井震聯(lián)合斷層識別技術(shù)在南貝爾凹陷東次凹中的應(yīng)用

樊曉東,李忠權(quán),陳國飛,高興友

(1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室(成都理工大學(xué))，成都 610059；2.大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712; 3.構(gòu)造成礦成藏國土資源部重點實驗室(成都理工大學(xué))，成都 610059)

隨著油田開發(fā)的不斷深入，產(chǎn)量快速遞減、含水量上升等矛盾日益突出，急需開展精細油藏描述研究，為注采系統(tǒng)調(diào)整、尋找外擴潛力提供保障。在油田勘探開發(fā)不同階段，斷層刻畫精度及應(yīng)用不盡相同，勘探階段為避免油層斷失而“躲斷層”布井，開發(fā)階段斷層邊部一般為剩余油富集區(qū)，“找斷層”布井。開發(fā)地震是開展精細斷裂體系刻畫的支撐技術(shù)[1]，將開發(fā)地震融入精細油藏描述中，并開展斷裂體系再認識研究，最早在勝利油田、遼河油田和大港油田開展，技術(shù)相對成熟。大慶長垣油田于2008年實現(xiàn)三維地震全覆蓋后，經(jīng)過近6年的技術(shù)攻關(guān)，形成了密井網(wǎng)條件下井震結(jié)合構(gòu)造再認識特色技術(shù)[2-6]。海塔盆地復(fù)雜斷塊油藏斷裂系統(tǒng)復(fù)雜，斷層數(shù)量多、斷塊規(guī)模小、構(gòu)造面貌破碎，在已開發(fā)區(qū)開展井震聯(lián)合構(gòu)造再認識尚屬首次。本文以塔木察格盆地南貝爾凹陷東次凹為例，應(yīng)用井震聯(lián)合斷層解釋技術(shù)開展斷層再認識研究，通過精細刻畫斷層，加深對斷層組合樣式、構(gòu)造演化規(guī)律的認識，指導(dǎo)油田開發(fā)調(diào)整。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

南貝爾凹陷為海拉爾盆地貝爾凹陷向南往塔木察格盆地延伸的一部分[7-12]，地層自下而上依次發(fā)育三疊系布達特群，上侏羅統(tǒng)興安嶺群，下白堊統(tǒng)銅缽廟組、南屯組、大磨拐河組和伊敏組，上白堊統(tǒng)青元崗組，古近系、新近系和第四系，共有3套生儲蓋組合。布達特群與興安嶺群以火山巖為主，銅缽廟組以扇三角洲沉積為主，南屯組以近岸水下扇、扇三角洲和半深湖沉積為主，大磨拐河組以三角洲沉積為主，伊敏組以濱湖沉積為主。已發(fā)現(xiàn)的油氣主要集中在扇三角洲前緣和近岸水下扇中扇亞相。

東次凹為南貝爾凹陷的3個次級構(gòu)造單元之一(另外2個為西次凹和潛山披覆構(gòu)造帶)，具有東西分帶、南北分區(qū)的特點，南部為東斷西超、北部為西斷東超。由于凹陷兩側(cè)存在拉力作用，南貝爾凹陷東次凹內(nèi)部斷裂十分發(fā)育，依據(jù)斷裂發(fā)育規(guī)律劃分成6個Ⅲ級構(gòu)造單元：南部由西向東劃分為西部斷鼻帶、南部洼槽帶和東部斷階帶；北部自西向東依次劃分為北部洼槽帶、中央隆起帶和斷裂構(gòu)造帶。斷層性質(zhì)主要以正斷層為主，逆斷層十分少見；但由于海拉爾盆地整體受右旋剪切力作用，表現(xiàn)為部分正斷層存在走滑因素[13]。

2 井震聯(lián)合斷層識別技術(shù)

研究區(qū)屬于復(fù)雜斷塊油藏，斷層發(fā)育類型豐富，從控制含油氣盆地形成和發(fā)育的Ⅰ級斷層，到控陷、控斷塊的Ⅱ、Ⅲ級斷層，再到斷距小于百米，甚至達到米級的低級序小斷層均發(fā)育。從已開發(fā)油田開展三維開發(fā)地震研究以來，斷層識別技術(shù)開始向集成化發(fā)展，即在地震資料重新處理的基礎(chǔ)上，聯(lián)合運用地震、測井和開發(fā)動靜態(tài)驗證手段開展斷層解釋，從而克服單一手段的多解性和不確定性。

