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南黄海盆地海相中—古生界地震探测技术攻关历程及效果

陈建文 张异彪 陈华 刘俊 何玉华 施剑 李斌 袁勇 梁杰 张银国 雷宝华 王建强 吴淑玉 吴志强 闫桂京 陈春峰 肖国林

陈建文,张异彪,陈华,等. 南黄海盆地海相中—古生界地震探测技术攻关历程及效果[J]. 海洋地质前沿,2021,37(4):1-17 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.053
引用本文: 陈建文,张异彪,陈华,等. 南黄海盆地海相中—古生界地震探测技术攻关历程及效果[J]. 海洋地质前沿,2021,37(4):1-17 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.053
Jianwen CHEN, Yibiao ZHANG, Hua CHEN, Jun LIU, Yuhua HE, Jian SHI, Bin LI, Yong YUAN, Jie LIANG, Yinguo ZHANG, Baohua LEI, Jianqiang WANG, Shuyu WU, Zhiqiang WU, Guijing YAN, Chunfeng CHEN, Guolin XIAO. RESEARCH EXPERIENCES AND APPLICATION OF SEISMIC EXPLORATION TECHNOLOGY TO THE MESOZOIC– PALEOZOIC MARINE STRATA IN THE SOUTH YELLOW SEA BASIN[J]. Marine Geology Frontiers, 2021, 37(4): 1-17. doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.053
Citation: Jianwen CHEN, Yibiao ZHANG, Hua CHEN, Jun LIU, Yuhua HE, Jian SHI, Bin LI, Yong YUAN, Jie LIANG, Yinguo ZHANG, Baohua LEI, Jianqiang WANG, Shuyu WU, Zhiqiang WU, Guijing YAN, Chunfeng CHEN, Guolin XIAO. RESEARCH EXPERIENCES AND APPLICATION OF SEISMIC EXPLORATION TECHNOLOGY TO THE MESOZOIC– PALEOZOIC MARINE STRATA IN THE SOUTH YELLOW SEA BASIN[J]. Marine Geology Frontiers, 2021, 37(4): 1-17. doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.053

南黄海盆地海相中—古生界地震探测技术攻关历程及效果

doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.053
基金项目: 国家专项项目(DD20190818;DD20160152;GZH200800503;XQ-2009-15)
详细信息
    作者简介:

    陈建文(1965—),男,博士,研究员,主要从事海域油气资源调查评价与研究工作. E-mail:jwchen2012@126.com

  • 中图分类号: P744.4;P618.13

RESEARCH EXPERIENCES AND APPLICATION OF SEISMIC EXPLORATION TECHNOLOGY TO THE MESOZOIC– PALEOZOIC MARINE STRATA IN THE SOUTH YELLOW SEA BASIN

  • 摘要: 南黄海盆地是迄今为止中国近海唯一未发现油气田的大型沉积盆地,具有陆相中—新生界和海相中—古生界2套油气勘探层系。海相中—古生界厚度大、分布广,地震资料成像品质差一直是制约其油气勘探的关键问题。针对中—古生界的地震探测技术攻关经历了地震地质研究、技术攻关和技术突破与应用3个阶段。在第1阶段工作的基础上,以区内地震地质条件与岩石物性分析为先导,以物探船不断更新和地震仪器设备升级换代为手段,以大量理论模拟、针对性室内物理模拟和持续海上试验为方法,通过采集参数不断优化,最终形成了以“高覆盖次数、富低频信号、强震源能量”为特征的“高富强”地震探测技术,突破了技术瓶颈。应用该技术,在原来为空白反射的崂山隆起发现了海相中—古生界3套可连续追踪对比的地震反射标志层组,识别出7个反射界面,建立了地层层序,揭示了残留盆地构造特征,预测了油气远景区,优选出高石稳定带为有利区带,圈定了重点构造,锁定了钻探目标,为南黄海盆地新层系油气勘查突破创造了条件,为下一步勘探指明了方向。“高富强”地震探测技术对拓展中国海域找油空间、加快海域深部油气资源勘探和开发利用具有重要意义,对全球具有类似地震地质条件海域的油气勘探具有实际应用价值。
  • 图  1  南黄海中—新生代陆相盆地构造区划[1]

    Figure  1.  Tectonic division of the terrestrial Mesozoic-Cenozoic basins of the South Yellow Sea[1]

    图  2  崂山隆起T2以下的空白反射

    Figure  2.  Blank reflection below T2 interface on the Laoshan Uplift

    图  3  XQ06-1测线西部剖面反射特征

    Figure  3.  Reflection characteristics of the west section of the line XQ06-1

    图  4  2007年XQ07-3线地震反射剖面

    Figure  4.  Seismic reflection profile of line XQ07-3 acquired in 2007

    图  5  XQ10-6地震剖面

    Figure  5.  Seismic profile of line XQ10-6

    图  6  2015年采集的“高富强”地震资料及其地层属性[1]

    Figure  6.  The “HRS” seismic reflection profile acquired in 2015 and its stratigraphic attribute interpretation [1]

    图  7  2016年采集的XL1596测线高石3号构造三维资料

    Figure  7.  3D seismic data of Gaoshi 3 structure cross line 1596 acquired in 2016

    图  8  过高参1C井HB15-35二维地震剖面

    Figure  8.  Seismic profile of Line HB15-35 cross the well Gaocan 1C

    图  9  崂山隆起西部2个有利构造带分布

    Figure  9.  Distribution of two favorable structural belts in the west of the Laoshan Uplift

    表  1  南黄海盆地地震反射界面以及地质属性

    Table  1.   Seismic reflection interfaces and geological attribute of the South Yellow Sea Basin

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    表  2  第1阶段地震采集主要参数

    Table  2.   Main parameters of seismic acquisition in the first stage

    地震施工时间/年作业者道间距/m炮间距/m覆盖次数/次电缆长度/m震源/电缆沉放 /m震源类型震源容量记录仪钻遇古生界井/井底地层
    1968—1971SMPB3340018001~2/7炸药9~12 kg五一型
    1971—1975SMPB57.523031 3801~2/7炸药9~12 kg模拟型H2/变质岩
    1976—1978SMPB57.5172.5/1154/61 3801~2/12炸药9~12 kg模拟型H7/赤山组
    1979BP255018/241 200/1 8006/12Sleeve1 685 CI数字型WX5-st1/龙潭组
    1984C/T12.525482 4006/12Sleeve1 685 CI数字型WX13-3-1/栖霞组
    CZ12-1-1/黄龙组
    CZ24-1-1/青龙组
    1986WGS26.6626.66603 2006/9Sleeve1 565 CI数字型Kachi-1/青龙组
    1997SMPB2550303 0007/10Sleeve2 682 CI数字型
    1999SMPB26.6626.66301 6007/10Sleeve2 682 CI数字型
    1999CNOOC12.525603 0003/4Sleeve1 380 CI数字型CZ35-2-1/栖霞组
    2000CNOOC12.525814 0505/6G.Ⅰ4 050 CI数字型WX4-2-1/青龙组
    2000GSGM12.525603 0008/12Blot3 000 CI数字型
    2001GMGS12.550303 0008/12Blot3 000 CI数字型
    2002CNOOC12.537.5443 3007/9Sleeve2 400 CI数字型
    2003GMGS12.537.5614 6006/7Blot5 080 CI数字型
    BP:英国石油公司;C/T:美国雪佛龙/德士古公司;WGS:西方地球物理公司;CNOOC:中国海洋石油总公司;SMPB:上海海洋石油局;GMGS:广州海洋地质调查局
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    表  3  南黄海盆地海相中—古生界钻井情况一览表

    Table  3.   Drilling holes of the marine Mesozoic–Paleozoic in the South Yellow Sea Basin

    序号井号类型井深/m作业者完井时间/年井底地层及测试情况
    1WX5-ST1参数井3 259BP1981龙潭组,未见显示
    2WX13-3-1预探井2 228C/T1984栖霞组,未见油气显示
    3CZ12-1-1A预探井3 511C/T1985黄龙组,气测异常
    4CZ24-1-1预探井3 546C/T1985青龙组,气测异常
    5WX4-2-1预探井2 733CNOOC2000青龙组,未见显示
    6CZ35-2-1预探井2 726CNOOC2001栖霞组,未见显示
    7CSDP-2科探井2 843QIMG2016高家边组,古生界多层油气显示
    8Kachi-1预探井2 726MPC1991青龙组,气显示
    BP:英国石油开发有限公司;C/T:美国雪佛龙(CHEVRON)/德士古(TEXACO)石油公司;CNOOC:中国海洋石油总公司;QIMG:青岛海洋地质研究所;MPC:美国马拉松石油公司
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    表  4  第2、3阶段地震采集主要参数

