順北地區(qū)超深斷控儲(chǔ)集體地震識(shí)別與描述

劉軍，李偉，龔偉，黃超

（中國(guó)石化西北油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，烏魯木齊 830011）

順北油氣田主體位于塔里木盆地順托果勒低隆起，其東南延伸至古城墟隆起的順南斜坡，面積約2.8×104km2，其中原油分布面積為2.0×104km2，天然氣分布面積為0.8×104km2。

順北地區(qū)超深斷溶體油氣藏富集程度受走滑斷裂控制，斷裂強(qiáng)度越大，分段越長(zhǎng)，儲(chǔ)集體規(guī)模越大[1]。順北地區(qū)主干斷裂帶油氣富集，油氣產(chǎn)能高，而斷裂帶之間油氣富集程度弱，鉆井多為低產(chǎn)井或干井[2-3]。分段樣式控制斷溶體油氣藏內(nèi)部甜點(diǎn)分布，拉分段連通規(guī)模大，地震剖面上“串珠”多呈線狀分布，而壓隆段內(nèi)部分割性強(qiáng)，地震異常發(fā)育且雜亂分布。通過(guò)鉆井分析，同一斷裂帶不同段的儲(chǔ)集體發(fā)育程度有差異，總體上表現(xiàn)為拉分段和平移段儲(chǔ)集體連通規(guī)模大，油氣富集程度高。受斷裂活動(dòng)期次、強(qiáng)度及烴源巖熱演化等多因素的影響，不同斷裂帶及同一斷裂帶不同段油氣藏性質(zhì)存在明顯差異。

前期三維地震勘探取得了較好的效果，部署在主干及次級(jí)斷裂的井均獲得油氣突破，但針對(duì)斷控儲(chǔ)集體這種內(nèi)部非均質(zhì)性極強(qiáng)、儲(chǔ)集體空間展布十分復(fù)雜的勘探對(duì)象，受沙漠地表、埋深條件以及斷裂帶地震資料采集處理難度大等的限制，儲(chǔ)集體預(yù)測(cè)難以滿足精細(xì)勘探需求。

本文針對(duì)順北地區(qū)的斷裂體系及斷控儲(chǔ)集體的識(shí)別和描述面臨的問(wèn)題與技術(shù)瓶頸進(jìn)行較為系統(tǒng)的研究（圖1），旨在對(duì)提高碳酸鹽巖油氣藏的地震勘探技術(shù)水平、促進(jìn)塔里木盆地碳酸鹽巖油氣藏的勘探開(kāi)發(fā)有所裨益。

1 走滑斷裂精細(xì)刻畫(huà)

地震屬性在一定程度上提高了斷裂的識(shí)別能力，但由于受到地震分辨率等多種因素的影響，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中仍然存在一定的局限性[4-5]。尤其是斷裂規(guī)模較小時(shí)，識(shí)別斷裂存在不確定性，因此本文選用頻率域多尺度斷裂檢測(cè)技術(shù)對(duì)斷裂進(jìn)行檢測(cè)，以提高斷裂識(shí)別能力。

圖1 超深斷控儲(chǔ)集體地震識(shí)別與描述研究流程圖Fig.1.Flow chart of the study

頻率域多尺度斷裂檢測(cè)技術(shù)通過(guò)對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行高分辨率頻譜分解得到不同頻率的數(shù)據(jù)體，提取各個(gè)數(shù)據(jù)體振幅、頻率以及相位的不連續(xù)性屬性和邊緣增強(qiáng)屬性，得到斷裂檢測(cè)數(shù)據(jù)體[6-11]，其最大的特點(diǎn)是增加了頻率域的多種不連續(xù)信息，使地震反射中的不連續(xù)性更為準(zhǔn)確、清楚，從而使地震數(shù)據(jù)對(duì)斷裂系統(tǒng)，尤其是小斷裂有更清楚的反映。對(duì)比相干體和頻率域多尺度斷裂檢測(cè)數(shù)據(jù)體，相干體包含一些腳印和沿層的線性干擾，會(huì)影響斷裂的識(shí)別（圖2a），頻率域多尺度斷裂檢測(cè)數(shù)據(jù)體在去腳印和沿層線性干擾的同時(shí)強(qiáng)化地震數(shù)據(jù)的不連續(xù)性，檢測(cè)得到的斷裂清晰、連續(xù)性好（圖2b），以頻率域多尺度斷裂檢測(cè)數(shù)據(jù)體為基礎(chǔ)，進(jìn)行斷裂自動(dòng)識(shí)別和追蹤，進(jìn)一步增強(qiáng)斷裂連續(xù)性（圖2c）。

