塔西南玉北地區(qū)鷹山組縫洞型儲層裂縫檢測技術(shù)及應(yīng)用

袁曉宇，李映濤，張哨楠，葉 寧

(1．同濟(jì)大學(xué) 海洋與地球科學(xué)學(xué)院，上海 200092；2．中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126；3．油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，成都 610051)

塔西南玉北地區(qū)鷹山組縫洞型儲層裂縫檢測技術(shù)及應(yīng)用

袁曉宇1,2，李映濤3，張哨楠3，葉 寧3

(1．同濟(jì)大學(xué) 海洋與地球科學(xué)學(xué)院，上海 200092；2．中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126；3．油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，成都 610051)

對塔西南玉北地區(qū)奧陶系鷹山組儲層的地質(zhì)特征分析研究表明，裂縫是鷹山組縫洞儲層發(fā)育的主要控制因素，地震裂縫檢測技術(shù)對玉北地區(qū)碳酸鹽巖儲層預(yù)測具有重要意義。采用多種裂縫檢測技術(shù)組合方法，其中：(1)傾角方位角屬性能識別規(guī)模較大的斷裂系統(tǒng)；(2)體曲率技術(shù)能識別地層因構(gòu)造彎曲變形破裂而產(chǎn)生的裂縫；(3)精細(xì)相干技術(shù)能高精度地識別地層巖性的不連續(xù)性及發(fā)育的小型河道；(4)將頻譜分解技術(shù)引入到螞蟻裂縫追蹤技術(shù)中，能有效檢測因地層擠壓而產(chǎn)生的構(gòu)造剪破裂縫、擴(kuò)張裂縫。4種方法的綜合裂縫檢測結(jié)果顯示，研究區(qū)除了斷裂帶附近裂縫發(fā)育，遠(yuǎn)離斷裂的斷洼區(qū)微裂縫也廣泛發(fā)育。這與研究區(qū)長期遭受構(gòu)造擠壓運動的演化背景以及鉆井、巖心等揭示的裂縫發(fā)育特征相符，同時也證明這種檢測裂縫發(fā)育帶的技術(shù)組合方法是有效的。

裂縫檢測技術(shù)；縫洞型儲層；鷹山組；玉北地區(qū)；塔西南

2010年以來，中國石化西北油田分公司在塔西南麥蓋提斜坡玉北地區(qū)的玉北1井、玉北1-4井、玉北1-2X井等多口探井的測試中獲得了工業(yè)油流，證實該區(qū)具備油氣成藏條件，并被地質(zhì)工作者們視為奧陶系導(dǎo)向性油氣勘探的重大突破[1-2]。目前玉北地區(qū)油氣勘探雖有一定進(jìn)展，但主要仍集中在玉北1號NE向構(gòu)造帶上。由于工區(qū)經(jīng)歷多期次的構(gòu)造運動，該區(qū)斷裂體系及裂縫廣泛發(fā)育[3-13]。奧陶系鷹山組儲層的地質(zhì)特征分析研究表明，裂縫是儲層發(fā)育的主要控制因素[14-17]，裂縫發(fā)育區(qū)帶是碳酸鹽巖儲層最發(fā)育的地帶和油氣聚集最有利的區(qū)帶。因此，裂縫發(fā)育區(qū)帶預(yù)測是碳酸鹽巖儲層研究工作的重心，地震裂縫檢測技術(shù)對玉北地區(qū)碳酸鹽巖儲層預(yù)測具有重要意義。

Bahorich等[18]提出相干數(shù)據(jù)體技術(shù)，采用互相關(guān)算法計算相鄰3道的相關(guān)值來反映地質(zhì)異常體，但是該方法對噪聲比較敏感。Marfurt等[19]提出了基于本征結(jié)構(gòu)的相干算法，將多道地震數(shù)據(jù)組成協(xié)方差矩陣，應(yīng)用多道特征分解技術(shù)求得多道數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性。該方法將相干計算推廣到三維地震中，不需要層位約束，縱橫向分辨率都有所提高，但是對小斷層的識別能力不強。精細(xì)體相干技術(shù)將相干、傾角和方位角等多屬性進(jìn)行疊合顯示，更加清晰地描述地質(zhì)體產(chǎn)狀的細(xì)微變化，從而為地質(zhì)學(xué)家研究構(gòu)造的變形、褶皺、裂縫及巖性變化等提供了強有力的技術(shù)手段[20]，但是計算時間太長，約為常規(guī)相干算法計算時間的5倍以上。

