地球物理技術(shù)在深層油氣勘探中的創(chuàng)新與展望

孫龍德，方朝亮，撒利明，楊平，孫贊東

（1.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司；2.中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理公司）

地球物理技術(shù)在深層油氣勘探中的創(chuàng)新與展望

孫龍德1，方朝亮1，撒利明1，楊平2，孫贊東2

（1.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司；2.中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理公司）

系統(tǒng)研究全球深層油氣分布、儲(chǔ)量、產(chǎn)量等勘探開發(fā)現(xiàn)狀，總結(jié)中國(guó)陸上深層地球物理勘探技術(shù)研究進(jìn)展及勘探成效，并指出面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)與攻關(guān)方向。針對(duì)中國(guó)陸上深層油氣勘探，分析了現(xiàn)階段深層碎屑巖、碳酸鹽巖及火山巖勘探所面臨的低信噪比、低分辨率、低成像精度及低保真度等主要地球物理問題，明確了相應(yīng)的寬線大組合二維及寬方位高密度三維采集、各向異性疊前深度偏移及逆時(shí)偏移、復(fù)雜構(gòu)造建模及儲(chǔ)集層定量預(yù)測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)對(duì)策。在此基礎(chǔ)上，從深層復(fù)雜構(gòu)造成像與復(fù)雜儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)兩個(gè)方面分析得出，寬頻、保幅、高精度及信息綜合是陸上深層地球物理勘探的技術(shù)挑戰(zhàn)與攻關(guān)方向，并提出寬頻地震采集、復(fù)雜儲(chǔ)集層巖石物理建模、高精度疊前保幅成像、復(fù)雜儲(chǔ)集層綜合評(píng)價(jià)、非地震物探以及鉆井地震導(dǎo)向等技術(shù)的研究與應(yīng)用是未來深層地球物理技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。圖6參36

地球物理技術(shù)；深層油氣勘探；深層復(fù)雜構(gòu)造成像；深層復(fù)雜儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)

0 引言

“深層”一般指埋深為4 500～6 000 m的地層，埋深大于6 000 m為超深層[1-3]。由于深層油氣勘探開發(fā)具有高風(fēng)險(xiǎn)、高難度、高投入的特點(diǎn)[4-5]，對(duì)深層目標(biāo)的位置、規(guī)模及儲(chǔ)集層物性等進(jìn)行鉆前預(yù)測(cè)至關(guān)重要，因而對(duì)地球物理技術(shù)的精度要求及依賴程度更為突出。2000年以來深層油氣勘探取得的各項(xiàng)重大突破與成果，絕大多數(shù)與地震勘探技術(shù)的進(jìn)步密切相關(guān)[5-6]。本文在回顧、總結(jié)深層油氣勘探開發(fā)技術(shù)及成果的基礎(chǔ)上，深入分析深層油氣勘探開發(fā)所面臨的地球物理勘探技術(shù)挑戰(zhàn)，指出了未來深層地球物理勘探技術(shù)發(fā)展的方向和目標(biāo)。

1 深層油氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀

1.1 全球深層油氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀

深層油氣勘探可追溯至20世紀(jì)50年代[7]。1956年，在美國(guó)阿納達(dá)科盆地Carter-Knox氣田中奧陶統(tǒng)Simpson群碳酸鹽巖（埋深4 663 m）內(nèi)發(fā)現(xiàn)了世界上第一個(gè)深層氣藏[8]。之后，伴隨著深層鉆井和完井等技術(shù)的突破，油氣勘探向超深層、特超深層（埋深超過

9 000 m）領(lǐng)域邁進(jìn)[3,9]。目前全球已發(fā)現(xiàn)的最深的海上砂巖油氣田是美國(guó)墨西哥灣的Kaskida油氣田：從海平面算起，目的層埋深達(dá)9 146 m，可采儲(chǔ)量（油當(dāng)量）近1×108t[2,10]。

全球深層油氣勘探已經(jīng)取得許多重要成果[2,5-7,10]。白國(guó)平等以全球深層油氣藏的最新資料為基礎(chǔ)，系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析了全球深層油氣分布特征[7]。在全球（不包括美國(guó)本土48州）349個(gè)含油氣盆地中，有87個(gè)盆地發(fā)現(xiàn)了1 595個(gè)埋深大于4 500 m的深層油氣藏[7]。石油、天然氣和凝析油探明和控制（2P）可采儲(chǔ)量分別為5 755×106t、10.08×1012m3和1 383×106t，合計(jì)152.38× 108t油當(dāng)量，分別占深層油氣2P總可采儲(chǔ)量的37.8%、53.1%和9.1%[7]。這些深層油氣儲(chǔ)量的分布特征是：從地域上看，北美發(fā)現(xiàn)最多，中東和中、南美洲次之，2P可采油氣儲(chǔ)量分別占全球的25.1%、22.4%和19.9%[7]，其中北美是深層石油最富集的地區(qū)，中東是深層天然氣和凝析油發(fā)現(xiàn)最多的地區(qū)[7]；從盆地類型上看，被動(dòng)陸緣盆地和前陸盆地是深層油氣最富集的盆地，其深層油氣儲(chǔ)量分別占全球總量的47.7%和46.4%[7]；從圈閉類型看，構(gòu)造圈閉富集了全球深層油氣儲(chǔ)量的73.7%，是深層油氣最重要的圈閉類型[7]；從儲(chǔ)集層巖性上看，全球深層油氣儲(chǔ)量的63.3%分布于碎屑巖儲(chǔ)集層，35.0%儲(chǔ)于碳酸鹽巖，其余的1.7%儲(chǔ)于巖漿巖和變質(zhì)巖[7]；從深度上看，全球深層油氣2P可采儲(chǔ)量的86.6%分布于埋深4 500～6 000 m的儲(chǔ)集層中，已發(fā)現(xiàn)埋深大于7 500 m的油氣2P可采儲(chǔ)量?jī)H占全球總量的3.3%[7]；從層系上看，深層油氣主要富集于5套儲(chǔ)集層系：新近系（占全球總量的22.3%）、上古生界（22.2%）、白堊系（18.3%）、古近系（12.8%）和侏羅系（12.8%），與中、淺層油氣類似[7]。目前全球在4 000 m以深發(fā)現(xiàn)了30多個(gè)大油氣田（大油田標(biāo)準(zhǔn)：石油可采儲(chǔ)量大于6 850×104t；大氣田標(biāo)準(zhǔn)：天然氣可采儲(chǔ)量大于850×108m3），其中，在6 000 m以深發(fā)現(xiàn)75個(gè)工業(yè)油氣藏（截至2002年）[10]。2008年以來，在中國(guó)塔里木、四川、渤海灣等盆地發(fā)現(xiàn)了5個(gè)埋深大于6 000 m的工業(yè)油氣藏/區(qū)（庫(kù)車、塔北、塔中、元壩和牛東）。