圖2 順北地區(qū)多屬性斷裂檢測(cè)結(jié)果Fig.2.Detection of faults by multiple seismic attributes in Shunbei area

頻率域多尺度斷裂檢測(cè)數(shù)據(jù)體剖面及空間斷裂解釋結(jié)果顯示直觀，剖面上斜交組合展布的斷裂基本能準(zhǔn)確刻畫(huà)，斷面清晰可靠，連續(xù)性好；空間上斷裂組合、結(jié)構(gòu)特征可直觀反映。

2 斷控儲(chǔ)集體地震識(shí)別模式

目前順北地區(qū)測(cè)試獲得高產(chǎn)工業(yè)油氣流的鉆井在鉆遇放空漏失之前，油氣顯示級(jí)別弱，在鉆遇放空漏失大型儲(chǔ)集體后，測(cè)試均獲得了高產(chǎn)工業(yè)油氣流，油壓穩(wěn)定，產(chǎn)量高。本文以順北地區(qū)儲(chǔ)集體的地質(zhì)發(fā)育模式為指導(dǎo)，通過(guò)地震正演模擬的方法研究斷控儲(chǔ)集體的地震識(shí)別模式。

前期認(rèn)識(shí)和實(shí)鉆井表明，斷控儲(chǔ)集體地震響應(yīng)特征主要表現(xiàn)為“斷裂+串珠”、“斷裂+雜亂”和“斷裂+線狀弱反射”3 種類型。通過(guò)分析斷裂帶上的鉆井，W15 井處是相對(duì)比較標(biāo)準(zhǔn)的“斷裂+串珠”反射，W16井、W14 井和W18 井處是典型的“斷裂+雜亂”反射，W2 井處是典型的“斷裂+線狀弱反射”。以上3 種類型反射處鉆井均獲得了油氣產(chǎn)能，典型“斷裂+串珠”反射處鉆井偏少，難以定論最有利儲(chǔ)集體地震響應(yīng)特征，因此，本文設(shè)計(jì)了多組斷控儲(chǔ)集體地質(zhì)模型，通過(guò)波動(dòng)方程正演，總結(jié)斷控儲(chǔ)集體的地震識(shí)別模式。

地下斷控儲(chǔ)集體非常復(fù)雜，表現(xiàn)為非均質(zhì)性強(qiáng)、空間結(jié)構(gòu)及組合多樣、橫向分隔性和縱向連通性難于表征。因此，根據(jù)地震剖面簡(jiǎn)化地質(zhì)模型（圖3a），由斷裂、裂縫及洞穴組成，正演剖面與地震剖面具有相似性，強(qiáng)反射異常大部分為優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集體的地震響應(yīng)特征，斷裂表現(xiàn)為線狀弱反射條帶[12-13]（圖3b、圖3c）。

