周家雄 劉巍

中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司

樂東氣田位于中國(guó)南海北部大陸架西區(qū)的鶯歌海盆地中央凹陷帶南部，是中國(guó)南海在生產(chǎn)的主力氣田之一。該氣田構(gòu)造屬于泥底辟成因，而泥底辟［1－2］為鶯歌海盆地的一種特殊構(gòu)造，何家雄等［3－7］從20世紀(jì)90年代開始對(duì)鶯歌海盆地泥底辟的成因及演化做了詳細(xì)研究，認(rèn)為在差異重力作用和盆地沉降過(guò)程中施加于沉積層的壓應(yīng)力作用下，泥巖物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚苄责ち黧w，這些塑性流體向上拱形成上侵刺穿或未刺穿上覆地層的泥底辟構(gòu)造。

樂東15－1構(gòu)造在發(fā)育過(guò)程中，由于底辟能量不足，導(dǎo)致本構(gòu)造為“未刺穿型”泥底辟構(gòu)造（圖1），構(gòu)造呈典型的穹隆背斜（圖2）形態(tài)。在背斜形成過(guò)程中，上覆地層發(fā)育了一系列張性斷層，這些斷層在剖面上呈“花”狀分布，平面上則以底辟為中心向四周呈放射狀展布（圖3）。斷層將樂東15－1穹隆背斜分隔成多個(gè)斷塊，但各斷塊之間是否為獨(dú)立氣藏，開發(fā)后是否會(huì)連通等問(wèn)題成為開發(fā)井部署的難點(diǎn)。因此，如何準(zhǔn)確描述斷層，并在此基礎(chǔ)上制訂最優(yōu)化的開發(fā)方案已成為樂東氣田開發(fā)研究的重點(diǎn)。

圖1 樂東15－1構(gòu)造地震顯示剖面圖

1 穹隆背斜的斷層特點(diǎn)及其影響

樂東15－1構(gòu)造底辟的活動(dòng)［8］分為兩個(gè)期次，導(dǎo)致斷層的發(fā)育也分為兩個(gè)期次。第一個(gè)活動(dòng)期次是在新近系晚期，在第四紀(jì)前結(jié)束；因此，受本期底辟活動(dòng)影響而發(fā)育的斷層組在新近紀(jì)以后也基本停止活動(dòng)（圖4－b），該組斷層走向近似南北向（圖3）；到第四紀(jì)早期，底辟活動(dòng)加劇，發(fā)育更多斷層且斷距較之前發(fā)育的斷層增大（圖4－a）；第四紀(jì)中晚期以后，泥底辟活動(dòng)漸趨減弱或停滯，斷層活動(dòng)也基本停止。第四紀(jì)發(fā)育的斷層以穹隆背斜的中心為圓點(diǎn)，向四周放射狀分布，且均為正斷層。南北向的斷層由于形成時(shí)間相對(duì)較早，被后期近東西向的斷層切割。

圖2 樂東15－1典型穹隆構(gòu)造三維顯示圖

圖3 樂東15－1構(gòu)造方差體斷裂顯示圖

圖4 樂東15－1構(gòu)造斷裂演化史顯示圖

樂東15－1構(gòu)造中的每條斷層因其所處位置的差異，所受泥底辟應(yīng)力的作用也存在差異。因此，各斷層的特征和活動(dòng)強(qiáng)度也各不相同?？傮w上說(shuō)，斷距在背斜頂部最大，向翼部斷距逐漸變小直至消失，斷層延伸長(zhǎng)度最大約6．5km，落差為0～180m。

研究認(rèn)為［9］：在泥底辟活動(dòng)過(guò)程中發(fā)育的斷層，由于塑性流體的活動(dòng)，造成斷層泥在斷面上的涂抹較為均勻，而大幅提升了斷層的側(cè)向封堵能力。地震資料顯示并經(jīng)鉆井資料所證實(shí)，放射狀分布的斷層將樂東氣田平面上分隔多個(gè)氣藏，背斜北部各斷塊氣藏間的氣水界面不同、氣體的組分也存在差異，這樣的氣藏分布導(dǎo)致了開發(fā)井的動(dòng)用效率低，難以提高氣田開發(fā)的采收率。在背斜南部1、3、4井區(qū)從地震屬性平面圖分析應(yīng)該屬同一氣藏，且利用常規(guī)資料和方法解釋得到的斷層分布圖也顯示，各塊低部位的氣藏是連通的，基本可以判斷為同一氣藏（圖5）。但1、3、4井資料顯示各井的氣體組分差異較大，其中1井CO2含量16．7%、4井CO2含量70．4%、3井CO2含量79．7%，難以劃歸為同一氣藏。因此，推測(cè)還存在一些常規(guī)手段和方法無(wú)法解釋的小斷層或微斷層將背斜南部分隔成至少3個(gè)獨(dú)立氣藏，而這些可疑微、小斷層的不確定性就嚴(yán)重影響對(duì)氣田的認(rèn)識(shí)和生產(chǎn)井的合理部署。