在深層油氣開發(fā)方面，目前全球已開發(fā)了1 000多個(gè)埋深在4 500～8 103 m的油氣田[2]。2010年深層石油產(chǎn)量為1.21×108t，天然氣產(chǎn)量為1 054×108m3[11]。其中，美國(guó)灣岸盆地Augur油田是世界上（不包括中國(guó)）已開發(fā)的最深油藏（埋深6 511～6 540 m）[2]。美國(guó)西內(nèi)盆地阿納達(dá)科凹陷Mills Ranch氣田是世界上已開發(fā)的最深氣藏（埋深7 663～8 103 m）[2]。

圖1 全球深層油氣勘探成果統(tǒng)計(jì)

理論與技術(shù)進(jìn)步是推動(dòng)深層油氣勘探開發(fā)不斷發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。根?jù)Wood Mackenzie[11]提供的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，深層油氣發(fā)現(xiàn)呈現(xiàn)出明顯的階段性（見圖1）：1975年之前僅有零星發(fā)現(xiàn)，1975—2000年每年均有少量發(fā)現(xiàn)，2000年之后每年則有較多發(fā)現(xiàn)。這種階段性與理論及技術(shù)的發(fā)展期相對(duì)應(yīng)。以地震技術(shù)為例：1975年以前主要以二維地震為主，1975—2000年主要利用常規(guī)三維地震進(jìn)行勘探，而在2000年之后，則主要采用高精度三維地震。地震技術(shù)的每一次變革，都促進(jìn)了深層油氣勘探的突破，而且對(duì)超深層油氣勘探的支撐作用更為突出。據(jù)IHS（Information Handling Services）統(tǒng)計(jì)，1972—2008年全球共發(fā)現(xiàn)埋深大于6 000 m的

油氣藏156個(gè)，其中2000—2008年發(fā)現(xiàn)105個(gè)，占總發(fā)現(xiàn)數(shù)的66.5%[9]，與2000年以來寬方位地震、高密度三維地震等技術(shù)的飛速發(fā)展密不可分[1-2]。

1.2 中國(guó)陸上深層油氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀

中國(guó)國(guó)內(nèi)目前普遍采用4 500 m和6 000 m作為深層和超深層的界定標(biāo)準(zhǔn)[2,7]。東部深層一般指4 500 m以深，而西部深層一般指6 000 m以深。相對(duì)于國(guó)外已發(fā)現(xiàn)的深層油氣田，中國(guó)的深層油氣田往往具有更加復(fù)雜的地表?xiàng)l件、構(gòu)造特征及儲(chǔ)集層特征，勘探開發(fā)難度更大[10]。中國(guó)深層石油與天然氣地質(zhì)資源量分別是304×108t與29.12×1012m3，探明率分別為8.9%和8.6%[12]，剩余資源量巨大、勘探前景廣闊。同時(shí)，由于中國(guó)特殊的地質(zhì)條件，深層油氣，特別是深層天然氣在總資源量中所占的比重更大（油、氣分別為28%和52%），資源地位更加突出[12]。

從鉆探情況看，塔里木油田勘探平均井深已連續(xù)5年（2008—2013年）超過6 000 m，且在2011年突破了8 000 m深度關(guān)口（克深7井，井深8 023 m）[2]。東部盆地勘探井深也在2011年突破6 000 m（牛東1井，井深6 027 m）[12]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)近10年來完鉆井深大于7 000 m的井有22口，其中2006年以來完鉆19口，占86%[2]。目前國(guó)內(nèi)鉆探最深的井是塔深1井（2006年），完鉆井深8 408 m，地層溫度為175～180 ℃，在8 000 m左右發(fā)現(xiàn)可動(dòng)油，產(chǎn)微量氣，取心證實(shí)深層發(fā)育溶蝕孔洞，儲(chǔ)集層物性較好[2]。最深的工業(yè)氣流井是塔里木盆地庫(kù)車坳陷的博孜1井，在7 014～7 084 m井段用5 mm油嘴，在64 MPa油壓條件下獲得日產(chǎn)氣251×104m3高產(chǎn)氣流，屬于典型的碎屑巖凝析氣藏。最深的工業(yè)油流井是塔里木盆地的托普39井，6 950～7 110 m井段日產(chǎn)油95 t、氣1.2×104m3[2]，屬巖溶型碳酸鹽巖油氣藏。相較20世紀(jì)，中國(guó)陸上油氣勘探深度整體下延1 500～2 000 m，可見深層已成為中國(guó)陸上油氣勘探的重大接替領(lǐng)域[2]。