碳酸鹽巖油藏不同于砂巖油藏，強(qiáng)非均質(zhì)性導(dǎo)致有利儲(chǔ)集體預(yù)測(cè)難度加大。前期對(duì)于塔河油田巖溶縫洞型儲(chǔ)集體發(fā)育規(guī)模、發(fā)育位置以及充填性判別形成了一套較為有效的預(yù)測(cè)技術(shù)，而順北地區(qū)斷溶體油氣藏儲(chǔ)集空間主要是由走滑斷裂多期活動(dòng)形成的破碎帶和洞穴，地震剖面所展示的是包括儲(chǔ)集體及基巖的斷裂帶集合特征，縱向上斷裂多期疊接，橫向上不同斷塊也有分隔，因此對(duì)于儲(chǔ)集體的識(shí)別目標(biāo)就是判斷破碎帶或者洞穴可能發(fā)育的位置。

圖3 斷控儲(chǔ)集體地質(zhì)模型（a）、正演剖面（b）及地震剖面（c）Fig.3.(a)Comprehensive geological model,(b)forward modeling and(c)seismic sections

綜合以上分析研究，明確了順北地區(qū)“強(qiáng)中找弱、弱中找強(qiáng)”的斷控儲(chǔ)集體地震識(shí)別模式：當(dāng)斷裂帶內(nèi)充填裂縫型儲(chǔ)集體時(shí)，地震剖面上主要表現(xiàn)為“斷裂+線狀弱反射”特征；當(dāng)斷裂帶內(nèi)充填孔洞型儲(chǔ)集體時(shí)，地震剖面上主要表現(xiàn)為“斷裂+雜亂”反射特征，隨著小尺度孔洞體發(fā)育密度的增加，地震剖面上“雜亂”弱反射逐漸變?yōu)椤半s亂”中強(qiáng)反射；當(dāng)斷裂帶內(nèi)充填洞穴型儲(chǔ)集體時(shí)，地震剖面上呈現(xiàn)“斷裂+串珠”反射特征；地震振幅異常是斷控儲(chǔ)集體的綜合響應(yīng)，其異常的強(qiáng)弱反映了儲(chǔ)集體的發(fā)育規(guī)模。

3 斷控儲(chǔ)集體定量描述

根據(jù)鉆井、測(cè)井及巖心資料分析，斷控儲(chǔ)集體主要儲(chǔ)集空間類型為洞穴、孔洞及裂縫[14-15]。本文對(duì)斷控儲(chǔ)集體量化描述的思路：①優(yōu)選敏感地震屬性分別描述斷控儲(chǔ)集體的邊界和不同類型儲(chǔ)集體的地震相特征；②建立波阻抗與孔隙度的關(guān)系，通過(guò)波阻抗反演體得到斷控儲(chǔ)集體孔隙度體；③利用不同類型儲(chǔ)集體的雕刻體與孔隙度體進(jìn)行運(yùn)算，得到斷控儲(chǔ)集體的有效體積。

3.1 斷控儲(chǔ)集體敏感地震屬性優(yōu)選

3.1.1 斷控儲(chǔ)集體邊界刻畫(huà)

斷控儲(chǔ)集體是致密碳酸鹽巖受斷裂活動(dòng)沿破碎帶形成的[16]，在地震剖面上主要表現(xiàn)為“雜亂”反射特征，通過(guò)大量地震屬性分析，認(rèn)為結(jié)構(gòu)張量屬性對(duì)斷控儲(chǔ)集體的邊界刻畫(huà)效果最佳。通過(guò)識(shí)別結(jié)構(gòu)張量屬性剖面上的雜亂紋理，可以有效地刻畫(huà)斷控儲(chǔ)集體的邊界。結(jié)合順北地區(qū)已鉆井分析，在鉆遇斷控儲(chǔ)集體邊界后，鉆時(shí)曲線會(huì)明顯降低，因此通過(guò)鉆時(shí)曲線的標(biāo)定，確定結(jié)構(gòu)張量屬性的門(mén)檻值，進(jìn)而明確斷控儲(chǔ)集體的空間結(jié)構(gòu)。應(yīng)用結(jié)構(gòu)張量屬性刻畫(huà)斷控儲(chǔ)集體的邊界（圖4）可以看出，鉆時(shí)曲線明顯降低處與結(jié)構(gòu)張量屬性對(duì)應(yīng)較好，地震剖面中振幅強(qiáng)異常處，結(jié)構(gòu)張量屬性也有明顯響應(yīng)。