與相干算法相比，曲率屬性對地震數(shù)據(jù)上小的擾曲、褶皺、凸起等特征有更好的識別能力。Murray[21]提出了層面曲率的計算方法，揭示曲率與異常應(yīng)力造成的裂縫有較好的對應(yīng)關(guān)系。Roberts[22]應(yīng)用這種方法計算三維地震的沿層曲率。Dossary等[23]提出曲率體的概念，采用地震時窗計算曲率，減少了由于層位追蹤異常引入的誤差，受噪音影響也更小。曲率分析在計算時只考慮了地層最后的構(gòu)造形態(tài)，而不考慮儲層經(jīng)歷的構(gòu)造事件或褶皺具體的構(gòu)造演化過程，因此曲率屬性的解釋會出現(xiàn)很大偏差。另外，雖然曲率發(fā)生變化的位置指示了地層發(fā)生變形的位置，但是很難直接落實斷層的真實位置，而且對于微斷層(斷距約為3～5 m)，因為其在平面上往往延伸距離很短，曲率屬性也很難對其識別。

Partyka等[24]提出頻譜分解技術(shù)，可根據(jù)不同的地震頻段反映不同尺度的地質(zhì)體。Sun等[25]提出離散頻率相干體技術(shù)，用于檢測全頻帶相干數(shù)據(jù)不易發(fā)現(xiàn)的微斷層和裂縫。Randen等[26]提出的螞蟻追蹤算法是目前公認(rèn)的一種非常有效的斷裂和裂縫識別技術(shù)，但是受地震數(shù)據(jù)中噪聲的影響嚴(yán)重。本文綜合多種裂縫檢測技術(shù)的優(yōu)勢，并對螞蟻裂縫檢測技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，共同進(jìn)行不同尺度、不同成因類型的裂縫檢測，并取得了明顯效果。

1 鷹山組儲層基本特征

玉北地區(qū)下奧陶統(tǒng)鷹山組儲層全區(qū)分布，厚度約450～500 m。鷹山組中下部以白云巖和過渡巖性為主(灰質(zhì)白云巖或白云質(zhì)灰?guī)r)，到了上部逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐蚤_闊臺地沉積特征為主的各類灰?guī)r(顆?；?guī)r、泥晶灰?guī)r等)，整個巖性變化趨勢上反映出了典型的海進(jìn)式沉積序列特征。該組儲集空間以裂縫、溶孔及小型溶洞為主，裂縫的發(fā)育特征呈現(xiàn)出從上到下逐漸增多的趨勢，以NE向為主，且與加里東中晚期—海西早期斷裂走向一致，說明裂縫受斷裂帶的控制[1]；低角度的平縫、微裂縫主要分布在鷹山組下部。另外，可能由于后期構(gòu)造應(yīng)力場發(fā)生變化，還發(fā)育與斷裂帶呈不同夾角的NW向和NS向裂縫(圖1)。根據(jù)裂縫成因，可將其分為構(gòu)造裂縫和非構(gòu)造縫2類，而構(gòu)造裂縫的發(fā)育規(guī)模與發(fā)育程度要遠(yuǎn)大于非構(gòu)造縫，是研究區(qū)重要的油氣儲集空間和流體滲濾通道。因此文中所述的地震裂縫預(yù)測主要以檢測構(gòu)造裂縫為主。

2 裂縫檢測技術(shù)

