寬方位角地震資料在裂縫性儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

陳國文 （中國石油大學(xué) （華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580

東方地球物理公司研究院地質(zhì)研究中心，河北 涿州 072751）

李正中 （中國石油大學(xué) （北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249）

李洪革，沈亞，袁云超，張軍勇 （東方地球物理公司研究院地質(zhì)研究中心，河北 涿州 072751）

隨著油氣勘探程度的不斷提高，裂縫性油氣藏已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱門領(lǐng)域之一，裂縫儲(chǔ)層的識(shí)別與裂縫的準(zhǔn)確描述、預(yù)測(cè)是裂縫性儲(chǔ)層勘探開發(fā)的關(guān)鍵。然而，由于裂縫性油氣藏孔隙度低、非均質(zhì)性強(qiáng)、裂縫分布復(fù)雜等特點(diǎn)，與常規(guī)孔隙性油氣藏有本質(zhì)區(qū)別，使得裂縫性油氣藏勘探開發(fā)成為當(dāng)前公認(rèn)的難題。隨著對(duì)裂縫性油氣藏認(rèn)識(shí)的不斷深入，地震資料品質(zhì)的不斷提升，研究手段的不斷提高，利用地震資料預(yù)測(cè)裂縫性油氣藏已成為現(xiàn)實(shí)，能夠?qū)α芽p性儲(chǔ)層進(jìn)行準(zhǔn)確的識(shí)別和描述[1]。

寬方位角地震資料較常規(guī)資料有著明顯的優(yōu)勢(shì)：①不同的方位角剖面可以觀察不同走向的斷裂，寬方位角地震資料對(duì)斷裂的識(shí)別能力明顯提高，當(dāng)垂直于斷層或裂縫發(fā)育走向時(shí)，可以獲得更加清晰的小斷層成像；②寬方位角地震資料在振幅、相位等信息方面都比窄方位角地震資料具有明顯的優(yōu)勢(shì)，利于精細(xì)刻畫儲(chǔ)層[2]。為此，筆者利用寬方位角地震資料對(duì)柴達(dá)木盆地柴西北區(qū)小梁山工區(qū)的裂縫性儲(chǔ)層進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

1 方法原理

在寬方位角地震資料的基礎(chǔ)上開展構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波，提高斷裂的成像精度，增強(qiáng)了對(duì)斷層的識(shí)別能力，便于利用地震資料對(duì)斷層快速進(jìn)行解釋；然后再利用構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波數(shù)據(jù)體計(jì)算曲率，曲率屬性描述的是地震數(shù)據(jù)體的幾何變化，檢測(cè)斷裂在空間上的展布規(guī)律；最后利用現(xiàn)代體屬性刻畫儲(chǔ)層的分布形態(tài)，二者結(jié)合，可對(duì)裂縫儲(chǔ)層進(jìn)行準(zhǔn)確的描述和預(yù)測(cè)。

1.1 構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波技術(shù)

構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波的目的是為了提高地震數(shù)據(jù)的信噪比，使地震數(shù)據(jù)同相軸的連續(xù)和間斷特征更明顯。構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波技術(shù)的核心是應(yīng)用凡高濾波器進(jìn)行地震資料處理，以輸入 （地震）圖像作為初始狀態(tài)，經(jīng)過時(shí)間偏移微分方程處理后得到處理圖像；然后，再對(duì)圖像進(jìn)行各向異性散射處理[3]（圖1）。

構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波技術(shù)相當(dāng)于一個(gè)濾波器，利用地層傾角和方位角沿地層層位進(jìn)行定向性平滑操作，增加同相軸的連續(xù)性，這種平滑操作不超出地震的反射終止形式 （斷層），提高與同相軸終止處 （斷層）的側(cè)向分辨率，保存或凸顯斷層的尖銳性[4]。在構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波處理后的地震數(shù)據(jù)體上進(jìn)行相干屬性及曲率計(jì)算，可清晰識(shí)別小斷層和裂縫[3]。從構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波前 （圖2 （a））和構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波后的剖面 （圖2（b））對(duì)比可以看出，后者斷層特征更加清晰，斷層更加干脆。