3.1.2 斷控儲(chǔ)集體不同類型儲(chǔ)集空間敏感地震屬性優(yōu)選

優(yōu)選瞬時(shí)能量屬性、雜亂屬性和不連續(xù)性屬性分別預(yù)測(cè)洞穴型、孔洞型和裂縫型儲(chǔ)集體的展布。

瞬時(shí)能量屬性具有與瞬時(shí)振幅類似的地球物理意義和作用，對(duì)強(qiáng)“串珠”形態(tài)刻畫(huà)效果較好[17]，與地震剖面“串珠”形態(tài)吻合較好（圖5），可以有效刻畫(huà)規(guī)模較大的洞穴型和孔洞型儲(chǔ)集體。鉆井鉆遇“串珠”邊界，發(fā)生放空漏失，在放空漏失段，瞬時(shí)能量屬性有明顯的響應(yīng)特征，與鉆井情況吻合。

雜亂屬性為在地震信號(hào)中估算局部方差的方法，能較好地識(shí)別出地震信號(hào)的不連續(xù)性特征，可以有效刻畫(huà)規(guī)模較小的洞穴型和孔洞型儲(chǔ)集體。結(jié)合已鉆井分析，易發(fā)生漏失，測(cè)井解釋為Ⅱ類儲(chǔ)集體，雜亂屬性有明顯的異常響應(yīng)特征（圖6）。

圖4 順北地區(qū)過(guò)W1井地震剖面（a）和結(jié)構(gòu)張量屬性剖面（b）Fig.4.(a)Through?well seismic section and(b)structural tensor section in Shunbei area

圖5 順北地區(qū)過(guò)W4井地震剖面（a）和瞬時(shí)能量屬性剖面（b）Fig.5.(a)Through?well seismic section and(b)instantaneous energy section in Shunbei area

不連續(xù)性屬性是一種刻畫(huà)裂縫的有效方法[18]，通過(guò)對(duì)比分析各類不連續(xù)性屬性，認(rèn)為增強(qiáng)相干屬性對(duì)裂縫檢測(cè)的效果最佳。增強(qiáng)相干屬性是通過(guò)對(duì)原始地震數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪、斷裂線性增強(qiáng)處理后，求每一道每一樣點(diǎn)處小時(shí)窗內(nèi)分析樣點(diǎn)所在道與相鄰道波形的相似性，計(jì)算時(shí)窗內(nèi)的數(shù)據(jù)相干性，把這一結(jié)果賦予時(shí)窗中心樣點(diǎn)，形成一個(gè)表征相干性的三維數(shù)據(jù)體，能突出地震數(shù)據(jù)的線狀弱反射特征，預(yù)測(cè)裂縫的平面分布。從增強(qiáng)相干屬性計(jì)算的結(jié)果（圖7）可以看出，增強(qiáng)相干屬性檢測(cè)的裂縫與測(cè)井解釋裂縫吻合性較好。

圖6 順北地區(qū)過(guò)W5井地震剖面（a）和雜亂屬性剖面（b）Fig.6.(a)Through?well seismic section and(b)clutter section in Shunbei area

圖7 順北地區(qū)過(guò)W2井地震剖面（a）和增強(qiáng)相干屬性剖面（b）Fig.7.(a)Through?well seismic section and(b)enhanced coherence section in Shunbei area