    Table  4.   Main parameters of seismic acquisition in the second and third stages

    施工时间/年作业者作业船舶道间距/m炮间距/m覆盖次数/次电缆长度/m接收道数/道枪/缆沉放/m枪类型震源容量/CI
    2005QIMGFD712.550303 0002406/9SLEEVE2 940
    2005GMGSTB12.550464 6003688/10BLOT5 080
    2006QIMGFD712.537.5564 2003368/12SLEEVE2 940
    2007QIMGFD712.537.5565 7004568/12SLEEVE2 940
    2008QIMGFD712.537.5766 0004808/12SLEEVE2 940
    2009QIMGFD712.537.5806 0004808/12SLEEVE3 580
    2009CNOOC-SBE12.5251628 1006487/25G.Ⅰ6 180
    2010QIMGFX12.537.5967 20057610/14SLEEVE + BLOT6 420
    2010CNOOC-SBH51712.550818 10064810/16BLOT6 316
    2011CNOOC-SBH51112.537.5806 000×2480×2(6/9)/15SLEEVE7 340
    2012CNOOC-SBH518252548024 000960(OBC)SLEEVE5 460
    2012CNPC-L505016016 000320(OBC)3 900
    2012—2013SINOPEC-HSL703255012012 000480(OBC)BLOT2 070
    2013CNOOC-SBH51212.537.5947 0505647/10SLEEVE5 040
    2014CNOOC-SBH5113.12537.5876 5002 0807/10SLEEVE5 040
    2015QIMGFX612.537.5967 200576(10/10/10/10)/16G.Ⅱ6 390
    2016QIMGFX612.537.5967 200576(10/10/10/10)/16G.Ⅱ6 390
    2018QIMGHYDZ912.5251507 500600(10/10/10/10)/14G.Ⅱ5 110
    QIMG:青岛海洋地质研究所;GMGS:广州海洋地质调查局;CNOOC-S:中海石油(中国)有限公司上海分公司;SINOPEC-H:中国石油化工股份有限公司华东分公司;CNPC-L:中国石油天然气股份有限公司辽河油田分公司;FD7:奋斗七号;FX:发现号;FX2:发现2号;FX6:发现6号;HYDZ9:海洋地质九号;BH511:滨海511;BH512:滨海512;BH517:滨海517;BH518:滨海518;NH502:南海502;BE:比福特勘探号(Beaufort Explorer)
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    表  5  2009年试验测线采集参数组合

    Table  5.   Seismic acquisition parameter combination of test line in 2009

    参数组合12345678910
    震源容量/CI3 5803 5803 5803 5803 5803 3603 3603 3603 3603 360
    震源沉放深度/m6688866888
    电缆沉放深度/m810101214810101214
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    表  6  2015年试验采集参数

    Table  6.   The test parameters of seismic acquisition in 2015

    气枪各子阵沉放深度/ m电缆沉放深度/ m排列长度/ m
    7 10 10 7 16 7 200
    7 10 10 7 20 7 200
    10 10 10 10 16 7 200
    10 10 10 10 20 7 200
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-03-08
  • 网络出版日期:  2021-04-08
  • 刊出日期:  2021-04-28

南黄海盆地海相中—古生界地震探测技术攻关历程及效果

doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.053
    基金项目:  国家专项项目(DD20190818;DD20160152;GZH200800503;XQ-2009-15)
    作者简介:

    陈建文(1965—),男,博士,研究员,主要从事海域油气资源调查评价与研究工作. E-mail:jwchen2012@126.com

  • 中图分类号: P744.4;P618.13

摘要: 南黄海盆地是迄今为止中国近海唯一未发现油气田的大型沉积盆地,具有陆相中—新生界和海相中—古生界2套油气勘探层系。海相中—古生界厚度大、分布广,地震资料成像品质差一直是制约其油气勘探的关键问题。针对中—古生界的地震探测技术攻关经历了地震地质研究、技术攻关和技术突破与应用3个阶段。在第1阶段工作的基础上,以区内地震地质条件与岩石物性分析为先导,以物探船不断更新和地震仪器设备升级换代为手段,以大量理论模拟、针对性室内物理模拟和持续海上试验为方法,通过采集参数不断优化,最终形成了以“高覆盖次数、富低频信号、强震源能量”为特征的“高富强”地震探测技术,突破了技术瓶颈。应用该技术,在原来为空白反射的崂山隆起发现了海相中—古生界3套可连续追踪对比的地震反射标志层组,识别出7个反射界面,建立了地层层序,揭示了残留盆地构造特征,预测了油气远景区,优选出高石稳定带为有利区带,圈定了重点构造,锁定了钻探目标,为南黄海盆地新层系油气勘查突破创造了条件,为下一步勘探指明了方向。“高富强”地震探测技术对拓展中国海域找油空间、加快海域深部油气资源勘探和开发利用具有重要意义,对全球具有类似地震地质条件海域的油气勘探具有实际应用价值。

English Abstract

陈建文,张异彪,陈华,等. 南黄海盆地海相中—古生界地震探测技术攻关历程及效果[J]. 海洋地质前沿,2021,37(4):1-17 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.053
引用本文: 陈建文,张异彪,陈华,等. 南黄海盆地海相中—古生界地震探测技术攻关历程及效果[J]. 海洋地质前沿,2021,37(4):1-17 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.053
Jianwen CHEN, Yibiao ZHANG, Hua CHEN, Jun LIU, Yuhua HE, Jian SHI, Bin LI, Yong YUAN, Jie LIANG, Yinguo ZHANG, Baohua LEI, Jianqiang WANG, Shuyu WU, Zhiqiang WU, Guijing YAN, Chunfeng CHEN, Guolin XIAO. RESEARCH EXPERIENCES AND APPLICATION OF SEISMIC EXPLORATION TECHNOLOGY TO THE MESOZOIC– PALEOZOIC MARINE STRATA IN THE SOUTH YELLOW SEA BASIN[J]. Marine Geology Frontiers, 2021, 37(4): 1-17. doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.053
Citation: Jianwen CHEN, Yibiao ZHANG, Hua CHEN, Jun LIU, Yuhua HE, Jian SHI, Bin LI, Yong YUAN, Jie LIANG, Yinguo ZHANG, Baohua LEI, Jianqiang WANG, Shuyu WU, Zhiqiang WU, Guijing YAN, Chunfeng CHEN, Guolin XIAO. RESEARCH EXPERIENCES AND APPLICATION OF SEISMIC EXPLORATION TECHNOLOGY TO THE MESOZOIC– PALEOZOIC MARINE STRATA IN THE SOUTH YELLOW SEA BASIN[J]. Marine Geology Frontiers, 2021, 37(4): 1-17. doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.053
    • 南黄海盆地是一个陆相中—新生代盆地和海相中—古生代盆地相叠加的盆地[1-3],也是中国近海唯一未发现油气田的大型沉积盆地[4]。早期的调查与勘探主要以陆相中—新生界为目的层[1],随着勘探的失利,以及处于同一大地构造单元的上扬子四川盆地深部大型、特大型天然气田的发现,地质学家和石油勘探家逐渐将注意力转移到海相中—古生界勘探层系。然而,该层系位于盆地深部,存在地层时代老、埋藏深、构造复杂、地震资料成像品质差等问题,尤其是在崂山隆起地区,其为空白反射[5],该隆起上是否存在古老海相沉积层不得而知。为了揭示盆地地质结构,分析其油气地质条件、成藏条件和资源前景,针对南黄海海相中—古生界开展了地震探测技术攻关,大体经历了3个阶段:地震地质研究、技术攻关和技术突破与应用。自2005年以来,通过大量的理论模拟、针对性的物理模拟和持续的海上试验,基本形成了以“高覆盖次数、富低频信号、强震源能量”为特征的 “高富强”地震探测技术,突破了浅部强反射界面能量屏蔽条件下的地震成像技术瓶颈[6],获得了一批有效的地震反射资料。对这批资料的解释发现,南黄海海相中—古生界厚度大、分布广,并存在变形相对较弱的构造稳定区[7],与下扬子陆域具有相似的沉积充填特征和沉积演化历史,具备大型油气田形成的物质基础和基本石油地质条件[8],油气资源潜力巨大。

