塔西南玉北地区鹰山组缝洞型储层裂缝检测技术及应用

袁晓宇，李映涛，张哨楠，叶 宁

(1．同济大学 海洋与地球科学学院，上海 200092；2．中国石化 石油勘探开发研究院 无锡石油地质研究所，江苏 无锡 214126；3．油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都 610051)

塔西南玉北地区鹰山组缝洞型储层裂缝检测技术及应用

袁晓宇1,2，李映涛3，张哨楠3，叶 宁3

(1．同济大学 海洋与地球科学学院，上海 200092；2．中国石化 石油勘探开发研究院 无锡石油地质研究所，江苏 无锡 214126；3．油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都 610051)

对塔西南玉北地区奥陶系鹰山组储层的地质特征分析研究表明，裂缝是鹰山组缝洞储层发育的主要控制因素，地震裂缝检测技术对玉北地区碳酸盐岩储层预测具有重要意义。采用多种裂缝检测技术组合方法，其中：(1)倾角方位角属性能识别规模较大的断裂系统；(2)体曲率技术能识别地层因构造弯曲变形破裂而产生的裂缝；(3)精细相干技术能高精度地识别地层岩性的不连续性及发育的小型河道；(4)将频谱分解技术引入到蚂蚁裂缝追踪技术中，能有效检测因地层挤压而产生的构造剪破裂缝、扩张裂缝。4种方法的综合裂缝检测结果显示，研究区除了断裂带附近裂缝发育，远离断裂的断洼区微裂缝也广泛发育。这与研究区长期遭受构造挤压运动的演化背景以及钻井、岩心等揭示的裂缝发育特征相符，同时也证明这种检测裂缝发育带的技术组合方法是有效的。

裂缝检测技术；缝洞型储层；鹰山组；玉北地区；塔西南

2010年以来，中国石化西北油田分公司在塔西南麦盖提斜坡玉北地区的玉北1井、玉北1-4井、玉北1-2X井等多口探井的测试中获得了工业油流，证实该区具备油气成藏条件，并被地质工作者们视为奥陶系导向性油气勘探的重大突破[1-2]。目前玉北地区油气勘探虽有一定进展，但主要仍集中在玉北1号NE向构造带上。由于工区经历多期次的构造运动，该区断裂体系及裂缝广泛发育[3-13]。奥陶系鹰山组储层的地质特征分析研究表明，裂缝是储层发育的主要控制因素[14-17]，裂缝发育区带是碳酸盐岩储层最发育的地带和油气聚集最有利的区带。因此，裂缝发育区带预测是碳酸盐岩储层研究工作的重心，地震裂缝检测技术对玉北地区碳酸盐岩储层预测具有重要意义。

Bahorich等[18]提出相干数据体技术，采用互相关算法计算相邻3道的相关值来反映地质异常体，但是该方法对噪声比较敏感。Marfurt等[19]提出了基于本征结构的相干算法，将多道地震数据组成协方差矩阵，应用多道特征分解技术求得多道数据之间的相关性。该方法将相干计算推广到三维地震中，不需要层位约束，纵横向分辨率都有所提高，但是对小断层的识别能力不强。精细体相干技术将相干、倾角和方位角等多属性进行叠合显示，更加清晰地描述地质体产状的细微变化，从而为地质学家研究构造的变形、褶皱、裂缝及岩性变化等提供了强有力的技术手段[20]，但是计算时间太长，约为常规相干算法计算时间的5倍以上。

与相干算法相比，曲率属性对地震数据上小的扰曲、褶皱、凸起等特征有更好的识别能力。Murray[21]提出了层面曲率的计算方法，揭示曲率与异常应力造成的裂缝有较好的对应关系。Roberts[22]应用这种方法计算三维地震的沿层曲率。Dossary等[23]提出曲率体的概念，采用地震时窗计算曲率，减少了由于层位追踪异常引入的误差，受噪音影响也更小。曲率分析在计算时只考虑了地层最后的构造形态，而不考虑储层经历的构造事件或褶皱具体的构造演化过程，因此曲率属性的解释会出现很大偏差。另外，虽然曲率发生变化的位置指示了地层发生变形的位置，但是很难直接落实断层的真实位置，而且对于微断层(断距约为3～5 m)，因为其在平面上往往延伸距离很短，曲率属性也很难对其识别。

Partyka等[24]提出频谱分解技术，可根据不同的地震频段反映不同尺度的地质体。Sun等[25]提出离散频率相干体技术，用于检测全频带相干数据不易发现的微断层和裂缝。Randen等[26]提出的蚂蚁追踪算法是目前公认的一种非常有效的断裂和裂缝识别技术，但是受地震数据中噪声的影响严重。本文综合多种裂缝检测技术的优势，并对蚂蚁裂缝检测技术进行改进，共同进行不同尺度、不同成因类型的裂缝检测，并取得了明显效果。

