走滑斷裂帶儲(chǔ)層三維刻畫及斷儲(chǔ)關(guān)系研究
——以順北5號(hào)斷裂帶為例

尼加提·艾比布拉，馬龍杰

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

順北地區(qū)位于順托果勒隆起，東西緊鄰兩個(gè)坳陷，南北為兩大隆起，整體含油氣。區(qū)內(nèi)發(fā)育多條北東向深大斷裂，資源潛力巨大，且差異性大[1]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)走滑斷裂帶對(duì)奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層的形成具有明顯的“控儲(chǔ)、控藏、控富集”作用[2-3]。

順北5 號(hào)帶是順北油氣田延伸最長(zhǎng)的斷裂帶，由北、中、南三段組成，斷裂結(jié)構(gòu)類型復(fù)雜多樣[4-5]，經(jīng)歷多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，是典型的一級(jí)走滑斷層[6-8]。斷裂帶內(nèi)形成的大規(guī)模的裂縫網(wǎng)絡(luò)，不僅是良好的油氣儲(chǔ)集空間，而且為各種流體改造作用提供了有利的通道，為高質(zhì)量縫洞型儲(chǔ)層發(fā)育提供了有利條件[9-10]。同時(shí)，走滑斷裂帶的發(fā)育有效地改善了低孔、低滲碳酸鹽巖的儲(chǔ)層物性，但儲(chǔ)層也表現(xiàn)出強(qiáng)烈的非均質(zhì)性，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，具有局部分隔特征[14-16]。

順北油氣田斷控儲(chǔ)集體勘探開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵之一是精細(xì)描述斷裂體系控制下的裂縫、孔洞及洞穴型儲(chǔ)集體，在明確各類儲(chǔ)集體響應(yīng)特征的基礎(chǔ)上，優(yōu)選敏感屬性對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確描述，進(jìn)而落實(shí)勘探開(kāi)發(fā)目標(biāo)。本文以順北5號(hào)帶為例，對(duì)走滑斷面、裂縫及儲(chǔ)集體開(kāi)展三維刻畫、立體融合研究，通過(guò)井震分析對(duì)不同的斷裂—儲(chǔ)集體組合模式、結(jié)構(gòu)關(guān)系特征進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，這對(duì)斷裂控制儲(chǔ)層的研究具有重要意義。

1 斷控縫洞儲(chǔ)集體多屬性識(shí)別

1.1 儲(chǔ)層響應(yīng)特征

明確斷裂帶不同應(yīng)力段內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征對(duì)于研究斷控儲(chǔ)層具有重要意義。走滑斷裂最主要的特征是分段差異性明顯，不同類型斷裂段的內(nèi)部響應(yīng)特征不同。根據(jù)走滑斷層剖面構(gòu)造樣式的差異，本次選取典型井對(duì)不同類型斷裂段進(jìn)行刻畫。通過(guò)對(duì)不同斷裂段儲(chǔ)層位置及形態(tài)刻畫，揭示不同走滑斷裂段的斷裂、儲(chǔ)層形態(tài)特征。在綜合分析走滑斷層的分段特征基礎(chǔ)上，結(jié)合前人對(duì)順北地區(qū)走滑斷裂分段性研究成果[10]，對(duì)順北5號(hào)斷裂帶進(jìn)行分段斷裂刻畫。

通過(guò)對(duì)過(guò)典型井剖面特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層與主干走滑斷裂及主干斷裂活動(dòng)伴生的次級(jí)斷裂密切相關(guān)，結(jié)合實(shí)際鉆井資料，確定斷控儲(chǔ)集地震響應(yīng)具有“斷裂+串珠異常、斷裂+雜亂反射、斷裂+弱反射”三種特征。結(jié)合順北其他工區(qū)勘探開(kāi)發(fā)效果[13]，發(fā)現(xiàn)“斷裂+串珠/中強(qiáng)雜亂異?！狈瓷鋬?chǔ)層的鉆遇率較高，因而串珠相及雜亂相是儲(chǔ)層屬性識(shí)別的重點(diǎn)。