與國(guó)外相比，中國(guó)陸上深層油氣勘探難度更大[13]。以四川盆地中部（川中）深層白云巖勘探為例，1964年10月，威基1井發(fā)現(xiàn)了震旦系燈影組氣層，并由此發(fā)現(xiàn)威遠(yuǎn)大氣田[13]。此后經(jīng)過50多年的探索，一直未能突破。直到近年，在地質(zhì)認(rèn)識(shí)不斷深化、地震資料品質(zhì)不斷提高、鉆井等工程技術(shù)不斷進(jìn)步的基礎(chǔ)上[14]，才取得2011年高石1井（井深5 841 m）、2012年磨溪8井（井深5 920 m）等的連續(xù)突破，發(fā)現(xiàn)川中震旦系—寒武系超萬(wàn)億立方米的大型整裝氣田[14]。其他如塔里木盆地庫(kù)車前陸沖斷帶碎屑巖[15]、臺(tái)盆區(qū)碳酸鹽巖[16-17]、松遼盆地深層火山巖[18]等油氣田的發(fā)現(xiàn)與其類似。由此可見，理論與技術(shù)進(jìn)步是陸上深層油氣業(yè)務(wù)快速發(fā)展的關(guān)鍵，尤其地球物理技術(shù)關(guān)系深層油氣勘探開發(fā)的成敗[19]，在深層目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)與評(píng)價(jià)過程中具有不可替代的作用。

2 中國(guó)陸上深層油氣地球物理勘探技術(shù)進(jìn)展及勘探成效

從碎屑巖、碳酸鹽巖、火山巖三大領(lǐng)域?qū)χ袊?guó)陸上深層地球物理勘探的主要技術(shù)進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)分析。

2.1 深層碎屑巖儲(chǔ)集層

深層碎屑巖儲(chǔ)集層的重點(diǎn)勘探區(qū)域主要包括塔里木、準(zhǔn)噶爾、渤海灣及松遼盆地等。

塔里木盆地庫(kù)車鹽下構(gòu)造發(fā)育于天山山前沖斷帶，主要勘探難點(diǎn)表現(xiàn)在：①地表起伏大，激發(fā)接收條件差，干擾波發(fā)育；②地下斷裂發(fā)育、斷塊眾多，地層產(chǎn)狀變化大且高陡地層發(fā)育，地震波場(chǎng)極其復(fù)雜。由此可見，資料信噪比低、成像精度低、圈閉落實(shí)難是庫(kù)車鹽下構(gòu)造勘探的主要問題[15,20]。針對(duì)性的關(guān)鍵技術(shù)對(duì)策為：①采用寬線大組合及山地寬方位三維采集技術(shù)提高原始資料信噪比；②采用基于起伏地表的各向異性疊前深度偏移提高偏移精度；③采用復(fù)雜構(gòu)造綜合建模技術(shù)及變速成圖技術(shù)提高構(gòu)造解釋精度。

通過上述采集、處理技術(shù)攻關(guān)，深層復(fù)雜構(gòu)造的成像精度、資料信噪比明顯提高，可解釋性大幅改善（見圖2），平均深度誤差也降低到2%以內(nèi)（2008年以前為5%），為高效、快速推動(dòng)庫(kù)車地區(qū)油氣勘探提供了強(qiáng)有力的地球物理勘探技術(shù)支持[15]。

準(zhǔn)噶爾盆地及東部碎屑巖探區(qū)的地表?xiàng)l件都相對(duì)較好，資料信噪比相對(duì)較高，地震勘探的重點(diǎn)是提高資料分辨率和保真度，以增強(qiáng)對(duì)地層-巖性圈閉的識(shí)別、預(yù)測(cè)能力。對(duì)于斷塊油氣藏，還要注重提高斷塊成像精度。以渤海灣盆地歧口凹陷斜坡區(qū)致密砂巖油為例，目的層古近系沙河街組沙一下亞段—沙三段埋深4 000 m以上，儲(chǔ)集層為泥巖背景下的多套薄層砂體[21-22]。主要勘探難點(diǎn)表現(xiàn)在：①砂體厚度較薄、物性偏差，且縱、橫向快速變化，保幅處理、砂體識(shí)別及物性預(yù)測(cè)困難；②張性斷裂發(fā)育，地層破碎嚴(yán)重，斷塊準(zhǔn)確成像及解釋難度大；③裂縫預(yù)測(cè)及含油氣性檢測(cè)困難。針對(duì)性的關(guān)鍵技術(shù)對(duì)策為：①以提高分辨率和保真處理為核心，采用保真去噪、井控反褶積、疊前各向異性深度偏移等技術(shù)提高資料品質(zhì)；②通過相控薄層預(yù)測(cè)、各向異性檢測(cè)、疊前反演等技術(shù)進(jìn)行儲(chǔ)集層識(shí)別、裂縫預(yù)測(cè)及油氣檢測(cè)；③通過精細(xì)地層對(duì)比、精細(xì)構(gòu)造解釋、精細(xì)沉積儲(chǔ)集層研究、精細(xì)油

藏分析[22]，以滿足富油氣凹陷精細(xì)勘探需求。應(yīng)用上述技術(shù)，先后在歧北斜坡、埕海斷坡、濱海斷鼻及斜坡發(fā)現(xiàn)3個(gè)億噸級(jí)油氣規(guī)模儲(chǔ)量區(qū)。

圖2 塔里木盆地過博孜1井新老地震剖面對(duì)比

2.2 深層碳酸鹽巖儲(chǔ)集層

深層碳酸鹽巖儲(chǔ)集層的重點(diǎn)勘探區(qū)域包括塔里木盆地、鄂爾多斯盆地、四川盆地及渤海灣盆地等，本文以塔里木盆地和四川盆地為例進(jìn)行分析。