    • 南黄海位于中国东部,北以山东半岛成山角与朝鲜半岛白翎岛之间的连线为界与北黄海相连,南以长江口启东嘴至济州岛西北角之连线与东海毗邻,西至中国山东省和江苏省海岸线,东达朝鲜半岛西海岸[1],面积30×104 km2。中—新生代盆地位于勿南沙隆起区以北,千里岩隆起区以南,面积约12×104 km2,由南往北划分为青岛坳陷、崂山隆起和烟台坳陷3个构造单元(图1)。区域地质研究和海陆对比表明:勿南沙隆起区连同南黄海中—新生代盆地区是下扬子地块的组成部分,为中—古生代海相地层分布区;千里岩隆起区为苏鲁造山带在南黄海海域的延伸,是变质岩分布区。

      图  1  南黄海中—新生代陆相盆地构造区划[1]

      Figure 1.  Tectonic division of the terrestrial Mesozoic-Cenozoic basins of the South Yellow Sea[1]

    • 地形地貌:南黄海海域地处温带,海底宽广平坦,由东西两侧向中央倾斜,地势东陡西缓,东侧平均坡度为1′40″,西侧平均坡度50″[9]。水深30~80 m,最深处110 m。海底地貌类型多样,以倾斜的浅海平原为主,其他有水下台地、水下浅滩、水下丘陵。

      气温:南黄海北部冬季盛行偏北风,夏季盛行偏南风,平均风速8~9 m/s[9]。春秋两季移动高压活动频繁,冬季冷高压最强,冷高压的冷峰过后,海面常有西北大风,风力8级左右,有时可达10级,有时现温带气旋和台风。水温受季节、海流和地形等影响,近岸处水温以1—2月最低,为1~5 ℃;中部海域2—3月份最低,为4~11 ℃。夏季表层水温度分布较均匀,8月份最高,大部分海域在26 ℃以上,沿岸较高,为28 ℃,海域中部最低,为23 ℃。冬季不出现冰情。

      潮汐和潮流:大部分海域属正规半日潮,北部成山角至朝鲜半岛大青岛一带为不正规半日潮,潮差较小,一般<5 m,平均约3 m,由北往南潮差增大。

      海流:区内海流较弱,表层流因受夏季风影响流向不稳定,中深层流主要是黑潮分支。西侧沿岸<10 m海水等深线地区因河流入海的冲淡作用和潮流作用,常形成流速较大、含砂量较高的沿岸流[9]

      海浪:以风浪为主,具有明显的季节性。冬季在偏北风的作用下,以北浪、西北浪为主,总频率为39%~47%,浪高一般1.4~2 m;夏季盛行西南风,海域内以偏南浪为主,总频率达50%以上,浪高一般<0.5 m;春秋季节海浪变化大,浪向紊乱,浪高一般0.6~0.9 m,最高可达5~6 m[9]

    • 钻井揭示、地震资料解释与区域地层对比认为,南黄海盆地地层齐全[10],自下而上发育震旦系、寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系[10];岩石类型多样,包括碳酸盐岩、碎屑岩、火山岩以及新近系和第四系的砂泥质沉积物。采用岩心和露头样品测量、地球物理测井、地震速度分析及经验公式换算等方法,获得了南黄海盆地主要层序的岩石物性[11-14],地震地质对比标定了地震反射层位及其地质属性(表1)。

      表 1  南黄海盆地地震反射界面以及地质属性

      Table 1.  Seismic reflection interfaces and geological attribute of the South Yellow Sea Basin

      总体上,南黄海盆地具有下列3类典型物性层:

      (1)“低速低密”层

      新近系和第四系一般厚600~1 000 m,为未固结的松散沉积物,具有“低速低密”特征,地震速度<2 300 m/s,沉积物密度<2.30 g/cm3

      (2)“中速中密”层

      古近系、中生界和古生界砂泥岩层具有“中速中密”特征,地震速度一般为2 250~5 600 m/s;平均4 156 m/s,密度2.10~2.68 g/cm3,平均2.47 g/cm3。其中,古近系、白垩系和侏罗系碎屑岩的地震速度随深度增加而明显增加,砂岩与泥岩存在300~1 000 m/s的速度差;古生界内部发育上二叠统、志留—泥盆系、下寒武统3套砂泥岩层,砂岩与泥岩存在200~1 500 m/s的速度差,大套砂岩与大套泥岩直接接触时,这种速度差特征尤为突出。砂岩与泥岩间的速度和密度差可形成地震反射波阻抗界面。

      (3)“高速高密”层

      区内碳酸盐岩层具有“高速高密”特征,地震速度一般为5 700~6 600 m/s,平均6 225 m/s;密度2.64~2.75 g/cm3,平均2.69 g/cm3。因其厚度较大、内部非均质性弱、速度和密度变化小等特征,使得地震剖面上总体呈空白反射,无清晰的反射同相轴,内部反射能量偏弱。区内发育下三叠统、中上石炭统—下二叠统、中上寒武统—奥陶系、震旦系灯影组4套碳酸盐岩层,由上往下分别是:

      第1套:下三叠统青龙组,区内有多口钻井揭示。下部为薄层灰岩及泥灰岩,中上部为中厚层状灰岩、白云质灰岩、灰质白云岩及泥灰岩[1,15-17]。地震资料解释最大厚度超过2 000 m(位于勿南沙隆起,可能包含周冲村组)[18]

      第2套:中上石炭统—下二叠统栖霞组。下部为灰岩、生物灰岩和白云质灰岩,上部灰岩夹炭质灰岩、泥灰岩及钙质泥岩。含髓石结核及团块,产蜓、珊瑚、藻类化石,厚度>360 m。

      第3套:中上寒武统。灰—白色薄层状白云岩、泥质白云岩夹灰岩、泥灰岩,厚度为400~900 m。

      第4套:上震旦统灯影组。灰白—白色白云岩、藻白云岩、叠层石白云岩和泥质白云岩,厚度为600~1200 m。

      在上述4套碳酸盐岩中,第1套岩层总厚度大,内部速度和密度差异小,地震波阻抗差小,无清晰的波阻抗界面,反射能量偏弱,地震剖面上总体呈空白反射带;第2套总体厚度较薄,上部成层性较好,速度和密度有一定变化,形成明显的地震波阻抗差,地震剖面上主要呈较明显的平行、亚平行反射波组特征,区域上稳定分布,可作为区域对比标志层;第3、4套碳酸盐岩层,总体厚层状夹有泥灰岩层,在地震剖面上局部可显示层状特征[1,15]

    • 由于不同时代和不同岩性的地层在速度和密度上的差异,地震剖面上存在T2、T4、T7、T7-1、T7-2、T8、T9、T10、T11、T11-1 、T12、T13和Tg 等13个主要反射界面[15,18-19]。各界面上下地层的地质属性及其岩性组合特征如表1所示。

      T2:相当于新近系底界反射,反射界面清晰,为中强振幅、低频、较连续反射,与上覆地层呈平行反射,与下伏地层接触关系多变,既有高角度不整合接触,亦有假整合接触。该反射层能全区追踪对比。

      T4:相当于古近系戴南组底界反射,中等振幅、中低频、较连续,上下地层呈现平行不整合接触关系,主要分布在中—新生代盆地坳陷区。

      T7:相当于新生界底界反射,中强振幅、中低频、较连续,主要分布在中—新生代盆地坳陷区,在缺失中生界白垩—侏罗系的区域,其与T8反射界面重叠。

      T7-1:相当于上白垩统泰州组的底界反射,中强振幅、中低频、连续—较连续,主要分布在烟台坳陷的深凹区,界面上部为一套低频弱反射波组,下部为一套较强振幅、较连续反射波组,上下地层局部可见不整合接触。

      T7-2:相当于侏罗系和白垩系的分界面,即侏罗系的顶面反射,弱—中等振幅、中低频、连续—较连续,上下地层呈现角度不整合接触关系。T7-2主要分布在烟台坳陷牟平凹陷。

      T8:相当于陆相中—新生界底界反射,是区域性角度不整合界面,多为强振幅、低频反射,大部分区域内连续性较好,根据地层剥蚀程度不同,常与T2、T7等反射界面重叠。

      T9:相当于下三叠统青龙组底界反射,在崂山隆起和勿南沙隆起区的局部区域特征较明显,反射界面清晰,为较强振幅、中低频、较连续反射。

      T10:相当于下二叠统栖霞组顶界反射,为古生界第1套地震反射标志层组的顶面。该界面地震反射特征清晰,强振幅、低频,在崂山隆起中南部和勿南沙隆起区北部可连续追踪对比。T9到T10内部整体为弱反射,内部存在1~2个较强振幅地震轴,连续性相对好。

      T11:相当于中—上石炭统底界反射,为古生界第1套地震反射标志层组的底界面。在崂山隆起中南部以及青岛坳陷等构造较简单地区反射特征清晰,较强振幅,较连续反射。在西部构造较复杂地区为高角度中强振幅反射,在东部火成岩区反射特征模糊。T10与T11反射层内部为中低频、中等强度反射,在地震剖面上约为300 ms时间厚度。