圖5 樂東氣田Ⅱ氣組均方根振幅圖

2 多體融合的斷層精細(xì)刻畫

斷裂系統(tǒng)在地震中主要表現(xiàn)為反射層位的錯(cuò)斷和位移、地震剖面橫向上振幅不連續(xù)、斷層兩側(cè)反射振幅存在明顯差異、地震反射同相軸發(fā)生畸變或出現(xiàn)空白斷層帶、沿?cái)嗝嬗忻黠@斷面波等現(xiàn)象。斷距大的斷層在地震剖面上容易識(shí)別和解釋，但當(dāng)出現(xiàn)斷裂系統(tǒng)較復(fù)雜、斷距小、斷層產(chǎn)狀與地層平行等情況時(shí)，常規(guī)的斷層解釋方法就會(huì)出現(xiàn)解釋效率低、可信度差等問(wèn)題。尤其對(duì)于一些斷距小于地震分辨率的小斷層和微斷層［10］，在地震剖面上的難以精確識(shí)別，需要采用一些“非常規(guī)”的方法和手段來(lái)識(shí)別和解釋。筆者在研究過(guò)程中針對(duì)3種特殊的斷層處理和解釋方法進(jìn)行了流程或方法的改進(jìn)。

2．1 小波變換相干體微斷層識(shí)別

Bahorich［11］等人于1995年提出地震相干數(shù)據(jù)的處理方法，該方法是在地震振幅體上進(jìn)行相干計(jì)算［12－13］。利用相干體或方差體輔助斷層解釋是目前斷層解釋中應(yīng)用最廣泛的方法之一，但由于兩者都是根據(jù)相鄰道之間進(jìn)行相關(guān)計(jì)算獲得，信噪比會(huì)直接影響處理得到相干體的質(zhì)量，尤其斷層兩側(cè)地震信號(hào)信噪比相對(duì)低時(shí)，相干體顯示的斷點(diǎn)就會(huì)模糊；另外當(dāng)斷層斷距較小時(shí)，在相干切片上往往無(wú)法可靠識(shí)別。

圖3所示為樂東氣田常規(guī)方差體切片，依據(jù)圖3能夠基本識(shí)別大斷層的走向及相互切割關(guān)系。但是受信噪比影響，斷面較寬、斷點(diǎn)不確定性大、微斷層無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別，氣田平面的分塊等問(wèn)題還存在多解性。為了解決樂東氣田微、小斷層的識(shí)別問(wèn)題，筆者采用了小波變換進(jìn)行頻譜分解［14］的方法來(lái)開展斷層研究。

圖6 樂東15－1構(gòu)造相干體切片圖（1 300ms）

為解決信噪比對(duì)斷層斷點(diǎn)成像的影響，研究先采用小波做分頻處理，分析各頻帶的信噪比水平；然后利用f—K去噪的方法針對(duì)處于目的層段優(yōu)勢(shì)頻帶范圍的地震資料開展去噪處理；最后對(duì)經(jīng)去噪處理的優(yōu)勢(shì)頻帶地震資料做地震相干處理，所得到的相干切片如圖6所示。圖中各斷層的斷點(diǎn)得到了有效收斂，斷面明顯較圖3變窄，斷層解釋不確定性大幅降低。對(duì)比圖3和圖6可以清楚地發(fā)現(xiàn)，各斷層末梢處斷層斷距變小，圖3難以有效識(shí)別，而圖6則清晰可辨。因此，小波變換相干體［15］在微、小斷層識(shí)別方面更為合理和可靠。此外，利用分頻相干體還能解釋出更清晰的 “氣水界面”，降低氣田開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。

