王志偉， 符力耘， 劉軍， 蔡忠賢

1 山東省深層油氣重點實驗室， 青島 266580 2 青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實驗室海洋礦產(chǎn)資源評價與探測技術(shù)功能實驗室， 青島 266071 3 中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 青島 266580 4 中國石油化工股份有限公司西北油田分公司， 烏魯木齊 830011 5 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院， 武漢 430074

0 引言

順北靶區(qū)位于順托果勒低隆起的西北部，處于塔里木盆地中部和北部之間的過渡帶，受多期構(gòu)造運動的影響，形成了兩套主干走滑斷裂和若干次級斷裂.由于海平面的變化，地層發(fā)生了嚴(yán)重的侵蝕和塌陷，超深層奧陶系廣泛發(fā)育碳酸鹽巖斷控巖溶儲層，形成的溶洞-裂縫系統(tǒng)具有強非均質(zhì)性和局部連通的特征，為油氣運移和聚集創(chuàng)造了有利的條件.因此，精細(xì)刻畫這些斷控巖溶輸導(dǎo)體系內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對于本區(qū)油氣勘探具有重要意義.本文基于斷控巖溶輸導(dǎo)結(jié)構(gòu)的地震反射特征，將其劃分為大、中、小三種不同尺度結(jié)構(gòu)模式，結(jié)合地震屬性技術(shù)，分尺度精細(xì)刻畫斷控巖溶輸導(dǎo)體系三維內(nèi)部結(jié)構(gòu).

地質(zhì)結(jié)構(gòu)和層序的橫向變化在地震記錄上主要表現(xiàn)為反射同相軸的不連續(xù)性及反射波形的橫向變化，相應(yīng)傾角、方位角、曲率和振幅梯度等地震屬性能夠識別裂縫方向和裂縫密度.地震相干性技術(shù)廣泛應(yīng)用于裂縫性油氣藏成像(Bahorich and Farmer，1995；Marfurt et al.，1998；Gersztenkorn and Marfurt，1999)，但易受反射強度的影響.傾角和方位角屬性能夠描述裂縫的空間展布特征(Dalley et al.，1989；Marfurt et al.，1998；Marfurt and Kirlin，2000；Barnes，2000；Marfurt，2006)；振幅梯度反映了不連續(xù)面的振幅變化率，常用于不連續(xù)面識別(Luo et al.，1996, 2003；Marfurt and Kirlin，2000；Marfurt，2006)，清晰反映斷塊和地層單元之間的邊界，有助于描述溶洞和裂縫.在弱振幅區(qū)域，特別是背景噪聲干擾較強的超深層，低于常規(guī)地震成像可分辨尺度的不連續(xù)微結(jié)構(gòu)通常具有弱振幅雜亂反射/散射的特征，可借助紋理屬性和曲率屬性進(jìn)行刻畫.紋理屬性描述每個采樣點振幅大小及其與周圍點的變化關(guān)系，對層理及微裂縫較為敏感(Gao，2003，2007；Chopra and Marfurt，2005；Yenugu et al.，2010；Eichkitz et al.，2015；許志遠(yuǎn)等，2022)，而曲率屬性適用于描述不同尺度裂縫的邊緣變化(Lisle，1994；Roberts，2001；Bergbauer et al.，2003；Al-Dossary and Marfurt，2006).

順北靶區(qū)溶洞-裂縫輸導(dǎo)結(jié)構(gòu)由不同尺度的裂縫和溶洞構(gòu)成，已有學(xué)者對其整體特征進(jìn)行了較為詳盡的描述(盧志強等，2018；王鵬等，2019)，其中大型走滑斷裂常伴有巖溶塌陷和串狀溶洞發(fā)育，走滑斷裂周圍常伴隨橫向發(fā)育的中尺度次生斷層，小尺度背景裂縫在該區(qū)異常發(fā)育，彌漫整個輸導(dǎo)介質(zhì).地震屬性技術(shù)依賴于地震數(shù)據(jù)的品質(zhì)，由于地震散射對裂縫異常敏感，其成像不足以成為影響裂縫地震屬性雕刻的關(guān)鍵因素.目前的工業(yè)地震成像技術(shù)僅能提供平滑的背景速度場，導(dǎo)致不同尺度斷層/裂縫成像失真(Wang et al.，2020；Mu et al.，2021)，散射波的不完全收斂對裂縫地震屬性檢測產(chǎn)生不利的影響.Ding等(2020)采用不同裂縫走向和密度的速度模型生成合成地震記錄，用同一背景速度場進(jìn)行地震成像，再從成像數(shù)據(jù)體提取地震屬性，據(jù)此檢驗裂縫地震屬性檢測技術(shù)的可靠性，結(jié)果與理論裂縫模型進(jìn)行比較，裂縫預(yù)測精度達(dá)到了71.7%.地震屬性技術(shù)廣泛應(yīng)用于碳酸鹽巖縫洞型儲層“弱反射”裂縫識別(李弘等，2014；劉軍等，2017)，本文利用地震屬性融合技術(shù)，對溶洞-裂縫輸導(dǎo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分尺度刻畫.