      T11-1:相当于下志留统高家边组顶界反射,为古生界第2套地震反射标志层组的顶界面。在崂山隆起中南部反射特征清晰,较强振幅、较连续反射。T11与T11-1反射层内部为中低频弱振幅反射,在地震剖面上约为600~700 ms时间厚度。

      T12:推测相当于下志留统高家边组底界反射,该界面为海相古生界第2套反射标志层组底界面。T11-1与T12之间,为一套300~400 ms时间厚度的中强振幅、中低频反射波组,在崂山隆起中南部具有较好的连续性,其他地区反射品质普遍较差。

      T13:推测相当于下寒武统顶界反射,该界面为海相古生界第3套反射标志层组顶界面。全区总体来看,该界面反射特征不清晰,但在资料品质相对较好、构造相对平稳的局部区域,该界面上下地层的反射特征存在差异,上覆地层表现为空白杂乱反射为主,下伏地层为中弱振幅、中低频反射特征。

      Tg:推测基岩顶面反射,该界面为第3套反射标志层组底界面,部分地区表现为2~3个较强振幅的反射,崂山隆起中南部连续性相对较好,全区可对比性较差,难以连续追踪,主要根据推测的地层厚度界定。

      表1所示,区内有T2、T4、T7-2、T8、Tg区域不整合面,波阻抗差大,是强反射界面;T7-1、T10、T12是岩石物性界面,波阻抗差较大,是较强的反射界面;T7、T9、T11、T11-1、T13是岩石物性反转面,有一定的波阻抗差,也可形成反射界面。

    • (1)地层结构

      盆地内存在坳陷型和隆起型2类地层结构[15]。前者发育于青岛坳陷和烟台坳陷,由下往上由震旦系—下古生界、上古生界—下三叠统、侏罗系、上白垩统—古近系和新近系—第四系等5个构造层组成,地层总厚度大者超过15 km;后者发育于崂山隆起和勿南沙隆起区,以缺失中—新生代陆相碎屑岩地层为典型特征,由下往上由震旦系—下古生界、上古生界—下三叠统和新近系—第四系3个构造层组成,地层总厚度5~8 km。

      (2)浅部地震能量屏蔽层

      理论模拟结果表明,地震波传播过程中震源子波透射能量与反射界面上下地层的地震速度差有关。界面上下的速度差越大,透射能量越少。当界面以下与界面以上地层的地震速度比达到2.0、2.5和3.0时,分别只有18.5%、9.2%和5.3%的震源子波能量能够穿透界面向下传播 [13,18-19]

      崂山隆起和勿南沙隆起区经历了前震旦纪基底形成、震旦纪—早古生代克拉通、晚古生代—中三叠世稳定台地-陆内裂陷、晚三叠世—古近纪隆升剥蚀以及新近纪—第四纪坳陷沉降等5个阶段[19-21]。这一演化特征导致“低速低密”的新近纪松散砂泥岩沉积物直接覆盖在“高速高密”的下三叠统青龙组灰岩之上,形成强反射界面T2。由于T2界面以下与其界面以上的地层地震速度比为2.5~3.0,只有10%以下的震源子波能量能够穿透界面向下传播,从而形成了浅部地震能量屏蔽层。

    • 南黄海海相中—古生界地震探测技术攻关经历了地震地质研究(1961—2004年)、技术攻关(2005—2014年)、技术突破与应用(2015年—现在)3个阶段。

    • 南黄海的油气调查与勘探始于20世纪60年代初[22-24],2005年以前,油气勘探目的层聚焦新生界,石油公司采用各时期国内外流行的技术开展了地震勘探。后因钻探发现中—古生代海相地层,并认识到地震资料成像品质差是制约其油气勘探的关键问题,在勘探新生界的同时,开展了海相中—古生界的地震地质研究,大致分为2个时期。

    • 海相地层是在研究中—新生代盆地基底和探索基岩油气藏的过程中发现的。南黄海陆相沉积盆地的基底属性如何? 基底岩性是什么? 这是盆地油气资源潜力评价需要解决的基础地质问题。范时清等[25]在1962年就开展了对南黄海盆地基底大地构造属性的研究,此后很多学者对南黄海及周边地区的古生代大地构造性质及大地构造演化进行了分析[26-30],但在南黄海海域未获得钻井资料证实之前,争论较大。

      基岩油气藏是新生代盆地勘探的探索对象。南黄海盆地早期地震调查始于1968年,地质部上海石油局使用“五一”型地震仪、炸药震源(药量9~12 kg;沉放深度1~2 m)、悬挂式24 道电缆开展单次连续观测(排列长度800 m)的区域普查,确定了南黄海盆地为“南北两坳夹中部一隆”的构造轮廓[31]。1971年启用模拟磁带地震仪在北部开展了3次覆盖(排列长度1 380 m)连片地震普查[22-24]。部分地震资料隐约可见新生代盆地基底。据此,钻探H2井,井底见变质岩(表2),推测属于前震旦系,这是最早获得的盆地基底岩性的信息。1974—1978年启用气枪震源,采用漂浮式电缆开展南、北2个坳陷的地震普查,先后获得了3、4、6次覆盖的模拟地震资料(表2)。1979年,钻探H7井,钻遇泰州组1 065 m,首次揭示盆地北部存在白垩系陆相地层[32],开始认识到南黄海盆地为中—新生代陆相沉积盆地[33]

      表 2  第1阶段地震采集主要参数

      Table 2.  Main parameters of seismic acquisition in the first stage

      地震施工时间/年作业者道间距/m炮间距/m覆盖次数/次电缆长度/m震源/电缆沉放 /m震源类型震源容量记录仪钻遇古生界井/井底地层
      1968—1971SMPB3340018001~2/7炸药9~12 kg五一型
      1971—1975SMPB57.523031 3801~2/7炸药9~12 kg模拟型H2/变质岩
      1976—1978SMPB57.5172.5/1154/61 3801~2/12炸药9~12 kg模拟型H7/赤山组
      1979BP255018/241 200/1 8006/12Sleeve1 685 CI数字型WX5-st1/龙潭组
      1984C/T12.525482 4006/12Sleeve1 685 CI数字型WX13-3-1/栖霞组
      CZ12-1-1/黄龙组
      CZ24-1-1/青龙组
      1986WGS26.6626.66603 2006/9Sleeve1 565 CI数字型Kachi-1/青龙组
      1997SMPB2550303 0007/10Sleeve2 682 CI数字型
      1999SMPB26.6626.66301 6007/10Sleeve2 682 CI数字型
      1999CNOOC12.525603 0003/4Sleeve1 380 CI数字型CZ35-2-1/栖霞组
      2000CNOOC12.525814 0505/6G.Ⅰ4 050 CI数字型WX4-2-1/青龙组
      2000GSGM12.525603 0008/12Blot3 000 CI数字型
      2001GMGS12.550303 0008/12Blot3 000 CI数字型
      2002CNOOC12.537.5443 3007/9Sleeve2 400 CI数字型
      2003GMGS12.537.5614 6006/7Blot5 080 CI数字型
      BP:英国石油公司;C/T:美国雪佛龙/德士古公司;WGS:西方地球物理公司;CNOOC:中国海洋石油总公司;SMPB:上海海洋石油局;GMGS:广州海洋地质调查局

      1979年,中国与英国石油公司合作开展了地震普查工作,采用数字地震仪、气枪震源(震源容量1 685 CI)和模拟电缆,获得了18/24 次覆盖的地震资料,在坳陷区斜坡位置发现盆地基底有内幕反射。英国石油公司于1981年钻探了WX5-ST1井,钻获229 m上白垩统泰州组,在1 141 m之下钻遇下三叠统青龙组和二叠系大隆组和龙潭组[34]。该井首次在盆地南部发现白垩系陆相地层,并证实在陆相地层之下存在海相中—古生界(表3)。据此,初步认为南黄海盆地与苏北盆地类似,为中—新生代陆相沉积盆地[35-36],且盆地之下存在中—古生代海相地层[35]

      表 3  南黄海盆地海相中—古生界钻井情况一览表

      Table 3.  Drilling holes of the marine Mesozoic–Paleozoic in the South Yellow Sea Basin