1 鹰山组储层基本特征

玉北地区下奥陶统鹰山组储层全区分布，厚度约450～500 m。鹰山组中下部以白云岩和过渡岩性为主(灰质白云岩或白云质灰岩)，到了上部逐渐转变为以开阔台地沉积特征为主的各类灰岩(颗粒灰岩、泥晶灰岩等)，整个岩性变化趋势上反映出了典型的海进式沉积序列特征。该组储集空间以裂缝、溶孔及小型溶洞为主，裂缝的发育特征呈现出从上到下逐渐增多的趋势，以NE向为主，且与加里东中晚期—海西早期断裂走向一致，说明裂缝受断裂带的控制[1]；低角度的平缝、微裂缝主要分布在鹰山组下部。另外，可能由于后期构造应力场发生变化，还发育与断裂带呈不同夹角的NW向和NS向裂缝(图1)。根据裂缝成因，可将其分为构造裂缝和非构造缝2类，而构造裂缝的发育规模与发育程度要远大于非构造缝，是研究区重要的油气储集空间和流体渗滤通道。因此文中所述的地震裂缝预测主要以检测构造裂缝为主。

2 裂缝检测技术

针对研究区断裂带及伴生的构造裂缝发育的特征，鉴于体曲率技术对识别因构造变形作用而发育的裂缝、精细相干体技术高精度识别地层不连续性以及蚂蚁追踪技术对微裂缝刻画比较清晰的特长，笔者主要采用这3种技术及倾角方位角属性共同来进行研究区的裂缝检测。同时，考虑到研究区目的层埋藏深、地表沙连绵起伏、地震波能量吸收严重、以致地震资料分辨率降低的问题，笔者基于频谱分解技术，对蚂蚁追踪技术进行了改进，应用效果比较明显，提高了对研究区微裂缝检测的精度。

2.1 倾角和方位角属性

倾角属性描述了局部的地震反射倾角，指示了地震反射的构造特征，可以用倾角属性来识别较大级别的断裂系统，也可作为层位自动追踪性能的质量控制标准。倾角方位角属性将倾角和方位角属性综合到一张图中，突出显示构造活动造成的一些微断层及裂缝。

倾角属性上较长的线性条带是一级、二级断裂的体现，短促的线性条带通常可以反映三、四级断裂(图2)；而断层之间，方位角的线状或大小(色彩)变化现象则体现了裂缝的发育状况，通常线状显示越密集、色彩越丰富，则预示裂缝越发育(图3)。

图1 塔西南玉北地区奥陶系鹰山组岩性综合柱状图

图2 塔西南玉北地区鹰山组地层倾角属性

图3 塔西南玉北地区鹰山组地层倾角方位角叠合属性

2.2 精细相干体技术

精细相干体技术利用三维地震数据体中相邻道之间地震信号的相似性，来描述地层和岩性的横向非均质性。因此，它不仅可以有效识别出常规构造解释难以发现的断层(如雁行式断层、径向断层以及各种小断层)，而且还可以研究岩性的横向非均质性，识别出目标储集体内的古河道、喀斯特、生物礁等，从而大大提高解释精度[27]。笔者在研究区提取鹰山组表层35 ms的精细相干体切片(图4)，可以看到，研究区除了发育3条北东南西走向的大型断裂带，还可见大量与断裂带交叉的小型断层，这在倾角方位角属性上有所反映，只是断裂的轮廓没有精细相干体技术刻画的清晰。另外可以清晰地看到，从玉北1井断裂开始发育一条小型“河道”，向玉北6井的洼地延伸(图5)。从地震剖面上来看，断裂与断裂、断裂与“河道”交叉处发育“串珠”反射，可能与“河道”发育有关。总体来说，精细相干体技术能够高精度检测地层的不连续性，从而识别断裂、裂缝及河道等。它虽然不能区别不同成因类型的裂缝，但是能够较好地反应裂缝的强度。

2.3 曲率属性

地震曲率属性是一个用来量化层界面偏离平面程度的三维层面属性。对曲率属性的分析有助于减少区域倾角的影响，同时突出小尺度的地质现象(如裂缝)。通常意义上曲率是用来表征层面上某一点变形弯曲的程度。层面变形弯曲越厉害，曲率值就越大。曲率属性可以从沿层面属性上识别出小的扰曲、褶皱、凸起、差异压实特征，这些特征在地震剖面上表现为同相轴的微小错开、扭曲、振幅突然变弱等。这些在常规解释时是无法追踪的，相干上也呈现出连续高相干特征[28]。