1.2 儲(chǔ)層特征增強(qiáng)處理

研究區(qū)奧陶系目的層(以下簡(jiǎn)稱T74)與上覆地層間存在強(qiáng)烈的阻抗差，導(dǎo)致同相軸淹沒(méi)了內(nèi)幕儲(chǔ)層的反射特征。為了能夠更精確地預(yù)測(cè)強(qiáng)反射掩蓋下的儲(chǔ)層信息，需要對(duì)地震數(shù)據(jù)中的強(qiáng)反射信號(hào)進(jìn)行分離，即進(jìn)行儲(chǔ)層特征增強(qiáng)處理。利用匹配追蹤算法，以輸入層位為基準(zhǔn)，根據(jù)最佳匹配準(zhǔn)則匹配局部最優(yōu)子波后，壓制地層結(jié)構(gòu)反射，突出儲(chǔ)層特征，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)反射的壓制，使得處理結(jié)果能夠更好地表征儲(chǔ)層地震反射特征，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)際地震資料儲(chǔ)層反射特征加強(qiáng)，在強(qiáng)反射去除處理后的資料上開(kāi)展敏感屬性優(yōu)選即能夠去除T74與上覆地層間阻抗差引起的屏蔽作用。

1.3 儲(chǔ)層敏感屬性優(yōu)選

地震屬性技術(shù)是儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的重要手段，對(duì)走滑斷裂和規(guī)模儲(chǔ)集體，有多種地震屬性可以對(duì)其進(jìn)行表征，需要針對(duì)不同儲(chǔ)層類型，從眾多的地震屬性優(yōu)選出對(duì)目標(biāo)儲(chǔ)層刻畫比較敏感的屬性或?qū)傩越M合。

為確定研究區(qū)順北5 號(hào)帶—規(guī)模儲(chǔ)集體描述的敏感屬性，本研究以不同地質(zhì)模式下典型斷控型儲(chǔ)層的地震響應(yīng)特征識(shí)別模式為指導(dǎo)進(jìn)行屬性降維，解決單屬性局限性、多屬性多解性的問(wèn)題。采用結(jié)構(gòu)張量、弧長(zhǎng)張量、包絡(luò)張量、邊緣檢測(cè)等幾種邊緣檢測(cè)類及結(jié)構(gòu)類屬性表征規(guī)模儲(chǔ)集體（圖1）。通過(guò)對(duì)比、降維最終優(yōu)選張量為規(guī)模儲(chǔ)集體識(shí)別的敏感屬性。

圖1 斷控儲(chǔ)集體內(nèi)幕儲(chǔ)層敏感屬性優(yōu)選

為確定研究區(qū)順北5號(hào)帶—裂縫描述的敏感屬性，采用相干、Fault Likelihood、Thinned Fault Likelihood、AFE、斷裂增強(qiáng)、螞蟻等多種屬性(圖2)。對(duì)比不同屬性下不同斷裂的檢測(cè)結(jié)果，結(jié)合實(shí)鉆井標(biāo)定，最終優(yōu)選斷裂增強(qiáng)相干屬性為裂縫描述敏感屬性。

2 三維斷裂雕刻研究

在斷控儲(chǔ)集體地震識(shí)別模式的指導(dǎo)下，開(kāi)展了不同類型儲(chǔ)層的地震相刻畫。首先優(yōu)選敏感屬性確定斷控儲(chǔ)集體邊界，在斷控儲(chǔ)集體邊界內(nèi)對(duì)反映各類儲(chǔ)層的敏感地震屬性進(jìn)行屬性門檻值標(biāo)定，然后利用三維雕刻技術(shù)，得到不同類型儲(chǔ)層的空間幾何形態(tài)。

2.1 門檻值標(biāo)定

研究區(qū)地震反射主要為斷裂帶控制下的串珠、雜亂和弱反射，主要對(duì)應(yīng)斷控儲(chǔ)集體洞穴、孔洞和裂縫型儲(chǔ)層。串珠相以強(qiáng)能量團(tuán)識(shí)別為主；雜亂相以波組不連續(xù)識(shí)別為主，主要反映斷裂帶破碎特征；弱反射相地震反射較弱，主要反映油氣的通道以及本身的儲(chǔ)集空間特性。以紋理屬性來(lái)識(shí)別斷控儲(chǔ)集體整體邊界，主要以優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)張量屬性、雜亂屬性、斷裂增強(qiáng)相干屬性刻畫斷控儲(chǔ)集體內(nèi)不同類型儲(chǔ)層地震相，并通過(guò)實(shí)鉆井分析確定各類儲(chǔ)層的門檻值。

根據(jù)正演結(jié)論和實(shí)鉆井標(biāo)定分析，結(jié)合井上鉆時(shí)變化點(diǎn)的融合張量屬性值，最終確定斷控儲(chǔ)集體邊界門檻值。以順北S2 和S18 井為例（如圖3 所示），鉆時(shí)變化點(diǎn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，在到達(dá)斷控儲(chǔ)集體邊界時(shí)鉆時(shí)明顯變快，從而確定各類敏感屬性的門檻值。