2.1 逆時偏移處理提高斷層成像精度

該區(qū)三維地震資料于2007年采集，采集面元為25 m×25 m，原始資料為疊前時間偏移成果。由于構(gòu)造復(fù)雜，地層傾角陡，地震波速度橫向變化大，原始處理資料油層組構(gòu)造成像差，滿足不了斷層精細解釋要求。逆時偏移技術(shù)能夠突破地層傾角的限制，此項技術(shù)1982年由Whitemore在勘探物理學(xué)家學(xué)會(SEG)上提出，后經(jīng)過McMechan、Yoon、Robin等發(fā)展實現(xiàn)了TTI介質(zhì)的逆時偏移[14]。近10年計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，使得精確成像的疊前深度偏移方法得以實際應(yīng)用。RTM(波動方程疊前逆時偏移)是目前最具有代表性的方法[15-17]。RTM是一種無算子逼近的波動方程偏移技術(shù)，用全波動方程對波場延拓，避免對波動方程的近似，具有無傾角限制、不受介質(zhì)速度變化影響的特點，實現(xiàn)保幅成像，能夠?qū)?fù)雜區(qū)域進行比較準確的成像。

本次采用RTM對地震進行重新處理，處理過程中關(guān)鍵的速度分析以井點速度為約束，建立高精度速度模型。同時，精細優(yōu)選其他處理參數(shù)，實現(xiàn)點、線、面、體全方位質(zhì)控，確保了重新處理后成像精度的提高。從新老剖面對比看(圖1)，重新處理的剖面分辨率較老資料有明顯提高，主頻由原來的20 Hz提高到32 Hz，頻帶由10～60 Hz提高到10～70 Hz；反射波組形態(tài)清晰可辨，層間信息豐富；構(gòu)造波組特征清楚，斷層成像效果改善明顯，斷面更加清晰，可以為斷層解釋提供可靠數(shù)據(jù)。

圖1 南貝爾凹陷東次凹新老處理資料剖面對比圖Fig.1 Contrast of profiles processed by new and old seismic data in the southern Beier Sag

2.2 優(yōu)選地震屬性識別斷層

南貝爾凹陷地層變化大，斷裂復(fù)雜，經(jīng)過近幾年的研究和多次解釋，對南貝爾凹陷的整體斷裂結(jié)構(gòu)認識已經(jīng)基本清楚。本次解釋的重點就是進一步理順斷層組合關(guān)系，精細刻畫小斷層。三維地震是識別、刻畫斷層的最有效手段，目前斷層識別的地震屬性主要包括：相干體、方差體、傾角-方位角、邊緣檢測、曲率體、三色混相分頻、螞蟻體等。應(yīng)用上述屬性識別斷層，存在兩方面問題：一方面是小斷層識別不出來，如相干體、方差體；另一方面是斷層破碎帶的識別需要剔除假斷層，工作量大，如螞蟻體。因此，利用地震屬性進行斷層識別，首先應(yīng)該詳細分析研究區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育特征，了解構(gòu)造發(fā)育背景，然后在海量的屬性中有針對性地優(yōu)選適合本區(qū)的最佳屬性，才能達到精細刻畫斷層的目的。

參考以往構(gòu)造研究成果，最終優(yōu)選傾角-方位角、三色混相分頻、相干體和螞蟻體4種屬性體切片。圖2中紅圈范圍內(nèi)為原始古地形，紅圈以外為研究區(qū)目的層發(fā)育部位，即斷層重點刻畫部位。屬性提取范圍內(nèi)共55口井，其中“★”表示目的層段鉆遇斷層井，共有18口，斷距均大于15 m。從4張屬性切片識別斷層效果看，除傾角-方位角屬性稍差外，其他3種屬性與井?dāng)帱c全部吻合，屬性切片解釋了該區(qū)斷層十分發(fā)育，井位置外存在斷距<15 m斷層。同時還可以看出，不同的屬性從不同的角度去揭示斷裂發(fā)育特征，需要屬性間配合進行斷裂體系刻畫。

傾角-方位角是地層傾角、方位角的綜合屬性[18]，通過對地震數(shù)據(jù)傾角和方位角的掃描，計算出傾角方位角屬性，顏色突變或窄條帶的單色為地層起伏、走向的變化位置，這種異?？梢暂^好地反映斷層的存在。這項技術(shù)對宏觀斷裂體系刻畫效果最好，可識別同相軸扭曲而無明顯錯斷的斷層。圖2-A顯示了目的層頂面傾角-方位角屬性，屬性對本區(qū)主斷裂系統(tǒng)揭示得最清楚，為近北西向展布，個別位置為北北西向展布，對次級斷裂不能準確刻畫。