2．2 單頻相位體斷裂分析

信號(hào)的頻譜由振幅譜、相位譜組成。譜分解技術(shù)可通過(guò)離散傅里葉變換，將地震資料從時(shí)間域轉(zhuǎn)換到頻率域，利用不同的頻率體研究斷層、河道、砂體等的分布。因振幅譜計(jì)算方便且顯示效果較好，地震解釋人員常用振幅譜進(jìn)行儲(chǔ)層和斷層的識(shí)別。而地震相位受震源、地層吸收、儲(chǔ)層流體變化、地層幾何形態(tài)與結(jié)構(gòu)等多種因素影響，表現(xiàn)更加復(fù)雜，地震相位在相同砂體中會(huì)因物性、流體等變化而變化。此外，還因?yàn)榈卣鹣辔欢拷忉尰谀壳凹夹g(shù)手段存在較大的多解性，并且相位譜的常規(guī)計(jì)算及顯示方法很難滿足解釋要求，故地震相位信息往往被地震解釋人員所忽略。

實(shí)際上，相位特性有其獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)［16］。陳波［17］等認(rèn)為相位調(diào)諧體可以應(yīng)用于地質(zhì)體邊界的識(shí)別，以小斷層和巖性突變的識(shí)別效果最為顯著。在傾斜分界面傾斜程度、地層曲率、頻率等發(fā)生變化后地震相位會(huì)有所響應(yīng)，即在地層發(fā)生錯(cuò)斷后，局部同相軸會(huì)出現(xiàn)的變化，相應(yīng)的相位譜也會(huì)有所改變。

常規(guī)商業(yè)軟件中采用基于Hillbert變換的瞬時(shí)屬性提取。瞬時(shí)相位表示在所選樣點(diǎn)上各道的相位值，以度或弧度來(lái)表示。因其瞬時(shí)特性依賴于地震資料信噪比，并且其全頻段特征受巖性、流體等多因素影響，所以相位信息應(yīng)用效果較差。對(duì)小斷層而言，微弱的反射特征被低頻信息所覆蓋。筆者在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)通過(guò)譜分解獲得的高頻資料更加適合小斷層及微構(gòu)造識(shí)別和解釋。具體研究流程是對(duì)譜分解處理獲得的高頻資料進(jìn)行瞬時(shí)相位體處理，并在目的層段開展等時(shí)切片的分析和解釋。

圖7是樂東15－1氣田80Hz單頻相位體切片，圖中可以看到，原地震剖面所識(shí)別斷層延長(zhǎng)線上，相位資料還明顯發(fā)生扭動(dòng)或錯(cuò)斷，因此可解釋出常規(guī)資料和方法無(wú)法識(shí)別的微、小斷距的斷層，使得原有多條斷層的解釋方案向外延伸，致背斜構(gòu)造北部的平面分塊更可靠，背斜的南部也在橫向上分成了4～5個(gè)斷塊，合理的解釋了構(gòu)造南部各井氣體組分差異的原因。

2．3 螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)微斷層刻畫

圖7 樂東15－1構(gòu)造單頻相位體切片圖（80Hz）

螞蟻?zhàn)粉櫵惴ǎ?8－19］起源于20世紀(jì)90年代初，學(xué)者們根據(jù)螞蟻集體覓食的行為提出一種基于生物模擬的地震不連續(xù)性檢測(cè)方法。遵循類似于螞蟻在其巢穴和食物源之間，利用可吸引螞蟻的信息素傳達(dá)信息，以尋找最短路徑的原理，在地震體中設(shè)定大量這樣的電子“螞蟻”，并讓每個(gè)“螞蟻”沿著可能的斷層面向前移動(dòng)，同時(shí)發(fā)出“信息素”。沿?cái)鄬忧耙频摹拔浵仭睉?yīng)該能夠追蹤斷層面，若遇到預(yù)期的斷層面將用“信息素”做出非常明顯的標(biāo)記。

“螞蟻?zhàn)粉櫋彼惴ń⒘艘环N突出斷層面特征的新型斷層解釋技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)是圖像處理技術(shù)在三維地震資料處理中的延伸，包括圖像邊緣銳化、反射段連續(xù)性增強(qiáng)和邊緣追蹤等技術(shù)。在三維地震數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用中，它可以提高地震數(shù)據(jù)中的空間地震波速度及反射強(qiáng)度突變面（斷層、尖滅等）識(shí)別精度，通過(guò)壓制噪聲和保持非斷層同相軸來(lái)顯著改善斷層及裂縫的地震表征，增強(qiáng)地震資料中的空間不連續(xù)性檢測(cè)精度，優(yōu)化應(yīng)用三維地震資料。