3.2 波阻抗反演及孔隙度體計(jì)算

結(jié)合測(cè)井解釋和地質(zhì)資料，通過(guò)對(duì)多種建模方法對(duì)比分析，優(yōu)選出適合縫洞型儲(chǔ)集體預(yù)測(cè)的斷控儲(chǔ)集體相控地震反演方法。相控波阻抗反演為基于模型的確定性疊后反演，其基本思路是以斷控儲(chǔ)集體結(jié)構(gòu)刻畫(huà)為基礎(chǔ)，利用分形分維算法兼顧測(cè)井和地震信息，構(gòu)建空間非均質(zhì)性強(qiáng)的斷控儲(chǔ)集體反演初始模型，獲得波阻抗、速度等信息，用于估算斷控儲(chǔ)集體參數(shù)。相控波阻抗反演主要分為斷控儲(chǔ)集體地震相識(shí)別、多屬性融合斷控儲(chǔ)集體模型建立和基于模型的波阻抗反演3 個(gè)步驟，其中斷控儲(chǔ)集體模型建立是相控波阻抗反演的關(guān)鍵部分。

分形建模方法通過(guò)橫向上根據(jù)地震振幅的變化控制模型的微觀特征，適用于研究區(qū)非均質(zhì)性強(qiáng)的碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)集體，在斷控儲(chǔ)集體模型建立過(guò)程中，要加強(qiáng)地震相控因子，突出斷控儲(chǔ)集體空間非均質(zhì)性強(qiáng)的特征。模型建立時(shí)最關(guān)鍵的參數(shù)是分形能量，在分形建模過(guò)程中，分形能量越大，測(cè)井曲線數(shù)據(jù)對(duì)內(nèi)插結(jié)果影響越大；分形能量越小，地震數(shù)據(jù)對(duì)內(nèi)插結(jié)果影響越大。本次用測(cè)井曲線對(duì)低頻趨勢(shì)進(jìn)行約束，高頻信息來(lái)源于地震數(shù)據(jù)，研究區(qū)地震資料品質(zhì)較好，因此，分形能量值為0.46，滿足研究區(qū)碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)集體非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，相控波阻抗反演斷控儲(chǔ)集體結(jié)構(gòu)特征清楚，“串珠”、“雜亂”反射在波阻抗反演剖面上均有響應(yīng)（圖8）。

圖8 順北地區(qū)三維地震剖面（a）和相控波阻抗反演剖面（b）Fig.8.(a)3D seismic section and(b)phase?controlled wave impedance inversion section in Shunbei area

在鉆井過(guò)程中，研究區(qū)多數(shù)井發(fā)生放空漏失現(xiàn)象，為洞穴型儲(chǔ)集體特征，對(duì)放空和大量漏失井，通常未進(jìn)行電性測(cè)井，缺少洞穴的測(cè)井解釋孔隙度，測(cè)井解釋最大孔隙度為15%左右，不能表征放空漏失井段的真實(shí)孔隙度。

設(shè)置一個(gè)理論模型，模型中有10個(gè)大小相同的洞，洞穴的孔隙度為10%～100%，圍巖為灰?guī)r，地震波在原油中的傳播速度為1 250 m/s，原油密度為0.54 g/cm3，在灰?guī)r中的傳播速度為6 060 m/s，灰?guī)r密度為2.70 g/cm3，通過(guò)Wyllie 方程計(jì)算出綜合等效速度，從而得到波阻抗，最后擬合出孔隙度與波阻抗的理論關(guān)系式。順北地區(qū)與鄰區(qū)托甫臺(tái)地區(qū)地質(zhì)條件相似，都是斷溶體油氣藏，且都在主干斷裂帶上；生產(chǎn)特征相似，油井產(chǎn)能較高；油壓下降勢(shì)一致，托甫臺(tái)地區(qū)生產(chǎn)歷史較長(zhǎng)。斷裂級(jí)別均為主干斷裂，加里東運(yùn)動(dòng)期南部活動(dòng)強(qiáng)度大，海西運(yùn)動(dòng)期北部活動(dòng)強(qiáng)度大。順北地區(qū)地面原油密度為0.79～0.82 g/cm3，托甫臺(tái)地區(qū)地面原油密度為0.82～0.89 g/cm3，均為輕—中質(zhì)原油。因此，基于順北地區(qū)和托甫臺(tái)地區(qū)具有相似的地質(zhì)條件與油藏特征，利用托甫臺(tái)地區(qū)與順北地區(qū)背景相似實(shí)鉆井且放空漏失后有電性測(cè)井的井作為樣點(diǎn)，求取不同井的波阻抗和孔隙度，可以看出實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論模型數(shù)據(jù)較吻合，可用擬合公式計(jì)算順北地區(qū)孔隙度。

