四川盆地LH地區雜鹵石地震綜合識別技術研究

羅 晶， 章 雄， 徐 敏， 張洞君， 朱亞東， 鄭 虹， 曹琳昱

(中國石油 東方地球物理勘探公司西南物探分公司，成都 610213)

0 引言

四川LH地區雜鹵石礦床，是一個大型雜鹵石-石膏伴生礦床，自從上個世紀八十年代被發現以來，被廣泛地關注。雜鹵石是一種難溶性鉀鹽礦物，所含K、Mg、Ca等組分都是農作物生產所必需的養分。1988年美國鉀鹽地質專家海特(R.J.Hite)博士來四川考察時指出：“雜鹵石作肥料可保持土壤團粒松散，穩定土壤持水性，避免土質板結，土壤不至于鹽堿化，且選礦后打磨成礦粉，就可直接利用，它是比其他鉀鹽更具現實使用價值的鉀肥資源。”

我國是一個農業大國，而鉀鹽的儲量只占到全球鉀鹽總量的1.9%，每年的產量都十分有限，絕大部分鉀肥一直靠進口。鉀礦作為一種農業生產短缺和急需的現實礦產和化工等行業的重要戰略資源，成為找礦和資源評價重點之一。從2016年開始，國家科技部將會同國土資源部、教育部、中科院等部門開展“深地資源勘察開采”重點專項實施。專項將形成3 000 m以淺礦產資源勘探成套技術能力，儲備一批5 000 m以深資源勘查前沿技術，油氣勘查技術能力擴展到6 500 m～10 000 m，加快“透明地球”技術體系建設，提交一批深地資源戰略儲備基地，支撐擴展“深地”資源空間。

地震勘探方法作為地球物理勘探方法的一種，不僅在其擅長的油氣資源勘探領域，而且在找尋其他礦藏領域也有廣泛地應用。目前，前人對鉀礦經過多年的探索，對鉀鹽的成鹽理論[1-2]和測井評價方法[3-4]已有一定的研究，但是對于地震的研究卻很少涉足。從2011年開始，國內出現了一些針對鉀鹽的地震識別研究[5-6]，但是僅僅局限在地震資料的解釋對比、構造成果的評價以及一些常規的地震手段，而忽略了鉀鹽(雜鹵石)與油氣資源的賦存地質條件的差異，且并未形成一套有效的地震評價手段和流程。本次研究選取LH三維地震資料，該區域是前人在80年代進行石膏礦床詳查時認為的有利目標區域，現擬利用油氣勘探的技術思路，結合雜鹵石的賦存地質特征，并運用目前先進的地球物理手段，系統總結出尋找鉀礦(雜鹵石)的地震勘探解釋技術和流程，為深部鉀鹽精準判識、摸清3 000 m以淺鉀鹽(雜鹵石)資源潛力提供強有力的地震技術支持。

1 雜鹵石賦存地質特征分析

1.1 礦體沉積特征

四川盆地海相三疊系為一套碳酸鹽巖和蒸發巖的沉積組合，厚為800 m～1 300 m，為盆地重要的鹽系地層，蒸發巖極其發育，其分布范圍已經超越現今四川盆地，面積大于40*104km2。LH地區雜鹵石主要產于中三疊統嘉陵江組嘉五2亞段和雷口坡組雷一1亞段下部的硬石膏中，在古地理位置上處于上揚子臺地廣闊的局限海臺地-蒸發臺地的局部低凹地區，水體循環差，蒸發作用強，從而形成一套菱鎂質白云巖、硬石膏和石鹽頻繁的交替沉積。其中，石鹽的Br*103/Cl值頗大，達0.4～0.5以上，咸化程度甚高。