三色混相分頻屬性對單頻地震調(diào)諧能量體進行單色渲染，通常從原始全頻帶數(shù)據(jù)體提取低頻、中頻和高頻3個單頻數(shù)據(jù)體，然后將渲染后的3種不同頻率的地震分頻數(shù)據(jù)按紅、綠、藍進行配色，再生成復(fù)合分頻數(shù)據(jù)體，進而提升地震分頻數(shù)據(jù)對地質(zhì)現(xiàn)象的表現(xiàn)能力和刻畫能力[19]。在很多情況下，由于地層對地震信號的調(diào)諧和吸收作用，不同的地質(zhì)目標(biāo)對地震資料的不同頻率成分的敏感程度不同。高頻部分顯示細微的、低分辨率的斷層；低頻部分則趨向于去噪和展示宏觀構(gòu)架和斷層趨勢。圖2-B中三色混相分頻切片為原始全頻帶數(shù)據(jù)體通過分頻處理，提取其中的10 Hz、35 Hz和50 Hz單頻數(shù)據(jù)體，對10 Hz單頻數(shù)據(jù)體渲染紅色，35 Hz單頻數(shù)據(jù)體渲染綠色，50 Hz單頻數(shù)據(jù)體渲染藍色，最后合成的復(fù)合分頻數(shù)據(jù)體的切片。從屬性切片分析看，除北西、北北西向主斷裂體系得到清晰刻畫外，北東向次級斷裂也得到刻畫，次級斷裂與主斷裂的接觸關(guān)系清楚。

相干體是地震識別斷層最常用的技術(shù)，利用相鄰地震道數(shù)據(jù)計算相關(guān)系數(shù)，形成反映地震相關(guān)性的數(shù)據(jù)體，用不相關(guān)數(shù)據(jù)的空間位置反映斷層巖性異常體等地質(zhì)現(xiàn)象。目前，相干體算法已從第一代基于互相關(guān)(簡稱C1算法)、第二代利用多道相似性的算法(簡稱C2算法)，發(fā)展到第三代基于特征結(jié)構(gòu)的相干算法(簡稱C3算法)。圖2-C為利用C3算法計算的相干體切片[20]，在本區(qū)其與三色混相分頻屬性刻畫斷層能力相當(dāng)。

圖2 幾種地震屬性沿層切片效果對比Fig.2 Contrast of four seismic attribution slice sections(A)傾角-方位角; (B)三色混相分頻; (C)相干體; (D)螞蟻體

螞蟻體是根據(jù)自然界中螞蟻覓食原理提出的一種通過計算機實現(xiàn)的最優(yōu)化算法[21]，即在地震數(shù)據(jù)體中散播“電子螞蟻”，遇到斷裂將用“信息素”做出標(biāo)記，指導(dǎo)其他“電子螞蟻”進行追蹤，從而得到整套地震螞蟻體數(shù)據(jù)。圖2-D為計算得出的螞蟻體切片，與其他3種屬性相比，斷層識別能力得到極大的提高，進一步刻畫出了小斷裂體系；但是這把“雙刃劍”帶來的另外一個麻煩是把一些非斷裂因素造成的斷層假象混了進來，也把一些主干大斷裂破碎化。

針對本區(qū)構(gòu)造發(fā)育特征，斷裂識別過程發(fā)揮單個屬性的優(yōu)勢，然后綜合所有屬性分步、分層次進行斷層刻畫，即首先應(yīng)用傾角-方位角屬性進行主斷裂體系刻畫，然后應(yīng)用相干體、三色混相分頻屬性識別次級斷裂體系，最后為滿足開發(fā)需求并結(jié)合生產(chǎn)資料利用螞蟻體識別低級序斷層。如圖3所示，過南21-7-4井的斷層是一條斷距24.5 m、北東走向的小斷層，利用提取的相干體、三色混相分頻和螞蟻體屬性切片，這條斷層的要素均得到清晰刻畫。當(dāng)然，類似小斷層在地震時間剖面已很清楚，但由于延伸長度小、斷距小，在解釋過程中極易漏掉或是不易確定其走向，通過地震屬性可對這樣的小斷層進行有效解釋。