塔里木盆地奧陶系、寒武系巖溶型碳酸鹽巖的主要勘探難點(diǎn)表現(xiàn)在：①縫洞儲(chǔ)集體埋藏深、尺度?。▎蝹€(gè)縫洞體面積一般小于0.02 km2）、非均質(zhì)性強(qiáng)，對(duì)成像精度及保幅性要求極高；②縫洞型儲(chǔ)集層是大油氣區(qū)形成與富集的關(guān)鍵，是制約油氣產(chǎn)能的主控因素[23]，需要高精度儲(chǔ)集層、裂縫及油氣預(yù)測(cè)才能落實(shí)高效井。據(jù)此提出了以全方位高密度地震采集、疊前保幅深度偏移以及縫洞儲(chǔ)集層量化描述為核心的一體化地震勘探技術(shù)對(duì)策?；诟咂焚|(zhì)地震資料（見圖3），通過落實(shí)縫洞體儲(chǔ)集空間的大小、縫洞體連通關(guān)系以及縫洞體的含油氣性等關(guān)鍵問題，劃分并優(yōu)選含油氣規(guī)模較大的縫洞單元作為鉆探目標(biāo)。通過應(yīng)用這套技術(shù)，哈拉哈塘地區(qū)的高效井比例成功提高了10%以上[23]。

圖3 塔里木盆地哈6井區(qū)寬方位與全方位三維相干屬性圖對(duì)比[23]（橫縱比為地震排列橫向?qū)挾扰c縱向長(zhǎng)度之比）

四川盆地川中地區(qū)震旦系—寒武系白云巖儲(chǔ)集層在歷經(jīng)50多年的探索后，近年來獲得了重大突破[14]。以寒武系龍王廟組勘探為例，該套儲(chǔ)集層主要為顆粒灘相孔隙型儲(chǔ)集層，局部疊加了加里東期巖溶作用形成的孔洞型儲(chǔ)集層，儲(chǔ)集層分布對(duì)氣藏具有重要的控制作用[14,24]。其勘探難點(diǎn)主要表現(xiàn)在：①地層埋藏深、地震反射波能量弱，保幅成像難度大；②儲(chǔ)集層與非儲(chǔ)集層的反射特征差異小、臺(tái)緣斜坡反射特征不明顯，造成儲(chǔ)集層識(shí)別與預(yù)測(cè)困難、臺(tái)緣礁灘相地貌刻畫困難。在地質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，形成了“占灘相、疊巖溶、找亮點(diǎn)、套圈閉”的綜合預(yù)測(cè)思路[25]，并取得以下技術(shù)創(chuàng)新[14]：①形成超深層低幅度碳酸鹽巖“兩寬一小”（寬方位、寬頻、小面元）數(shù)字地震采集技術(shù)，使資料優(yōu)勢(shì)頻帶增至10～70 Hz，信噪比明顯提高；②形成超深層碳酸鹽巖地震保幅處理技術(shù)系列，使構(gòu)造圖解釋精度大幅提高，相對(duì)誤差小于1%；③形成深層碳酸鹽巖高分辨率地震儲(chǔ)集層定量預(yù)測(cè)技術(shù)，使儲(chǔ)集層厚度、孔隙度及含氣性預(yù)測(cè)的總體符合率達(dá)85%。

2.3 深層火山巖儲(chǔ)集層

深層火山巖儲(chǔ)集層的重點(diǎn)勘探區(qū)域包括準(zhǔn)噶爾及三塘湖盆地石炭-二疊系火山巖、松遼盆地侏羅系—白堊系火山巖以及渤海灣盆地侏羅系—古近系火山巖等。

當(dāng)前深層火山巖勘探難點(diǎn)主要表現(xiàn)在：①火山巖地質(zhì)成因和儲(chǔ)集層形成機(jī)制復(fù)雜，不同巖性、速度的地層相互穿插，導(dǎo)致波場(chǎng)復(fù)雜，信噪比極低；②火山機(jī)構(gòu)形態(tài)復(fù)雜多樣，儲(chǔ)集層物性橫向變化大，導(dǎo)致勘探目標(biāo)識(shí)別與儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)難，制約了對(duì)火山巖裂縫、孔洞等儲(chǔ)集空間的預(yù)測(cè)[1,26]。針對(duì)上述問題，通過優(yōu)化采集參數(shù)，形成以“小道距、長(zhǎng)排列、高覆蓋、寬線”為特征的高精度火山巖儲(chǔ)集層地震采集技術(shù)，有效提高了深層反射信號(hào)能量與信噪比；通過強(qiáng)化疊前保幅處理，應(yīng)用火山巖速度建模和各向異性疊前深度偏移等技術(shù)，改善地震成像質(zhì)量，清晰揭示了地層結(jié)構(gòu)和斷裂特征（見圖4）；解釋方面則形成了“四步法”儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)技術(shù)[26-27]，提高了預(yù)測(cè)精度，推動(dòng)了火山巖勘探。目前，松遼盆地徐深和長(zhǎng)深氣田、準(zhǔn)噶爾盆地克拉美麗氣田、三塘湖盆地牛東油田等火山巖油氣田已順利投產(chǎn)，火山巖油氣藏已成為中國(guó)油氣增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要領(lǐng)域。

2.4 中國(guó)陸上深層油氣勘探成效

2005年以來，中國(guó)石油在深層碎屑巖、碳酸鹽巖、火山巖3大領(lǐng)域獲得10個(gè)規(guī)模發(fā)現(xiàn)[1]，包括塔里木盆地塔北、塔中等海相碳酸鹽巖大油氣區(qū)，塔里木盆地庫(kù)車鹽下大北、克深等陸相碎屑巖大氣田，四川盆地龍崗、磨溪—高石梯等碳酸鹽巖大氣田，以及鄂爾多斯、渤海灣、松遼等盆地發(fā)現(xiàn)的深層油氣田。形成了2個(gè)儲(chǔ)量規(guī)模超5×108t的油區(qū)、4個(gè)儲(chǔ)量規(guī)模超1 000× 108m3的天然氣區(qū)，共探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量13.3×108t，天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量為1.98×1012m3[1]。以塔里木盆地庫(kù)車鹽下構(gòu)造與川中地區(qū)白云巖為例，簡(jiǎn)述中國(guó)陸上深層油氣勘探開發(fā)成效。

