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库车坳陷位于塔里木盆地北部,多年的勘探已经证实该坳陷内有广泛的超压分布,超压成为库车坳陷最主要的地质特征。许多学者针对库车坳陷广泛分布的超压进行了成因机制的分析,产生了不同的观点,概括起来有如下几种:①构造挤压和充气增压(赵靖舟,2002;夏新宇等,2001;张洪等,2005)②构造挤压和构造抬升(徐士林等,2002;朱玉新,2000)③欠压实与构造挤压(范土芝等,2001;周兴熙,2003)④欠压实、天然气充注与构造挤压(王震亮,2005)。从这些解释成果可以看出,构造挤压已被确认为是库车坳陷超压形成的一个重要因素,而在其它成因因素的认识上存在很大的分歧。王震亮等(2005)利用最大主应力实测上限数据,依据等效深度法计算出的克拉2井构造挤压对超压的最火贡献率为40%~50%,部分层段约占20%~30%,甚至更低。赵靖舟等(2003)依据同一个气藏水层超压和气层超压的折算,计算出克拉2井构造挤压对超压的最人贡献率为62.2%。这两位学者估算的构造增压对克拉2气藏的超压贡献率有较大的差别,而且他们的定量评价也仅限于克拉2气藏的范围,对其它地区构造增压的定量评价没有查到相关的文献,这需要以新的思路和方法对库车坳陷构造增压做进一步的评价。对超压成因的定性解释不能准确地给出各成因因素的贡献率,无法了解超压的主控因素,这也促使对库车坳陷超压成因有不同认识的一个重要原因,因此,探讨对构造挤压的定量评价是认识库车坳陷超压成因的一个重要方法和切入点。
库车坳陷的超压油气主要富集在膏泥岩层下,而许多钻井揭示膏泥岩内部也为一个独立的超压系统,因此库车坳陷存在两套不同成因机制的超压。膏泥岩段内超压与欠压实作用密切相关,而膏泥岩下的超压与构造挤压相关。经过精细处理的速度资料对钻井揭示的超压几乎没有明显的响应,因此必须要寻找一种新的方法来预测库车坳陷的超压。
传统的压力预测主要依据地震波速度来预测超压,但由于速度的提取较繁琐以及预测精度较低等方面的问题,应用地震属性预测超压越来越引起国内外学者的注意。应刚AVO反演、波阻抗反演以及地震属性预测超压相继被提出。Dutta(2002)认为:因为超压层有弱AVO效应,所以预测超压必须要有大角度(不小于60度)的采集和处理,否则应川AVO预测超压存在很高的风险性;另外,因为波阻抗预测超压的精度比地震波速度预测超压的精度高,他把波阻抗反演列为超压预测的一个重要技术。应用波阻抗预测超压也存在一定的问题,在约束井资料较少时,反演结果的横向受低频模型影响较人,在横向上早层状连续分布,与实际地质情况有较大的差别。针对这些问题,本文提山了以波阻抗为核心的多属性联合预测超压的方法和思路。
本文针对上述这些研究问题开展了细致的研究。结合库车坳陷一些重点井的泥岩声波时差、电阻率、实测压力分析了库车坳陷的超压分布特征;基于库车坳陷钻井的泥岩声波时差平直段(近似达到泥岩骨架速度)开始的深度,估算了构造挤压对库车坳陷超压的最大贡献率,在此基础上分析了库车坳陷的超压成因机制。在收集了前人超压试验资料的基础上,应用MTS测试系统测试了不同超压条件下的纵横波速度,分析了不同超压条件下纵横波速度的变化、泊松比的变化以及信号能量衰减特征;针对库车坳陷的超压特征,在超压实验的基础上,提出了波阻抗和地震瞬时频率联合反演预测超压的新方法;在实验的基础上,应用泊松比分析了克拉2气藏的超压流体类型,提出了泊松比预测超压的方法。主要结论和创新点如下:
1.基于库车坳陷各口井的泥岩声波时差平直段开始的深度,估算了构造挤压对库车坳陷超压的最大贡献率:构造挤压对克拉2井的超压最大贡献率约为55—80%,对克拉3井超压的最大贡献率约为70—85%,对依南2井的超压最大贡献率约为56—68%,对迪那2井的超压最大贡献率约为43%,对库l井的超压最大贡献率约为22—39%。存在一个从北向南随构造挤压减弱而使构造增压的贡献率逐渐减小的趋势。
2.在库车坳陷超压特征及构造挤压最大贡献率分析的基础上,认为库车坳陷膏泥岩段的超压主要由欠压实和构造挤压所引起,而膏泥岩段下的超压主要由构造挤压、充气增压以及他源成因超压引起,它源超压的成因及其地质意义应该引起足够的重视。
3.超压试验显示:不论超压成因机制,饱和水样品的地震纵波和横波速度都随着超压的增大(或有效压力的减小)而减小;饱和水样品的泊松比随着超压的增大而增大,而饱和气干样品的泊松比随着超压的增大而减小,两者有完全不同的变化趋势;在相同超压条件下,泊松比对超压的变化比纵波速度对超压的反应更为敏感。
4.随着超压的增大,纵横波信号的频率和能量都在减小,但横波频率和能量衰减对压力的变化更为敏感;相对于纵波速度来说,瞬时频率是一个对超压反映比较灵敏的参数,因此,可以应用瞬时频率来预测超压。
5.依据波阻抗和瞬时频率对超压的响应特征,在瞬时频率横向约束的基础上,应用波阻抗与不同超压体系建立的各自统计关系,较好地预测了复杂成因的超压。预测结果与压力测试资料和地质认识较一致,说明该方法是有效的。
6.泊松比不但能够识别超压层,而且能够区分超压层是水层超压还是气层超压。
主要创新点如下:
1.根据库车坳陷内各井的泥岩声波时差近似达到泥岩骨架速度的开始深度,估算了库车坳陷构造挤压对超压的最大贡献率,实现了对库车坳陷构造增压贡献率的定量评价,为库车坳陷的超压成因分析提供了坚实的基础。 2.针对波阻抗反演在井资料约束较少的条件下,反演结果受低频模型影响较大的情况,提出了波阻抗与瞬时频率联合反演预测超压的方法;提出了应用泊松比来预测超压的方法。