      序号井号类型井深/m作业者完井时间/年井底地层及测试情况
      1WX5-ST1参数井3 259BP1981龙潭组,未见显示
      2WX13-3-1预探井2 228C/T1984栖霞组,未见油气显示
      3CZ12-1-1A预探井3 511C/T1985黄龙组,气测异常
      4CZ24-1-1预探井3 546C/T1985青龙组,气测异常
      5WX4-2-1预探井2 733CNOOC2000青龙组,未见显示
      6CZ35-2-1预探井2 726CNOOC2001栖霞组,未见显示
      7CSDP-2科探井2 843QIMG2016高家边组,古生界多层油气显示
      8Kachi-1预探井2 726MPC1991青龙组,气显示
      BP:英国石油开发有限公司;C/T:美国雪佛龙(CHEVRON)/德士古(TEXACO)石油公司;CNOOC:中国海洋石油总公司;QIMG:青岛海洋地质研究所;MPC:美国马拉松石油公司

      1984年,雪佛龙海/德士古石油公司在其区块内开展了48 次覆盖的数字地震勘探,以新生界为主要目的层,探索基岩油气藏,针对区块内的重点构造钻探了3口井。其中,WX13-3-1井钻穿新生代盆地底界,在2 085 m以下见到下二叠统栖霞组灰岩,无油气显示;CZ24-1-1井于3 100 m以下见241 m厚的白垩系泰州组,3 341 m之下发现下三叠统青龙组,有气测异常;CZ12-1-1A井在新生代盆地底界面(2 073 m)之下钻遇1 438 m厚的石炭系和二叠系,有地层重复现象[22-23],在石炭系见气测异常(表3)。这3口井证实盆地南部中—古生代海相地层有一定的厚度。

      1986年,韩国与西方地球物理公司合作在南黄海北部124°E以东开展了60 次覆盖的数字地震勘探(震源容量1 685 CI、电缆长度3 200 m)(表2),美国马拉松石油公司根据这批资料的解释结果于1991年钻探了Kachi-1井,该井钻遇34 m的下三叠统青龙组灰岩(未穿)[36-37]

      该时期钻探揭示,南黄海新生代盆地南北2个坳陷之下存在中—古生代海相地层,地层与下扬子区具有可比性[38],但地震反射资料品质差,难以解释基岩内幕结构[39]

    • 随着新生界油气勘探的失利,国外石油公司很快退出了合作区块,中国在开展陆相盆地石油地质条件研究和油气资源评价的同时,逐渐将注意力转向海相中—古生界研究[1,39-47],受江苏石油勘探局在盐城凹陷发现以古生界为气源的朱家墩气田的启发,国内公益性调查和商业性勘探均加强了中—古生界油气藏探索力度,进入中—古生界地震地质研究时期。这一时期,按照以陆相中—新生代盆地为主,兼顾基底的勘探思路,开始重视中—古生代地层岩石物性的研究和地震地质研究[46-47]。在理论模拟和海上试验的基础上,应用较为合理的采集参数获取了一批重要的二维地震资料(表2),陆相盆地基底内幕反射逐渐显现,勿南沙隆起在T2以下局部可见背斜构造形态,崂山隆起T2以下仍为空白反射(图2)。

      图  2  崂山隆起T2以下的空白反射

      Figure 2.  Blank reflection below T2 interface on the Laoshan Uplift

      1999年,中国海洋石油总公司针对勿南沙隆起区开展了地震地质研究,在采集参数论证的基础上采用“滨海518”物探船、1 368 CI震源(Sleeve枪)、3 000 m电缆(240道)获得了60次覆盖1 071 km地震资料,在中—古生界发现了常州35-2构造,钻探证实新近系盐城组(底界1 185.5 m)之下为下三叠统灰岩。该井井深2 726 m,钻遇891.5 m厚的青龙组灰岩、155 m厚的大隆组泥岩、270 m厚的龙潭组含煤地层和277 m厚的栖霞组灰岩(未穿),证实勿南沙隆起区发育厚度较大的中—古生代海相地层[40,44],这是探索海相中—古生界油气藏的首次钻探,未见油气显示。2000年采用“滨海511”物探船在青岛坳陷开展了2 905 CI震源(G.Ⅰ枪)、4 050 m缆长(324道)、81次覆盖的地震勘探,钻探WX4-2-1井(表3),井深2 733 m,钻遇275 m厚的泰州组泥岩和24 m厚的青龙组灰岩(未穿)。为兼顾陆相地层与海相地层的勘探,2002年,利用“滨海518”调查船,采用2 400 CI震源、3 300 km缆长、44次覆盖、264接收道数采集了区域地震测线3 063 km。利用该批资料追踪对比,推测海相地层有较大的分布范围[40,43-47]

      1996年,国家126专项启动了南黄海海域地质地球物理补充调查和资源评价工作,青岛海洋地质研究所(QIMG)于1997年和1999年采用地质矿产部上海海洋石油局的“奋斗七号”调查船完成了60道30次覆盖的地震勘查[13448-49],地震测线的某些局部段可见中—古生界反射。

      1998年,新一轮国土资源大调查的计划开始实施,广州海洋地质调查局(GMGS)采用“探宝号”于2000年、2001年、2003年开展了3个航次的南黄海战略性油气资源调查,震源容量分别为3 000 CI(2000年和2001年)和5 080 CI(2003年),排列长度分别为3 000 m(2000年和2001年)和4 600 m(2003年),覆盖次数分别为60次(2000年)、30次(2001年)和61次(2003年)。这批资料显示,局部地区隐约可见厚度较大的中—古生界[50-51]

      第1阶段取得的主要成果和认识如下:①获得了一大批二维地震资料;②地震勘探仪器设备得到不断改善:地震记录仪从“五一”光电记录仪、模拟磁带仪到数字地震仪,震源从炸药到空气枪;③拖缆地震采集参数不断更新:气枪容量从1 685 CI提高到5 080 CI,电缆长度从800 m提高到4 600 m,覆盖次数从单次提高到81次;④认识到南黄海陆相盆地为“南北两坳夹中部一隆”的构造格局;⑤以陆相层为目的层的地震勘探多处可见盆地基岩顶面,局部地区发现基岩内幕反射;⑥区域地质对比分析认为,南黄海在大地构造上是扬子地台在海域的延伸;⑦钻井揭示盆地南北2个坳陷内古近系阜宁组地震反射界面(T7)之下发育白垩系,证明新生代地层之下还有陆相中生代地层,其特征与陆域苏北盆地具有可比性,认为南黄海存在中—新生代陆相沉积盆地;⑧海相中—古生界地震内幕成像品质差,钻井揭示了三叠系青龙组,二叠系大隆组、龙潭组和栖霞组,石炭系船山组、黄龙组、老虎洞组、和州组和高骊山组,证明陆相沉积盆地之下存在具有一定厚度的中—古生代海相地层,这套海相地层层序及其沉积特征与下扬子陆域具有可比性,据此认为南黄海盆地是一个中—新生代陆相沉积盆地与中—古生代海相沉积盆地相叠加的中国近海大型盆地;⑨崂山隆起在新近系底界面T2之下为空白反射,其岩性是火山岩、变质岩还是中—古生代沉积层有待于探索;⑩勿南沙隆起区局部发现可追踪对比的海相中—古生界上部T9、T10反射界面和构造圈闭;⑪青岛坳陷和烟台坳陷局部可见T9、T10反射界面,并构成中—新生代盆地潜山地层;⑫地震资料解释结合重磁资料反演表明,海相中—古生界有较大的厚度和分布范围,是油气勘探的新领域;⑬钻井揭示古生界大隆组、龙潭组和栖霞组具有生烃潜力,CZ24-1-1井和CZ12-1-1A井中分别于下三叠统青龙组灰岩和石炭系灰岩中见气测异常。

    • 2005年,全国油气资源战略选区专项启动了“南黄海前第三系油气前景研究”(XQ2005-01)项目,标志着南黄海进入中—古生界地震探测技术攻关阶段。该阶段可分为拖缆技术攻关(2005—2008年)与多方法技术攻关(2009—2014年)2个时期。

    • 这一时期主要开展拖缆技术攻关,主要任务是获得可供解释的中—古生界地震反射资料,为地质构造特征研究、油气地质条件分析、油气资源前景评价提供技术支撑。

      (1)2005年:理论分析,确定重点攻关区

      2005年,QIMG依托“南通幅”调查项目,采用“奋斗七号”调查船完成了南黄海1 300 km区域地质调查,震源容量为2 940 CI,排列长度3 000 m,接收道数为240道,覆盖次数30次。GMGS依托国土资源大调查项目,采用“探宝号”调查船开展了区域调查,震源容量5 080 CI,气枪类型为Bolt枪,电缆长度4 600 m,46次覆盖,接收道数368道。在此基础上,QIMG完成了“南黄海前第三系油气前景分析”项目的总体设计和2005年工作方案,确定以崂山隆起为重点区开展海相中—古生界地震探测技术攻关。