塔里木盆地庫(kù)車地區(qū)在發(fā)現(xiàn)克拉2（1998年）、迪那2氣田（2001年）之后，深層復(fù)雜構(gòu)造勘探進(jìn)入了低谷。面臨地質(zhì)認(rèn)識(shí)不清、圈閉落實(shí)困難（見圖5a）、技術(shù)儲(chǔ)備不足等困境，先后有近10口井失利或未見大突破[15]。2005年起，庫(kù)車地區(qū)開始新一輪地震技術(shù)攻關(guān)，通過寬線大組合二維以及山地寬方位三維勘探，資料品質(zhì)得到明顯提升。2006年，通過寬線大組合技

術(shù)落實(shí)克深2號(hào)構(gòu)造。2008年，克深2井獲日產(chǎn)天然氣46×104m3，為庫(kù)車鹽下深層油氣的首個(gè)重大突破。通過上述新技術(shù)的應(yīng)用，相繼發(fā)現(xiàn)和落實(shí)了克深5、博孜1、阿瓦3等多個(gè)圈閉，均獲得油氣突破。大北、克深氣田的評(píng)價(jià)開發(fā)工作也順利展開?；谏鲜龀晒?，庫(kù)車地區(qū)鹽下深層“南北成帶、東西分段”的構(gòu)造分布格局基本明確，即庫(kù)車鹽下構(gòu)造從東到西連續(xù)分布，南北向上以區(qū)域大斷層為界分為4～9個(gè)構(gòu)造條帶，東西向上按照構(gòu)造樣式分為5個(gè)區(qū)段（見圖5b）。截至2013年，庫(kù)車鹽下深層共發(fā)現(xiàn)圈閉53個(gè)，落實(shí)資源量48.1×108t油當(dāng)量，其中33個(gè)圈閉和36.4×108t資源量發(fā)現(xiàn)并落實(shí)于2010年以來，與地震技術(shù)發(fā)展同步。

圖4 松遼盆地過徐深1井疊后時(shí)間偏移與疊前深度偏移轉(zhuǎn)時(shí)間域剖面對(duì)比

川中地區(qū)震旦系—寒武系白云巖的勘探同樣充滿艱辛[14]。高石1井是在2006年地震處理解釋技術(shù)攻關(guān)基礎(chǔ)上確定的風(fēng)險(xiǎn)探井，是1964年發(fā)現(xiàn)威遠(yuǎn)氣田之后，四川盆地深層白云巖47年來的首個(gè)突破井。2011年7月，高石1井在震旦系燈影組獲日產(chǎn)天然氣102.14×104m3，發(fā)現(xiàn)磨溪—高石梯特大型整裝天然氣田，成為目前中國(guó)深層碳酸鹽巖勘探的最重大突破。高石1井突破之后，在磨溪—高石梯地區(qū)先后部署實(shí)施了2 540 km2的三維地震[14]，開展地震采集、處理及解釋技術(shù)一體化攻關(guān)。通過“兩寬一小”高精度三維采集，疊前波動(dòng)方程深度偏移等技術(shù)的應(yīng)用，資料品質(zhì)大幅提高，為地層研究、構(gòu)造描述及儲(chǔ)集層和流體預(yù)測(cè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)（見圖6）。

基于老地震資料，燈影組頂面與燈三段底面之間

是近等厚沉積（見圖6a），在新地震資料解釋剖面上，燈影組頂與燈三段底之間存在明顯的陡傾角反射（見圖6b），這正是臺(tái)地相到盆地相之間的斜坡相地層反射。按照該認(rèn)識(shí)，地震解釋重點(diǎn)由落實(shí)構(gòu)造變?yōu)槁鋵?shí)臺(tái)緣相帶，與儲(chǔ)集層、裂縫、油氣預(yù)測(cè)相結(jié)合，圈定臺(tái)緣礁灘相有利區(qū)和靶點(diǎn)。后續(xù)的地質(zhì)研究和鉆井（高石17井）證實(shí)，磨溪—高石梯構(gòu)造與威遠(yuǎn)—資陽(yáng)隆起之間存在“德陽(yáng)—安岳”克拉通內(nèi)裂陷。裂陷內(nèi)部沉積了較厚的寒武系麥地坪組和筇竹寺組，兩側(cè)為鑲邊臺(tái)地，發(fā)育燈四段優(yōu)質(zhì)灘相儲(chǔ)集層[14]。該認(rèn)識(shí)提升了燈影組勘探潛力，拓展了燈影組的勘探范圍。

截至2014年6月，磨溪—高石梯地區(qū)共實(shí)施探井48口，其中完試井27口，獲工業(yè)氣流井23口，探井綜合成功率85%。目前整體控制古隆起東段震旦系含氣面積7 500 km2，初步預(yù)測(cè)震旦系—寒武系天然氣總資源量約達(dá)5×1012m3，已探明天然氣儲(chǔ)量近4 404×108m3[14]。