本文首先概述順北油田的地質(zhì)背景，順托果勒低隆起具有完整的生儲蓋組合，包括下寒武統(tǒng)烴源巖、長期低溫環(huán)境、中奧陶統(tǒng)大規(guī)模碳酸鹽巖沉積、晚奧陶統(tǒng)泥巖發(fā)育等，多期次構(gòu)造運動和海平面變化，形成了極其復(fù)雜的溶洞-裂縫輸導(dǎo)系統(tǒng).其次，采用斷層增強濾波技術(shù)提高三維地震數(shù)據(jù)的品質(zhì)，突出裂縫的邊界和方向.通過分析斷控巖溶輸導(dǎo)結(jié)構(gòu)的地震反射特征，利用貝葉斯聚類分析方法對不同尺度地震相的敏感性進(jìn)行分類，獲得不同地震屬性融合結(jié)果，從而劃分出三類典型的斷控巖溶輸導(dǎo)結(jié)構(gòu)的震相特征.最后，將多尺度地震相融合體采樣到三維地質(zhì)網(wǎng)格模型中，描述了該區(qū)域復(fù)雜裂縫系統(tǒng)的空間分布和連通性.

1 地質(zhì)背景

順北油氣田位于塔里木盆地順托果勒低隆起西北緣(Li et al.，2022).如圖1所示，順托果勒低隆起是位于塔北隆起和塔中隆起之間的中間隆起的構(gòu)造單元(劉雨晨等，2020)，西鄰阿瓦提坳陷，東臨滿加爾坳陷.早寒武世—中奧陶世廣泛分布著大型碳酸鹽沉積層，長期的低地?zé)岘h(huán)境使得下寒武統(tǒng)烴源巖形成了凝析油/天然氣，晚奧陶世的大量泥巖作為儲層蓋層，由此形成了完整的生儲蓋組合(漆立新，2016；焦方正，2018)，為形成大型油氣田提供有利條件.近十年來的勘查表明，中、下奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖和寒武系碳酸鹽巖是油氣勘探的重點區(qū)域.圖2顯示了該區(qū)的地層層位、地震層位及巖性等信息.

圖1 塔里木盆地順北油氣田位置及其附近主要構(gòu)造單元(修改自Deng et al., 2019)

圖2 順北油氣田地層層位、地震層位和巖性圖(Deng et al., 2019)

塔里木盆地經(jīng)歷了復(fù)雜的多期次構(gòu)造演化(Jia et al.，1998)，特別是加里東期—海西期的斷裂活動，形成了大量的克拉通內(nèi)走滑斷層，同時海平面多期變化，導(dǎo)致巖溶侵蝕外露.碳酸鹽巖儲層的油氣運聚受巖溶侵蝕的多期斷裂活動控制，具有強非均質(zhì)性、空間分帶性和局部連通性.通過對該儲層的地震剖面、測井資料和巖心剖面研究(Yu et al.，2016；Lu et al.，2017)，認(rèn)為奧陶系碳酸鹽巖儲層主要由溶洞、溶蝕孔、粒間孔、裂縫等組成，其形態(tài)和尺度各不相同.