螞蟻?zhàn)粉櫵惴ǖ膽?yīng)用優(yōu)勢(shì)在于可以快速、高效、自動(dòng)化解釋斷裂系統(tǒng)。但實(shí)際地震資料中，有很多非斷層因素引起的同相軸間斷，如儲(chǔ)層物性、流體變化、地層傾角和地震采集腳印等，在螞蟻體切片中都會(huì)出現(xiàn)明顯的斷層特征，而導(dǎo)致斷層的錯(cuò)誤解釋。為了減少斷層錯(cuò)誤解釋的概率，筆者在研究過(guò)程中對(duì)常規(guī)螞蟻?zhàn)粉櫻芯苛鞒踢M(jìn)行了改進(jìn)。工作中首先是對(duì)輸入地震資料進(jìn)行去噪、平滑等預(yù)處理，或原始資料特殊處理后的方差體數(shù)據(jù)體進(jìn)行去噪處理，再開展螞蟻?zhàn)粉櫶幚?，然后在穹隆背斜形成過(guò)程的應(yīng)力指導(dǎo)下進(jìn)行斷層、微斷層的識(shí)別和解釋。圖8為研究所獲得的螞蟻體切片，從圖8中可見常規(guī)手段解釋斷層的延長(zhǎng)線方向的微、小斷層清晰可辨，解釋不確定性大幅降低。

圖8 樂東15－1構(gòu)造螞蟻體切片圖（1 300ms）

如前所述，筆者工作中采用的3種改進(jìn)方法均能有效地提高斷層，特別是微、小的解釋精度，但單一的方法有時(shí)還是會(huì)難以給出最優(yōu)解釋方案。因此，工作中結(jié)合了常規(guī)的斷層解釋方法和這3種特殊的解釋手段，經(jīng)多體綜合解釋得到樂東15－1穹隆背斜構(gòu)造的斷層空間展布和組合關(guān)系，這為氣田的開發(fā)方案優(yōu)化提供了可靠的基礎(chǔ)。圖9是結(jié)合筆者斷層描述結(jié)果優(yōu)化前后的樂東15－1氣田開發(fā)井對(duì)比圖，從圖9中可以看到，優(yōu)化后的井位規(guī)避了生產(chǎn)井鉆到斷面的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)確保了每個(gè)儲(chǔ)量規(guī)模大且又相對(duì)獨(dú)立的斷塊均有生產(chǎn)井動(dòng)用到。此外，在生產(chǎn)井軌跡優(yōu)化過(guò)程中還考慮到了斷面空間分布對(duì)后期生產(chǎn)井側(cè)鉆的影響。

圖9 樂東氣田生產(chǎn)井優(yōu)化前后對(duì)比圖

3 應(yīng)用展望

業(yè)界對(duì)斷層及微斷層的精確識(shí)別做過(guò)很多相關(guān)研究和實(shí)踐［20－21］，多屬性或多體融合解釋技術(shù)是解決微斷裂定量解釋的關(guān)鍵。因本區(qū)儲(chǔ)層埋深較淺，地震信噪比較高，儲(chǔ)層流體對(duì)地震響應(yīng)影響較大，故針對(duì)樂東15－1穹隆背斜構(gòu)造開展的斷層精細(xì)描述效果較好，研究成果對(duì)氣田日常生產(chǎn)管理、動(dòng)態(tài)分析、地質(zhì)儲(chǔ)量計(jì)算、開發(fā)井位部署以及后期生產(chǎn)調(diào)整都起到關(guān)鍵指導(dǎo)作用。

筆者所采用的3種改進(jìn)的斷層識(shí)別和解釋方法較常規(guī)解釋方法具有更強(qiáng)的識(shí)別能力，這些改進(jìn)的技術(shù)可推廣應(yīng)用到各類斷塊油氣藏 。在技術(shù)應(yīng)用的進(jìn)一步改進(jìn)方面，未來(lái)可嘗試針對(duì)不同偏移距的地震資料開展斷層的精細(xì)研究。此外，為了增強(qiáng)地震資料對(duì)斷層的識(shí)別能力，采用高密度三維地震提高資料橫向分辨率的方法應(yīng)該是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。

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