圖5 塔里木盆地庫(kù)車地區(qū)鹽下深層圈閉儲(chǔ)備簡(jiǎn)圖對(duì)比

3 陸上深層油氣地球物理勘探技術(shù)挑戰(zhàn)與攻關(guān)方向

3.1 深層復(fù)雜構(gòu)造成像

深層復(fù)雜構(gòu)造成像問題是指以落實(shí)深層目標(biāo)的構(gòu)造形態(tài)及分布規(guī)律、描述斷裂展布特征及不同斷塊的組合關(guān)系等為首要目標(biāo)的問題。前陸沖斷帶復(fù)雜構(gòu)造，碳酸鹽巖、碎屑巖及火山巖等各類潛山，以及臺(tái)地邊緣的礁灘相地層勘探等均面臨此類問題。這些目標(biāo)的儲(chǔ)集層條件一般相對(duì)較好，圈閉的完整性是控制油氣聚集的主要因素，因此“構(gòu)造成像清晰，偏移歸位準(zhǔn)確”成為深層復(fù)雜構(gòu)造勘探最基本也是最重要的要求。地震勘探所面臨的主要問題如下。

①“弱信號(hào)+強(qiáng)干擾”導(dǎo)致的地震資料低信噪比問題。對(duì)于所有深層目標(biāo)而言，由于地震波在長(zhǎng)距離傳播過程中的擴(kuò)散、吸收、衰減作用，有效信號(hào)的能量總體來說很弱，而深層復(fù)雜構(gòu)造目標(biāo)往往具有惡劣的地表?xiàng)l件和/或復(fù)雜的地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)（鹽丘、斷塊等），導(dǎo)致各種干擾波發(fā)育且能量較強(qiáng)。在這種“弱信號(hào)+強(qiáng)干擾”的雙重影響下，目的層地震資料信噪比往往非常低，甚至難以正確識(shí)別層位。庫(kù)車地區(qū)克拉4井經(jīng)3次加深未能鉆遇目的層就是典型實(shí)例[15]，川中磨溪—高石梯地區(qū)臺(tái)緣斜坡的解釋[14]，渤海灣盆地牛東1井超深潛山高溫油氣藏的發(fā)現(xiàn)[28]均經(jīng)歷過類似困難。

采集技術(shù)的創(chuàng)新從根本上解決了地震資料低信噪比的問題，大噸位低頻可控震源是增強(qiáng)深層反射能量的有效手段，對(duì)提高速度建模及全波形反演（FWI）精度也具有重要意義[29-30]。低頻數(shù)字檢波器可最大限度地記錄全低頻信號(hào)，采用長(zhǎng)排列甚至超長(zhǎng)排列進(jìn)行資

料采集，可避開淺層速度異常體的屏蔽作用，有利于提高目的層有效信號(hào)能量。

②速度橫向劇烈變化引起的地震資料成像不準(zhǔn)確問題。無論是起伏地表還是復(fù)雜蓋層，對(duì)目的層成像精度的影響均源于其速度的橫向變化。以庫(kù)車地區(qū)為例：其地表相對(duì)高差超過1 000 m，地震波傳播速度為350～4 200 m/s。由于地表的劇烈起伏和高速地層的出露，遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離了常規(guī)偏移技術(shù)的“地表一致性”假設(shè)條件，造成反射記錄嚴(yán)重畸變且偏離雙曲線，靜校正量因?yàn)榉瓷洳ǚ谴怪背錾涠弧办o”（同一點(diǎn)的靜校正量不固定），最終導(dǎo)致基于“基準(zhǔn)面靜校正”的傳統(tǒng)偏移技術(shù)精度大幅降低[20]。同時(shí)，其目的層上覆蓋層為巖性、厚度均橫向劇烈變化的膏鹽巖，膏鹽巖之上為局部劇烈抬升的高陡碎屑巖地層，遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離了“層狀水平介質(zhì)”假設(shè)，導(dǎo)致常規(guī)偏移技術(shù)失效。成像不準(zhǔn)導(dǎo)致早期勘探中常見的“高點(diǎn)帶彈簧，圈閉帶轱轆”現(xiàn)象[15]出現(xiàn)，嚴(yán)重制約了深層油氣勘探。

圖6 四川盆地磨溪—高石梯地區(qū)新老地震資料及解釋方案對(duì)比

盡管隨著起伏地表偏移、各向異性偏移、逆時(shí)偏移（RTM）乃至全波形反演（FWI）技術(shù)的出現(xiàn)，上述問題都得到了一定程度的改善[31]，使構(gòu)造形態(tài)、斷面反射、鹽丘邊界、潛山地貌等刻畫更加清晰，信噪比也有一定程度的提高。但事實(shí)上，這些高精度算法對(duì)原始地震資料的頻段及信噪比、速度模型的精度及運(yùn)算效率等方面的要求極高，從而制約了其優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。庫(kù)車地區(qū)勘探實(shí)踐表明，通過物探與地質(zhì)的結(jié)合、地震與重磁電技術(shù)的結(jié)合，可提高速度模型精度。

3.2 深層復(fù)雜儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)

深層復(fù)雜儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)是指深層儲(chǔ)集層的形態(tài)刻畫、物性及含油氣性預(yù)測(cè)以及封堵條件分析。中國(guó)陸上絕大多數(shù)灰?guī)r及白云巖油氣藏、碎屑巖地層及巖性圈閉油氣藏、火山巖及變質(zhì)巖油氣藏等都屬于此類目標(biāo)，雖然其一般具有較好的油氣源及蓋層條件，但儲(chǔ)集層非均質(zhì)性強(qiáng)、油氣水關(guān)系復(fù)雜制約了其勘探進(jìn)程與開發(fā)效益。深層復(fù)雜儲(chǔ)集層研究要求做到“儲(chǔ)集層

表征準(zhǔn)確，流體預(yù)測(cè)可靠，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估充分”。地震勘探所面臨的主要問題如下。