      通过上述区域地震资料解释、区域地质分析和海陆对比,陈建文等[34]认为:尽管南黄海盆地崂山隆起T2以下为空白反射,该区应当存在具有油气远景的海相中—古生界。依据如下:①推测该区的大地构造单元归属于扬子地台,中国南方扬子区海相中—古生界广泛发育,油气资源丰富[52];②海相中—古生界构造变形具有“南黄海海域弱于下扬子区陆域、南黄海中部崂山隆起弱于北部烟台坳陷和南部青岛坳陷”的特点[53];③第1阶段在南黄海已钻遇石炭系及其以上地层,其层序与下扬子陆域具有可比性[34];④海域钻探已发现大隆组、龙潭组、栖霞组烃源岩[34];⑤下扬子陆域在海相层中已发现黄桥气田、句容油田和朱家敦气田[54-55];⑥崂山隆起T2埋藏浅,且地震能量屏蔽作用强,一旦技术突破,可应用到具有类似地震地质条件的其他海区,推进海域新层系油气勘查进程[34]

      (2)2006年:攻关试验,初现端倪

      自2006年开始,海相中—古生界地震探测技术攻关以崂山隆起为突破口。在理论模拟的基础上选取2 940 CI的震源容量开展海上试验,震源系统由2串SLEEVE空气枪组成,单枪最大容量为300 CI,最小40 CI,气枪间距1.86~3.81 m,串间距6 m。首先开展气枪/电缆沉放深度组合试验,试验后选取8/12 m的枪/缆沉放组合、2 940 CI震源容量、4 200 m电缆长度、56次覆盖,336接收道数(表4)开展生产采集,在XQ06-1线西部T2之下发现可能为沉积岩的内幕反射,并显示褶曲形态(图3),在XQ06-4线中部也发现了类似内幕反射,并显示褶皱构造形态。推测为古生代地层反射[56]

      表 4  第2、3阶段地震采集主要参数

      Table 4.  Main parameters of seismic acquisition in the second and third stages

      施工时间/年作业者作业船舶道间距/m炮间距/m覆盖次数/次电缆长度/m接收道数/道枪/缆沉放/m枪类型震源容量/CI
      2005QIMGFD712.550303 0002406/9SLEEVE2 940
      2005GMGSTB12.550464 6003688/10BLOT5 080
      2006QIMGFD712.537.5564 2003368/12SLEEVE2 940
      2007QIMGFD712.537.5565 7004568/12SLEEVE2 940
      2008QIMGFD712.537.5766 0004808/12SLEEVE2 940
      2009QIMGFD712.537.5806 0004808/12SLEEVE3 580
      2009CNOOC-SBE12.5251628 1006487/25G.Ⅰ6 180
      2010QIMGFX12.537.5967 20057610/14SLEEVE + BLOT6 420
      2010CNOOC-SBH51712.550818 10064810/16BLOT6 316
      2011CNOOC-SBH51112.537.5806 000×2480×2(6/9)/15SLEEVE7 340
      2012CNOOC-SBH518252548024 000960(OBC)SLEEVE5 460
      2012CNPC-L505016016 000320(OBC)3 900
      2012—2013SINOPEC-HSL703255012012 000480(OBC)BLOT2 070
      2013CNOOC-SBH51212.537.5947 0505647/10SLEEVE5 040
      2014CNOOC-SBH5113.12537.5876 5002 0807/10SLEEVE5 040
      2015QIMGFX612.537.5967 200576(10/10/10/10)/16G.Ⅱ6 390
      2016QIMGFX612.537.5967 200576(10/10/10/10)/16G.Ⅱ6 390
      2018QIMGHYDZ912.5251507 500600(10/10/10/10)/14G.Ⅱ5 110
      QIMG:青岛海洋地质研究所;GMGS:广州海洋地质调查局;CNOOC-S:中海石油(中国)有限公司上海分公司;SINOPEC-H:中国石油化工股份有限公司华东分公司;CNPC-L:中国石油天然气股份有限公司辽河油田分公司;FD7:奋斗七号;FX:发现号;FX2:发现2号;FX6:发现6号;HYDZ9:海洋地质九号;BH511:滨海511;BH512:滨海512;BH517:滨海517;BH518:滨海518;NH502:南海502;BE:比福特勘探号(Beaufort Explorer)

      图  3  XQ06-1测线西部剖面反射特征

      Figure 3.  Reflection characteristics of the west section of the line XQ06-1

      (3)2007年:加长排列,增强信心

      2007年,将排列长度增加至5 700 m,覆盖次数增加至76次,在XQ07-3线中部T2之下发现有厚度大、较为清晰的3套反射标志层组(图4),推测为古生代地层反射[57],从而坚定了崂山隆起海相中—古生界地震探测技术攻关的信心。

      图  4  2007年XQ07-3线地震反射剖面

      Figure 4.  Seismic reflection profile of line XQ07-3 acquired in 2007

      (4)2008年:理论分析,物理模拟、海上方向试验

      2008年,国家729工程启动了GZH200800503项目。为了获得崂山隆起海相中—古生界的有效反射,依托该项目开展了理论模拟、物理模拟、海上枪缆沉放深度组合试验、海上方向试验、生产采集[58]

      理论模拟表明:①中—古生代海相地层的反射振幅随偏移距的增加呈缓慢下降趋势。②存在地震反射盲区。当偏移距超过6 000 m时,地震波入射角超过了地震反射的临界角,呈反射盲区。③低频地震波在地层传播过程中,能量的吸收衰减幅度比高频地震波小得多。考虑到中—古生代海相地层埋藏深、层间反射系数小,为得到深部有效地震反射,在地震资料采集中,应使用低频能量强的气枪震源。④海底鸣震和强反射界面造成层间多次波发育,给地震有效波造成较大的干扰[58]

      物理模拟表明:复杂构造形成的绕射波、断面波影响资料信噪比;碳酸盐岩地层、碎屑岩地层内部非均质性对反射、透射波产生散射作用,这是降低地震资料的信噪比和分辨率的重要因素;基于模型震荡水面的室内地震数据采集更符合海上实际情况;对深部地层的成像而言,排列长度越长,成像效果越好[58]

      枪/缆沉放深度组合试验:在室内模拟的基础上,综合考虑子波特征的各个因素,如峰峰值、波泡比、子波能量、主频、频带宽度等,特别考虑低频子波的能量衰减慢、穿透能力强的特点,设计枪/缆沉放深度组合试验5组,分别为6/8、6/10、6/12、8/10和8/12 m。试验后优选8/12 m组合。

      测线方向试验:理论上,当测线方向与构造走向平行或近似平行时,地下反射点位于测线的垂直面上,地震波侧面散射少,反射能量集中,有利于获取深部反射的有效信号。试验表明,地震资料品质与测线方向有一定关系,90°方向试验效果最好,45°、68°、158°方向的效果次之,0°、180°、315°方向效果相对较差。考虑到南黄海海相中—古生界的整体构造走向为近EW向,生产测线选取SN向为主测线方向,EW向为联络测线方向[58-60]

      海上资料采集:在上述工作基础上采用“奋斗七号”物探船按8/12 m枪/缆沉放深度组合、2 940 CI震源、6 000 m缆长、76次覆盖、480接收道数,以SN向为主测线方向,EW向为联络测线方向开展调查,获得了南黄海1 741 km的区域地震测线,为盆地结构分析和早期潜力评价提供了资料依据[58]

      上述分析及海上试验表明,大震源、长排列、高覆盖次数有利于提高中—古生界的拖缆地震成像质量;低频震源是提高质量的关键因素之一。

    • 一方面,因2005—2008年在崂山隆起拖缆地震技术攻关初有成效;另一方面,中国石油化工股份有限公司于2003年和2007年在上扬子区四川盆地海相中—古生界先后发现了普光[61]、元坝 [62]和龙岗3个大型气田[63],大大提高了南黄海海相中—古生界的勘探价值。2009年,全国油气资源战略选区专项启动了“南黄海崂山隆起及滩海区海相地层油气资源战略选区调查评价”项目(XQ2009-01)。同时,受2005—2008年QIMG在崂山隆起地震调查发现的鼓舞,中海石油(中国)有限公司上海分公司(以下简称“CNOOC-S”)也将注意力转移到崂山隆起。自2009年进入多方法技术攻关时期,主要任务是加大攻关力度,为崂山隆起油气资源勘查评价提供技术支撑。