圖3 研究區(qū)(白色框)走滑斷裂帶及井分布圖

2 斷控巖溶儲層的多尺度表征

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

裂縫引起的地震屬性具有很強的方向性，次生裂縫主要集中在走滑斷層附近，遠(yuǎn)離主干斷裂帶的地震各向異性特征逐漸減弱，其幅值大小與裂縫的大小、方向和密度有關(guān).地震噪聲和未收斂的散射波對裂縫相關(guān)的地震屬性提取有較大影響，因此在提取地震屬性前應(yīng)先消除這些不利因素.本節(jié)利用方位角校正對共中心點道集進(jìn)行處理，提高了地震屬性的可靠性(Li et al.，2022).如圖4a所示，展示了沿北西向走滑斷裂帶A-B的成像剖面，該剖面包含7口井，剖面上存在“串珠狀”結(jié)構(gòu).

圖4 沿北西向走滑斷裂帶A-B段斷層增強濾波前(a)、后(b)地震剖面對比

圖5 斷層增強濾波前(a)、后(b)目的層頂部()相干屬性切片對比

2.2 地震屬性成像特征

將上述地震屬性應(yīng)用到裂縫成像中，這些屬性對裂縫的方位和密度較敏感.

圖6 研究區(qū)目的層頂部()的地震屬性切片，傾角屬性(a)和振幅梯度屬性(b)

圖7 目的層頂部()(a)和下方30 ms (b)的曲率屬性切片

2.3 斷控巖溶儲層的三種典型地震相

高品質(zhì)的三維地震數(shù)據(jù)體是準(zhǔn)確描述儲層構(gòu)造特征的前提.圖8是本地區(qū)三類具有代表性的地震相，即溶洞地震相、不規(guī)則強振幅地震相和雜亂弱振幅地震相，前兩者可以被看作斷裂-溶洞儲層的大尺度組分，而后者可視為小尺度的背景裂縫組分.

圖8 研究區(qū)斷控巖溶儲層地震反射的三種典型相：溶洞地震相(a)、不規(guī)則強振幅地震相(b)和雜亂弱振幅地震相(c)

不規(guī)則強振幅地震相通常是由沿走滑斷層及其次級斷裂廣泛發(fā)育的裂縫引起，確定不規(guī)則強振幅地震相的關(guān)鍵在于從形狀上區(qū)分出斷層破碎帶內(nèi)單個的構(gòu)造組分，如圖7所示，沿著走滑斷裂帶呈明顯的分段，各分段具有不同的特征，并表現(xiàn)出一定程度的巖溶塌陷，可以看作是斷層破碎帶(Liao et al.，2019；Chen et al.，2020).這些斷層破碎帶控制了儲層的發(fā)育，對油氣運移起著關(guān)鍵作用.

2.4 典型地震屬性的聯(lián)合描述

與溶洞和斷層相關(guān)的地震相往往是油氣儲集體發(fā)育的有利區(qū)帶(楊平等，2015).本節(jié)綜合多類地震屬性，對大尺度地震相及其附近的小尺度地震相的邊界和內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究.

圖9為A-B段溶洞與斷塊的振幅梯度屬性、曲率屬性及其疊加屬性剖面圖.圖9a所示的小振幅梯度值(藍(lán)色)是指沿走滑斷層分支的裂縫，高振幅梯度值(黃色部分)描繪了大型溶洞或斷塊的主體結(jié)構(gòu)，但無法區(qū)分內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而通過曲率屬性可以刻畫內(nèi)部特征.圖9b所示的大曲率值(黑色)刻畫了溶洞和斷塊的內(nèi)部特征，描述了溶洞的坍塌和不連續(xù)面，有利于裂縫通道的識別.圖9c是由振幅梯度屬性和曲率屬性疊加而成，它更加清楚地顯示了溶洞或斷裂的不規(guī)則外部形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征.

曲率屬性能夠識別小尺度裂縫，但大部分背景裂縫難以識別，我們利用基于地震數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)張量提取擾動(紋理)屬性提取背景裂縫(Fehmers and H?cher，2003).圖10為A-B段小尺度背景裂縫的紋理屬性及其與地震振幅梯度屬性疊加的剖面圖.圖10a中的大擾動屬性(黑色)是小尺度背景裂縫的發(fā)育區(qū).圖10b顯示了走滑斷層及其分支裂縫附近發(fā)育的小型背景裂縫.