①各種采集處理因素導(dǎo)致的地震資料不保幅問題?！氨７卑ㄆ破拭娴南鄬?duì)振幅保持、偏移距道集的AVO關(guān)系保持以及方位角道集的各向異性關(guān)系（AVOZ）保持。對(duì)儲(chǔ)集層、流體及裂縫研究而言，“保幅”是對(duì)資料最基本和最迫切的需求[32-33]。然而，在資料采集和處理過程中，由于觀測(cè)方式、噪音壓制、振幅補(bǔ)償?shù)纫蛩氐挠绊懀茈y實(shí)現(xiàn)全面的真振幅恢復(fù)[33]。

要解決上述問題，采集上需盡可能實(shí)現(xiàn)連續(xù)、均勻、對(duì)稱、無假頻采樣，為后期疊前偏移提供更好的基礎(chǔ)資料?！皟蓪捯桓撸▽掝l、寬方位、高覆蓋）”采集、寬頻數(shù)字檢波器接收等均有利于實(shí)現(xiàn)保幅處理[34]。處理上除了要避免采用改變振幅相對(duì)關(guān)系的流程外，還需發(fā)展全波形反演、局部角度域偏移等前沿技術(shù)，通過高精度的算法實(shí)現(xiàn)保幅處理。

②深埋及高頻吸收帶來的地震資料低分辨率問題。除了薄儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)需要不斷提高地震資料的縱向分辨率外，小尺度儲(chǔ)集體（如塔里木盆地巖溶縫洞體）、巖性異常體、地層尖滅線等描述也需要地震資料具有更高的橫向分辨率，因此必須從信號(hào)激發(fā)、接收以及資料處理入手提高分辨率。寬頻震源、全頻段數(shù)字檢波器、寬頻帶逆時(shí)偏移等采集、處理技術(shù)是近期較為現(xiàn)實(shí)的攻關(guān)方向。其他如井間地震、橫波勘探等技術(shù)也是提高分辨率的有效手段，可作為中長(zhǎng)期目標(biāo)進(jìn)行實(shí)用性攻關(guān)。

③復(fù)雜油藏環(huán)境引起的綜合評(píng)價(jià)問題。復(fù)雜儲(chǔ)集層綜合評(píng)價(jià)的重點(diǎn)是發(fā)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層，與非常規(guī)油氣勘探中發(fā)現(xiàn)“甜點(diǎn)”的工作類似。但與頁(yè)巖等非常規(guī)儲(chǔ)集層不同的是，這些深埋儲(chǔ)集層的油藏環(huán)境更為復(fù)雜，油氣富集條件更為苛刻，因而獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)油氣流的難度更大。

以塔里木盆地碳酸鹽巖巖溶儲(chǔ)集層為例，為了獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)井，不僅要發(fā)現(xiàn)和準(zhǔn)確定位“串珠狀”反射，更需落實(shí)其上部的蓋層條件、底部與含水層的連通情況、周緣的裂縫發(fā)育情況及與其他縫洞體的連通關(guān)系，以及自身的位置、體積、物性、含油氣性等問題。因此在資料解釋過程中，從宏觀的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及沉積環(huán)境分析，到局部的斷裂系統(tǒng)、古地貌、古水系、風(fēng)化淋濾、熱液溶蝕等作用的研究，再具體到儲(chǔ)集層位置、規(guī)模、物性、泥質(zhì)充填程度、相互連通性，以及裂縫、含油氣性等方面的評(píng)價(jià)，都缺一不可，且必須保證其精細(xì)度與可靠性[23]。然后需要在上述精細(xì)研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行多維信息融合分析，最終優(yōu)選出最有利的井點(diǎn)和最佳的井型，并在鉆井過程中根據(jù)最新鉆井信息對(duì)構(gòu)造、儲(chǔ)集層的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行修正，實(shí)時(shí)調(diào)整鉆井方案[35]，以確保準(zhǔn)確命中靶點(diǎn)。

因此，深層復(fù)雜儲(chǔ)集層綜合評(píng)價(jià)要向“疊前、多維、融合、一體化”方向發(fā)展?！隘B前”既包括AVO，也包括AVOZ；“多維”除了包括時(shí)移地震（四維），還包括三維數(shù)據(jù)體發(fā)展為五維數(shù)據(jù)體（X、Y、Z、方位角與偏移距，其中X、Y、Z為三維坐標(biāo)）；“融合”是不同地震屬性的深度結(jié)合，一般需要通過三維可視化、圖像處理等技術(shù)實(shí)現(xiàn)；“一體化”則是指多學(xué)科的結(jié)合，包括地震地質(zhì)一體化、地震非地震一體化、地震與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)一體化等。微地震技術(shù)目前已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域取得了成功的應(yīng)用實(shí)例[36]。微地震與常規(guī)地震的結(jié)合可以對(duì)裂縫、溶洞等進(jìn)行更加準(zhǔn)確的標(biāo)定，有望成為精細(xì)儲(chǔ)集層研究的重要手段之一。

通過上述技術(shù)攻關(guān)，有望實(shí)現(xiàn)陸上深層地球物理勘探技術(shù)的進(jìn)一步跨越。在中國(guó)力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)：①拓寬原始資料頻帶，東部地區(qū)拓寬12 Hz左右，西部地區(qū)拓寬8 Hz左右；②提高復(fù)雜構(gòu)造成像精度，構(gòu)造深度預(yù)測(cè)誤差小于2%，鉆井成功率提高到65%以上；③提高儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)精度，使碎屑巖巖性圈閉落實(shí)成功率提高到85%以上，碳酸鹽巖縫洞儲(chǔ)集層及火山巖儲(chǔ)集層的鉆遇率達(dá)90%以上，含油氣性預(yù)測(cè)吻合率達(dá)85%以上；④提高薄層及小斷塊的識(shí)別能力，東部可識(shí)別厚度為2 m以上的砂體，西部5 m以上，斷塊油氣藏發(fā)育區(qū)能夠識(shí)別斷距5 m以上的斷層。在國(guó)外陸上深層探區(qū)，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)指標(biāo)提高10%以上。