針對研究區(qū)斷裂帶及伴生的構(gòu)造裂縫發(fā)育的特征，鑒于體曲率技術(shù)對識別因構(gòu)造變形作用而發(fā)育的裂縫、精細(xì)相干體技術(shù)高精度識別地層不連續(xù)性以及螞蟻追蹤技術(shù)對微裂縫刻畫比較清晰的特長，筆者主要采用這3種技術(shù)及傾角方位角屬性共同來進(jìn)行研究區(qū)的裂縫檢測。同時，考慮到研究區(qū)目的層埋藏深、地表沙連綿起伏、地震波能量吸收嚴(yán)重、以致地震資料分辨率降低的問題，筆者基于頻譜分解技術(shù)，對螞蟻追蹤技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，應(yīng)用效果比較明顯，提高了對研究區(qū)微裂縫檢測的精度。

2.1 傾角和方位角屬性

傾角屬性描述了局部的地震反射傾角，指示了地震反射的構(gòu)造特征，可以用傾角屬性來識別較大級別的斷裂系統(tǒng)，也可作為層位自動追蹤性能的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。傾角方位角屬性將傾角和方位角屬性綜合到一張圖中，突出顯示構(gòu)造活動造成的一些微斷層及裂縫。

傾角屬性上較長的線性條帶是一級、二級斷裂的體現(xiàn)，短促的線性條帶通?？梢苑从橙⑺募墧嗔?圖2)；而斷層之間，方位角的線狀或大小(色彩)變化現(xiàn)象則體現(xiàn)了裂縫的發(fā)育狀況，通常線狀顯示越密集、色彩越豐富，則預(yù)示裂縫越發(fā)育(圖3)。

圖1 塔西南玉北地區(qū)奧陶系鷹山組巖性綜合柱狀圖

圖2 塔西南玉北地區(qū)鷹山組地層傾角屬性

圖3 塔西南玉北地區(qū)鷹山組地層傾角方位角疊合屬性

2.2 精細(xì)相干體技術(shù)

精細(xì)相干體技術(shù)利用三維地震數(shù)據(jù)體中相鄰道之間地震信號的相似性，來描述地層和巖性的橫向非均質(zhì)性。因此，它不僅可以有效識別出常規(guī)構(gòu)造解釋難以發(fā)現(xiàn)的斷層(如雁行式斷層、徑向斷層以及各種小斷層)，而且還可以研究巖性的橫向非均質(zhì)性，識別出目標(biāo)儲集體內(nèi)的古河道、喀斯特、生物礁等，從而大大提高解釋精度[27]。筆者在研究區(qū)提取鷹山組表層35 ms的精細(xì)相干體切片(圖4)，可以看到，研究區(qū)除了發(fā)育3條北東南西走向的大型斷裂帶，還可見大量與斷裂帶交叉的小型斷層，這在傾角方位角屬性上有所反映，只是斷裂的輪廓沒有精細(xì)相干體技術(shù)刻畫的清晰。另外可以清晰地看到，從玉北1井?dāng)嗔验_始發(fā)育一條小型“河道”，向玉北6井的洼地延伸(圖5)。從地震剖面上來看，斷裂與斷裂、斷裂與“河道”交叉處發(fā)育“串珠”反射，可能與“河道”發(fā)育有關(guān)?？傮w來說，精細(xì)相干體技術(shù)能夠高精度檢測地層的不連續(xù)性，從而識別斷裂、裂縫及河道等。它雖然不能區(qū)別不同成因類型的裂縫，但是能夠較好地反應(yīng)裂縫的強度。

2.3 曲率屬性

地震曲率屬性是一個用來量化層界面偏離平面程度的三維層面屬性。對曲率屬性的分析有助于減少區(qū)域傾角的影響，同時突出小尺度的地質(zhì)現(xiàn)象(如裂縫)。通常意義上曲率是用來表征層面上某一點變形彎曲的程度。層面變形彎曲越厲害，曲率值就越大。曲率屬性可以從沿層面屬性上識別出小的擾曲、褶皺、凸起、差異壓實特征，這些特征在地震剖面上表現(xiàn)為同相軸的微小錯開、扭曲、振幅突然變?nèi)醯?。這些在常規(guī)解釋時是無法追蹤的，相干上也呈現(xiàn)出連續(xù)高相干特征[28]。