圖10 A-B段地震剖面的擾動(紋理)屬性(a)及其與振幅梯度的疊加(b)

2.5 基于貝葉斯聚類分析的地震相融合方法

不同于多類地震屬性的簡單疊加，本節(jié)采用基于貝葉斯概率模型的聚類分析方法，融合多類地震屬性，該方法完全是數(shù)據(jù)驅(qū)動的，避免了人工干預(yù)(張等，2015；王宗俊等，2021)，最終獲得了溶洞、斷塊周圍和內(nèi)部的次級裂縫及微裂縫的分布.

圖11 融合振幅梯度和曲率屬性的三維立體圖(a)和沿A-B段剖面圖(b)

圖12 融合曲率屬性和傾角屬性的三維立體圖(a)和沿A-B段剖面圖(b)

整體來看斷裂帶A-B是有利的儲集體發(fā)育和油氣富集帶，7口井均位于溶洞及裂縫發(fā)育地帶，與實際資料相符合，也證實了該斷裂帶的油氣勘探開發(fā)前景.

2.6 三維構(gòu)架模型的連通性

圖13顯示了靶區(qū)斷控巖溶儲層結(jié)構(gòu)模型，溶洞地震相的分布和主干走滑斷裂具有較好的一致性，裂縫地震相位于溶洞地震相附近，其他雜亂地震相分散在它們附近.為了反映斷控巖溶儲層在空間的形態(tài)和區(qū)域上的特征分布，建立了三維地質(zhì)構(gòu)造網(wǎng)格模型，將斷控巖溶儲層連通體包含的網(wǎng)格數(shù)進(jìn)行閾值分割，并用不同的顏色表示不同的連通單元，其空間分布如圖14所示.特別需要指出的是，本節(jié)中的三維空間結(jié)構(gòu)是包含了圍巖和物性較差的儲層，若要得到有效斷控巖溶儲層連通體模型，還需進(jìn)一步進(jìn)行井標(biāo)定.

圖13 斷控巖溶儲層結(jié)構(gòu)模型

圖14 斷控巖溶儲層連通體空間分布圖

3 結(jié)論

順北油田7000 m深度以下超深層碳酸鹽巖斷控巖溶輸導(dǎo)體系受加里東—海西期多期構(gòu)造活動和侵蝕作用，形成了一套由大型走滑斷裂及伴生巖溶、中尺度次生斷層和小尺度背景微裂縫組成的溶洞-裂縫體系.不同尺度斷裂/裂縫引發(fā)的地震屬性變化取決于裂縫的大小、方向和密度，地震噪聲和殘留散射波嚴(yán)重干擾了與裂縫相關(guān)的地震屬性的可靠性，本文采用斷層增強濾波技術(shù)消除這些不利因素，提升三維地震疊后數(shù)據(jù)的品質(zhì).

大尺度結(jié)構(gòu)包括大型走滑斷裂、溶洞及伴隨的巖溶塌陷，具有規(guī)則的斷裂強反射和“串珠狀”反射的震相特征；中尺度結(jié)構(gòu)主要為走滑斷裂附近橫向發(fā)育的次生斷層及伴隨的巖溶局部塌陷，具有雜亂強反射震相特征；小尺度結(jié)構(gòu)為彌漫整個輸導(dǎo)介質(zhì)的背景裂縫，具有雜亂弱反射震相特征.地震屬性被廣泛應(yīng)用于裂縫預(yù)測，但單一的地震屬性很難全面地描述斷控巖溶輸導(dǎo)介質(zhì).本文針對溶洞-裂縫系統(tǒng)中不同尺度的輸導(dǎo)結(jié)構(gòu)，通過屬性分析，明確了三類結(jié)構(gòu)模式的敏感地震屬性群，振幅梯度屬性描繪大型走滑斷層和鄰近溶洞的邊界，曲率屬性能較好反映結(jié)構(gòu)內(nèi)部形態(tài)，傾角屬性和曲率屬性可提高次生裂縫的可識別性.盡管曲率屬性可以刻畫小尺度裂縫，但低于常規(guī)地震成像可分辨尺度的背景裂縫難以識別，本文采用紋理屬性提取小尺度背景裂縫.最后，利用貝葉斯聚類融合技術(shù)綜合各類地震屬性，完成斷控巖溶三維輸導(dǎo)結(jié)構(gòu)的多尺度精細(xì)刻畫，給出了儲層連通性結(jié)構(gòu)，為后續(xù)的巖性物性預(yù)測和流體識別提供三維輸導(dǎo)體系連通體模型.