      (1)2009年:增强震源、双检采集试验

      依托GZH200800503项目和XQ2009-01项目,2009年开展了3 360 CI和3 580 CI震源容量的海上试验。为了分析南黄海中—古生代海相沉积盆地的地质结构、提高地震资料品质,在南黄海新生代盆地的隆起区和坳陷区布设长度为20 km的3条试验测线(崂山隆起、青岛坳陷和勿南沙隆起各1条),分别用3 360 CI和3 580 CI震源及不同的沉放深度组合进行试验(表5)。

      表 5  2009年试验测线采集参数组合

      Table 5.  Seismic acquisition parameter combination of test line in 2009

      参数组合12345678910
      震源容量/CI3 5803 5803 5803 5803 5803 3603 3603 3603 3603 360
      震源沉放深度/m6688866888
      电缆沉放深度/m810101214810101214

      通过3条试验测线10种不同参数所采集的30条线进行了攻关处理,比较后认为,3 580 CI震源、8/12 m的枪/缆沉放深度组合效果最优。据此采集获得了较好品质的深部反射资料[64]

      2009年,CNOOC-S采用“比福特勘探号”物探船、6 180 CI震源、8 100 m缆长、162次覆盖、648道(表5)、GS双检采集了1 232 km测线,资料品质有所提高[4],但未能取得期望的双检采集效果。

      (2)2010年:富低频攻关、OBS(海底地震)试验

      为提高深部低频能量和信噪比,获得富低频资料,2010年配备“发现号”物探船,从进一步加大震源容量、提高大枪容量、改善枪/缆沉放深度组合、提高覆盖次数几个方面入手开展攻关。首先,将震源容量增大至6 420 CI(沉放深度10 m),采用4串SLEEVE和BOLT枪组合,每串1 605 CI,单枪最大容量为380 CI,最小40 CI,串间距10 m。其次,加大电缆沉放深度,在崂山隆起开展电缆沉放12、14、16、20 m的同方向试验(震源沉放10-10-10-10 m,测线方位270°),发现电缆沉放深度14 m效果相对较好;最终,采用6 420 CI震源、10/14 m枪/缆沉放、7 200 m缆长、96次覆盖、576接收道数采集[59],获得了较好成像剖面(图5)。

      图  5  XQ10-6地震剖面

      Figure 5.  Seismic profile of line XQ10-6

      采用OBS技术可以获得调查区深部地层,尤其是海相中—古生界内部各层序的速度结构,建立深部地层反射速度结构,为资料处理的精细速度分析提供依据。优选具有高分辨率、高采样率、大动态范围、强抗干扰能力信号采集特点的德国Geopro公司的海洋地震仪SEDISⅥ进行海试,工作区水深为10~30 m。试验中采用2种气枪震源参数:气枪容量9 300 CI、压力2 000 PSI、放炮间距187.5 m;气枪容量3 300 CI、压力2 000 PSI、放炮间距46.875 m。测线长度为290 km。试验表明:9 300 CI的大容量气枪数据能量强,但噪声很大;3 300 CI的小容量气枪数据信噪比高,但深部的能量较弱[18]

      2010年,CNOOC-S用滨海517物探船按6 316 CI震源(4串BOLT枪)、10/16 m枪/缆沉放、8 100 m缆长、81次覆盖、648道的参数在崂山隆起采集1 490 km二维地震,深部成像品质略有改善。

      (3)2011年:上下源双缆宽线试验

      为提高深部能量,2011年,CNOOC-S用滨海511物探船按7 340 CI震源(4串SLEEVE枪)、6/9 m震源沉放、15 m电缆沉放、6 000 m×2缆长、80次覆盖、480×2接收道数在崂山隆起开展上下源双缆宽线试验,中—古生界的地震信噪比有所提高,成像品质有所改善[65],取得了一定的效果。

      (4)2012—2013年:OBC(海底电缆)试验、OBS海陆联测

      为了开展南黄海极浅水区和滩海区地震勘探,2012—2013年,中国3大油公司在各自探矿权区块内开展了OBC地震勘探。

      2012年,CNOOC-S采用“滨海518”物探船按5 460 CI震源,24 km缆长,25 m道距、25 m炮距、480次覆盖、960接收道数获得了168 km的OBC资料(表4),因受极浅水区潮流、海流、海浪、沿岸流等复杂水动力条件影响,深部资料品质不理想。

      2012年,中国石油天然气股份公司辽河油田分公司在盐城东区块开展了滩海地震,采用“长排列、大容量、高覆盖次数、水陆双检”的OBC地震采集方案,按中间激发、16 km缆长、50 m道距、50 m炮距、160次覆盖、320接收道数采集672 km的OBC资料(表4),同样,受复杂水动力条件、复杂地质构造和多变潮流沙脊的影响,深部资料品质不理想。

      2012—2013年,中国石油化工股份有限公司华东油气分公司在海安东区块开展了滩海地震,按12 km缆长、25 m道距、50 m炮距、120次覆盖、480接收道数的参数获得了1 112 km的OBC资料(表4),海相中—古生界的地震反射资料品质也不理想。

      2013年,为了进一步有效获取南黄海中—古生界反射波和折射波数据,QIMG联合中国科学院地质与地球物理研究所和国家海洋局第一海洋研究所,依托海洋地质调查GZH200800503项目、国家自然科学基金41210005项目和国家863计划2009AA093401项目开展了南黄海—山东半岛—渤海海陆联合深部地震探测[66],获取了难得的深部地层速度数据。

      (5)2013—2014年:崂山隆起中部试验与勘探

      2013年,CNOOC-S采用“滨海512”物探船按5 040 CI震源,7 050 m缆长,7/10 m枪/缆沉放、12.5 m道距、37.5 m炮距、94次覆盖、560接收道数的参数,在崂山隆起中部采集二维地震资料2 168 km。2014年,改用“滨海511”物探船5 040 CI震源,6 500 m缆长,7/10 m枪/缆沉放、3.125 m道距、37.5 m炮距、87次覆盖、2 080接收道数的参数在崂山隆起中部采集二维地震资料2 007 km(表4)。上述所获得的海相中—古生界资料品质较前有所改善,但在不同的构造部位差别较大。

      通过10年的技术攻关,本阶段取得主要成果如下:①区内海相中—古生界勘探的地震地质条件为:水浅,地层古老、构造相对复杂、顶面为强波阻抗界面、内部波阻抗界面多,巨厚的碳酸盐岩层内部非均质性弱,巨厚的碎屑岩层内部物性差异小[14];②不同的构造单元地震地质条件差别大,同一构造单元内不同区域地震地质条件有所不同[14];③浅层强反射界面能量屏蔽、目的层内部界面波阻抗差别小、地质构造相对复杂是海相中—古生界地震信噪比低、成像品质差的主要问题,其中浅层强界面能量屏蔽是关键[4-5];④地震采集方向影响地震资料品质,因受构造方向的控制,区内EW向测线比SN向地震测线资料品质好;⑤震源容量增大,目的层反射能量增强[58];⑥同一震源总容量、不同的枪串组合,目的层成像品质不同[18];⑦震源枪串组合中,大枪容量越大、低频能量越强,目的层成像品质越好[18,67];⑧震源系统中不同的气枪类型所激发的低频成分不同,富低频气枪获得的资料品质更好[67];⑨理论上立体震源(上下源和立体源)有利于能量的加强[65,68-69],试验资料所取得的效果不明显;⑩排列长度越长、覆盖次数越多,目的层资料信噪比越高[4];⑪物探船吨位越大、设备性能越强,越便于海相中—古生界的采集参数优化[18];⑫理论上,震源沉放深度和电缆沉放深度越大,越有利于激发和接收低频信号,根据物探船设备能力和作业区地震地质条件选取更深的枪/缆沉放深度组合有利于改善目的层资料品质[5,18];⑬理论上双缆宽线采集有利于提高目的层信噪比[65,68],海上试验未能获得期待的效果;⑭OBS采集比拖缆采集更能准确获得海相中—古生界主要层序的速度资料,有利于室内速度建模和成像处理[66];⑮理论上OBC有利于提高目的层的信噪比[70],在极浅水区采集过程中,由于复杂的水动力条件、多变的地形地貌和深部复杂的构造条件未能取得期望的结果。