2.3 井?dāng)帱c引導(dǎo)斷層識別與組合

深度域斷點經(jīng)時深轉(zhuǎn)換后全部投影到地震剖面上，采取“震控形態(tài)、井定位置”方法[22]，落實斷層展布。在此過程中最重要的是井點處斷點解釋的準確性，以此為基礎(chǔ)開展井?dāng)帱c引導(dǎo)地震斷層解釋。通常，井點處斷點與地震解釋斷層匹配分以下4種情況：①地震解釋斷層與測井解釋斷點相吻合的斷層(斷距>30 m斷層)，這種斷層的走向、傾向基本同地震解釋的斷層保持一致，井?dāng)帱c起驗證地震解釋斷層準確性的作用；②地震解釋與測井解釋不符合的斷層，應(yīng)尊重測井解釋斷點結(jié)果，以其為硬性數(shù)據(jù)進行斷層位置和形態(tài)的修正；③測井解釋有斷點，地震解釋無斷層，這種情況主要是斷距<15 m小斷層或大斷層末梢(其斷距也小于15 m)，要綜合分析斷點信息及在三維空間觀察地層分層點的落差情況，對斷層的傾向和延伸長度進行判定；④測井解釋無斷點，地震解釋有斷層，這種情況要系統(tǒng)結(jié)合區(qū)域沉積、構(gòu)造特征，確定地震解釋斷層位置為剝蝕還是斷失，地震解釋斷層的位置在目的層頂部為剝蝕，在目的層中下部為斷失。如果是剝蝕情況以井解釋斷層為準；如果是斷失則落實井解釋斷層，達到最終的井震匹配。

圖3 過南21-7-4井?dāng)鄬悠拭娼忉屌c螞蟻體識別圖Fig.3 Fault interpretation and ant-tracking identification across Well Nan 21-7-4

圖4以南488-160、南490-158井為例，通過“四級”標(biāo)志層體系旋回對比，確定南488-160井在深度 1 851 m處存在一個斷距17 m的斷點，斷失層位相當(dāng)于南490-158井 1 848～1 865 m深度的地層；南490-158井在深度 1 940 m處存在一個斷距16 m的斷點，斷失層位相當(dāng)于南488-160井 1 928～1 944 m深度的地層。這2口相鄰井的2個斷層斷距相當(dāng)，單純應(yīng)用井資料進行斷層組合很容易將其組合為一條斷層，但從地震剖面看是2條斷層2口井鉆遇的斷點。這時，斷點所起的作用是指導(dǎo)斷層剖面準確解釋，實現(xiàn)了井震聯(lián)合“震控形態(tài)、井定位置”的斷層精細刻畫過程。

圖4 南488-160井、南490-158井井震聯(lián)合斷層識別與刻畫Fig.4 Fault interpretation across Well 488-160 and Well 490-158

3 斷裂體系再認識

3.1 斷層新老認識對比

T22[南屯組第二段(簡稱“南二段”)頂面]以下深層斷裂大格局未變，但組合關(guān)系略有變化，增加一些小斷層，以南一段Ⅱ油組(T232)為例(圖5)，前人共解釋斷層294條，本次共解釋斷層320條，新增斷層26條。新增斷層均為規(guī)模較小的斷層，對總體構(gòu)造影響不大。

圖5 T232頂面新老斷層疊合對比圖Fig.5 Contrast diagram for the new and old fault overlap of T232

T22以上淺層斷裂格局也未變化，但低序級斷層明顯增多。前人認為，上部斷層一般不會斷開T22地層，這是由于受到老三維地震資料品質(zhì)較差的影響。本次采用逆時偏移處理資料，淺層斷層斷開T22反射層非常明顯，因此研究區(qū)內(nèi)識別出了大量北西向斷層(圖6)。