1.2 礦體分布特征

研究區構造復雜，塑性變形極其強烈，致使硬石膏-雜鹵石重復、斷缺，與其上下巖層呈不整合形變接觸。礦體明顯受波狀層間褶曲控制，分布在褶曲底部塑性層處于相對引張狀態的部位。雜鹵石的分布嚴格受巖性控制，與硬石膏依附產出，在構造破壞作用較強的構造破碎帶，水化石膏及角礫巖大量發育，硬石膏很少保存，無雜鹵石分布。礦層底板巖層的破碎，使地下承壓水進入石膏層，硬石膏發生水化，雜鹵石則發生淋蝕作用[7]。

從近幾年盆地鉀鹽勘察開發的實踐表明，具中等褶皺強度，并伴隨一定規模斷裂發育的構造，既可使礦體能較好地保存，同時也可為后期礦體的開采運移和高產富集作用提供良好的條件。而褶皺強度過大的構造，則可能導致礦藏遭受淋濾破壞，過弱的構造雖保存條件良好，但構造裂隙欠發育，又缺乏鹵水足夠的儲存和運移空間。兼顧礦藏富集和保存兩個方面的條件，在構造相對較低緩，褶皺強度中等的背斜構造，較有利于礦藏的高產富集[8]。

1.3 礦體形成機制

由于雜鹵石賦存形式的不同和結構的特殊性，其形成過程十分復雜，不能一概而論，要根據實際情況做具體的分析。通常認為，雜鹵石形成于早成巖階段，由富含K+和Mg2+的鹵水和早期形成的石膏、硬石膏或者鈣芒硝發生逆向反應形成[9]。在鉀鎂鹽沉積階段或者鹵水中已經有超飽和的K+和Mg2+，富鈣和硫酸根的溶液外來補給形成雜鹵石[10]。近些年，國內、外學者通過大量的研究總結，發現雜鹵石的成因主要有3種成因方式：①原生沉積作用，當海水濃縮到硫酸鉀鎂鹽沉積階段時，有一部分外來鈣源作為補充，形成雜鹵石，也可能是在硫酸鈣鹽沉積階段有鉀鎂離子作為補充形成；②準同生交代，早期沉淀的硬石膏(或石膏)與鹵水不斷濃縮形成的濃鹵水(濃鹵水中富含鉀、鎂離子)發生反應形成雜鹵石；③后生交代，在成巖作用以后，外來溶液與巖石發生交代作用形成雜鹵石。

前人對四川盆地雜鹵石的成因問題經過多次討論后，絕大部分人認為是后期交代成因形成。其形成原因主要是由于石膏轉變為硬石膏過程發生脫水，而水遇易溶性鉀鎂鹽又發生了水溶變質作用，進而產生了富K和Mg的熱鹵水，最后又與硬石膏次生交代產生雜鹵石[11-14]。蔡克勤等[15]對四川農樂地區的雜鹵石成因進行分析，分析認為該區域雜鹵石主要有以下2種成因：①主要為準同生交代作用形成(硬石膏與濃鹵水作用形成)；②后生交代成因形成。

2 礦體空間分布趨勢分析

雜鹵石一般與多鈣鉀石膏、硫鍶鉀石共生礦物伴生存在，表明了鹽類淋濾變質的復雜性。礦層經復雜的熱融、水溶變質交代作用而成，導致了雜鹵石在沉積后并沒有一個統一的巖性組合，對應于地震剖面的外部及內部形態上沒有統一的共性特征。一方面，根據井震標定分析，結合川東地區高陡復雜構造的解釋模式(圖1)，對比解釋嘉五2亞段底和雷一2亞段底(圖2)；另一方面，在精細層位對比解釋的基礎上，基于古地貌恢復的三維成圖，便可繪制出礦體賦存的地層厚度分布圖(圖3)。

厚度大的區域主要分布在陡緩轉折帶和向斜部位，受膏巖塑性地層的影響，地層的變形褶皺使地層厚度增大。由于雜鹵石與膏巖的賦存關系，膏巖厚的地方，雜鹵石可能發育，但需要借助其他技術手段綜合考慮分析。