W18 井和W19 井鉆井過(guò)程中發(fā)生放空漏失，其放空漏失段預(yù)測(cè)孔隙度大于5%，與洞穴型儲(chǔ)集體吻合；同時(shí)提取井旁道孔隙度與測(cè)井解釋孔隙度曲線對(duì)比，預(yù)測(cè)孔隙度與測(cè)井解釋孔隙度基本吻合，局部存在細(xì)微差異，孔隙度差值小于2%。

3.3 斷控儲(chǔ)集體三維雕刻

不同類型儲(chǔ)集體測(cè)井孔隙度門(mén)檻值不同，洞穴型儲(chǔ)集體孔隙度不小于5%，孔洞型儲(chǔ)集體孔隙度為2%～5%，裂縫型儲(chǔ)集體孔隙度不大于2%，分類雕刻洞穴型、孔洞型和裂縫型儲(chǔ)集體[19-20]。

根據(jù)雕刻結(jié)果，結(jié)合速度體，利用網(wǎng)格積分法計(jì)算出研究區(qū)3類儲(chǔ)集的有效孔隙體積（圖9）。

4 結(jié)論

（1）頻率域多尺度斷裂檢測(cè)方法與常規(guī)斷裂檢測(cè)方法相比，可以更加精確地刻畫(huà)小尺度斷裂，能夠更好地描述斷裂的空間展布。

圖9 順北地區(qū)有效縫洞體三維雕刻成果Fig.9.3D description of effective fractured?vuggy reservoirs in Shunbei area

（2）建立了順北地區(qū)“強(qiáng)中找弱、弱中找強(qiáng)”的斷控儲(chǔ)集體地震識(shí)別模式，明確了斷控儲(chǔ)集體具有“斷裂+串珠、斷裂+雜亂、斷裂+線狀弱反射”特征，地震振幅異常是斷控儲(chǔ)集體的綜合響應(yīng)，可反映儲(chǔ)集體的發(fā)育規(guī)模。

（3）優(yōu)選了結(jié)構(gòu)張量屬性、雜亂屬性和增強(qiáng)相干屬性定量刻畫(huà)斷控儲(chǔ)集體空間結(jié)構(gòu)，利用相控波阻抗反演預(yù)測(cè)儲(chǔ)集層孔隙度，建立了一套適用于順北地區(qū)的斷控儲(chǔ)集體空間描述方法。

（4）隨著勘探開(kāi)發(fā)的推進(jìn)，鉆遇的斷控儲(chǔ)集體地質(zhì)目標(biāo)越來(lái)越復(fù)雜，斷控儲(chǔ)集體空間雕刻與量化描述技術(shù)也需不斷發(fā)展與完善。首先，針對(duì)斷控儲(chǔ)集體縱向發(fā)育特點(diǎn)，需建立相應(yīng)的地震資料采集與處理技術(shù)；其次，受地震分辨率的影響，斷控儲(chǔ)集體地震響應(yīng)往往是洞穴、孔洞、裂縫與基質(zhì)圍巖的綜合響應(yīng)，如何進(jìn)一步優(yōu)選敏感屬性，提高儲(chǔ)集體分類預(yù)測(cè)的精度是下一步工作的重點(diǎn)；最后，應(yīng)綜合鉆井、測(cè)井等資料研究成果，加強(qiáng)不同類型儲(chǔ)集體孔隙度計(jì)算方法研究，同時(shí)結(jié)合生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)指導(dǎo)修正斷控儲(chǔ)集體空間雕刻量化描述，不斷提高斷控儲(chǔ)集體量化描述精度。