圖6 T22頂面新老斷層疊合對比圖Fig.6 Contrast diagram for the new and old fault overlap of T22

3.2 斷裂發(fā)育特征

3.2.1 斷層組合樣式

南貝爾凹陷東次凹斷層經(jīng)重新刻畫后，斷層的平面組合樣式較前人認識的類型有所增加。平面上，單條斷裂的形態(tài)主要有直線形、弧形、S形和反S形；從組合形式來看，主要存在平行式、帚狀、放射狀、雁列式、斜交式、棋盤格式、羽狀、“入”字形等組合樣式。平行式：反映水平方向的拉張作用，銅缽廟組和南屯組早期發(fā)育的斷層幾乎都是近于平行的，走向為北東方向，與其控制構(gòu)造的斷裂走向平行，反映了南貝爾凹陷東次凹北洼槽早期曾受到強烈的北西-南東向拉張力。平行式組合是塔21-35區(qū)塊內(nèi)斷裂平面組合的主要組合形式，反映該區(qū)局部拉張作用較強。 “入”字形組合：特點是北東向斷層與北西向斷層呈小角度相交，北東向斷層為主，規(guī)模相對較大，而北西向斷層規(guī)模相對較小，2條斷層相交，形如“入”字，是后期斷層切割早期斷層的結(jié)果。棋盤格式：2組平行狀排列的斷層，相互交切，形成棋盤格式。可能是同一應(yīng)力場作用的結(jié)果，也可能是2期方向不同應(yīng)力場作用的結(jié)果。在斜坡區(qū)斷壘帶中部T3、T23構(gòu)造層上，都存在這種組合樣式。從以上斷裂的平面組合樣式來看，雖然組合樣式存在多種多樣，在區(qū)域上的分布也存在一定的差異，但總的來說，都反映了強烈的拉張作用。其中，放射狀、棋盤式、羽狀、“入”字形主要發(fā)育在T22以上地層，充分說明了縱向發(fā)育2期斷裂；T22之后受邊界斷層右旋走滑作用，斷層明顯帶有走滑性質(zhì)。

從剖面上看：T22以上斷層傾角陡，T3以下斷層傾角緩；斷層的剖面組合樣式包括“Y”字形、反向斷階、順向斷階、似花狀構(gòu)造、不對稱地壘等構(gòu)造樣式。復(fù)雜的斷層構(gòu)造樣式充分說明了本區(qū)構(gòu)造運動的多期性，在此過程中斷層發(fā)育具有繼承和改造雙重性(圖7)。

3.2.2 平面展布特征

從主要油組級以上頂面斷層解釋成果分析，南貝爾凹陷東次凹自形成時期至形成后經(jīng)歷了燕山運動的多期次構(gòu)造運動，形成了復(fù)雜的斷裂體系。自下而上，基底頂面(T5)斷層以北東向斷裂為主，為斷陷早期區(qū)域拉張應(yīng)力作用下形成的；銅缽廟組頂面(T3)基本繼承T5反射層的斷裂展布特征，以北東向斷裂為主，發(fā)育少量的近南北向斷裂，揭示區(qū)域拉張應(yīng)力伴有右旋應(yīng)力作用；南一段Ⅱ油組(T232)斷裂延續(xù)T3的斷裂展布特征，但構(gòu)造運動強度增大，小斷層數(shù)量明顯增多，同時仍發(fā)育少量的近南北向斷裂；南一段頂面(T23)2組斷裂展布特征發(fā)生了轉(zhuǎn)變，北東向斷裂數(shù)量明顯減少，南北向斷層數(shù)量增加，說明該界面上下區(qū)域應(yīng)力性質(zhì)發(fā)生了轉(zhuǎn)換，由拉張右旋應(yīng)力場向左旋拉張應(yīng)力場過渡；南二段頂面(T22)更能反映出該種應(yīng)力轉(zhuǎn)換特征，具體表現(xiàn)為北東向斷層數(shù)量首次少于近南北向斷層數(shù)量；大磨拐河組頂面(T2)北北東向斷層基本不發(fā)育，幾乎全為條帶狀分布的近南北向斷裂，并且這些斷層走向呈拉長的“S”形，反映出區(qū)域左旋走滑應(yīng)力特征。

圖7 斷裂空間組合特征及平面分布圖Fig.7 Spatial combination and plane distribution of fractures

4 結(jié) 論

a．研究區(qū)地層傾角陡、地震波速度橫向變化大，采用逆時偏移處理技術(shù)提高了斷層成像精度，斷面更加清晰。

b．優(yōu)選了適合研究區(qū)的傾角-方位角、三色混相分頻、相干體和螞蟻體屬性，結(jié)合已開發(fā)區(qū)塊豐富的井?dāng)帱c信息，采用由大至小、先框架后細節(jié)的思路，精細識別和刻畫了斷距>15 m的斷層。

c．經(jīng)重新刻畫后，整體格局未發(fā)生變化，主要變化體現(xiàn)在新增一些小斷層。同時，加深了斷裂體系認識，新發(fā)現(xiàn)放射狀、棋盤式、羽狀、“入”字形斷層組合樣式，斷層的剖面組合樣式包括“Y”字形、反向斷階、順向斷階、似花狀構(gòu)造、不對稱地壘等構(gòu)造樣式，進一步說明了走滑作用對本區(qū)斷裂的影響。