圖2 構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波處理前 （a）和處理后 （b）

寬方位角數(shù)據(jù)體可以清晰地觀察不同走向的裂縫與斷層，提高斷層的識(shí)別能力。在寬方位角數(shù)據(jù)體的基礎(chǔ)上開展構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波后，斷層的識(shí)別能力可進(jìn)一步增強(qiáng)。寬方位角資料采用分方位角特色技術(shù)處理，劃分4個(gè)不同方位，一組數(shù)據(jù)體方位角 （12.5～57.5°或192.5～237.5°）垂直于構(gòu)造軸向，一組數(shù)據(jù)體方位角 （102.5～147.5°或282.5～327.5°）平行于構(gòu)造軸向，另外兩組數(shù)據(jù)體方位角 （57.5～102.5°或237.5～282.5°與方位角147.5～192.5°或327.5～12.5°）分別與構(gòu)造軸向斜交。對(duì)不同方位角數(shù)據(jù)體開展構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波后，可以觀測(cè)不同方位角剖面對(duì)斷層識(shí)別的敏感程度有所差異，主要表現(xiàn)在兩方面：①斷點(diǎn)清晰程度不一樣，當(dāng)數(shù)據(jù)體方位角垂直于斷層走向時(shí)，剖面上斷點(diǎn)干脆清晰 （圖3（a）、圖4（c））；當(dāng)數(shù)據(jù)體方位角平行于構(gòu)造軸向時(shí)，剖面上斷點(diǎn)模糊不清 （圖3（c）、圖4（a））；其他兩組數(shù)據(jù) （圖3（b）、（d），圖4（b）、（d））識(shí)別清晰程度介于以上兩者之間；②斷點(diǎn)的位置也會(huì)發(fā)生變化，同一斷層在不同方位角數(shù)據(jù)體剖面上的位置稍有偏移。

1.2 曲率屬性

曲率是曲線的二維特征，曲率可以定義為角度W對(duì)弧長(zhǎng)S的變化率 （dW/dS），利用圓的屬性可以導(dǎo)出曲率K與曲率半徑R的關(guān)系：

圖3 不同方位角數(shù)據(jù)剖面對(duì)比 （斷層走向垂直構(gòu)造軸向）

圖4 不同方位角數(shù)據(jù)剖面對(duì)比 （斷層走向平行構(gòu)造軸向）

從式 （1）可以看出，曲率是曲率半徑 （圓的半徑）的倒數(shù)，曲率的大小可以反映一個(gè)弧形的彎曲程度，曲率越大越彎曲。對(duì)于脆性巖石，裂縫發(fā)育程度與彎曲程度呈正比。因此，可以利用構(gòu)造曲率來評(píng)價(jià)裂縫的發(fā)育情況。

斷裂在寬方位角高密度地震剖面上表現(xiàn)為同相軸的明顯變化，體現(xiàn)在同相軸扭曲、斷點(diǎn)處振幅突變、縱向上突變線狀條帶特征，它反映了地層受構(gòu)造應(yīng)力擠壓作用時(shí)的層面彎曲程度。因此，利用線狀條帶特征可進(jìn)行斷層和小裂縫識(shí)別。曲率存在多種不同的算法，不同算法的曲率屬性以及用不同參數(shù)計(jì)算的某一種曲率屬性，可以不同程度地反映斷層、線性特征，局部形狀等信息。當(dāng)刻畫斷裂時(shí)，最大曲率是最常用的曲率屬性[5]。

1.3 相干能量梯度屬性

近幾年來，現(xiàn)代體屬性在國外發(fā)展非常迅速，Marfurt在2006年提出了能量加權(quán)的相干振幅梯度的計(jì)算方法[6]。相干能量梯度屬性計(jì)算地震數(shù)據(jù)相干分量的振幅變化，有利于突出一些細(xì)小的地質(zhì)特征，從而提高解釋精度。相干能量梯度采用基于特征值的相干算法，使其具有更高的橫向分辨率，振幅的橫向變化有助于刻畫兩點(diǎn)的邊界。具體步驟如下：①計(jì)算輸入道的能量；②計(jì)算分析時(shí)窗內(nèi)的最佳匹配子波；③按一定比例關(guān)系，用步驟②中的關(guān)系估算各道的相干分量；④利用在步驟③中的子波的振幅定義一個(gè)主分量特征矢量，計(jì)算相干振幅的能量加權(quán)梯度，對(duì)特征矢量 （點(diǎn)曲線）求導(dǎo)，然后利用分析時(shí)窗內(nèi)的相干能量對(duì)它進(jìn)行加權(quán) （對(duì)于三維數(shù)據(jù)，沿X、Y方向計(jì)算）。

1.4 屬性比例融合技術(shù)

屬性比例融合技術(shù)是通過多個(gè)相關(guān)性小的單一屬性（數(shù)據(jù)體A和數(shù)據(jù)體B），通過算法變換，將數(shù)據(jù)體A和數(shù)據(jù)體B按一定比例重新構(gòu)造一個(gè)新的數(shù)據(jù)體C（圖5）。這種數(shù)據(jù)體是多種獨(dú)立信息的重構(gòu)，反映的信息更加豐富。該次研究將反映裂縫的曲率屬性和反映儲(chǔ)層細(xì)節(jié)的相干能量梯度屬性融合，可以更加清晰地反映裂縫儲(chǔ)層的空間變化規(guī)律。