圖1 LH6井地震地質剖面Fig.1 Well LH6 seismogeological cut plane

圖2 LH地區地震剖面展示圖Fig.2 LH region seismic cross section

圖3 雜鹵石賦存地層厚度空間分布圖Fig.3 Thickness profile of polyhalite distribution

3 敏感測井曲線分析

雜鹵石的測井響應特征通常表現為(圖4)：①井徑曲線規則，無擴徑現象；②自然伽馬值較高，通常在90 API～180 API；③自然伽馬能譜測井鉀含量較高(普遍大于4%)，釷、鈾曲線值較低；④三孔隙度曲線中，聲波時差大，中子值高(通常大于18)，密度值也較大(大于2.72 g/cm3)；⑤電阻率表現為高值。泥巖層的自然伽馬值較高，聲波、中子值也較大，與雜鹵石響應特征類似，但是泥巖層通常密度值較低，電阻率值低，且泥巖層疏松易垮塌，井徑曲線往往不規則。

從LH三維的實際鉆井資料來看，在雜鹵石發育的嘉五2-雷一1地層中，圍巖巖性主要包括石膏、硬石膏、灰質白云巖和白云巖，不含泥巖(圖5)，部分井在雷口坡組底部發育一套綠豆巖，一般為1 m～2 m。綠豆巖為一富含鉀鋁硅酸鹽的火山凝灰巖，經水解作用，產生去玻化脫硅蝕變為水云母粘土巖。因此，綠豆巖通常含有放射性鉀元素，且部份井綠豆巖中還含有雜鹵石。在地震綜合預測中，將不把綠豆巖作為影響因素考慮到雜鹵石的厚度預測中，而儲層的精細描述將重點針對雜鹵石的敏感曲線(GR或RT)開展交會分析、門檻值確定，以便開展后續的巖性模擬定量預測。

4 優勢屬性分析

屬性預測分析是將提取和優化后的各種地震屬性與已知井的地層結構、巖石物性、儲層含油氣等信息相結合，明確可利用地震屬性的地質物理意義，并進行精細的解釋、推斷，從而得出對儲層定性或定量的結論。

受膏巖褶皺的影響，其間發育的雜鹵石存在非均值性和復雜性，在雜鹵石發育區，可利用最能準確表征其特點的屬性特征進行區域的定性描述。從優選的的多種屬性分析來看(圖6)，弧長屬性是表征時窗內地震波道的長度，反映了地震波振幅和頻率

圖4 雜鹵石測井曲線特征Fig.4 Polyhalite borehole log

圖5 LG001-29井嘉五2-雷一1段巖性柱狀圖Fig.5 Well LG001-29 jiawu2-leiyi1 lithological column

的綜合變化情況，其基本能準確表征雜鹵石的富集規律。從整體面貌上來看，顏色變化過渡自然，井吻合率高，同時與定量成果的驗證也具有一定相似性(圖10)。

5 基于DEM的地震資料應用

數字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)，是通過有限的地形高程數據實現對地面地形的數字化模擬(即地形表面形態的數字化表達)，它是用一組有序數值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型。在雜鹵石地震資料應用中，雜鹵石的埋藏深度影響著雜鹵石的實際開采價值。當埋藏深度達到3 000 m，側壓力為600 kgf/cm3,會導致膏巖變形加劇[16]。故3 000 m以淺的資源勘探區塊將成為首選的目標靶區，3 000 m～5 000 m為戰略儲備的備選靶區。

四川盆地川東地區山勢陡峻，切割厲害，高程落差大。經過融合處理和正射糾正后的遙感影像及數字高程模型，可準確地為地震勘探提供精度達到2.5m的地表高程，結合目的層的地震反射構造圖，可準確地預測目的層的埋藏深度(圖7)。

圖6 嘉五2-雷一1層段間多種屬性平面分布圖Fig.6 Multi-attribute areal profile in jiawu2-leiyi1

圖7 數字高程模型圖及嘉五2底界地震反射埋深圖Fig.7 Digital elevation model profile and jiawu2 base seismic buried depth profile