本研究以不同類型儲(chǔ)層放空漏失點(diǎn)及鉆時(shí)變化點(diǎn)標(biāo)定各類儲(chǔ)層敏感屬性，確定不同類型儲(chǔ)層表征屬性的門檻值。最終以結(jié)構(gòu)張量屬性表征洞穴型儲(chǔ)層，其門檻值為38；以雜亂度屬性表征孔洞型型儲(chǔ)層，其門檻值為0.35；以斷裂增強(qiáng)相干屬性表征斷裂型儲(chǔ)層，其門檻值為0.85。

2.2 三維雕刻

在敏感地震屬性和門檻值標(biāo)定基礎(chǔ)上，開(kāi)展不同地震反射特征儲(chǔ)層的三維幾何形態(tài)雕刻，通過(guò)體融合技術(shù)明確研究區(qū)三維雕刻幾何形態(tài)展布情況（圖4）。雕刻結(jié)果顯示，順北5號(hào)帶斷面識(shí)別的井震吻合度高，斷面連續(xù)性好且具有縱向差異性，與井的動(dòng)態(tài)連通情況匹配性較好。根據(jù)各類屬性門檻值雕刻即可獲得洞穴、孔洞、斷裂三類儲(chǔ)層的空間體積。

圖4 5號(hào)帶斷裂帶+串珠+雜亂儲(chǔ)集體三維雕刻圖

3 斷儲(chǔ)關(guān)系研究

順北5 號(hào)斷裂帶斷裂性質(zhì)、發(fā)育強(qiáng)度、平剖組合模式與儲(chǔ)層的匹配關(guān)系存在明顯的分段性特征。根據(jù)垂向活動(dòng)的類型（隆升或下降）、垂向活動(dòng)幅度大小以及平面幾何特征，可將順北5號(hào)斷裂帶的變形分為3種類型，即平移走滑段、拉分下降段、擠壓隆升段，共計(jì)劃分為10 段，包括4 個(gè)擠壓隆升段、3 個(gè)拉分下降段及3 個(gè)平移走滑段。

3.1 擠壓隆升段

擠壓隆升段內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，斷裂發(fā)育程度高。根據(jù)同相軸錯(cuò)斷斷距以及地層隆起變形程度，可以識(shí)別出一條主斷面，一般位于斷裂帶正花狀構(gòu)造中間位置。最大斷面左右兩側(cè)具有不對(duì)稱性，其內(nèi)部小斷裂發(fā)育程度、地震響應(yīng)特征、兩側(cè)地層的撓曲變形情況以及垂向斷距等呈現(xiàn)出明顯差異。

以S5 井區(qū)擠壓隆升段為例，中間發(fā)育最大主斷面，在其左側(cè)地層變形程度及隆升幅度都較高，內(nèi)部斷裂發(fā)育程度明顯高于右側(cè)，并且可見(jiàn)“串珠狀”強(qiáng)反射及界面標(biāo)志層錯(cuò)斷等地震響應(yīng)特征。相比之下，右側(cè)發(fā)育的“串珠”規(guī)模較小，地層隆升幅度低。三維雕刻結(jié)果顯示，擠壓段斷裂發(fā)育程度高，周圍伴生次級(jí)斷裂可能性大（圖5）。S5井在鉆遇主斷面放空0.77m，累計(jì)漏失648.41m3，貫穿井底“串珠”及次級(jí)斷面，放空2.92m，漏失453.95m3。這說(shuō)明沿主斷面其兩側(cè)附近出現(xiàn)異常地震響應(yīng)部位多出現(xiàn)放空漏失現(xiàn)象，標(biāo)志著鉆遇裂縫或洞穴。該擠壓隆升段的儲(chǔ)集體緊鄰最大主斷面兩側(cè)發(fā)育，主體分布于最大主斷面左側(cè)。

圖5 S5井?dāng)嗫伢w剖面雕刻展布特征示意圖

3.2 拉分下降段

拉分段內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，小斷裂網(wǎng)狀展布，以張性斷裂為主，剖面上表現(xiàn)為負(fù)花狀構(gòu)造。根據(jù)地震同相軸錯(cuò)斷及地層下掉變形程度判斷，最大主斷面常位于斷裂帶中部，最大斷面左右兩側(cè)也具有不對(duì)稱性。

以S14 井區(qū)拉分下降段為例（圖6），鉆井過(guò)程中發(fā)生多次放空漏失，累計(jì)漏失287.13m3。其中最大的一次放空漏失點(diǎn)接近井底附近，該位置位于“串珠狀”強(qiáng)反射區(qū)域。在斷裂帶拉張下掉段，弱反射背景下的雜亂地震反射區(qū)，也出現(xiàn)了放空漏失現(xiàn)象。與擠壓隆升段相比，拉分下降段斷裂結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為負(fù)花狀構(gòu)造，由兩側(cè)的邊界主斷面與中部后期形成次級(jí)斷面組成。斷裂活動(dòng)性較強(qiáng)的一側(cè)通常是儲(chǔ)層發(fā)育的主體區(qū)，在該位置發(fā)育的內(nèi)幕串珠及雜亂弱反射等地震響應(yīng)特征。