图4 塔西南玉北地区鹰山组精细相干裂缝检测平面图

图5 塔西南玉北地区界面附近“河道”与断裂交叉部位的地震反射特征

从研究区最大正、负曲率图(图6)可以看到，曲率属性相比倾角方位角属性，更加细致地刻画了玉北7井构造断裂带的分布范围，断裂带之间的曲率值发生变化，说明断裂带之间的地层也发生了变形，可能发育了一些微幅度构造。但是玉北1井断裂带西北侧翼显示微裂缝不发育(图中圈内区域)，与倾角方位角相悖。玉北1井断裂带西北侧翼对应该逆冲推覆断背斜的翼部，几乎没有倾角变化，曲率表现为低值，单从曲率值的大小分析，这些地方的裂缝发育密度很低。然而，当笔者考虑褶皱的演化过程时，显然翼部的变形很强烈，其将成为裂缝密度很高的区域。因此在应用曲率属性时，要充分考虑地层的构造演化背景，才能对曲率属性进行合乎地质意义的解释。

2.4 基于频谱分解的蚂蚁追踪技术

蚂蚁追踪裂缝检测算法作为目前一种非常有效的断裂和裂缝识别技术，仍不可避免的受地震数据中某些频带范围的噪音影响，而不同频带的地震数据可以检测不同尺度的断层及裂缝。理论分析表明，地震数据中的高频组分对微断层或微挠曲反映敏感，因此可以利用高频组分检测地层的微断层或裂缝。综合蚂蚁追踪技术和频谱分解技术各自的优势，提出基于频谱分解的蚂蚁追踪裂缝检测技术进行裂缝型碳酸盐岩储层的裂缝识别。在过玉北1井地震剖面与蚂蚁体裂缝追踪剖面对比图上(图7)，蚂蚁体图上颜色越深，裂缝识别结果越可靠。从图上可以清晰地看到，在玉北1井原始地震剖面上容易识别的大断层，在蚂蚁追踪剖面中也可以清晰识别，并且可以观察到溶蚀孔洞沿着裂缝发育现象。在该区的钻井取心及镜下薄片上也均可观察到此类现象(图8)。而对于在原始剖面中肉眼难以识别的一些小断裂及裂缝发育带，在蚂蚁追踪剖面上也都有清晰反映，其形态和展布特征都比较清晰直观。从平面上来看(图9)，研究区内除了发育3条NE向的大型断裂带外，断裂带附近及断裂带之间的裂缝也广泛发育，且就鹰山组整体而言，下部裂缝较上部更为发育。图10所示的玉北7井地层倾角测井及成像测井解释结果也表明，奥陶系鹰山组裂缝的发育特征呈现出从上到下逐渐增多的趋势，走向以NE向为主，低角度的平缝、微裂缝主要分布在鹰山组下部。这与研究区内钻井的地层倾角测井及成像测井解释结果也是一致的。

图7 塔西南过玉北1-2X井地震振幅剖面(a)和蚂蚁体裂缝追踪剖面(b)

图8 塔西南玉北地区鹰山组岩心及薄片特征

值得注意的是，受到数据品质影响，对于工区边缘区域以及地震剖面上深部反射凌乱的区域(如图7右下角箭头所示区域)，在蚂蚁追踪属性体剖面中显示相对比较杂乱无规律，对这些区域的灰黑色线条就不能简单地当作断裂或裂缝来处理。一定要与钻井、岩心、成像测井、地层倾角测井等资料交互验证，以便剔除这些假象。

3 结论

(1)玉北地区奥陶系鹰山组储层储集空间以裂缝、溶孔及小型溶洞为主，裂缝的发育特征呈现出从上到下逐渐增多的趋势，以NE走向为主，且与加里东中晚期—海西早期断裂走向一致，表明裂缝受断裂带的控制；低角度的平缝、微裂缝主要分布在鹰山组下部。另外，还发育与断裂带呈不同夹角的NW向和NS向裂缝。

(2)不同裂缝检测方法各有所长，对不同尺度、不同成因类型的裂缝检测能力不同。倾角方位角属性指示了地震反射的构造特征，可以识别规模较大的断裂系统；精细相干体技术能够识别出目标储集体内的古河道等；曲率属性能反映地层因构造弯曲变形破裂产生的裂缝；基于频谱分解技术改进的蚂蚁追踪算法在对因地层挤压而产生的构造剪破裂缝、扩张裂缝检测效果显著，精度相比全频带地震数据蚂蚁体得到有效提高。综合利用以上4种方法之所长，并与成像测井、岩心等资料交互验证裂缝预测结果，可以有效识别研究区裂缝，并确定裂缝发育有利区带。

致谢：研究工作得到成都理工大学和西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室的帮助，中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所钱一雄教授提出很多宝贵的修改意见，在此表示衷心感谢!

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(编辑 韩 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。

袁晓宇(1986—)，女，工程师，从事地质—地震综合储层预测。E-mail: yuanxy.syky@sinopec.com。

江苏省2014年博士计划基金项目“川西海相上组合构造沉积演化及控油作用”。

TE122.2

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