4 結(jié)論

中國(guó)深層油氣資源在油氣總資源量中占較大比例，勘探開發(fā)潛力巨大，目前已進(jìn)入發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。深層油氣資源勘探的重要性與復(fù)雜性促進(jìn)了相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，提高了中國(guó)深層油氣地球物理技術(shù)的先進(jìn)性。2005年以來，中國(guó)深層油氣地球物理技術(shù)攻關(guān)取得了豐碩成果，有效解決了中國(guó)陸上深層油氣勘探的關(guān)鍵問題，推動(dòng)了油氣勘探的大發(fā)現(xiàn)與開發(fā)生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

面對(duì)更高的精度要求，深層地球物理技術(shù)應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展以下6方面的技術(shù)：

①寬頻數(shù)字化地震采集技術(shù)。具體包括低畸變、寬頻高精度可控震源，全頻段數(shù)字檢波器，50萬(wàn)道以上全數(shù)字地震儀，開放式采集軟件系統(tǒng)等。

②復(fù)雜儲(chǔ)集層巖石物理建模技術(shù)。需建立碳酸鹽

巖、火山巖以及致密砂巖等復(fù)雜儲(chǔ)集層的巖石物理模型，結(jié)合頻散分析，形成高精度建模軟件。

③高精度保幅成像技術(shù)。重點(diǎn)發(fā)展RTM、FWI、LAD（Local Angle Domain）偏移等高精度疊前偏移技術(shù)，以及與之配套的去噪技術(shù)、真振幅恢復(fù)技術(shù)、高精度速度建模技術(shù)等。

④復(fù)雜儲(chǔ)集層綜合解釋技術(shù)。重點(diǎn)發(fā)展疊前反演、高分辨率反演、物性參數(shù)反演、流體檢測(cè)、各向異性裂縫預(yù)測(cè)、儲(chǔ)集層綜合評(píng)價(jià)、油藏動(dòng)靜態(tài)建模等技術(shù)，同時(shí)深化山前復(fù)雜構(gòu)造綜合建模技術(shù)。

⑤以重磁電為主的其他物探技術(shù)。重點(diǎn)發(fā)展高精度三維電磁相關(guān)的裝備及軟件、非地震信息約束下的速度建模及構(gòu)造解釋技術(shù)、研發(fā)地震-非地震聯(lián)合反演軟件，完善壓裂微地震監(jiān)測(cè)、油藏動(dòng)態(tài)檢測(cè)等工程地震技術(shù)。

⑥動(dòng)態(tài)鉆井地震導(dǎo)向技術(shù)。重點(diǎn)發(fā)展快速高效的動(dòng)態(tài)地震預(yù)測(cè)技術(shù)，在鉆井過程中結(jié)合最新鉆井信息對(duì)早期的構(gòu)造、儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)成果進(jìn)行修正，指導(dǎo)鉆井軌跡調(diào)整，確保深層鉆井成功率。

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（編輯 魏瑋 王大銳）

Innovation and prospect of geophysical technology in the exploration of deep oil and gas

Sun Longde1,Fang Chaoliang1,Sa Liming1,Yang Ping2,Sun Zandong2
(1.China National Petroleum Corporation,Beijing 100724,China; 2.Bureau of Geophysical Prospecting,CNPC,Zhuozhou 072750,China)

The global situation of distribution,reserves and production of deep oil and gas are examined systematically,the progress and exploration achievement of onshore China deep geophysical technology are summarized,and the challenges and developing direction of deep geophysical technology are pointed out.Aiming at the exploration of deep onshore strata in China,the article analyzes the key geophysical problems,such as low signal-to-noise ratio,low resolution,low imaging accuracy and low amplitude-preservation,in the exploration of deep clastic,carbonate,and volcanic reservoirs,and presents the corresponding technical countermeasures such as wide-line large-array 2-D acquisition,wide-azimuth and high-density 3-D acquisition,anisotropic pre-stack depth migration (PSDM),reverse-time migration (RTM),complex structure modeling,and quantitative reservoir prediction.The analysis from two aspects,imaging of deep complicated structures and prediction of deep complicated reservoirs,shows that wide-frequency,amplitude-preservation,high-accuracy and information integration are the challenges to and key issues in the geophysical technology.It is pointed out that wide-frequency seismic acquisition,rock physical modeling of complex reservoirs,high-accuracy prestack amplitude-preservation imaging,comprehensive evaluation of complex reservoirs,non-seismic techniques,and drilling steering with seismic data are the key geophysical techniques needed to be developed in the future.

geophysical technology; deep oil and gas exploration; deep complicated structure imaging; deep complicated reservoir prediction

國(guó)家科技重大專項(xiàng)（2011ZX05001-002）；國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973）項(xiàng)目（2009CB219304）

P631

A

1000-0747(2015)04-0414-11

10.11698/PED.2015.04.02

孫龍德（1962-），男，山東壽光人，中國(guó)工程院院士，中國(guó)石油天然氣股份有限公司教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事中國(guó)石油天然氣股份有限公司科研生產(chǎn)管理工作。地址：北京市東城區(qū)東直門北大街9號(hào)，中國(guó)石油天然氣股份有限公司，郵政編碼：100007。E-mail: sunld-tlm@petrochina.com.cn

聯(lián)系作者：楊平（1975-），男，四川郫縣人，博士，中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理公司高級(jí)工程師，主要從事地震地質(zhì)綜合解釋研究工作。地址：河北省涿州市賈秀路物探局5號(hào)院·研究院A座，郵政編碼：072750。E-mail: yangpingbgp@126.com

2015-01-26

2015-04-30