圖8 嘉五2-雷一1裂縫分布預測圖Fig.8 Jiawu2-leiyi1 split forecast profile

6 波形復雜程度及微細裂縫刻畫

比起傳統的相干預測，針對小尺度裂縫的AFE技術更能凸顯層間或層內的小裂縫，表征出目的層的波形復雜程度。AFE技術主要是在第三代本征相干屬性結果的基礎上對傾角掃描，進行線性濾波和斷層邊界增強，提取傾角和方位屬性，進行小尺度的裂縫識別。

從雜鹵石的成藏機理來看，微細裂縫為雜鹵石準同生交代或后生交代提供了運移通道，也為后期雜鹵石的開采注水提供了滲濾條件。所以，對目的層的微細裂縫的刻畫顯得尤為重要，因而在對地震資料AFE處理的基礎上，進一步開展三個方面的綜合考慮：①沿主測線或聯絡線進行線性噪音濾波，使得有效信息得到增強；②消除華①上、華②沿L方向以外的信息，增強破碎帶信息的抗干擾能力，突出資料復雜帶的有效信號；③檢測判斷裂縫相干值的梯度變化方向，增強資料較好區域(華②和30號斷層之間)的線性異常條帶(圖8)。

7 儲層預測及精細描述

研究區內雜鹵石非常薄，約1.5 m～17 m，單層厚度為0.5 m～3.5 m，故本次儲層的精細描述采用地震波形特征指示反演。該方法的基本思路是井間模擬時除了空間距離作為一個次要控制因素。而將地震波形的相似性作為主要因素來優選統計樣本，使模擬結果實現井和震協同。

地震波形指示反演，利用地震波形的橫向變化信息來代替變差函數篩選有效樣本，表征儲層空間結構，也就是說在考慮了距離的基礎上，更一步考慮了波形的相似性，而后面的模擬部分和地質統計學

方法一樣，即通過統計學建模、貝葉斯判別、馬爾可夫鏈蒙特卡羅先進技術得到多個等概率的隨機反演結果，進行不確定性分析，最后得到模擬結果。這種反演方法較地質統計學反演來說，最大的優點就是確定性成分增加了，另外是利用到波形的橫向變化信息，具有相控思想，因此橫向分辨率也提高了(圖9)。

8 雜鹵石富集區綜合評價

通過精細的儲層描述預測的雜鹵石厚度與嘉五2層段的地震反射埋藏深度圖疊合，預測4個有利區塊。按照目前淺深部資源綜合勘察和增儲的要求，3 000 m作為一個勘探評價的門限值。首要的目標優選靶區位于龍會潛伏構造這一區域，雜鹵石較厚，埋藏淺，約6.47 km2；張家場區塊(Ⅱ)、涌興場(Ⅲ)、三房營(Ⅳ)雜鹵石較厚，但埋藏較深，為備選靶區，合計約104.94 km2(圖10、表1)

表1 雜鹵石優選目標區綜合評價表

圖9 LG27-LH005-x1井伽馬連井反演剖面Fig.9 Well LG27-LH005-x1 GR well-tie inverted section

圖10 雜鹵石綜合預測圖Fig.10 Polyhalite synthesize forecast profile

9 結論及建議

1)筆者從地震勘探的角度出發，結合雜鹵石賦存地質特征和最新的物探技術，詳細地闡述了地震手段在礦產資源勘查中的應用，對四川盆地找尋鉀鹽礦床具有積極意義。

2)本次研究可供借鑒的單井分析評價資料較少，主要是以往的研究均是針對油氣資源。隨著國家對資源勘探部署的戰略提升，針對礦產資源的單井評價乃至地震采集都將會是今后發展的趨勢。

3)不同行業之間的思路融匯、多學科的交叉分析往往能帶來突破性進展，因此，把油氣勘探手段與礦產資源勘察合理地結合起來，實行油氣、礦產兼探，借助三維地震資料，利用地球物理手段，不但具有重大戰略意義還具有技術上的可行性。

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