圖6 S14井?dāng)嗫伢w三維雕刻局部放大圖

3.3 平移走滑段

平移段表現(xiàn)為單支直立走滑斷裂，內(nèi)部結(jié)構(gòu)相比較于壓隆和拉分段較簡(jiǎn)單，主斷面兩側(cè)次級(jí)斷裂發(fā)育較少，一般主斷面左右兩側(cè)變形幅度較小，地震同相軸錯(cuò)斷但斷距較小。

以S13井區(qū)平移走滑段為例（圖7），井軌跡垂直鉆遇斷裂帶下掉地塹處，在井底附近鉆遇放空0.63m，漏失泥漿33.42m3，測(cè)井解釋該井鉆遇裂縫型儲(chǔ)層。表明該井軌跡附近儲(chǔ)層發(fā)育有限，僅發(fā)育裂縫—孔洞型儲(chǔ)層，井周東側(cè)發(fā)育洞穴和孔洞型儲(chǔ)層，斷裂縱向上連通性較差。三維雕刻結(jié)果也顯示S13 井周圍斷裂發(fā)育差，斷裂縱、橫向連續(xù)性差。

圖7 S13井?dāng)嗫伢w三維雕刻局部放大圖

結(jié)合多井儲(chǔ)集體放空漏失與斷面相對(duì)位置的相關(guān)性，確定四種斷儲(chǔ)關(guān)系，即斷面旁發(fā)育儲(chǔ)集體、儲(chǔ)集體直接過(guò)斷面、雙斷面挾持儲(chǔ)集體和斷裂帶邊緣儲(chǔ)集體不發(fā)育。四種關(guān)系分別對(duì)應(yīng)漏失量較大、漏失量中等、漏失量較少（表1）。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)該斷儲(chǔ)關(guān)系對(duì)油藏分布起到控制作用，距離滑動(dòng)面越遠(yuǎn)，油氣富集程度越低。

表1 放空漏失與斷面相對(duì)位置的關(guān)系

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)順北5號(hào)帶斷控儲(chǔ)層的分類研究，利用三維雕刻技術(shù)對(duì)儲(chǔ)集空間分段描述，結(jié)合實(shí)際鉆井資料厘定斷儲(chǔ)關(guān)系，形成了以下結(jié)論：

（1）針對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行特征增強(qiáng)處理能夠有效提高儲(chǔ)層響應(yīng)特征，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行屬性優(yōu)選，明確了各類儲(chǔ)層的敏感表征屬性，即結(jié)構(gòu)張量屬性對(duì)串珠相儲(chǔ)集體具有較好的識(shí)別效果，斷裂增強(qiáng)相干屬性表征斷裂型儲(chǔ)層敏感性較好。

（2）根據(jù)實(shí)際鉆井的標(biāo)定分析可以確定相關(guān)屬性的門檻值。基于斷裂、規(guī)模儲(chǔ)集體的分類三維雕刻，能夠較好地刻畫走滑斷裂帶的斷儲(chǔ)空間關(guān)系。

（3）順北5 號(hào)斷裂帶分段特征明顯，不同應(yīng)力段斷儲(chǔ)空間特征不同。擠壓隆升段的斷裂帶儲(chǔ)集體緊鄰最大主斷面兩側(cè)發(fā)育，主體分布于最大主斷面一側(cè)。拉分下降段以張性斷裂為主，剖面上表現(xiàn)為負(fù)花狀構(gòu)造，最大主斷面常位于斷裂帶中部，最大斷面左右兩側(cè)常具有不對(duì)稱性。平移段表現(xiàn)為單枝直立走滑斷裂，內(nèi)部結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，主斷面兩側(cè)可發(fā)育少量縫洞體。

（4）斷儲(chǔ)關(guān)系對(duì)順北5號(hào)斷裂帶油藏分布起到控制作用。根據(jù)儲(chǔ)集體與斷面相對(duì)位置，確定了四種斷儲(chǔ)關(guān)系，即斷面旁發(fā)育儲(chǔ)集體、儲(chǔ)集體直接過(guò)斷面、雙斷面挾持儲(chǔ)集體和斷裂帶邊緣儲(chǔ)集體不發(fā)育，分別對(duì)應(yīng)漏失量較大、漏失量中等、漏失量較少。