圖4 塔西南玉北地區(qū)鷹山組精細(xì)相干裂縫檢測平面圖

圖5 塔西南玉北地區(qū)界面附近“河道”與斷裂交叉部位的地震反射特征

從研究區(qū)最大正、負(fù)曲率圖(圖6)可以看到，曲率屬性相比傾角方位角屬性，更加細(xì)致地刻畫了玉北7井構(gòu)造斷裂帶的分布范圍，斷裂帶之間的曲率值發(fā)生變化，說明斷裂帶之間的地層也發(fā)生了變形，可能發(fā)育了一些微幅度構(gòu)造。但是玉北1井?dāng)嗔褞鞅眰?cè)翼顯示微裂縫不發(fā)育(圖中圈內(nèi)區(qū)域)，與傾角方位角相悖。玉北1井?dāng)嗔褞鞅眰?cè)翼對應(yīng)該逆沖推覆斷背斜的翼部，幾乎沒有傾角變化，曲率表現(xiàn)為低值，單從曲率值的大小分析，這些地方的裂縫發(fā)育密度很低。然而，當(dāng)筆者考慮褶皺的演化過程時，顯然翼部的變形很強烈，其將成為裂縫密度很高的區(qū)域。因此在應(yīng)用曲率屬性時，要充分考慮地層的構(gòu)造演化背景，才能對曲率屬性進(jìn)行合乎地質(zhì)意義的解釋。

2.4 基于頻譜分解的螞蟻追蹤技術(shù)

螞蟻追蹤裂縫檢測算法作為目前一種非常有效的斷裂和裂縫識別技術(shù)，仍不可避免的受地震數(shù)據(jù)中某些頻帶范圍的噪音影響，而不同頻帶的地震數(shù)據(jù)可以檢測不同尺度的斷層及裂縫。理論分析表明，地震數(shù)據(jù)中的高頻組分對微斷層或微撓曲反映敏感，因此可以利用高頻組分檢測地層的微斷層或裂縫。綜合螞蟻追蹤技術(shù)和頻譜分解技術(shù)各自的優(yōu)勢，提出基于頻譜分解的螞蟻追蹤裂縫檢測技術(shù)進(jìn)行裂縫型碳酸鹽巖儲層的裂縫識別。在過玉北1井地震剖面與螞蟻體裂縫追蹤剖面對比圖上(圖7)，螞蟻體圖上顏色越深，裂縫識別結(jié)果越可靠。從圖上可以清晰地看到，在玉北1井原始地震剖面上容易識別的大斷層，在螞蟻追蹤剖面中也可以清晰識別，并且可以觀察到溶蝕孔洞沿著裂縫發(fā)育現(xiàn)象。在該區(qū)的鉆井取心及鏡下薄片上也均可觀察到此類現(xiàn)象(圖8)。而對于在原始剖面中肉眼難以識別的一些小斷裂及裂縫發(fā)育帶，在螞蟻追蹤剖面上也都有清晰反映，其形態(tài)和展布特征都比較清晰直觀。從平面上來看(圖9)，研究區(qū)內(nèi)除了發(fā)育3條NE向的大型斷裂帶外，斷裂帶附近及斷裂帶之間的裂縫也廣泛發(fā)育，且就鷹山組整體而言，下部裂縫較上部更為發(fā)育。圖10所示的玉北7井地層傾角測井及成像測井解釋結(jié)果也表明，奧陶系鷹山組裂縫的發(fā)育特征呈現(xiàn)出從上到下逐漸增多的趨勢，走向以NE向為主，低角度的平縫、微裂縫主要分布在鷹山組下部。這與研究區(qū)內(nèi)鉆井的地層傾角測井及成像測井解釋結(jié)果也是一致的。

圖7 塔西南過玉北1-2X井地震振幅剖面(a)和螞蟻體裂縫追蹤剖面(b)