    • 第2阶段技术攻关表明,针对南黄海海相中—古生界目的层的拖缆采集,震源容量越大、低频能量越强、覆盖次数越高,资料的信噪比越高、成像品质越好。

      2015年,采集参数设计从“高覆盖次数、富低频信号、强震源能量”3个方面进行重点攻关。首次使用国内外先进的中国石油化工股份公司海洋石油工程有限公司“发现6号”物探船和具有高能量强度、高能量转换率的Sercel G Gun Ⅱ型气枪。针对目的层的地层结构和物性特征,依据地质建模、各向异性波动方程模拟及照明分析论证采集参数。设计出63种震源和电缆参数组合,采用远场子波模拟及频谱分析方法,综合考虑主峰值、峰-峰值、初泡比、低频性能、优势频宽及主频等评价指标开展室内模拟[67],在此基础上在崂山隆起HB15-31线南端开展了长度30 km的海上试验,进行了立体震源、平面震源以及电缆沉放深度组合等共4组参数试验(表6),获得120 km试验数据。海上试验严格保持采集环境的一致性,根据试验结果最后确定合适的采集参数(表4)。震源系统采用4串枪阵,每串布设16支枪,总容量6 390 CI,串间距10 m;枪阵中配置了380 CI和220 CI的单枪,用以增强震源的低频能量;震源沉放深度10-10-10-10 m;使用了更加精准的数字枪控系统,使得气枪激发时具有更好的同步性;接收系统采用7 200 m缆长、96次覆盖、576接收道数[67]。资料处理结果表明,地震资料能清晰地揭示崂山隆起海相中—古生代地层的内部反射界面。如图6所示,剖面中可清晰识别3套可追踪对比的地震反射标志层组(B1、B2和B3)、8个反射界面(T2、T8、T10、T11、T11-1、T12、T13和Tg)、7个地震层序(S1、S2、S3、S4、S5、S6和S7),从而建立区内的地层层序。至此,浅部强反射界面能量屏蔽作用条件下的崂山隆起地震技术攻关取得了突破性进展,形成了以“高覆盖次数、富低频信号、强震源能量”为特征的“高富强”地震探测技术[5-6,71-73]。此后,区内进入技术应用阶段。

      表 6  2015年试验采集参数

      Table 6.  The test parameters of seismic acquisition in 2015

      气枪各子阵沉放深度/ m电缆沉放深度/ m排列长度/ m
      7 10 10 7 16 7 200
      7 10 10 7 20 7 200
      10 10 10 10 16 7 200
      10 10 10 10 20 7 200

      图  6  2015年采集的“高富强”地震资料及其地层属性[1]

      Figure 6.  The “HRS” seismic reflection profile acquired in 2015 and its stratigraphic attribute interpretation [1]

      同年,利用新采集资料和老资料开展了南黄海全盆地地震资料连片解释,将中—古生代残留盆地由南往北划分为青岛断褶带、崂山断隆带和烟台冲断带3个构造单元[1,74]。解释和综合研究认为:南黄海叠合盆地基底由元古界深、浅2套变质岩组成[75-77],海相中—古生界厚度大、分布广[1,72,78],具有3套区域烃源岩、2类储层、3套完整的生储盖组合[79-84];崂山断隆带构造相对稳定[7-8,77],发育大型圈闭[85-86],钻井证实发生过大规模的油气运聚过程[87-88],是海相下构造层的油气远景区[89-92];青岛断褶带是海相上构造层的油气远景区[91-92]

    • (1)崂山隆起中部目标评价和井位论证(2016—2018年)

      通过对2015年采集资料的解释,在崂山隆起中部发现了26个面积>10 km2的构造圈闭,优选出3个重点圈闭,其中高石3号圈闭面积大、继承性发育。2016年,采用“发现6号”物探船针对高石3号构造开展了三维地震调查,采集参数与2015年完全相同(表4),获得了高石3号构造“高富强”地震资料(图7),中—古生代地层内部反射特征更为清晰。根据上述资料,2016—2018年开展了调查参数井井位论证,提出了4个建议井位 [21],分别为高石3号构造的北高点(高参1A井)和南高点(高参1B)、高石2号构造高点(高参1C)(图8)和高石1号构造高点(高参1D)。

      图  7  2016年采集的XL1596测线高石3号构造三维资料

      Figure 7.  3D seismic data of Gaoshi 3 structure cross line 1596 acquired in 2016

      图  8  过高参1C井HB15-35二维地震剖面

      Figure 8.  Seismic profile of Line HB15-35 cross the well Gaocan 1C

      (2)崂山隆起西部发现2个有利构造带(2019年—现在)

      崂山隆起西部海水相对较浅、地震采集施工难度大,勘探程度低、资料少,地震测网密度为32 km×64 km,有1口科探井,钻遇下志留统高家边组(未穿)。为了落实高石稳定带的西延范围、开展崂山隆起西部区带评价和目标评价,自2019年开始,QIMG依托国家海洋地质调查专项项目在崂山隆起继续开展地震探测技术攻关和补充调查。目前已在崂山隆起西部极低调查程度区初步圈出了2个NW向的构造带,即五龙和驮背构造带(图9),面积分别为2 700和2 300 km2,其形成主要受晚印支—早燕山期的挤压变形作用控制,在早燕山期基本定型,变形较弱,继承性好,构造带内发育多个大型圈闭,构造高点总体上呈NW向展布[93]。下一步将针对这2个NW向的构造带开展调查和评价,落实重点构造,开展井位论证,实施钻探。

      图  9  崂山隆起西部2个有利构造带分布

      Figure 9.  Distribution of two favorable structural belts in the west of the Laoshan Uplift

      到目前为止,应用 “高富强”地震探测技术在南黄海海相中—古生界首次发现了3套可连续追踪对比的地震反射标志层组。通过资料解释和综合研究,建立了区内晚元古代以来的地层层序,初步掌握了海相中—古生代残留盆地的地质结构,预测了累计达10×104 km2的古生界油气远景区,优选出面积超过1×104 km2的古生界有利区带,圈定了古生界的重点目标,锁定了可望获得油气战略调查突破的钻探井位。

    • (1)南黄海中—古生代海相沉积盆地的地震地质条件具有“浅部波阻抗界面地震能量屏蔽作用强、平面上呈2类地层结构、纵向上大套碳酸盐岩与碎屑岩互层形成多反射界面、厚层碳酸盐岩层内部非均质性弱、地质构造相对复杂”等特点。不同构造单元的地震地质条件差别大,同一构造单元内不同区域地震地质条件也不尽相同。浅层强反射界面能量屏蔽、内部界面波阻抗差别小、地质构造相对复杂是影响中—古生界地震成像质量的主要原因,其中浅部强波阻抗界面能量屏蔽是关键因素。

      (2)南黄海海相中—古生界地震探测技术攻关经历了地震地质研究、技术攻关、技术突破与应用3个阶段。随着物探船不断更新、地震仪器设备不断升级、采集参数不断优化,经历了地震记录仪从“五一”光电记录仪、模拟磁带仪到数字地震仪;震源从炸药到空气枪;气枪容量不断增大、确保低频能量的大枪不断增多、排列不断加长、覆盖次数不断提高的过程。最终形成了以“高覆盖次数、富低频信号、强震源能量”为特征的“高富强”地震探测技术,突破了技术瓶颈,获得了区内海相中—古生界有效反射资料。

      (3)应用“高富强”地震探测技术在原来为空白反射的崂山隆起发现了海相中—古生界3套可连续追踪对比的地震反射标志层组,识别出7个反射界面;通过资料解释、海陆对比和综合研究,建立了地层层序,将海相中—古生代残留盆地由南往北划分为青岛断褶带、崂山断隆带和烟台冲断带3个构造单元,预测崂山断隆带为海相下构造层的油气远景区,优选高石稳定带为有利区带,圈定了古生界钻探目标。

    • (1)“高富强”地震探测技术在崂山隆起中南部获得了海相中—古生界的有效反射,在崂山隆起西部极浅水区和东部含火山岩区还未开展应用工作,勿南沙隆起区海相下古生界的地震资料仍然存在“信噪比低、反射能量弱、波组连续性差”的问题。因此,下一步还要针对这些地区的地震地质条件开展进一步的研究与攻关,发展该项技术。

      (2)理论上,上下源/立体源技术、双缆宽线技术、OBC应当获得更好的效果,目前在南黄海的试验效果并不理想,有待于进一步查明原因。下一步将尝试斜缆技术、节点OBS技术在区内的试验与应用,最终完善与集成海相中—古生界地震探测技术。

      (3)南黄海盆地发育全球最为典型的浅部地震波能量屏蔽层,如崂山隆起地区浅部新生界上新统“低速低密”砂泥岩与深部下三叠统“高速高密”灰岩直接接触,形成强阻抗界面,地震波到达此界面后,子波透射能量弱,导致深层的地震资料信噪比低、成像品质差。“高富强”地震探测技术突破了“浅部强反射界面能量屏蔽作用”条件下的地震成像技术瓶颈,在中国海域及全球海域具有重要的应用价值。

参考文献 (93)

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