建立适合探区岩－像关系的基础上，FMI技术的合理应用，是提高勘探效益，尤其是深层勘探效益的有效途径^[9]。

七、化探技术

利用浅部地球化学标志，可以预测盆地深层烃类聚集，前苏联在这方面已经取得较大进展和很好效果。

Pricaspian盆地位于俄罗斯地台东南部，储集层位于二叠系盐下层，埋藏较深（4000～5500m），油田靠近盆地的外边缘。研究表明，在盐上层中，烃类流体的地球化学特征和组成类似于盐下层中的烃类。通过对盐层和盐上陆相沉积层的地球化学特征分析，可确定盐下储集层中油藏的位置^[10]。

研究目标主要集中于盐下流体的最突出特征——H₂S的高浓度。这一活动组分揭示了从盐下储集层到不同的上覆盐层和盐上地层的运移途径。不用钻穿盆地中央部位，沿盆地H2S痕迹的分布就能够指示深部盐下油气藏的分布^[10]。

利用地球化学数据可以确定该盆地的深部构造。具有异常地层压力和异常流体组分的盐下碳酸盐岩油藏是上部盐上层段地球化学标志的来源。在陆源岩中H₂S不是原生的，因此陆源岩中H₂S的痕迹是运移的可靠指示。这种方法也可用于预测其他盆地的盐下层中未发现的油气资源。通过对盆地上部盐上层的地层水和次生矿物的详细研究，可以区分地球化学参数的环境起源和运移起源^[10]。

八、综合勘探技术

对深部油气勘探而言，更趋向于向多学科结合、综合应用的方向发展。如将地震勘探与重、磁勘探结合，或地震勘探与大地电磁勘探结合，非地震三维地球物理勘探与三维地震勘探技术结合等综合地球物理勘探方法，及近地表化探与地震资料的综合应用，都会极大的推动深部油气勘探。重、磁、电、化联合解释方法原理如图3所示

胡秋平等著.与我国渤海湾盆地深层类似的国外盆地石油地质特征研究.中国石油天然气集团公司信息研究所.1998.

目前，成果较为显著的是地震与大地电磁资料的结合，它们已成为深部油气勘探的有效方法

胡秋平等著.与我国渤海湾盆地深层类似的国外盆地石油地质特征研究.中国石油天然气集团公司信息研究所.1998.

中新世中期，匈牙利潘农盆地构造活动强烈，并伴有火山岩喷发。岩浆覆盖了基岩，逐渐形成相当厚的火山岩地层。火山岩大都能屏蔽和散射地震信号，常常导致地震资料品质较差。在这种情况下，MT测量能比地震测量更好地获得火山岩以下的信息。通过比较MT（博斯蒂克）和测井电阻率图，在2km上下的中新统火山岩处MT与测井电阻率均对应高阻，而火山岩以上地层均为低阻。这一现象表明，两种不同方法的测量结果相近。将MT测量结果按博斯蒂克电阻率分布的垂直拟断面形式显示（图4），可以清楚地圈定出高阻火成岩以下的低阻地层。在MT测站6上（图4），深度为4～5km处低阻带的电阻率值，与离该测站约3～4km处的KH井同一深度的测井电阻率值相近，MT的低阻层为白垩纪地层

胡秋平等著.与我国渤海湾盆地深层类似的国外盆地石油地质特征研究.中国石油天然气集团公司信息研究所.1998.

图3　重、磁、电、化联合解释方法流程图

图4　博斯蒂克电阻率分布横断面图

由此例可以看出，根据大地电磁测深（MT）横断面所示的地下构造形态及由此获得的地下电阻率（或电导率）的分布特性，结合地震资料，可确定地下岩性并判断其含油气性。此类研究为深部油气的勘探开辟了广阔的道路。

九、结束语

深层地质条件的复杂性，决定了勘探应避免使用单一方法和技术。充分利用各种勘探技术进行综合勘探，无疑是准确地获取深层地质信息的重要手段。

前苏联在滨里海盆地的勘探过程中，在遥感、重力、磁力、电法勘探的基础上，有计划地进行了大量的共深点法、折射波剖面对比法，并与深部参数井和普查钻探工作相结合，进行综合勘探较全面地了解深层地质结构，为目标评价和勘探决策提供了重要依据，取得了较好的效果。

胜利油区深层勘探程度较低，今后除了加强地震工作，改善和提高地震反射效果外，应该考虑对深层目标有选择地应用重力、磁力及电法等其他手段与地震相结合进行综合勘探，有望在深层获得新发现。

致谢　本文在完成过程中，得到地质科学研究院宋国奇总地质师、蔡进功副总地质师的指导与帮助，在研究过程中遇到的许多难点问题得到地质科学研究院的杨品荣、赵洪波、陈杰及地球物理勘探公司的郭良川高级工程师的热情指导，在此表示深深的谢意。

主要参考文献

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[3]Geoff Bennett.3D seismic refraction for deep exploration targets.The Leading Edge,1999,18(2).

[4]林中洋译.沉积盆地深部构造的快速三维地震勘探法.石油地质信息，1994,15(2).

[5]任俞编译.电法勘探圈划油气藏的新技术——差分标定法简介.国外油气勘探，1991,3(2).

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[10]刘斌等译.利用浅部地球化学标志预测Pricaspian盆地二叠系盐下烃类聚集.国外油气勘探，2000,12(3).