圖8 塔西南玉北地區(qū)鷹山組巖心及薄片特征

值得注意的是，受到數(shù)據(jù)品質(zhì)影響，對于工區(qū)邊緣區(qū)域以及地震剖面上深部反射凌亂的區(qū)域(如圖7右下角箭頭所示區(qū)域)，在螞蟻追蹤屬性體剖面中顯示相對比較雜亂無規(guī)律，對這些區(qū)域的灰黑色線條就不能簡單地當(dāng)作斷裂或裂縫來處理。一定要與鉆井、巖心、成像測井、地層傾角測井等資料交互驗證，以便剔除這些假象。

3 結(jié)論

(1)玉北地區(qū)奧陶系鷹山組儲層儲集空間以裂縫、溶孔及小型溶洞為主，裂縫的發(fā)育特征呈現(xiàn)出從上到下逐漸增多的趨勢，以NE走向為主，且與加里東中晚期—海西早期斷裂走向一致，表明裂縫受斷裂帶的控制；低角度的平縫、微裂縫主要分布在鷹山組下部。另外，還發(fā)育與斷裂帶呈不同夾角的NW向和NS向裂縫。

(2)不同裂縫檢測方法各有所長，對不同尺度、不同成因類型的裂縫檢測能力不同。傾角方位角屬性指示了地震反射的構(gòu)造特征，可以識別規(guī)模較大的斷裂系統(tǒng)；精細(xì)相干體技術(shù)能夠識別出目標(biāo)儲集體內(nèi)的古河道等；曲率屬性能反映地層因構(gòu)造彎曲變形破裂產(chǎn)生的裂縫；基于頻譜分解技術(shù)改進(jìn)的螞蟻追蹤算法在對因地層擠壓而產(chǎn)生的構(gòu)造剪破裂縫、擴(kuò)張裂縫檢測效果顯著，精度相比全頻帶地震數(shù)據(jù)螞蟻體得到有效提高。綜合利用以上4種方法之所長，并與成像測井、巖心等資料交互驗證裂縫預(yù)測結(jié)果，可以有效識別研究區(qū)裂縫，并確定裂縫發(fā)育有利區(qū)帶。

致謝：研究工作得到成都理工大學(xué)和西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室的幫助，中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所錢一雄教授提出很多寶貴的修改意見，在此表示衷心感謝!

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(編輯 韓 彧)

Technique and application of fracture detection in fracture-cavity reservoirs in Yingshan Formation, Yubei area, southwestern Tarim

Yuan Xiaoyu1,2, Li Yingtao3, Zhang Shaonan3, Ye Ning3

(1.CollegeofMarineandEarthSciences,TongjiUniversity,Shanghai200092,China;2.WuxiResearchInstituteofPetroleumGeology,SINOPEC,Wuxi,Jiangsu214126,China;3.StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,Chengdu,Sichuan610051,China)

The geological characteristics of the reservoirs in the Ordovician Yingshan Formation in the Yubei area of the southwestern Tarim Basin showed that fractures controlled the development of karst reservoirs. Seismic fracture detection technology was significant for carbonate reservoir prediction. The combination of four kinds of crack detection technology was adopted in this paper. (1) Dip azimuth attribute was used to recognize large-scale fractures and faults. (2) Curvature technique was adopted to identify cracks resulted from the structural bending deformation of formations. (3) Fine coherence technology was used to accurately identify stratigraphic discontinuity and small-scale rivers. (4) Spectrum decomposition technique was effectively introduced into the tracking technology to predict tectonic shear and expansion cracks resulting from structural deformation extrusion. The results showed that, in addition to the area near the fault zone, micro-cracks were also widely developed in the zone which was away from the fault zone. This is consistent with the long term tectonic compression background and the fracture development features revealed by wells and cores, and shows that the technological combination method was effective to detect the fracture development zone.

fracture detection technology; fracture-cavity reservoir; Yingshan Formation; Yubei area; southwestern Tarim

1001-6112(2015)03-0394-08

10.11781/sysydz201503394

2014-11-06；

2015-03-02。

袁曉宇(1986—)，女，工程師，從事地質(zhì)—地震綜合儲層預(yù)測。E-mail: yuanxy.syky@sinopec.com。

江蘇省2014年博士計劃基金項目“川西海相上組合構(gòu)造沉積演化及控油作用”。

TE122.2

A