圖5 屬性比列融合技術(shù)示意圖

2 應(yīng)用效果分析

圖6 不同方位角數(shù)據(jù)體提取最大曲率屬性對(duì)比

柴達(dá)木盆地柴西北區(qū)小梁山構(gòu)造為一簡(jiǎn)單的斷背斜構(gòu)造，主要受梁南和梁北2條相向而傾的北西向平行大斷層控制，為典型的 “兩斷夾一隆”的長(zhǎng)軸背斜特征，走向?yàn)楸蔽飨?。該區(qū)儲(chǔ)層條件復(fù)雜，主要特征為：①研究區(qū)為陸地湖相碳酸鹽巖和碎屑巖混合沉積，儲(chǔ)層巖性以砂巖、泥巖、泥灰質(zhì)巖，灰質(zhì)和藻灰?guī)r為主；②儲(chǔ)集空間類型多樣，以構(gòu)造裂縫為主，其次為粒間孔、晶間孔和溶蝕孔；③儲(chǔ)層物性總體表現(xiàn)為中孔－低滲、特低滲特征，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)。

在寬方位角地震資料基礎(chǔ)上，開展構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波，在此基礎(chǔ)上，計(jì)算了最大曲率屬性，沿層提取最大曲率屬性平面圖 （圖6）。由圖6可以看出：斷裂平面展布規(guī)律明確，主要發(fā)育2組方向的斷裂，一組是以北西向?yàn)橹鞯膲盒阅鏀鄬?，一組為近南北向的張性正斷層；曲率屬性更能刻畫微小斷裂，能夠識(shí)別不同方向的微斷裂，可以精細(xì)刻畫小尺度斷裂在平面的分布特征；不同方位角數(shù)據(jù)體上，斷裂的走向基本一致，以北西向和近南北向2組方向的斷裂為主，同時(shí)構(gòu)造東側(cè)的裂縫相對(duì)比較發(fā)育，延伸長(zhǎng)度略有差異，裂縫發(fā)育位置一致，主要集中于構(gòu)造應(yīng)力的釋放區(qū)。筆者認(rèn)為裂縫分布特征與巖性分布有一定的關(guān)系，研究區(qū)東部的碳酸鹽巖發(fā)育，灰?guī)r、泥巖含量比較高，在構(gòu)造作用力下容易形成裂縫發(fā)育帶。

小梁山總體為構(gòu)造油藏，應(yīng)用相干能量梯度屬性精細(xì)刻畫了構(gòu)造油藏的分布形態(tài) （圖7），在剖面上，小梁山構(gòu)造油藏的頂、底形態(tài)特征清晰，提取的平面圖與構(gòu)造形態(tài)基本保持一致，有效刻畫了油藏空間分布形態(tài)。

該次研究將曲率和相干能量梯度2種屬性進(jìn)行比例融合后，提取的屬性信息能夠較好地表征裂縫發(fā)育帶和平面分布范圍 （圖8）。研究成果經(jīng)與實(shí)際鉆探、試油資料對(duì)比，精度較高，成果可靠。

圖7 相干能量梯度屬性剖面圖 （a）及平面圖 （b）

圖8 屬性比例融合剖面圖 （a）及平面圖 （b）

3 結(jié)語

寬方位角地震資料由于波形信息豐富，偏移成像精度高等特征可獲得高質(zhì)量的地震資料，對(duì)非均質(zhì)性儲(chǔ)層預(yù)測(cè)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，在儲(chǔ)層物性和流體性質(zhì)檢測(cè)等方面精度也較高，可以獲得更加清晰的小斷層成像，可以更加精細(xì)地刻畫儲(chǔ)層。曲率屬性在識(shí)別斷裂方面更具優(yōu)勢(shì)，能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)裂縫的發(fā)育方向和密度，提高裂縫檢測(cè)的客觀性。以相干能量梯度為代表的現(xiàn)代體屬性在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方面具有更高的精度，能夠更加精細(xì)地刻畫儲(chǔ)層形態(tài)特征。將曲率屬性和相干能量梯度屬性結(jié)合，能夠更好地對(duì)裂縫儲(chǔ)層進(jìn)行準(zhǔn)確的描述，形成了一套針對(duì)裂縫儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的新的思路和方法。

[1]童亨茂 .儲(chǔ)層裂縫描述與預(yù)測(cè)研究進(jìn)展 [J].新疆石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，16（2）：9～13.

[2]凌云研究小組 .寬方位角地震勘探應(yīng)用研究 [J].石油地球物理勘探，2003，23（4）：350～357.

[3]Weickert J.Anisotropic diffusion in image processing [M].Stuttgart：Teubner Verlag，1998.

[4]趙明章，范雪輝，劉春芳，等 .利用構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波技術(shù)識(shí)別復(fù)雜斷塊圈閉 [J].石油地球物理勘探，2011，46（S1）：128～133.

[5]Chopra S，Marfurt K J.Volumetric curvature attributes add value to 3Dseismic data interpretation [J].The Leading Edge，2007，26（7）：856～867.

[6]Marfurt K J.Robust estimates of 3Drefector dip and azimuth [J].Geophysics，2006，71 （4）：29～40.